電視原理第一章第1講

1、主 講：宋懷波共四十七頁(yè)緒 論 1.1 電視是上世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一 電視是迄今為止人類進(jìn)行(jnxng)信息傳播變革過(guò)程中影響最大的研究成果，是科學(xué)技術(shù)最先進(jìn)研究成果的集合。 電視將實(shí)際的或者記錄的活動(dòng)圖像和伴音變換為電信號(hào)，通過(guò)電信系統(tǒng)傳遞至遠(yuǎn)處，即時(shí)重現(xiàn)原有信息。 最簡(jiǎn)單的電視系統(tǒng)由以下三個(gè)部分組成：（1） 光電轉(zhuǎn)換、聲電轉(zhuǎn)換；（2） 視頻、音頻信號(hào)的傳輸；（3） 電光、電聲轉(zhuǎn)換。1.電視傳像基本過(guò)程.swf 2.電視傳輸過(guò)程.swf共四十七頁(yè)緒 論尼普柯夫圓盤(pán) 黑白電視彩色電視數(shù)字電視電視(dinsh)的發(fā)展共四十七頁(yè)一、電視(dinsh)技術(shù)的發(fā)展歷程 1.2 電視(dinsh)的發(fā)

2、展史 19世紀(jì)末，少數(shù)先驅(qū)者設(shè)想并開(kāi)始研究設(shè)計(jì)圖像的傳送技術(shù)。1873年英國(guó)科學(xué)家約瑟夫梅發(fā)現(xiàn)硒元素的光電特性，為后來(lái)電視技術(shù)的的發(fā)明奠定了基礎(chǔ)。 1883年圣誕節(jié)（一說(shuō)為1884年），德國(guó)電氣工程師尼普柯夫（P.Nipkow）用他發(fā)明的“尼普柯夫圓盤(pán)”使用機(jī)械掃描方法，作了首次發(fā)射圖像傳送的實(shí)驗(yàn)。每幅畫(huà)面有24行掃描線，圖像相當(dāng)模糊。共四十七頁(yè)1.2 電視(dinsh)的發(fā)展史舉例(j l)：風(fēng)扇共四十七頁(yè) 1923年，美籍俄國(guó)人茲沃爾金發(fā)明靜電積貯(j zh)式攝像管，后來(lái)又發(fā)明電子掃描式顯像管，這是近代電視攝像術(shù)的先驅(qū)。V.K.Zworykin1939 年前后使用電視顯象管和攝像管 19

3、08年，英國(guó)肯培爾.斯文頓、俄國(guó)羅申克夫提出電子掃描原理，奠定了近代(jndi)電視技術(shù)的理論基礎(chǔ)。共四十七頁(yè)電視(dinsh)的誕生1925年，蘇格蘭發(fā)明家貝爾德用自行裝置的機(jī)械電視設(shè)備，第一次將移動(dòng)的圖像傳向遠(yuǎn)處的接收機(jī)現(xiàn)場(chǎng)。1925年10月2日，貝爾德用攝像機(jī)掃描了一個(gè)木偶的頭部。他欣喜地發(fā)現(xiàn)，木偶的頭部被閃爍不定地復(fù)制在他安置于另一間屋子的熒屏上。于是，他臨時(shí)雇了一個(gè)小伙計(jì)坐在他的攝像機(jī)前，重復(fù)(chngf)他的實(shí)驗(yàn)。這位名叫威廉.泰因頓的小伙子幸運(yùn)地成為歷史上第一個(gè)出現(xiàn)在電視上的人。共四十七頁(yè)共四十七頁(yè)1926年1月，貝爾德在倫敦皇家科學(xué)研究所首次(shu c)示范電視技術(shù)。共四十七

