電視圖像形成以及掃描形式

1、關于電視圖像的形成及掃描形式浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛1第一張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛2 2.1 電視的基本知識 2.1.1 電視的頻段劃分 無線電廣播電視信號的傳送方式： VHF(30300MHz) 無線電波，有線電視信號兩種形式。 UHF(3003000MHz) 中波:0.5MHZ1.6MHZ SHF(330GHz) 短波:1MHZ30MHZ EHF(30300GHz) 廣播節(jié)目有調(diào)頻、 調(diào)幅兩種方式： 調(diào)幅中波波段： 525-1605KHZ 調(diào)頻波段： 88-108MHZ 電波傳輸?shù)穆窂降诙?，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于20

2、22年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛3 電視頻段劃分： 模擬電視每個頻道的帶寬為8MHZ，頻道劃分見P30表13。 L段15頻道, 頻率范圍： 48.5MHZ92MHZ 載波、調(diào)制（調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相）、發(fā)射、解調(diào)（振幅檢波、鑒頻、鑒相） H段612頻道,頻率范圍： 167223MHZ U段1324頻道,頻率范圍： 470566MHZ； 2568頻道，頻率范圍： 606958MHZ 全頻段電視在各頻道之間增加了增補頻道: 在111167MHZ之間，設置Z-1Z-7共7個增補頻道; 在223295MHZ之間增加了Z-8Z-16共9個增補頻道; 在295470MHZ之間增加了Z17Z37

3、共21個有線電視增補頻道。 這樣我們能夠看68個基本頻道和37個增補頻道的有線數(shù)字電視或全頻道節(jié)目。第三張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛4 2.1.2 電視技術標準 有黑白電視和彩色電視技術標準。彩電是在黑白電視的基礎上附加彩色量的色度信號，構成彩色全電視信號。 黑白電視機的技術標準包括電視系統(tǒng)的掃描方式、掃描行數(shù)、場頻、行頻、圖象基帶寬度、射頻帶寬、調(diào)制極性、伴音調(diào)制位置和方式等等多種技術參數(shù)。 經(jīng)國際無線電咨詢委員會（CCIR）規(guī)范后，建議全世界采用13種黑白電視技術標準，它們的代號分別為CCIR-A，M，N，C，B，H，G，I，D，K，L，

4、E等。 我國采用的是CCIR-D標準。第四張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛5 彩色電視是在黑白電視的基礎上再傳送彩色信號形成的（兼容制），彩電全電視信號的構成包括：1、亮度信號Y2、色度信號R-Y、B-Y3、色同步信號4、復合同步信號5、復合消隱信號其中的亮度信號能為黑白電視機所接收、解調(diào)，還原成黑白圖象。第五張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛6 2.1.3 彩色電視制式國際無線電咨詢委員會認可的三種彩電制式有：NTSC制、PAL制和SECAM制。 NTSC制是美國在1953年研制成功的，它是國家電視

5、體制委員會的縮寫（ National Television Committe）。美國、日本、加拿大、我國臺灣等地采用。 PAL制是聯(lián)邦德國在1962年研制成功的一種電視體制，是逐行倒相正交平衡調(diào)幅制的縮寫，簡稱相位逐行正交（Phase Alternation Line ）。中國、德國、意大利、新加坡等國采用此制式。第六張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛7 SECAM制是法文“順序傳送彩色與存儲”的縮寫，由法國在1959年研制，1966年定型，具有較強的抗色失真能力，但兼容性較前兩種制式差。目前法國、俄羅斯、波蘭、埃及等國采用。 我國的彩色電視在CC

6、IR-D的基礎上采用PAL制，所以又稱為CCIR-D/PAL制。英國也采用CCIR-D/PAL制。 美、日采用CCIR-M/NTSC制。 波蘭采用CCIR-D/SECAM制等等。第七張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛8 2.2 彩色圖像的攝像和顯像原理2.2.1 彩色電視攝像及信號輸出形式 攝像時通過鏡頭系統(tǒng)和分色鏡把彩色圖像分解成三幅三基色圖像，分別投射到三個攝像管靶面，拍攝下三幅圖像畫面。然后通過信號傳送的方式把三基色信號傳送出去。如果通過三個顯象管再經(jīng)過光學系統(tǒng)把這三基色信號投射到屏幕上，就能夠還原出彩色信號。見圖16。 實際上如果按照上述的

7、原理需要三個傳輸通道占據(jù)18MHZ的帶寬，且不能與黑白電視機兼容。現(xiàn)在的彩電系統(tǒng)通過編碼壓縮信號頻帶，使傳輸通道的寬度壓縮為6MHZ，并實現(xiàn)黑白電視的兼容。 第八張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛9第九張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛10圖16b 遙控彩電接收機結構框圖第十張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛11 2.2.2 顯像管工作過程 我們現(xiàn)在的彩電顯像管是內(nèi)部具有三支電子槍的彩管，熒光屏上按一定規(guī)律涂敷著緊密排列的紅、綠、藍三色熒光粉。三注電子束在掃

