彩色電視機基礎知識

第4講彩色電視機基礎知識一、技術名詞解釋1.信號信號（也稱為訊號）是運載消息的工具，是消息的載體。從廣義上講，它包含光信號、聲信號和電信號等。

電視機接收的信號實際上是無線電視廣播，無線電視廣播是利用無線電波來傳遞活動的圖像和語言信號的。在自然界中，人耳只能聽到頻率在20HZ～20KHZ之間的聲音，稱為聲波；頻率高于20KHZ的聲音稱為超聲波，頻率低于20HZ的聲音稱為次聲波。超聲波和次聲波都是人耳聽不到的，但它們都可應用在其他技術領域中。根據(jù)電波頻率的不同，可將無線電波劃分成多個波段。不同波段的無線電波，其傳播特性和規(guī)律也不盡相同。電視機采用的波段為超短波（3～300MHZ）和微波（300MHZ～300GHZ），分別屬于甚高頻（VHF）和超高頻（UHF）頻段。2.調(diào)制、解調(diào)由于音頻信號的頻率較低，不能通過普通天線直接發(fā)射到空間，而且也無法實現(xiàn)多個節(jié)目的同時播放，同時最大的缺點是傳播距離不遠。利用無線電波傳播速度快的特點，可以把電視信號傳遞到世界上任何地方，就好比飛機把乘客運到各地一樣。把視頻、音頻信號裝載到高頻載波上的過程稱為調(diào)制，運載視頻、音頻的無線電波稱為載波，調(diào)制后的信號稱為已調(diào)波。電視技術中，一般采用調(diào)幅、調(diào)頻和平衡調(diào)幅等調(diào)制形式。調(diào)幅是指高頻載波的振蕩幅度隨調(diào)制信號的變化而變化，而高頻載波的頻率不變，其波形如下圖所示。彩色電視機中接收、處理的圖像信號，就是調(diào)幅波。調(diào)頻是指高頻載波的頻率隨調(diào)制信號的變化而變化，而高頻載波的幅度不變，波形如下圖所示。彩色電視機中接收、處理的伴音信號，就是調(diào)頻波。平衡調(diào)幅是采用正交法（矢量）而進行的，彩色電視機中接收、處理的彩色信號，就是平衡調(diào)幅。

圖調(diào)幅、調(diào)頻波形圖3.電視信號調(diào)制音視頻信號的頻率不夠高，波長太長，信號不能直接送往天線以電磁波的形式發(fā)射出去。只有將音視頻信號對高頻載波進行調(diào)制處理，使音視頻信號變成高頻電視信號，以利于天線發(fā)射與接收。此外，不同電視臺，可選用不同的向高頻載波頻率，即選用不同的頻道，利于接收機選臺。圖像信號的調(diào)制