4、頁(yè)最早的電視廣播(din sh un b)最早的電視廣播于1929年在倫敦開(kāi)播，使用貝爾德建造的系統(tǒng)，引起轟動(dòng)，是現(xiàn)代電視廣播的雛形?，F(xiàn)代彩色電視畫(huà)面是由500至1000條以上的掃描線組合起來(lái)的，貝爾德的畫(huà)面只有30條掃描線，并且是黑白兩種顏色，畫(huà)面非常模糊。 世界(shji)上最早的電視臺(tái)是1936年11月2日在倫敦郊外亞歷山大宮建立的大眾電視臺(tái)。我國(guó)第一座電視臺(tái)是1958年5月1日試運(yùn)行的北京電視臺(tái)，也是現(xiàn)在的中央電視臺(tái)的前身。 共四十七頁(yè)電視技術(shù)(jsh)的發(fā)展電視技術(shù)本身： 第一代黑白電視（20世紀(jì)(shj)20年代）第二代彩色電視（20世紀(jì)40年代）第三代高清晰度電視（20世紀(jì)90年

5、代）第四代智能電視（21世紀(jì)初）共四十七頁(yè)信號(hào)處理技術(shù)：第一代：模擬(mn)電視第二代：數(shù)字處理電視第三代：數(shù)字電視電路工藝(gngy)：第一代：電子管第二代：晶體管第三代：大規(guī)模集成電路共四十七頁(yè)傳輸媒介：?jiǎn)我坏牡孛嫖⒉〝U(kuò)充到電纜、衛(wèi)星、網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線移動(dòng) 功能覆蓋：?jiǎn)我坏幕顒?dòng)圖像廣播(gungb)擴(kuò)充到數(shù)據(jù)廣播、視頻點(diǎn)播、收費(fèi)電視、立體電視、多視點(diǎn)視頻等 共四十七頁(yè) 1.3 電視圖像(t xin)的彩色化美國(guó)是世界上最早播出彩色電視節(jié)目的國(guó)家。 1953年，美國(guó)國(guó)家電視(dinsh)制式委員會(huì)提出NTSC制式。1954年美國(guó)全國(guó)廣播公司、哥倫比亞廣播公司，采用NTSC制式首次播出彩色電視節(jié)目。

6、日本、加拿大分別于1957、1966年采用該制式播出。1956年，法國(guó)提出SECAM制式。1960年，聯(lián)邦德國(guó)提出PAL制。共四十七頁(yè) 1.3 電視(dinsh)圖像的彩色化 3種彩色電視制式同時(shí)(tngsh)并存 彩色電視機(jī)在哪國(guó)使用必須符合該國(guó)的黑白體制、彩色制式及頻道劃分，還要注意電源標(biāo)準(zhǔn)（有110伏/60赫與220伏/50赫之分），這樣才能保證接收機(jī)安全可靠地接收到良好的彩色圖像和伴音。目前世界上采用PAL制的國(guó)家最多。中國(guó)所采用的電視制式為PAL/D，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為：每幀掃描625行，每秒25幀。共四十七頁(yè)1.4 衛(wèi)星(wixng)廣播電視的出現(xiàn)1962年，美國(guó)發(fā)射“電星一號(hào)”通信衛(wèi)星，

7、進(jìn)行了橫跨大西洋的電視節(jié)目傳送(chun sn)實(shí)驗(yàn)，這是一顆低軌道衛(wèi)星，使用起來(lái)受到許多限制。1963年，美國(guó)發(fā)射了世界第一顆同步通信衛(wèi)星“同步二號(hào)”。1964年，國(guó)際通信衛(wèi)星組織的第一顆商用通信衛(wèi)星“國(guó)際通信衛(wèi)星一號(hào)”啟用，使世界正式進(jìn)入了衛(wèi)星通信時(shí)代，國(guó)際間進(jìn)行電視節(jié)目的傳送和轉(zhuǎn)播成為現(xiàn)實(shí)。1969年7月20日阿波羅11號(hào)的整個(gè)登月過(guò)程就是通過(guò)衛(wèi)星傳送49個(gè)國(guó)家，有7.2億人同時(shí)收看到了這個(gè)節(jié)目。共四十七頁(yè)1.5 高清晰度電視(HDTV) 電視畫(huà)面同電影相比還顯得很粗糙，這是因?yàn)槟壳?mqin)構(gòu)成電視畫(huà)面的像素較少的緣故。因而，人們又研制出高清晰度電視。“高清晰度”指與現(xiàn)行(xinxn

