三基色原理与电视传像基本原理

电视原理试验指导书试验一 三基色原理与电视传像根本原理〔一〕试验目的：1、运用计算机模拟的试验方法验证相加混色原理，从而直观地学习色度学和三基色原理的根本学问。2、观测黑白全电视信号及其隔行扫描方式的同步信号。3、建立电视图像〔监视器〕及其波形〔示波器〕间的对应关系的概念。4、解析复合同步信号中行同步/场开槽脉冲、前后均衡脉冲的作用。〔二〕试验原理：1、三基色原理依据人眼彩色视觉的特性，在彩色复现过程中，并不要求恢复原景物辐射光〔反射或透射〕的光谱成分，而重要的是应获得与原景物一样的彩色感觉。依据三基色原理，在彩色电视中选用红、绿、蓝3种光作为基色光，自然界3种基色按不同比例相加而获得不同彩色光的方法称为相加混色。当把红、绿、蓝3个基色光投射到一个白色的屏幕上，2种或3种色光重叠局部就显示出混合色光。3种基色光的不同组合，可以混合成3种补色光。3种基色光比例不同时，可以混合成各种彩色光，3种基色光按同量比例可以混合成白光。这种混合成彩色光的方法称为直接相加混色。彩色显像管、液晶显示屏、PDP显示屏等显示器件则不能承受这种方法，它们承受空间相加混色的方法形成彩色图像。以彩色显像管为例，它的荧光屏上有红、绿、蓝3种荧光粉点，荧光粉点很小，点与点距离很近。当3个电子束分别轰击3个荧光粉点时，将分别发出红、绿、蓝色光。人在荧光屏前肯定距离观看时，由于人眼的区分力有限，将不能区分出单个荧光粉点发出的基色光，而是看3种基色光的空间相加混色所合成的色光。在本试验中需要观看标准彩条信号在显示器的荧光屏上相加混色所形成的图像。彩条信号是用来对电视系统的传输特性进展测试和调整的一种测试信号，它在屏幕上显示白、黄、青、绿、品、红、蓝、黑83个基色信号的电压波形见教材内容，此处不再介绍。2、电视传像根本原理电视是一种以电信号的形式实时传送活动景象的技术。电视信号的产生、传的同步扫描技术进展试验争论。同步扫描的根底是首先把图像分解成很多像素，然后在摄像管靶面和显像管屏幕上对一系列像素按严格一样的扫描规章同步地进展摄像与显像。其规律是首先由左至右对水平方向一行的像素以匀速运动的方式完成一行的扫描，然后从上〔在隔行扫描中，一帧是由两场组成的〕。传统电视中的摄像与显像，是由摄像管与显像管中的电子枪产生的电子束进/场扫描来完成的。行扫描是由从左至右的行正程扫描和由右至左的行逆程扫描构成。在逆程扫描时，不对像素进展摄像与显像，因此在行逆程扫描时要参加一个行消隐脉冲，以便在行逆程时关断电子束。同样，场扫描是由从上至下的场正程扫描和由下部回到上部的场逆程扫描构成。在场逆程期间也要参加场消隐脉1电视原理试验指导书/场消隐脉冲的目的是使逆程扫描线不被显示，而只消灭一行行的正程扫描亮线。由这些正程扫描亮线组成矩形发光面，称为扫描光栅。摄像端与显像端二者之间由复合同步脉冲信号来实现同步扫描。在显像端，利用从摄像端传输来的视频信号中分别出的行/场同步脉冲来实现行/场扫描的同步。1-1行/场同步脉冲为在接收端简洁识别行/2.5T，H4.7us1-1所示，由于场同步期间没有行同步信号，行同步信号，这样，整个扫描过程中的任何时刻都能保证严格的行同步。由于承受奇数行隔行扫描，每场均包含半行。设每场的时间〔即场周期〕为T,为使频率提高后的行同步脉冲的平均电平不变，在脉冲间隔为T/2的状况下将行H脉冲的宽度减小到原来的一半。这种在场同步脉冲前、后的窄脉冲分别称为前均5个，各占两行半时间。行同步脉冲宽度为4.7us，均衡脉冲的宽度为2.35us。场同步脉冲也占两5527.3us，开4.7us，1-2所示。