理論教學(xué)電視原理34+44第1章20150310

電視原理主講：郭文課程內(nèi)容1、了解廣播電視技術(shù)的基本概念基本知識2、對電子設(shè)備與系統(tǒng)的整機(jī)結(jié)構(gòu)有個初步掌握、對電子設(shè)備與儀器的維修有個初步的了解。學(xué)習(xí)重點1、廣播電視基本概念2、黑白與彩色電視原理的分析使學(xué)生掌握廣播電視的組成、光電轉(zhuǎn)換原理、彩色圖像的分解與重現(xiàn)、彩色圖像的編碼、信號的調(diào)制與解調(diào)、同步與掃描等技術(shù)。什么是電視第1章電視基礎(chǔ)知識電視：以電信號的方式來傳送活動圖像并在相應(yīng)終端上給予重現(xiàn)的技術(shù)?；A(chǔ)知識：光電變換電子掃描視頻信號像素光和彩色1.1電子掃描第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-1無線電音頻廣播原理圖1.1電子掃描第1章電視基礎(chǔ)知識閉路電視系統(tǒng)所不同的只是傳送電視信號由同軸電纜完成。圖1-2無線電視廣播（開路電視）系統(tǒng)原理方框圖1.1.1像素的概念第1章電視基礎(chǔ)知識在圖像處理中，將這些組成畫面的細(xì)小單元稱為像素。圖1-3順序傳送像素示意圖1.1.1像素的概念第1章電視基礎(chǔ)知識一幅黑白平面圖像，表征它的特征參量是亮度。電視系統(tǒng)傳送的是活動圖像，因而每個在確定位置上的像素其亮度又隨時間不斷地變化著，也就是說像素的亮度又是時間的函數(shù)。1.1.1像素的概念第1章電視基礎(chǔ)知識傳送時可同時把這些不同位置上具有不同亮度的像素轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電信號，再分別用各個相應(yīng)信道把這些信號同時傳送出去；采用這一傳送方法，根據(jù)現(xiàn)代電視技術(shù)水平，一幀圖像約由44萬個像素(高清晰度電視一幀圖像的像素更多)組成，則要求有44萬條通道才能傳送一幀圖像，這顯然是不可能實現(xiàn)的。電視系統(tǒng)中，把構(gòu)成一幅圖像的各像素傳送一遍稱為進(jìn)行了一個幀處理，或稱為傳送了一幀。1.1.1像素的概念第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-3順序傳送像素示意圖1.1.1像素的概念第1章電視基礎(chǔ)知識這種像素的傳送具有以下兩個特點：