8、g)電視相比，其水平和垂直方向的圖象分辨率都要求提高一倍以上，使用大屏幕顯示器近距離觀看時(shí)，圖象細(xì)膩逼真，無(wú)閃爍和粗糙感，并配以數(shù)字環(huán)繞音響伴音。采用16:9的寬高比作為世界標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)HDTV標(biāo)準(zhǔn)為19201080i，每幀圖像有207萬(wàn)個(gè)像素。 共四十七頁(yè)在HDTV的發(fā)展進(jìn)程中，經(jīng)歷了一個(gè)由模擬向數(shù)字轉(zhuǎn)化的過(guò)程。日本(r bn)早在1985年就建立了1125線、每秒60幀的MUSE制式(全視頻帶寬30MHz)的HDTV。但卻把精力放在完善模擬電視的清晰度，忽視了數(shù)字技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)。IEEE的MPEG專家組制訂的MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的數(shù)字通信技術(shù)，使得帶寬高達(dá)20MHz的HDTV信號(hào)可以在6

9、MHz左右的現(xiàn)行傳輸信道不失真地傳送。美國(guó)的全數(shù)字高清晰度電視已達(dá)到實(shí)用化。1998年9月8日至12日，中央電視臺(tái)利用我國(guó)研制成功第一套數(shù)字高清晰度電視系統(tǒng)試驗(yàn)發(fā)射了數(shù)字高清晰度電視節(jié)目，成為繼美國(guó)、歐洲和日本之后世界上第四個(gè)擁有數(shù)字高清晰度電視地面廣播傳輸系統(tǒng)的國(guó)家。國(guó)慶50周年慶典上，我國(guó)在北京試播了高清晰度數(shù)字電視，在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上實(shí)現(xiàn)了美、歐兩大陣容標(biāo)準(zhǔn)兼容。共四十七頁(yè)1.6. 數(shù)字電視(sh z din sh)(DTV) 數(shù)字電視(DTV)包括普及型數(shù)字電視(DPTV，352288i，約300電視線)標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視(SDTV ，704576i或720480i，約500電視線，相當(dāng)于D

10、VD標(biāo)準(zhǔn))高清晰度數(shù)字電視(HDTV ，19201080i，約1000電視線)均采用MPEG-2/1數(shù)字壓縮技術(shù)。標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視的圖像和伴音的質(zhì)量都比目前模擬電視有所提高，并且其頻道利用率高，在目前模擬電視的一個(gè)頻道內(nèi)可以同時(shí)播4套（或更多）標(biāo)準(zhǔn)清晰度節(jié)目。目前我國(guó)各省級(jí)電視臺(tái)的通過(guò)衛(wèi)星傳送的電視節(jié)目均是采用MPEG-2數(shù)字壓縮的標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視(SDTV)節(jié)目。我國(guó)已于1998年11月組成了DTVIA（中國(guó)數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟），聯(lián)合開(kāi)發(fā)我國(guó)的DTV，抵御國(guó)外同類產(chǎn)品(chnpn)的打入和競(jìng)爭(zhēng)。共四十七頁(yè)6. 我國(guó)電視(dinsh)事業(yè)的發(fā)展-1 1958年5月1日，中國(guó)第一座電視臺(tái)中央電視臺(tái)