2电视原理试验指导书1-2黑白全电视信号波形图AlteraCPLDEPM7256PAL制的复合同步信CLK13.5MHzQuartusIIMAX+PlusII开发环境下用硬件描述CPLD的设计文件可从《电视原理试验》或网络上找到。〔三〕试验仪器：CPLD1111台。〔四〕试验内容：1、用彩条信号观看显示器的相加混色观看彩色显像管荧光粉点〔条〕的外形和排列构造。翻开彩色电视监视器，并做适当调整。接通彩色电视信号发生器，选择几种3色荧光粉点〔条〕的外形和排列构造。观看标准彩条的图像，加深对白、黄、青、绿、品、红、蓝、黑8个彩条的印象。通过分别切断信号源或监视器R、G、B通道的开关，观看在仅有红绿、绿蓝、蓝红基色信号下标准彩条信号形成的彩色图像。依据三基色原理，对其颜色的变化做出解释。利用微机进展软件模拟混色试验MixColorPC1-3所示，拉动滚动条或转变编辑框中的数值可转变显示窗口的颜色。该颜色显示范围是将R、G、B各分为256个量化等级。通过三者的组合可得到不同色调、不同饱和度的各种颜色显示。3电视原理试验指导书1-3混色试验程序界面① 选择三基色中的一种，将其余两基色的数值置为0，拖动选中基色的滚动条或直接设置该色的幅值。观看单色调下，基色的亮度变化。②将R、G、B0255，观看该基色所对应的补色；然后，拖动所选单一基色的滚动条，观看其补色饱和度的变化。③将R、G、B1220255，观看颜色显示框内的变化状况，分析在到达122前后颜色变化的缘由。④将R、G、B数值调整到数值较低位置，同比例增加各基色数值，观看任一色调下亮度的变化状况。2、同步扫描1〔SYNC。将试验板的模式转换开关1〔同步信号选择〕分别扳到00复合同步信号、10场同步信号〔无行同步、01行同步信号〔无场同步〕位置，观看输出的同步信号波形以及监视器上的图像显示状况。〔五〕试验报告的要求1、观看彩条信号在分别关断R、G、B通道后彩色的变化，并用三基色原理解释。2MixColor混色演示程序，记录消灭的现象，并用三基色原理解释。3、分析本试验中非同步状态下各种失真图像形成的缘由。〔六〕思考题1、显像管上显示白、红、绿、蓝与物理三基色的红、绿、蓝有何不同？2、分析复合同步信号的作用。3CPLD代码与国家标准关于复合同步信号的规定之间的对应关系。4电视原理试验指导书试验二 全电视信号波形图及矢量图的观测〔一〕试验目的：1、了解矢量示波器的工作原理，初步把握仪器操作规程。Y，色差信号(R-Y)、(B-Y)，色度信vecebCVBS的波形。3100-0-100-0彩条信号矢量图，观测并分析解调副载波对矢量图的影响。〔二〕试验原理：1、彩条全电视信号的组成、ec、ebSBL。1，黑色电平为0产生过调制，还将严峻影响同步工作，所以对色度信号进展了压缩，即U=0.493*(B-Y),V=0.877*(R-Y)，使全电视信号波形的动态范围为：黄、青两个色条上限电平为1.33V，红、蓝两个色条下限电平为-0.33V，同步电平为-0.43V。如2-1所示。2-1100-0-100-0彩条全电视信号示意图2、色度信号可以在U-V空间中以矢量的形式表示，色调主要表达在色度信号5电视原理试验指导书的相角上，而饱和度主要表达在色度信号的振幅上。100-0-100-08个v上其彩色相序是逐行交变的。2-2彩条信号矢量图3、矢量示波器工作原理原理方框图如图2-3U、V090U、V解调(B-Y)与(R-Y)信号。这两个色差信号经过低通滤波器和放大器之后再分别加到示波管的水平与垂直偏转板上，于是在荧光屏上就显示出PAL彩条信号矢量图。2-3矢量示波器原理方框图〔三〕试验仪器：CPLD1111台。