（1）采用殘留邊帶調(diào)幅0-0.75MHZ低頻圖像采用雙邊帶發(fā)送，0.75-6高頻圖像MHZ采用單邊帶發(fā)送。

殘留邊帶調(diào)幅頻譜如下圖所示：（2）負極性調(diào)幅a為負極性調(diào)幅；b為正極性調(diào)幅負極性調(diào)幅優(yōu)點：節(jié)省發(fā)射功率，干擾脈沖對圖像影響小，AGC控制易。（3）伴音信號的調(diào)制采用調(diào)頻：伴音調(diào)頻廣播音質(zhì)好，抗干擾能力強，規(guī)定伴音調(diào)頻載波頻率比圖像載波頻率高出6.5MHZ.（4）高頻電視信號頻譜規(guī)定頻道帶寬為8MHZ，以4頻道為例：圖像載頻為77.25MHZ，伴音載頻為83.75MHZ，頻率范圍為76-84MHZ。（5）頻道劃分電視廣播共分為Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ四個波段：Ⅰ波段頻率范圍為48.5KHz～92MHz，可接收1～5頻道。Ⅲ波段頻率范圍為165MHz～223MHz，可接收6～12頻道。Ⅳ波段頻率范圍為470MHz～566MHz，可接收13～24頻道。Ⅴ波段頻率范圍為606MHz～958MHz，可接收25～58頻道。彩色電視機天線所接收的信號是已調(diào)制信號，電視機接收后必須要經(jīng)過還原處理，即要經(jīng)過解調(diào)（去除高頻載波，取其視頻、音頻信號），才能重現(xiàn)圖像和聲音。由于解調(diào)的方式不同，因此，一般在電視機中，圖像載波解調(diào)稱為檢波，伴音載波去載稱為鑒頻，彩色載波解調(diào)稱為解碼。4.超外差、中頻在解調(diào)前一直不改變高頻已調(diào)波載波頻率的接收機稱為直放式接收機。由于技術的原因，目前的電視接收機做不到這樣的，基本上都采用超外差式。超外差式接收機在輸入調(diào)諧電路之后增加了變頻電路，它把輸入調(diào)諧回路選出的高頻已調(diào)制波的頻率經(jīng)變頻電路變換成頻率固定且低于載波的中頻，然后再對中頻信號進行放大、解調(diào)等處理。在超外差式接收機中，不同電臺的高頻信號經(jīng)變頻電路后都變成中頻信號，然后進行放大。在電視機中，我國的圖像中頻為38MHZ，伴音中頻為31.5MHZ，第二伴音中頻為6.5MHZ，彩色副載頻為4.43MHZ。二、攝像與顯像基本原理（一）光柵的形成圖像的拍攝是利用攝像機中的攝像管來實現(xiàn)光—電的轉(zhuǎn)換。攝像機是把景物通過掃描（光的體現(xiàn)）轉(zhuǎn)換成為像素（電的體現(xiàn)），然后經(jīng)過處理通過調(diào)制發(fā)射出去，而電視機是通過顯像管進行電—光轉(zhuǎn)換，重新還原出原景物。上面的這些轉(zhuǎn)換都離不開光柵。1.視覺暫留特性視覺暫留特性就是指人眼在觀察物體或圖像時，盡管外界圖像已經(jīng)消失，但人的視覺還把這個圖像保留一段短暫的時間。例如，在黑暗處用點燃的香煙快速地劃圓圈，我們看到的不是一個轉(zhuǎn)動的光點，而是一個亮圈，這就是視覺暫留特性。2.像素我們從各種黑白圖片上可以看出，每一幅圖片都是由許許多多亮暗不同的小點點所組成的，這些小點點稱為像素。在同一幅圖片中，像素的數(shù)目與清晰度成正比，像素越多，圖片越清晰；反之，圖片越模糊。3.掃描與光柵掃描就是攝像管或顯像管利用電子束對圖像進行分割，使之成為許許多多的像素，我們把電子束從左到右，從上到下的運動過程稱為掃描。電子束在屏幕上沿水平方向的掃描稱為行掃描，沿垂直方向的掃描稱為場掃描（亦稱幀掃描）。電子掃描簡圖如圖1.4所示。由于實際中電子束的兩種掃描是同時進行的，且行掃描速度遠遠大于場掃描速度，所以屏幕上得到的是一行緊接一行略向下方傾斜的水平亮線，這樣，行、場掃描合成為光柵。電子束從上向下、從左到右一行接著一行地依次掃描稱為逐行掃描，如圖1.4所示。圖中的實線表示行掃描正程，虛線表示行掃描逆程。正程時間長，逆程時間短，一個正程時間與一個逆程時間的和稱為一個行周期，用TH表示。電視機是在掃描正程時間內(nèi)顯示圖像的，而在逆程時間內(nèi)不傳送圖像，因此要把逆程的回掃線消去，使它不出現(xiàn)在顯示屏上（稱為消隱），以保證圖像的清晰度。電子束在垂直方向從A到B完成一幀（幅）掃描，稱為幀掃描正程；再從B回到A的過程，稱為幀掃描逆程（圖中未畫出）。同樣，幀逆程也要加以消隱。幀掃描正程時間與其逆程時間的和稱為一個幀周期，用TV表示。逐行掃描由于每秒傳送25幀圖像會產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象，為了克服這一缺陷，現(xiàn)行的電視機大部分都是采用隔行掃描，僅有“高清”的新型機是逐行掃描方式。隔行掃描就是把一幀圖像分成兩場掃完，第一場掃描奇數(shù)行，形成奇數(shù)場圖像，如圖1.5（a）所示；然后進行第二場掃描，掃描偶數(shù)行，現(xiàn)成偶數(shù)場圖像，如圖1.5（b）所示；最后，奇數(shù)場與偶數(shù)場恰到好處地對插在一起，由于人眼的視覺暫留特性，看到的就是一幅完整的圖像，如圖1.5（c）所示。