11、（早期稱北京電視臺(tái)，1978年5月1日改稱現(xiàn)名）使用二頻道試播黑白電視，9月2日正式播出。當(dāng)時(shí)發(fā)射天線加設(shè)在廣播大廈塔樓頂，高度為80米，覆蓋半徑25公里。中央電視臺(tái)開(kāi)播不久，從蘇聯(lián)進(jìn)口了200部黑白電視機(jī)，以后天津廣播器材廠很快試制出“北京”牌電視機(jī)。1958年10月1日上海電視臺(tái)開(kāi)始試播，12月20日哈爾濱電視臺(tái)（即今天的黑龍江電視臺(tái)）開(kāi)始試播。1961年底，全國(guó)共建地方電視臺(tái)19座。1959年，無(wú)錫市建立中國(guó)第一座電視轉(zhuǎn)播臺(tái)，用差轉(zhuǎn)的方式轉(zhuǎn)播上海電視臺(tái)的節(jié)目。1960年5月1日在北京建成了第一個(gè)彩電試驗(yàn)臺(tái)，用NTSC制進(jìn)行了試播。但后來(lái)也由于國(guó)民經(jīng)濟(jì)暫時(shí)困難而“下馬”。1969年彩電研究

12、二度開(kāi)展并決定暫用PAL制（1982年正式?jīng)Q定PAL/D制為中國(guó)彩色電視的標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)制式）。共四十七頁(yè) 7. 我國(guó)電視(dinsh)事業(yè)的發(fā)展-21973年5月1日，中央電視臺(tái)用8頻道在北京地區(qū)試播，同年10月1日正式播出。從1977年7月25日起，中央電視臺(tái)的第一套節(jié)目全部改為彩色播出。 1999年10月我國(guó)所有省級(jí)電視臺(tái)的電視節(jié)目全部上星，并基本形成(xngchng)了星、網(wǎng)結(jié)合的廣播電視傳輸體系。1999年10月1日，中央電視臺(tái)高清晰度電視試播成功。1986年建成的中央電視臺(tái)彩電中心及90年代初建立的名列世界第三、四、五位（亞洲第一、二、三位）的：上海東方明珠電視塔（高460米

13、）天津天塔（高415.2米）中央廣播電視發(fā)射塔（高405米）目前世界電視發(fā)射塔最高者為553.3米的加拿大多倫多電視塔其次為533.3米的莫斯科奧斯坦丁諾電視塔共四十七頁(yè)電視：根據(jù)人眼視覺(jué)特性以一定的信號(hào)形式實(shí)時(shí)傳送活動(dòng)(hu dng)景物圖像的技術(shù)。 電視(dinsh)攝像機(jī) （光電轉(zhuǎn)換） 景物 處理設(shè)備傳輸信道 接收設(shè)備 電視顯示器 （電光轉(zhuǎn)換）觀看者第1章 電視基礎(chǔ)知識(shí)開(kāi)路、閉路共四十七頁(yè)共四十七頁(yè)對(duì)于彩色電視，每一個(gè)平面活動(dòng)基色圖像都可以表示成空間坐標(biāo)x、y和時(shí)間t 的三維離散函數(shù)(hnsh):fR(xm,yn,tk)fG(xm,yn,tk) fB(xm,yn,tk) 對(duì)于黑白電視，平

14、面活動(dòng)亮度圖像可表示為：fL(xm,yn,tk)一、圖像(t xin)的順序傳送原理1.圖像(t xin)的表示法共四十七頁(yè)根據(jù)人眼對(duì)細(xì)節(jié)分辨力有限的視覺(jué)特性，可以把一幅平面圖像(t xin)分解成許許多多小單元。這些組成畫(huà)面的細(xì)小單元具有單一的亮度和色度，稱為像素（pixel）。像素越小，單位面積上的像素?cái)?shù)目越多，圖像就越清晰。共四十七頁(yè)2. 圖像的順序(shnx)傳送方法1：并行傳送： 把不同(b tn)位置上的像素同時(shí)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電信號(hào)，分別用相應(yīng)信道同時(shí)傳送出去。 根據(jù)人眼的細(xì)節(jié)分辨力，一幅圖像要比較清晰，至少要有40萬(wàn)以上的像素，即需40萬(wàn)個(gè)信道 。發(fā)送端接收端 電視系統(tǒng)中把構(gòu)成一幅

