广播电视技术第7章模拟电视基础（全）课件.pptx

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1、第7章模拟电视基础,7.1黑白电视传送原理,7.1.1图像的分解与传送（P164）,1、图像的分解：将景物图像化整为零的方法 。像素：组成图像的基本单元。每个像素具有单值的光特性（亮度和色度）和几何位置。像素亮度和色度既是空间（二维）函数，同时又是时间函数。,3,像素与图像清晰度关系（P165）,平面彩色电视亮度和色度信息：既是空间（二维）函数，同时又是时间函数。我国体制一幅画面像素44万（= 575766）关系：电视系统能够分解的像素数越多，图像就越清晰、细腻。,4,2、图像的传送（演示）,1、同时制传送（并行传输）：将构成一幅图像的所有像素同时转换成电信号，并同时传送出去。（无法实现）特点

2、：（1）每一像素需占用一个传输通道。在技术和经济上都是不现实的。（2）同时制传送只是电视启蒙时期的一种设想，并没有真正实现。,5,（2）图像的顺序制传送（演示）,顺序传输制的含义：按一定顺序将一个个像素的光学信息轮流转换成电信号，用一条传输通道依次传送出去。（串行传输，按时间顺序传送空间分布的像素的亮度。）关键：（1）传送速度要快。转换开关有很高的接通速度，（2）传送时刻要准确。收发双方开关接通应同步工作。同步问题上是电视系统中一个非常重要的问题。,6,7.1.2电视扫描原理（P166）,扫描scanning：电视系统中顺序分解像素和综合像素的实现过程。将组成一帧图像的像素，按顺序转换成电信号

3、的过程（或逆过程）。扫描是顺序制传送系统的核心。包含两个过程：1、发送端光电转换过程中的扫描，2、接收端电光转换过程中的扫描。扫描实质：时空转换。,7,扫描的同步,同步：收发两端按照相同的规律进行扫描，收发双方扫描规律必须严格一致。同步两方面含义：同频：收发两端的扫描速度相同；同相：收发两端的时空对应关系一致。电视系统应用的扫描是扫描轨迹为直线型的线性扫描。行扫描：水平方向正程自左至右，逆程自右至左。场扫描：垂直方向正程自上至下，逆程自下至上。,8,扫描方式（P166）,逐行扫描：在对一帧（幅）画面进行光电转换及电光转换的过程中，一行一行从上到下依次进行的扫描方式。隔行扫描：指将一帧电视图像分

4、成奇数场和偶数场两场来扫描，奇数场扫描画面的奇数行，偶数场扫描画面的偶数行，奇数场和偶数场图像嵌套在一起形成一幅完整的图像。奇数行和偶数行互不重叠、等距相嵌。,9,隔行扫描光栅示意图（P168）,10,隔行扫描示意图,11,3、隔行扫描要求,每帧扫描总行数为奇数。相邻两场均匀嵌套。整个画面的变化是按场频重复的，它高于临界闪烁频率因而减少了闪烁感。就每行而言，仍是按帧频（每秒重复25次）重复，低于临界闪烁频率的。当接近电视机观看时，仍会感觉到行间闪烁；但当离开一定距离观看时，行间闪烁就不怎么明显。,12,隔行扫描的意义,我国电视制式规定，场扫描频率fV为50 Hz，每帧图像的扫描行数为625行。

5、 隔行扫描解决带宽与闪烁感及清晰度的矛盾。 可以保证基本不影响图像分解力和画面无大面积闪烁的前提下，将图像信号带宽减小一半。,13,隔行扫描的优缺点,优点：保证基本不影响图像分解力和画面无大面积闪烁的前提下，将图像信号带宽减小一半。在画面无闪烁的前提下，对给定的通频带，隔行扫描能以更多的行数分解图像。缺点：行间闪烁效应。 并行现象。垂直边沿锯齿化。,14,4、模拟电视扫描参数（P169）,我国电视标准规定：一帧扫描总行数为625行，其中，帧正程575行，帧逆程50行；采用隔行扫描方式，每场扫描312.5行，场正程287.5行，场逆程25行；场频为50Hz，场周期为20ms；行频为15625Hz