8、描過程中各自轟擊相應的熒光粉，發(fā)出相應的單色光。將三基色電信號分別加在彩色顯像管三個陰極上，控制各自電子束的強弱，使彩色顯像管屏幕上呈現(xiàn)三幅基色圖像，由于它們緊密鑲嵌在一起，依據(jù)空間相加混色原理，人眼感覺他們是一幅彩色圖像（見圖1-11）。第十一張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛12第十二張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛13 2.2.3 自會聚彩色顯象管及外圍部件 自會聚彩色顯象管管頸外部有偏轉(zhuǎn)線圈、六極磁環(huán)、色純度磁環(huán)（二級磁環(huán)）、橡皮契、磁屏蔽罩和消磁線圈等部件。現(xiàn)在都采用單槍三束自會聚彩色顯象管

9、（圖112）。 燈絲加熱陰極使電子逸出，在陰極附近產(chǎn)生電子云。用加速極使電子加速，在高壓，行、場偏轉(zhuǎn)線圈作業(yè)下使電子束在屏幕上掃描，形成逐行逐場的掃描光柵，組成畫面。 用柵極控制從陰極射向的電子數(shù)目，用聚焦極對電子束進行聚焦。行偏轉(zhuǎn)、場偏轉(zhuǎn)共同作用產(chǎn)生掃描功能，用偏轉(zhuǎn)線圈上的電流極性改變，使電子束偏轉(zhuǎn)移動。第十三張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛14第十四張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛15附圖： 一種彩電的顯像管驅(qū)動電路第十五張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室

10、陳鵬飛16 圖中第6-7腳為加熱燈絲，3、8、12腳分別是藍、紅、綠三個電子槍的陰極，三基色圖像信號從這里發(fā)射。9腳為控制柵極，第10腳為加速極，加速極旁為聚焦極，最右邊電極提供2萬多伏的陽極高壓。 在顯像管的管頸部位有行偏轉(zhuǎn)線圈和場偏轉(zhuǎn)線圈，在流過偏轉(zhuǎn)線圈的行、場掃描信號的共同作用下，使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在屏幕上實現(xiàn)行、場掃描功能，產(chǎn)生畫面圖像。 加熱燈絲用來加熱陰極，在陰極附近產(chǎn)生電子云，陰極電位低，穿過柵極的電子多，屏幕亮度高。第十六張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛17 2.3 電視掃描原理 彩電圖像是采用掃描的形式顯示在熒光屏上，通過電子槍

11、以一定的頻率很快地在屏幕上逐點從左到右，逐行從上向下掃描形成圖像。 CRT自會聚顯像管不需要會聚調(diào)整電路仍有良好的會聚。顯像管內(nèi)的燈絲在脈沖電壓作用下升溫發(fā)亮，并加熱陰極發(fā)射電子，其中部分電子通過陰極和柵極之間的電場被加速極加速，并被聚焦極（相當于大口徑的電子透鏡）聚焦成很細的電子束，在陽極高壓所形成的強電場作用下以極高的速度轟擊熒光屏上的熒光粉。彩管中有三個陰極發(fā)射電子束，分別受紅、綠、藍三個基色信號控制，并分別轟擊與三熒光基色信號電壓相應的三基色粉條，產(chǎn)生紅、綠、藍三種基色光。根據(jù)空間混色原理，在熒光屏上數(shù)十萬個象素點上以一定規(guī)律掃描，形成整幅彩色圖片。第十七張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2

12、022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛182.3.1 水平、垂直掃描和掃描光柵 電視攝像和圖像顯示都要通過電子束掃描才能完成。電子束從畫面的最左邊到右邊掃描的過程稱為水平掃描或行掃描。行掃描分正程和逆程兩個階段。 行掃描正程（正掃）：電子束以相對較慢的速度從左到右水平掃描形成一行掃描線的過程。 行掃描逆程（回掃）：當電子束從最左掃描到最右之后，以很快的速度從右回掃到左邊構成行掃描逆程。逆程時攝像機沒有拾取信號，電視機也沒有顯示信號。第十八張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛19 水平掃描線一行一行從上到下移動，稱為垂直掃描。水平掃描和垂直

13、掃描配合進行，就形成一個矩形光柵。如果在正程掃描的同時輸送圖像信號，就形成電視圖像。 按照電視標準規(guī)定，早期CRT電視掃描光柵的寬高比為：W：H=4：3 后來出現(xiàn)的寬屏電視掃描光柵矩陣的寬高比為： W：H=16：9 電視掃描光柵示意圖見圖17。 電視掃描光柵有逐行掃描和隔行掃描兩種形式，以前的CRT電視機全部采用隔行掃描，現(xiàn)在的電視機有部分采用逐行掃描。第十九張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛20第二十張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛212.3.2 逐行掃描和隔行掃描 在電視攝像管和顯象管外面，都有行