4.國家電視廣播技術標準行頻：fH=15625Hz行周期：TH=1/fH=64μS行正程掃描時間：THt=52μS行逆程掃描時間：THr=12μS場頻：fV=50Hz場周期：TV=20ms場正程掃描時間：TVt=18.388ms=287TH+20μS場逆程掃描時間：TVr=1.612ms=25TH+12μS5.亮度、對比度、音量亮度即亮暗程度，人們觀看電視圖像有一定的亮度范圍，因此要設置亮度調(diào)節(jié)控制熒光屏的發(fā)光程度。電視機圖像的亮度是由光柵的亮度所決定的，而光柵的亮度是通過控制電子束流的強弱來實現(xiàn)的，它實質(zhì)是調(diào)節(jié)顯像管陰極與柵極間直流偏置電位。我國采用的是負極性視頻信號，即電壓越高，束流越小，光柵越暗，亮度降低；反之，電壓越低，束流越大，光柵越亮，亮度增大。視頻電壓的高低與圖像的亮暗正好相反，把這個信號稱為負極性電視信號。對比度是黑與白的比值，也就是從黑到白的漸變層次。比值越大，從黑到白的漸變層次就越多，從而色彩表現(xiàn)越豐富。對比度對視覺效果的影響非常關鍵，一般來說對比度越大，的中間亮度層次又象減少了許多，圖像越清晰醒目，色彩也越鮮明艷麗；而對比度小，圖像上象蒙了一層霧似的，則會讓整個畫面都灰蒙蒙的。這就表明調(diào)節(jié)對比度實質(zhì)上是調(diào)節(jié)圖像的清晰度，只有把對比度調(diào)節(jié)合適才能顯示清楚的電視圖像。三、彩色圖像的合成1.光與色的關系光也是一種以電磁波形式存在的特殊物質(zhì)，人眼對不同波長的光引起不同的顏色感覺。在可見光的范圍內(nèi)，按不同波長的相應顏色排列為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色，把這些色光混合在一起就得到白光。我們把白光稱為復色光，把這七種顏色的光稱為單色光。根據(jù)光的可逆性原理可知，復色光可以分解色散為單色光，單色光可以合成復色光。2.三基色電視機屏幕上顯示的顏色很豐富，是利用了色度學上的基色混色原理。根據(jù)三基色原理，要傳送和重現(xiàn)自然界中的各種彩色，無需逐一去傳送不同的各種彩色信號，這在實際上也是不可能的，而只要將各種彩色分解成不同比例的三基色，并只傳送這三基色信號。在彩色重現(xiàn)時將這比例不同的三基色信號相加混色，即可產(chǎn)生相同彩色的視覺效果。在電視技術中，把紅（R）、綠（G）、藍（B）作為三基色。三基色原理

三基色原理的主要內(nèi)容是：自然界幾乎所有的彩色，都可以用三種基色光按一定的比例混合產(chǎn)生；反之，自然界中的所有彩色，都可以分解為三種基色光。在彩色電視系統(tǒng)中，選用紅、綠、藍作為三基色。三基色與混合色的關系是：a、三種基色的混合比例，決定混合色的色調(diào)與色飽和度。b、混合色的亮度等于參與混合的各個基色的亮度之和。（1）相加混色法紅+綠=黃紅+藍=紫綠+藍=青紅+綠+藍=白青色+紅色=白色