6、，行周期为64s，行正程时间为52s ，行逆程时间为12s ；扫描光栅的宽高比为4:3。,15,摄像和显像原理,16,7.2 黑白全电视信号,7.2.1黑白全电视信号的组成（P179）,黑白全电视信号=图像信号（S）+复合消隐信号（X）+复合同步信号（T） 黑白全电视信号是由三个主要部分按一定规律组合成的信号，三个部分采用时分方式传送。图像信号（S）-在正程传送复合消隐信号（X）-逆程传送复合同步信号（T） -逆程传送,18,1、图像信号（P180）,图像信号（视频信号）：携带景物明、暗信息的电信号。按极性可分成两类： 正极性图像信号：白电平高、黑电平低的图像信号。指图像信号的大小与景物的亮暗

7、成正比，即景物越亮，信号电平越高。负极性图像信号：黑电平高、白电平低的图像信号。指图像信号的大小与景物的亮暗成反比，即景物越亮，信号电平越低。,19,图像信号,20,灰度条画面及正负极性图像信号,21,灰度条图像及其图像信号波形（P180）,白电平：对应于画面上最明亮部分的信号电平，黑电平：对应于画面上最黑暗部分的信号电平。正极性图像信号中黑电平低，白电平高，负极性图像信号中黑电平高，白电平低。从黑电平到白电平的范围是图像信号的峰-峰电平值，一般规定为0.7VP-P。,22,2、复合消隐脉冲信号（P180）,消隐：电视中在“回扫”或“逆程”时抑制电子束的方法。包括行消隐、场消隐、复合消隐。消隐

8、信号：在全电视信号中，提供出逆程出现的时间、宽度和消隐电子束所需电平的脉冲信号。复合消隐信号：为消去行、场逆程扫描线（简称回扫线），以帧周期（40ms）重复的、由同步机产生的按时间顺序将行消隐脉冲序列和场消隐脉冲序列组合在一起复合消隐脉冲。复合消隐脉冲的作用：在行、场逆程期间使显像管中的扫描电子束截止，使其不干扰正程的图像信号。消隐电平：消隐脉冲所处的信号电平值。,23,复合消隐信号,24,消隐脉冲的具体作用,1、提供行、场扫描逆程期间截止电子束的电平、时间、宽度的信息；2、为图像信号提供基准电平。消隐脉冲电平：行、场消隐脉冲出现的时间、宽度不同，但其消隐电平相同。消隐脉冲电平可以是黑电平，也

9、可以是比黑电平还“黑” 的电平值。,25,3、复合同步信号（P181）,同频：收发两端的扫描速度相同；同相：收发两端的时空对应关系要一致。,26,行同步脉冲与行消隐脉冲的关系（P182）,27,复合同步与复合消隐信号,28,场同步脉冲与场消隐脉冲的关系,29,7.2.2黑白全电视信号波形（负极性） （P183）,30,黑白全电视信号的波形,31,7.2.3电视信号的频谱结构（P184）,两个主要特点（梳状结构） ：具有离散性和成群性。离散性是指电视信号的频谱是线状频谱，而非连续频谱。频谱成分 fmn=nfHmfF成群性是指整个频谱由一个个谱线簇构成。信号能量并没有占满整个视频带宽，至少有三分之

10、一的空隙可以利用。,32,活动图象的信号频谱,对于一般速度运动的物体，形成的帧周期信号波形表现为随运动情况而在时间轴上的相位有变化。随景物运动，两旁的依时间左右摆动，主谱线两旁的副谱线近乎连续。因电视图像相邻帧间、行间相关较大，因此相邻群之间有信号能量的空白区。,33,图像信号的频谱待征,以行频及其谐波为中心，形成梳齿状的离散频谱。 随着行频谐波次数的增高，谱线幅度逐渐减小。这说明黑白图像信号的主要能量分布在视频信号的低频端。 实践证明，无论是静止或活动图像，行频主谱线两旁的副谱线谐波次数不大于20。按m=20计算，各谱线群所占宽度仅为2m fV2020502kHz，相邻两主谱线间距为15.6