〔四〕试验内容：1、学习矢量示波器原理及使用。Y、(R-Y)、(B-Y)、u、v、ec、ebCVBS的波形。6电视原理试验指导书3100-0-100-0彩条色度信号矢量图〔NTSCPAL行。4、转变解调副载波相位时观测色度信号矢量图的变化。〔五〕试验报告的要求1、绘出所观测的信号波形图。2、绘出彩条信号色度矢量图，说明彩色相序交变原理。3、分析解调副载波相位变化时色度信号矢量图的变化状况。〔六〕思考题1、PAL彩条信号矢量图的坐标原点表示何种颜色？2PALNTSC直观显示它们的信号特征？7电视原理试验指导书试验三 PAL制彩色电视信号编码器〔一〕试验目的：1CPLD开发板实现的彩色电视信号发生器的工作原理以及电路组成。2、学习用可编程规律器件产生定时信号和测试图形的方法。3、测试彩色电视信号发生器在不同工作模式下的输出信号波形。〔二〕试验原理：试验所用的彩色电视信号发生器是通过对CPLD编程来产生同步信号和彩色3-1所示。3-1试验板构造图CPLD复合同步信号和三种测试信号。模式转换开关1、2对上述各信号进展掌握，具体掌握方法如下。模式转换开关1有三种状态：00时产生复合同步信号；01时只产生行同步信号；10时只产生场同步信号。模式转换开关200时产生多波群信号0.24MHz0.30MHz0.4MHz0.6MHz、0.8MHz、1.7MHz；01时产生棋盘格信号；10时产生彩条信号。在三种状态下的8电视原理试验指导书信号可通过观看测试点2、3、4、8的波形验证。PALMC1377PAL8的波形验证。〔三〕试验仪器：彩色电视信号发生器〔专用的CPLD试验板〕1块、彩色监视器1台、示波器11套。〔四〕试验内容：11〔SYNC〕，通过转变模式转换开关1的三种状态分别观看行同步信号、场同步信号和复合同步信号。画出其波形。2、3、4〔R、G、B〕，通过转变模式转换开关2的三种状态分别观看多波群信号、棋盘格信号和彩条信号的R、G、B波形。分别画出其波形。多波群信号、棋盘格信号只画出RGB其中一路，而彩条RGB全画。三种测试信号的全电视信号波形，并留意波形与显示的图像之间对应关系。4、观看收、发端不同步时，收端显示图像的特征。方法如下：缓慢地上下移动。解释此现象。向右下倾斜或由右上向左下倾斜数条黑白条。解释此现象。将模式转换开关1置于0O位置，此时同步信号输出端输出完整的复合同步NTSCHz59.94Hz能显示出稳定的图像。解释观看到的图像特征。〔五〕试验报告的要求1、用坐标纸整理测绘的主要波形，幅频特征曲线波形等。2、从给出的MC1377集成编码电路分析Y矩阵变换过程，核算Y矩阵变换参数是否满足亮度方程。的。〔六〕思考题点。2、为实现黑白、彩色电视的兼容，彩色电视制式应具备哪些特征？3、用彩色摄像机摄取黑白画面和单〔基〕Y、R-Y、B-Y是否都存在？在此类状态下，由编码器输出的彩色全电视信号有何特点？9电视原理试验指导书FPGA平台的数字电视试验系统介绍1、DE2开发平台1DE2开发平台外观本试验系统承受了Altera公司供给的DE2FPGA开发平台，DE21USBAlteraFPGAII最版本软件的安装光盘一张。QuartusII软件以及开发PCUSB数据线即可进展试验。FGPA多媒体开发平台，为用户供给了丰富的外设及多媒体特性。DE2DE223所示。10电视原理试验指导书2DE2的主要器件与接口3DE2原理框图DE2开发板供给的与本课程试验相关的资源如下：AlteraCycloneII系列的FPGAEP2C35F672C633216个规律M4KRAM4KbitRAM〕、3518*18位硬件乘法器、4475个I/O引脚，为课程试验供给了充分的可编程资源。