黃色+藍色=白色

紫色+綠色=白色

投影電視采用此法（2）空間混色法

當三基色光點很小且距離很近時，由于人眼視覺分辨率有限，將呈現(xiàn)混合色的色調(diào)。彩色顯像管采用此法紅基色圖象綠基色圖象藍基色圖象紅基色信號綠基色信號藍基色信號編碼器圖象分光系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（攝像機等）VRVGVB圖像三基色分解FBAS三基色混色規(guī)律如圖1.6所示。由圖可見，以等量的紅、綠、藍三基色光進行相加混色效果如下：紅色+綠色+藍色=白色紅色+綠色=黃色綠色+藍色=青色紅色+藍色=紫色紅、綠、藍三色稱為基色，青、紫、黃分別稱為它們對應的補色。這個相加混色規(guī)律只有按一定比例相加才成立。如果改變所配顏色的量，混色的效果就會發(fā)生變化，而且色調(diào)與飽和度也會發(fā)生變化。在電視機的顯像管中，紅、綠、藍三電子束同時轟擊熒光屏的同一個像素，哪支電子束發(fā)射力強，擊打速度快，這個像素就發(fā)什么顏色的光。在紅、綠、藍三電子束轟擊熒光屏內(nèi)壁熒光粉的途徑中，分別加入一個有規(guī)律變化的水平方向和垂直方向的偏轉(zhuǎn)磁場，就可以實現(xiàn)顯像管紅、綠、藍三電子束同時的左右與上下掃描，還原出彩色景物圖像。同時，通過改變?nèi)伾臄?shù)量，色調(diào)和色飽和度即發(fā)生變化，電視機的色調(diào)和色飽和度就是通過相關電路改變基色的配色量，從而達到改變色調(diào)和色飽和度的目的。3.彩色三要素亮度、色調(diào)和色飽和度稱為彩色的三要素。任何一種彩色對人眼引起的視覺作用，都可以用彩色三要素來描述和表征。亮度是指人眼所感覺的彩色明暗程度，用字母Y表示。亮度取決于光線的強弱。色調(diào)是指彩色的顏色類別，如紅、綠、藍、青、紫、黃分別表示不同的色調(diào)。調(diào)節(jié)色調(diào)相當于給彩色圖像調(diào)色。色飽和度是指彩色的深淺程度。色調(diào)和色飽和度統(tǒng)稱為色度，用字母F表示。它既說明彩色光的顏色類型，又說明顏色的深淺程度。在彩色電視機中，所謂傳輸彩色圖像，實質(zhì)上就是傳輸圖像的亮度和色度。調(diào)節(jié)色飽和度相當于給黑白圖像染色，色飽和度小圖像顏色淡，色飽和度大圖像顏色深。4.全電視信號彩色電視信號由圖像信號（視頻信號）和伴音信號組成。全電視信號又簡稱視頻信號，PAL制彩色全電視信號E是由色度信號（F），亮度信號（Y），行、場復合消隱信號（B），行、場復合同步信號（S）及色同步信號、前后均衡脈沖和槽脈沖等組成，縮寫成FBYS。PAL制彩色全電視信號的波形圖如圖1.7所示，圖中畫出了一行周期內(nèi)彩色信號的電壓波形圖。各信號的特點和作用如下：亮度、色度這兩個信號在行、場掃描的正程期間出現(xiàn)。亮度信號反映的是像素的亮暗程度，即黑白圖像，而色度信號反映的是像素的彩色變化，即景物的顏色。復合消隱信號包括行消隱和場消隱，分別在行、場逆程期間出現(xiàn)。光柵現(xiàn)成的掃描需要逆程，而反映景物的圖像是不能出現(xiàn)回掃線的，因此，需要用行消隱信號和場消隱信號來消除逆程