14、與場兩對偏轉(zhuǎn)線圈，在線圈中分別流過行與場的鋸齒波掃描電流時，會產(chǎn)生垂直方向和水平方向的偏轉(zhuǎn)磁場，使通過磁場的電子束在水平和垂直方向產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。當偏轉(zhuǎn)磁場強度以線形規(guī)律變化時，電子束以等角速度偏移，形成恒速直線性掃描。 （一）逐行掃描 一行跟一行掃描。見圖18。圖中行鋸齒波變化一周所需的時間稱為行掃描周期TH。其中正程掃描時間為THF，逆程為THR。 我國的電視標準規(guī)定行掃描頻率fH=15625HZ，TH=1/fH=64us。其中正程時間一般不小于52us，逆程時間一般不大于12us。 場偏轉(zhuǎn)線圈流過的場頻鋸齒波電流作緩慢線形變化，電子束受垂直作用力而產(chǎn)生場掃描，場掃描周期用TV表示，我國規(guī)定的場

15、頻為50HZ。 第二十一張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛22第二十二張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛23 （二）隔行掃描 我國的電視機一般都采用隔行掃描的方式，一幅圖像分成兩場來完成，通過奇數(shù)場和偶數(shù)場兩場掃描構成一幅（幀）完整的圖像。 在隔行掃描方式中，幀頻率是每秒鐘傳送的圖像數(shù)，幀頻為25HZ，場頻頻率是每秒鐘掃描的奇數(shù)場和偶數(shù)場總和，即幀頻是場頻的一半，場頻為50HZ。 為使隔行掃描中兩場時間相同，一幀圖像的掃描線數(shù)應取奇數(shù)，所以一個場周期TV是半行周期TH的奇數(shù)倍： 周期數(shù)TV=（2m+1）

16、TH/2 我國取場頻為50HZ，故TV20ms，一幅圖像的掃描行數(shù)Z=625行，每秒25幀，所以行頻為： 行頻fH=6252515625HZ 行周期TH=1/fH=64us電視機掃描周期： 行正程52.2us，回掃11.8us，共64us，15625HZ； 場正掃18.4ms，回掃1.6ms，共20ms，50HZ。 第二十三張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛24 隔行掃描的過程見圖111。以7行掃描線為例，從第一場（奇數(shù)場）開始掃描1，3，5，7行的前半行；到達8，在場逆程期間從8轉(zhuǎn)到9。第7行的后半行開始偶數(shù)場掃描，半行掃完到達10，接著開始第二

17、場2、4、6各行的掃描，第二場結束，整個光柵掃過一遍，一幀掃描才告完成，然后依此循環(huán)。第二十四張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛25 2.3.3 廣播電視采用隔行掃描的原因 電視圖像的清晰度越高，要求的線數(shù)和場頻越高，這就要求電視圖像信號有很寬的帶寬和很高的頻率，對電視收發(fā)設備有很高的要求。一、行頻的確定 所謂最小視角是指人眼對觀察物體上能夠分辨的相鄰最近兩點所張的視角。根據(jù)圖形的幾何關系，可以寫出： d（線寬）/2D（距離）=/360 x60 =3438d/D 在正常條件下，觀察靜止圖像時，最小視角約為11.5。設Z為一幅光柵的掃描線數(shù)，H是屏幕

18、高度，則 d（線寬）=H（屏高）/Z（線數(shù)） 這樣 3438d/D=3438H/ZD 或 Z3438H/D第二十五張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛26第二十六張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛27 取標準視距D為屏幕高度H的46倍，并取為1，則可以算出一幅圖像應取的行掃描數(shù)為860570行之間。目前，不同制式的電視采用的標準掃描數(shù)有SECAM制的819行，CCIR（國際無線電咨詢委員會）的625行，NTSC制的525行，我國實行的是PAL制625行。 二、場頻的確定 根據(jù)人眼視覺殘留效應，電視換場次數(shù)

19、不能低于每秒48次，即場頻不能小于48HZ，考慮電源頻率一致，我國電視標準規(guī)定場頻為50HZ，在電源頻率為60HZ的國家，場頻采用60HZ。第二十七張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月浙江大學信電實驗中心音像實驗室 陳鵬飛28三、圖像信號的最高頻率和視頻通道帶寬 圖像信號的最高頻率與象素或清晰度有關，圖像每一個細節(jié)的大小相當于一個象素，表面細節(jié)越細，圖像越清晰，掃描時電子束掃過連續(xù)兩個象素的時間越短，信號頻率越高。見圖110a。 設每幀圖像的掃描線數(shù)為Z，若不計逆程等因素，水平方向共計可能達到的象素為： N=Z4/3=掃描線數(shù)寬高比 若掃描一行正好掃過這個數(shù)量黑白相間的小方塊，得到理想電壓波形如圖110b的方波，但實際是如圖1-10c所示的正弦波形。掃