11电视原理试验指导书FPGA512KBSRAM、8MB容量1MBFlash。50MHz27MHz晶振各一个。24-bitCD品质的音频编/解码器WM8371和麦克风输入插座、线路输入插座、线路输出插座。DACADV7123VGA输出接口。TVADV7181BTV输入接口。IrDA〔红外〕收发器。240-pinI/O扩展端口。PS/2鼠标/键盘插座。2、FPGAQuartusII软件的使用说明4典型的EDA流程典型的借助EDA工具进展FPGA设计的流程如图4所示，包括设计输入〔DesignEntry〕、综合〔Synthesis〕、功能仿真〔FunctionalSimulation〕、布局12电视原理试验指导书andConfiguration〕等步骤：设计输入：以HDL语言、原理图等方式描述用户设计。综合：将HDL语言、原理图等设计翻译成由与、或、非门和RAM、触发器等根本规律单元组成的规律连接，并依据目标要求〔约束条件〕优化成所生成的规律EDFVQM网表文件供布局布线使用。生成的网表文件，将工程的规律和时序要求与具体器件的可用资源相匹配。〔前仿真是指在设计输入之后，没综合、布局布线之前，不考虑电路的规律和门的时间〔后仿真是指在综合、布局布线之后，电路已经映射到特定的工艺环境之后，考虑器件延时状况下对网表文件的仿真。较好反响芯片的设计状况。编程和配置：在全编译之后，将编程映像文件下载到 FPGA/CPLD器件的SRAME2PROM中，使FPGA/CPLD具备所设计的规律功能。FPGA集成开发环境，使用户能够高效地FPGA5~14所示。5QuartusII的主界面13电视原理试验指导书6建一个设计工程/工程7在工程向导的指引下进展工程名称与路径、目标器件选择等设置14电视原理试验指导书8指定目标器件的系列与型号15电视原理试验指导书9在工程中创立不同类型的设计文件10编译工程16电视原理试验指导书11设定设计中的端口与FPGA的引脚之间的对应关系12编辑输入信号的波形文件，用于工程的仿真测试17电视原理试验指导书13指定仿真的模式〔功能仿真或时序仿真〕并进展仿真14通过下载线对器件进展编程18电视原理试验指导书试验四 VGA接口信号生成和测试图形输出试验〔一〕试验目的：VGA接口标准以及同步信号的产生方法。〔二〕试验原理：DE215D-SubVGAFPGA输出符合VGA标准的数字视频信号，通过ADV7123的数/模转换，变成模拟信号从D-Sub4-1所示。4-1DE2平台的VGA输出局部、B数据〔VGA_R0~R9、VGA_G0~G、VGA_B0~B9VGA_CLOC、同步信号VGA_SYNC消隐信号VGA_BLANK，以及水平同步信号VGA_HS与垂直同步信号4-24-3、4-4VGA模式下的水平、垂直同步时间参数。4-2VGA信号时序19电视原理试验指导书4-3水平同步时间参数4-4垂直同步时间参数VGAVerilogHDL参考程序〔VGA_Controller名目〕，其根本原理是预先将一帧图像的像素数据存储在RAM中，VGA掌握器通过对像素时钟进展计数，生成像素地址并从RAM中读出像素数据，同时产生各文件中的参数定义，可以使掌握器产生不同VGA信号。绍了彩条、棋盘格等图像的数据变化规律，此处不再介绍。〔三〕试验仪器：20电视原理试验指导书DE2试验平台、示波器、显示器。〔四〕试验内容：1QuartusII环境下对设计工程进展编译和下载，观看输出图像。2VGAVGA信号，用示波器观测信号特QuartusII的仿真波形进展比较。32种有规律的图像数据，如彩条、棋盘格、多波群等。