15、圖像的各像素傳送一遍稱為進(jìn)行了一個(gè)幀處理，或稱為傳送了一幀，每幀圖像由許多像素組成。共四十七頁(yè)方法2：順序(shnx)傳送（串行傳送） 利用人眼的視覺(jué)惰性，將各個(gè)像素(xin s)的光信號(hào)按一定的順序變成電信號(hào)傳輸，接收端再按同樣的順序?qū)㈦娦盘?hào)變成光信號(hào)，只要速度足夠快，人眼感覺(jué)圖像就是完整和連續(xù)的。 這種將圖像分解成像素并按一定的順序傳送圖像像素的電視系統(tǒng)稱為順序傳送系統(tǒng)。 傳送順序：從左到右，從上到下 同步：在接收端每個(gè)像素的幾何位置與發(fā)送端一一對(duì)應(yīng)。 像素傳送的兩個(gè)特點(diǎn)：速度快，準(zhǔn)確。3.順序傳輸制示意圖.swf共四十七頁(yè)順序轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn) 掃描 將組成一幀圖像的像素，按順序轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的過(guò)

16、程(guchng)（或逆過(guò)程(guchng)）稱為掃描。 掃描的過(guò)程和我們讀書(shū)時(shí)視線從左到右、自上而下依次進(jìn)行的過(guò)程類似。 從左至右的掃描稱為行掃描； 自上而下的掃描稱為幀(或場(chǎng))掃描。電視系統(tǒng)中，掃描多是由電子槍進(jìn)行的，通常稱其為電子掃描。 通過(guò)電子掃描與光電轉(zhuǎn)換，就可以把反映一幅圖像亮度的空間與時(shí)間的函數(shù)，轉(zhuǎn)換為只隨時(shí)間變化的單值函數(shù)（電信號(hào)），從而實(shí)現(xiàn)平面圖像的順序傳送。 共四十七頁(yè)二、光-電/電-光轉(zhuǎn)換(zhunhun)原理CCD感像器發(fā)端(fdun) ：光-電轉(zhuǎn)換 攝像管 收端 ：電-光轉(zhuǎn)換 顯像管讀出移位寄存器（遮光）圖像信號(hào)感光單元存貯轉(zhuǎn)移區(qū)光敏成像區(qū)轉(zhuǎn)移移位寄存器（遮光） 4.

17、圖像的攝取及光電轉(zhuǎn)換.swf共四十七頁(yè) 1. 攝像管光電導(dǎo)攝像管主要由鏡頭、光電靶、聚焦(jjio)線圈和偏轉(zhuǎn)線圈組成。共四十七頁(yè)2.顯像顯像管陰極射線管Cathode Ray Tube(CRT)主要(zhyo)組成：電子槍、熒光屏、偏轉(zhuǎn)線圈等。 顯示器隔行掃描.swf顯像管內(nèi)電子束偏轉(zhuǎn).swf顯示屏三基色(js)形成.swf共四十七頁(yè) 校正(jiozhng)攝像管光電轉(zhuǎn)換特性近似為線性：而顯像管電光轉(zhuǎn)換特性為非線性：亮度與柵陰壓的次方成正比，顯像管重現(xiàn)圖像(t xin)產(chǎn)生失真。 需在攝像端進(jìn)行預(yù)失真處理即校正：這樣，顯示亮度將正比于攝取的圖像亮度：共四十七頁(yè)校正(jiozhng)沒(méi)有(mi