11、25kHz，由此可见各群谱线间存在着很大的空隙。,34,7.2.4电视图像信号的带宽（P186）,视频信号：指用摄像机、录像机重放，视频解调设备和视频信号源输出的信号。电视图像信号的带宽：图像信号最低频率到最高频率之间的频率范围。根据公式可算出图像信号最高频率为7.37MHz。考虑到使水平方向的分解力和垂直方向的分解力相匹配，我国电视系统规定图像信号的带宽为6MHz。,35,图像最高频率的计算,l和h分别为图像的宽度和高度，宽高比l/h4/3， 一帧内的扫描行数z 625，帧频fF 25Hz行逆程系数 行逆程时间/行周期= 12/64=0.1875，帧逆程系数 帧逆程时间/帧周期= 21.61

12、2/40=0.08可算出图像信号最高频率fmax=7.37MHz。,36,调制方式,图像信号的残留边带调幅 图像信号的残留边带调幅就是发送一个完整的上边带和一小部分下边带，抑制大部分另一下边带（保留0.751.25MHz） 。我国标准规定，伴音载频fS比图像载频fP高6.5MHz，距fP为-1.25MHz处的最小衰减量为20 dB。,37,负极性调幅波形,电平规定：峰值电平（同步顶电平）100%黑电平75%白电平12.5%,38,伴音信号的调频,伴音信号的频率范围在50Hz到15kHz之间。伴音信号经过调频(FM)后变成宽带信号。我国规定伴音己调信号的最大频偏为50kHz（调频广播为75kHz

13、），所以已调伴音信号的带宽B为 B2(f+fm)2(50+15)130kHz。,39,射频全电视信号的频谱,40,黑白全电视信号小结,1黑白全电视信号包括：图像信号(V)、复合同步信号(T)、复合消隐信号(X)。2图像信号：携带景物的亮暗信息的信号，最白部分的电平称白电平，最黑部分的电平称黑电平。图像信号具有单极性和脉冲性特点。分为正极性图像信号和负极性图像信号。3复合消隐信号的作用、参数。4、复合同步信号的作用、参数。5黑白全电视信号的组成；奇数场、偶数场及行序的规定。,41,黑白全电视信号的频谱,1静止图像信号的频谱分布规律。 只在水平方向有亮度变化的静止图像 ：频谱呈线状谱，位于nfH上

14、。垂直方向也有亮度变化的静止图像 :频谱呈主线状谱和副线状谱，位于nfH mfV上。垂直方向有细节变化的静止图像 :频谱呈主线状谱和副线状谱，位于nfH mfF上。2活动图像信号的频谱分布规律。频谱的总体特征是离散而成群的，主谱线两旁的副谱线近乎连续，每群均呈现梳齿状，相邻群之间有信号能量空白区。,42,7.3彩色图像传送原理,7.3.1彩色图像的摄取与重现,理论依据：人眼同色异谱特性。三基色原理。实际做法：不需要传送彩色的所有光谱信息，只要传送三个基色信号。在接收端再对三个基色信号进行复合，便能重现彩色图像。,44,彩色图像的摄取,45,2、彩色图像的重现（P190）,设备：主要有CRT彩色

15、显像管、LCD、PDP、以及DMD（数字微镜显示器）等。显示彩色图像的共同特点：都采用空间混色法，每个显示单元同红、绿、蓝三色光点组成，三色光点的发光强度由三基色电信号控制。,46,彩色CRT的基本结构,47,彩色CRT与黑白CRT的主要区别,1、荧光屏可实现彩色显示：按一定规律涂有红、绿、蓝三色条状荧光粉颗粒，相邻的红、绿、蓝三色荧光粉颗粒组成一个色点组，作为重现各种颜色的基本单元。整个荧光屏上约有50万个色点组。 2、电子枪可同时发射三条电子束：有三条电子束同时进行扫描，精确射向同一色点组各自对应的三色荧光粉颗粒 。,48,彩色电视信号实现兼容的基本条件 （P193）,1、双向兼容含义：黑