第一是要求傳送速度快。只有傳送迅速，傳送時間小于視覺暫留時間(約50～200ms)，重現(xiàn)圖像才會給人以連續(xù)、活動且無跳動的感覺；

第二是傳送要準(zhǔn)確。每個像素一定要在輪到它傳送時才被轉(zhuǎn)換、傳送和接收，且收、發(fā)雙方每個像素的幾何位置要一一對應(yīng)。即收發(fā)雙方應(yīng)同步工作，同步在電視系統(tǒng)中是至關(guān)重要的。1.1.1像素的概念第1章電視基礎(chǔ)知識將組成一幀圖像的像素，按順序轉(zhuǎn)換成電信號的過程(或逆過程)稱為掃描。從左至右的掃描稱為行掃描；自上而下的掃描稱為幀(或場)掃描。在電視系統(tǒng)中，掃描是由電子槍進(jìn)行的，通常稱其為電子掃描。1.1.1像素的概念第1章電視基礎(chǔ)知識通過電子掃描與光電轉(zhuǎn)換，就可以把反映一幅圖像亮度的空間與時間函數(shù)轉(zhuǎn)換為只隨時間變化的單值函數(shù)的電信號，從而實現(xiàn)平面圖像的順序傳送。1.1.2光電與電光變換第1章電視基礎(chǔ)知識電視圖像傳送發(fā)端：光電轉(zhuǎn)換器件（攝像管）電視圖像傳送收端：電光轉(zhuǎn)換器件（顯像管）1.1.2光電與電光變換第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-4光電導(dǎo)攝像管1.1.2光電與電光變換第1章電視基礎(chǔ)知識光電導(dǎo)攝像管的工作原理如下：被攝景物通過光學(xué)系統(tǒng)在光電靶上成像，光電靶由光敏半導(dǎo)體材料構(gòu)成。這種半導(dǎo)體材料具有受光作用之后電阻率變小的性能，即光照愈強(qiáng)，材料呈現(xiàn)的電阻越小。由于光像各點亮度不同，因而使靶面各單元受光照的強(qiáng)度不同，導(dǎo)致靶面各單元的電阻值不同。與較亮像素對應(yīng)的靶單元阻值較小，與較暗像素對應(yīng)的靶單元阻值較大。這樣一幅圖像上各像素的不同亮度就表現(xiàn)為靶面上各單元的不同電阻值。1.1.2光電與電光變換第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-5光電轉(zhuǎn)換原理示意圖1.1.2光電與電光變換第1章電視基礎(chǔ)知識某像素很亮?xí)r，在光電靶上對應(yīng)成像的單元呈現(xiàn)的電阻值就越小，電子束掃到該單元時回路電流就越大，因而在RL上就產(chǎn)生很大的信號電壓；反之，像素暗，在RL兩端產(chǎn)生的信號電壓就小。因此，當(dāng)有電子束掃描時，在負(fù)載RL上就依次得到與圖像上各像素亮度對應(yīng)的電信號，由此完成把一幅圖像分解為像素，又把對應(yīng)像素的亮度轉(zhuǎn)變?yōu)榇笮∽兓碾娦盘柕墓怆娹D(zhuǎn)換過程。1.1.2光電與電光變換第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-6顯像管原理圖1.1.2光電與電光變換第1章電視基礎(chǔ)知識由陰極發(fā)射出的電子束，在偏轉(zhuǎn)線圈所產(chǎn)生的磁場力作用下，按從左到右、從上到下的順序依次掃過熒光屏。屏面上涂有熒光粉，在電子束作用下熒光粉發(fā)光，其發(fā)光亮度正比于電子束攜帶的能量。若將攝像端傳送來的電信號加到顯像管電子槍的陰極與柵極之間，就可以控制電子束攜帶的能量，使熒光屏的發(fā)光強(qiáng)度受電信號的控制。設(shè)顯像管的電光轉(zhuǎn)換是線性的(實際為非線性)，那么，屏幕上重現(xiàn)的圖像，其各像素的亮度都正比于所攝圖像相應(yīng)各像素的亮度。這樣，屏幕上便重現(xiàn)出了發(fā)端的原始圖像。1.1.2光電與電光變換第1章電視基礎(chǔ)知識攝像管的光電轉(zhuǎn)換特性可近似認(rèn)為是線性的；顯像管的電光轉(zhuǎn)換特性則是非線性的。1.1.2光電與電光變換第1章電視基礎(chǔ)知識顯像管的顯示亮度Bd，與其柵、陰極間電壓ugk的?

次方成正比例，即

(1-1)

1.1.2光電與電光變換第1章電視基礎(chǔ)知識為保持重現(xiàn)圖像與原始圖像亮度成正比，則需在攝像端預(yù)先將圖像信號電壓開

次方，即

u?=?u01/γ

=?K01/γ·B01/γ(1-2)u0代表攝像電壓，B0為攝像亮度，K0為比例常數(shù)。

1.1.2光電與電光變換第1章電視基礎(chǔ)知識=?Kd(u01/γ)?=Kdu0=KdK0B0=KB0(1-3)