18、 yu)校正前為2.0的校正共四十七頁(yè)三、 掃描(somio)將光圖像轉(zhuǎn)換成順序傳送的電信號(hào)的過(guò)程及其逆過(guò)程稱為掃描。用來(lái)完成信號(hào)的分解(fnji)與重現(xiàn) 掃描fL(xm,yn,tk)三維圖像信號(hào)f(t)一維電視信號(hào) 行掃描水平掃描（掃描正程，掃描逆程） 場(chǎng)掃描垂直掃描（掃描正程，場(chǎng)掃描逆程）掃描共四十七頁(yè)1. 逐行掃描2.2 電視掃描(somio)原理矩形(jxng)屏幕勻速單向直線掃描a. 只有行掃描時(shí) b. 只有場(chǎng)掃描時(shí) c. 行場(chǎng)同時(shí)存在時(shí) 共四十七頁(yè)（a）行掃描鋸齒波電流(dinli) （b）場(chǎng)掃描鋸齒波電流 8.掃描光柵演示.swf12.掃描光柵演示.swf共四十七頁(yè)行掃描(som

19、io)基本參數(shù)行正程掃描時(shí)間: TH S行逆程掃描時(shí)間: TH rTH r TH S行掃描(somio)周期TH = TH S+TH r行掃描頻率fH = 1/TH場(chǎng)正程掃描時(shí)間: TV S場(chǎng)逆程掃描時(shí)間: TV rTV r TV S場(chǎng)掃描周期TV = TV S+TV r場(chǎng)掃描頻率fV = 1/TV場(chǎng)掃描基本參數(shù)共四十七頁(yè)行場(chǎng)掃描(somio)關(guān)系為獲得有效的掃描光柵，電子束水平方向運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)遠(yuǎn)大于垂直方向的運(yùn)動(dòng)速度；即： fH fV 正程掃描時(shí)間應(yīng)占整個(gè)掃描周期的大部分，即： TH TH r TV TV r TH r/TH =a 稱行掃描逆程系數(shù)，一般18TV r/TV =b 稱場(chǎng)掃描逆程系

20、數(shù)，一般8設(shè)每場(chǎng)掃描行數(shù)為Z，則：TVZTH fHZ fV 即場(chǎng)周期是行周期的整數(shù)倍。掃描行數(shù)越多，圖像越清晰。 電子束在水平和垂直偏轉(zhuǎn)力的共同(gngtng)作用下進(jìn)行有規(guī)律的掃描，屏幕上便出現(xiàn)一條條亮線，這些亮線稱為光柵。返回2.3.3共四十七頁(yè)掃描電流與重現(xiàn)圖像的關(guān)系(a)線性掃描,圖像無(wú)失真;(b)行掃描非線性,產(chǎn)生左伸、右縮的非線性失真;原因：速度越快，拖尾越長(zhǎng)，下同。也可以將方塊看著(kn zhe)彈性物體(c)場(chǎng)掃描非線性,產(chǎn)生上拉、下壓的非線性失真 共四十七頁(yè)掃描電流幅度不足時(shí)產(chǎn)生的失真(sh zhn)(a)行掃描幅度小;(b)場(chǎng)掃描幅度小7.掃描頻率對(duì)重現(xiàn)圖像的影響.swf共

21、四十七頁(yè) 2、隔行掃描( xn so mio)（1）隔行掃描的提出要達(dá)到人眼要求的最高分解力，掃描行數(shù)須在500以上，人眼的臨界閃爍頻率要求場(chǎng)頻須在48Hz以上。按我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)為625行，50Hz，每行有800個(gè)像素，則：黑白電視(hi bi din sh)信號(hào)的最高頻率達(dá)12 MHz，電子線路系統(tǒng)、頻率資源都很難滿足要求。共四十七頁(yè)根據(jù)人眼的視覺(jué)特性：一幀圖像分兩次掃描(somio)，每次稱為一場(chǎng)，兩場(chǎng)合為一幀,即采用隔行掃描方式。活動(dòng)圖像25幀/秒=50場(chǎng)/秒臨界閃爍頻率=48Hz每場(chǎng)掃描行數(shù) 312.5行每幀掃描行數(shù) 625行即: 按隔行掃描方式，要求黑白電視信號(hào)帶寬為：f = 6 MHz 共四十七頁(yè)（2）隔行掃描( xn so mio)光柵的形成 奇數(shù)