16、白电视接收机接收彩色电视信号时可显现黑白图象，彩色电视接收机接收黑白电视信号时也可显现黑白图象的性能。兼容基本条件：（1）彩色电视信号中必须包含亮度信号和色度信号。（2）占用相同的频带宽度（6MHz）。（3）具有相同的扫描参数，如行频、场频、隔行扫描比、宽高比等。（4）应尽量减小亮度信号与色度信号的相互干扰。,49,2、兼容制彩色电视系统中传送的信号 （P193）,1、亮度信号：包含全部的亮度信息。2、两个色差信号：红色差信号和蓝色差信号，包含全部的色度信息。恒亮传输方式：采用亮度信号和两个色差信号作彩色电视传输信号的方式。 理由：（1）重现图像的亮度只由亮度信号决定。（2）完整色度信息由色差

17、信号方程求出。,50,亮度信号和色差信号,亮度信号 Y=0.3R+0.59G+0.11B色差信号 R-Y=R-(0.3R+0.59G+0.11B) =0.7R-0.59G-0.11B B-Y=B-(0.3R+0.59G+0.11B) =-0.3R-0.59G+0.89B G-Y=G-(0.3R+0.59G+0.11B) =-0.3R+0.41G-0.11B,51,采用传输亮度信号和两个色差信号方式的优点,满足恒定亮度要求：亮度不受色度通道干扰信号的影响。兼容性好有利于高频混合编码后亮度信号传输过程中引入杂波，不影响色调，只影响饱和度。,52,大面积着色原理,依据：人眼对彩色细节的分辨力低于对黑

18、白细节的分辨力，只要保证黑白细节存在，人眼就会感觉画面很清晰。“彩色细节失明”。大面积着色原理：亮度信号（景物的明细部分）用宽带（6MHz）高清晰度方式传送，以保证清晰度。色度信号（景物的颜色差别）用窄频带（1.3MHz）低清晰度方式传输。色差信号经过频带压缩后用较窄的频带传送。,53,高频混合原理：色度信号可采用窄带传输，即细节部分仍由亮度信号的高频部分来补充。这就是用同一频带而亮度与色度信号又不产生影响，保证彩电效果。,54,发送信号,亮度信号 Y0-6M0.3R 0-6M+0.59G 0-6M+0.11B 0-6M色差信号 (R-Y) 0-1.3M0.7R 0-1.3M-0.59G 0-

19、1.3M-0.11B 0-1.3M (B-Y) 0-1.3M-0.3R 0-1.3M-0.59G 0-1.3M+0.89B 0-1.3M,55,色差信号的处理（P195演示）,1、频带压缩：依据“大面积着色原理”，亮度采用全带宽传输，色差信号采用1.3MHz窄带传输，以压缩色差信号的传输频带。2、频谱搬移：通过调幅方式实现亮度信号主要占据视频频带的低端，已调色差信号主要占据视频频带的高端。3、频谱间置：依据亮度信号和已调色差信号的谱线簇在视频频带的高端正好错开半个行频的距离。在视频频带的高端通过频谱交织，以实现亮、色信号之间的频分复用。,56,频谱间置（频谱交织、频谱交错）,将色度信号通过一副

20、载波的调制，使谱线搬移，并交错地安插在黑白信号的频谱中去。,57,7.3.3彩色全电视信号（P197）,组成：亮度信号+已调色差信号+ 复合消隐信号+ 复合同步信号+色同步信号。亮度信号和已调色差信号：构成彩色图像信号，代表被摄图像的亮度和色度信息，用以在接收端重现彩色图像。复合消隐和复合同步信号：作用与特点与黑白电视完全相同。色同步信号：传送副载波的基准频率和相位信息，保证接收端恢复的副载波与发送端的副载波同频同相。,58,色同步信号（P198）,色同步信号：在彩色全电视信号中发送的一个能反映发送端副载波频率和相位的信号。作用：（1）接收机恢复副载波提供一个相位基准，提供色副载波频率和相位信

21、息。（2）提供收、发两端PAL开关步调一致的相位信息，提供V信号切换极性信息；（3）接收机中的自动消色，自动饱和度控制。,59,色同步信号的波形（P198）,60,7.3.4标准彩条信号（P199）,标准彩条信号：在彩条信号发生器中用电子方法产生的一种标准测试。常用以对彩色电视系统的传输特性进行测试和调整。在黑白电视机屏幕上显示：不同灰度的八个竖条，从左到右亮度递减是不均匀的。作用：标准彩条信号显示的是最纯的基色、补色和中性色，因此可用来测试电视系统中除摄像器件、彩色校正电路等有关电路之外的所有电路系统的工作情况和极限性能。,61,标准彩条图像,亮度递减顺序：白、黄、青、绿、品、红、蓝、黑，包