〔五〕试验报告的要求1VGA掌握器的关键代码。2VGA模式下的仿真波形和示波器显示的波形。3、附上生成测试图像数据的代码并加以说明。〔六〕思考题1、VGACVBS信号格式有何区分？2、不同的测试图像可用来检测显示器的什么特性？21电视原理试验指导书试验五 CVBS信号到VGA信号转换试验〔一〕试验目的：学习CCIR656标准，了解不同的色度信号采样格式及其采样率上变换方法，了解硬件实现从YCrCb到RGB色度空间转换的方法，了解将隔行扫描信号转换为逐行扫描信号的根本方法。〔二〕试验原理：ADC〔通常称为视频解码器〕的处理可以转换成符合CCIR656标准的数字视频格式。DE2平台承受ADV7181芯片YCrCb4:2:2格式的数字信号，5-1所示。5-1DE2平台的视频ADC局部由于ADV71814:2:2格式的YCrCb2*2Y像素对2个Cb2个Cr4:4:4格式，使每个像素都有对应的亮度和色度信号采样值。关于不同采样率的说明见《电视原理》，这里不再介信号，可以简洁地通过将没有被采样的像素的色度数据取为和其左边相邻像素的色度数据一样来实现。由于NTSC或PAL制模拟电视信号都是隔行扫描的信号，而计算机承受的VGA接口信号为逐行扫描，所以还要对输入的信号进展去隔行处理。本试验给出的例如承受的方法是直接将奇数行的数据复制作为下一个偶数行的数据，而承受更简单的处理方法，应当能到达更好的显示效果。YCrCb4:4:4YCrCbRGB色度空间的转换后，再通过ADV7123的数/模转换，变成模拟信号从D-Sub接口输出。YCrCb与RGB色度空22电视原理试验指导书间的转换关系见《电视原理》的说明。VerilogHDLDE2_TV5-2所示。5-2实现从CVBS信号到VGA信号转换的系统框图〔三〕试验仪器：DE2试验平台、示波器、显示器、DVD机、电视机。〔四〕试验内容：1、使DVD机分别输出NTSC制和PAL制信号，用示波器观看视频ADC输出ITU-R656数据。2、对各处理模块进展仿真，观看输出波形。3、改进实现去隔行处理的代码，比较修改前后的输出效果。〔五〕试验报告的要求1、分析色度信号上采样、去隔行、色度空间转换的关键代码。2、附上改进的去隔行算法的代码并加以说明。3、附上各处理模块的仿真波形。〔六〕思考题1、VGACVBS信号格式有何区分？24:2:04:4:4的信号？3、不同的去隔行算法在什么状况下会影响输出图像的质量？23电视原理试验指导书试验六 数字电视码流解复用与码流分析试验〔一〕试验目的：了解数字电视码流的构造，了解硬件实现解复用和系统层分析的方法。〔二〕试验原理：频、视频、数据节目的内容，传送流的根本单位为固定长度的数据包，属于不同节目的数据包用不同的包识别符〔PID〕来区分。有关PID的定义以及传送流解析的过程见《电视原理》，不在此表达。PID符合指定值的数据包并进展缓存，再分别送往相应的音频、视频解码器或数据解析程序进展处理。1TSHEX1HEX0接口模块TS解复用器2HEX3HEX2FPGA6-1解复用试验系统框图送包包同步检测等。本试验只实现包同步检测功能。其原理是每个传送包的长度1882040x47。本试验的演示功能并不简单，仅设置解复用器过滤两种传送流数据包，同时示。传送流的数据输入局部是将一TS接口硬件板连接到DE2的扩展插头JP1上，FPGA。〔三〕试验仪器：DE2试验平台、数字电视码流发生器。〔四〕试验内容：1PIDTS数据，观看数码管的显示值，与标准的码流分析软件的计数值比较。分别测试不同输入码PID进展统计的状况。24PID的过滤。24电视原理试验指导书3、假设输入的传送流