22、括：显像管所能显示的最纯的六种颜色（三基色、三补色）表明信号的基准电平幅度的两个中性色（黑、白）,62,7.3.5兼容制彩色电视制式（P200）,三种制式：NTSC制、PAL制和SECAM制。共同点：都传送了亮度信号和红色差信号及蓝色差信号，且都采用以色差信号调制在彩色副载波上的方式实现频谱间置，以达到兼容的目的。主要区别：色差信号调制载波的方式不同。,63,正交平衡调幅原理框图（P197）,64,NTSC制（P200）,NTSC制：正交平衡调幅制。特点：将两个色差信号分别对频率相同而相位相差90度的两个副载波进行正交平衡调幅，再将已调幅的两个色差信号叠加后穿插在亮度信号频谱的高端进行传送。缺

23、点：对信号的相位失真比较敏感，即信号的相位失真容易引起色调变化，对发送端与中间传送设备的性能指标要求较高。,65,NTSC彩色电视制,主要特性：(1) 525行/帧, 30帧/秒(2) 高宽比：电视画面的长宽比为4:3 (3) 隔行扫描，一帧分成2场(field)，262.5线/场 (4) 在每场的开始部分保留20扫描线作为控制信息，因此只有485条线的可视数据。 (5) 每行63.5微秒，水平回扫时间10微秒(包含5微秒的水平同步脉冲)，所以显示时间是53.5微秒(6) 颜色模型：YIQ(7)美国、加拿大等大部分西半球国家，及日本、韩国、菲律宾和中国的台湾采用这种制式。,66,PAL制（P2

24、01）,PAL制（ Phase Alternation Line ） ：逐行倒相正交平衡调幅制。特点：PAL制是在对色度信号采用正交平衡调幅的基础上，将其中一 个色度分量(FV分量) 进行逐行倒相，在发端周期性地(行频)改变FV分量的相序，在收端采用平均措施，以减轻传输相位误差带来的影响。 缺点：接收机电路较为复杂。,67,倒相正交平衡调幅制PAL制式,主要特性： 625行(扫描线)/帧，25帧/秒(40 ms/帧) (2) 每场中有25行作为场回扫，所以每帧中只有575行是有效行。(3) 高宽比(aspect ratio)：4:3 (4) 隔行扫描，2场/帧，312.5行/场(5) 颜色模型

25、：YUV(6) 西欧、中国和朝鲜等国家采用这种制式。,68,SECAM制（P201）,SECAM制：逐行轮换、储存、调频传色制。特点：两个色差信号分别对两个频率不同的副载波进行调频，然后两个调频波逐行轮流插入到亮度信号频谱的高端，与亮度信号一起传送。由于每一行只传送一个色差信号，因此克服了信号间的相互串扰。在接收端恢复三基色信号时，需要对每行传送的一个色差信号存储一行的时间作为下一行的色差信号之一使用，即每一个色差信号需使用两次。缺点：接收机电路复杂，而且图像质量也比前两种制式略差。,69,彩色电视信号的类型,复合电视信号：包含亮度信号、色差信号和所有定时同步信号的单一电视信号。分离电视信号（

26、SVideo信号）：是亮度和色差分离的一种电视信号，它可以（1）减少亮度信号和色差信号之间的交叉干扰。（2）不须要使用梳状滤波器来分离亮度信号和色差信号，这样可提高亮度信号的带宽。分量电视信号：是指每个基色分量作为独立的电视信号，使用分量电视信号是表示颜色的最好方法，但需要比较宽的带宽和同步信号。,70,彩色电视信号的类型,复合电视信号（Y+已调色度信号+定时同步信号）亮色分离电视信号（S端子：Y、C ）分量电视信号（ Y、R-Y、B-Y ）三基色电视信号（R、G、B）,71,作业题,什么是隔行扫描？现行的电视系统为何要采用隔行扫描方式？兼容制彩色电视系统需考虑哪些因素？ 目前有哪几种彩色电视制式？归纳他们的共同点，不同点？,72,