由式(1-3)可見，經(jīng)校正，系統(tǒng)將不再產(chǎn)生非線性失真。1.1.3電子掃描第1章電視基礎(chǔ)知識1.逐行掃描圖1-7逐行掃描電流波形(a)行掃描電流波形；(b)場掃描電流波形1.1.3電子掃描第1章電視基礎(chǔ)知識當(dāng)流過行偏轉(zhuǎn)線圈的鋸齒波電流從a變到c時，電子束從熒光屏的最左邊移到熒光屏的最右邊，稱其完成一行的正程掃描；當(dāng)鋸齒波電流從c變到e時，電子束又從熒光屏的最右邊返回到最左邊，稱其完成一行的一個逆程掃描。此外，由a到c鋸齒波電流上升斜率較小，因而正程掃描時間長；由c到e下降斜率大，因而逆程回掃時間短。1.1.3電子掃描第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-8光柵形狀只有行掃描；(b)只有場掃描；(c)行、場掃描同時存在1.1.3電子掃描第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-9偏轉(zhuǎn)線圈結(jié)構(gòu)示意圖(a)行偏轉(zhuǎn)線圈；(b)場偏轉(zhuǎn)線圈1.1.3電子掃描第1章電視基礎(chǔ)知識當(dāng)行、場偏轉(zhuǎn)線圈中分別加有如圖1-7所示的掃描電流波時，電子束便在水平與垂直偏轉(zhuǎn)力的共同作用下進(jìn)行有規(guī)律的掃描，屏幕上便出現(xiàn)一條條的亮線，這些亮線常稱其為光柵，圖1-8(c)就是考慮了逆程回掃線(圖中以虛線表示)時的光柵形狀。1.1.3電子掃描第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-10掃描電流與重現(xiàn)圖像的關(guān)系(a)線性掃描，圖像無失真；(b)行掃描非線性，圖像產(chǎn)生左伸、右縮的非線性失真；(c)場掃描非線性，圖像產(chǎn)生上拉、下壓的非線性失真1.1.3電子掃描第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-11掃描電流幅度不足時產(chǎn)生的失真(a)行掃描幅度??；(b)場掃描幅度小1.1.3電子掃描第1章電視基礎(chǔ)知識2.隔行掃描在電視系統(tǒng)中，要使傳送的圖像清晰，并具有活動、連續(xù)而又無閃爍感，則要求傳送頻率大于臨界閃爍頻率46.8Hz。

我國電視制式規(guī)定，場掃描頻率fv為50Hz，每幀圖像的掃描行數(shù)為625行。理論分析可以得出，電視圖像信號的最高頻率約為11MHz，可見視頻信號帶寬將相當(dāng)寬。1.1.3電子掃描第1章電視基礎(chǔ)知識2.隔行掃描所謂隔行掃描，就是在每幀掃描行數(shù)仍為625行不變的情況下，將每幀圖像分為兩場來傳送，這兩場分別稱為奇數(shù)場和偶數(shù)場。奇數(shù)場傳送1，3，5，…奇數(shù)行；偶數(shù)場傳送2，4，6，…偶數(shù)行。這樣，每秒鐘將傳送50場圖像，即場頻fv仍為50Hz不變，因而將有效地降低閃爍感。所以隔行掃描既減小了閃爍感，又使圖像信號的頻帶僅為逐行掃描的一半。1.1.3電子掃描第1章電視基礎(chǔ)知識2.隔行掃描圖1-12隔行掃描光柵及電流波形(a)每幀光柵；(b)行掃描電流波形；(c)場掃描電流波形1.1.3電子掃描第1章電視基礎(chǔ)知識隔行掃描將視頻帶寬壓縮為逐行掃描的1/2，即大約是5.5MHz左右，故我國規(guī)定視頻信號帶寬按照6MHz分析計算。1.1.3電子掃描第1章電視基礎(chǔ)知識隔行掃描將視頻帶寬壓縮為逐行掃描的1/2，即大約是5.5MHz左右，故我國規(guī)定視頻信號帶寬按照6MHz分析計算。1.1.3電子掃描第1章電視基礎(chǔ)知識隔行掃描將視頻帶寬壓縮為逐行掃描的1/2，即大約是5.5MHz左右，故我國規(guī)定視頻信號帶寬按照6MHz分析計算。1.1.3電子掃描第1章電視基礎(chǔ)知識隔行掃描將視頻帶寬壓縮為逐行掃描的1/2，即大約是5.5MHz左右，故我國規(guī)定視頻信號帶寬按照6MHz分析計算。1.2黑白全電視信號第1章電視基礎(chǔ)知識黑白全電視信號類型：主體信息復(fù)合同步信號復(fù)合消隱信號槽脈沖均衡脈沖信號輔助信號全電視信號：主體信號與輔助信號統(tǒng)稱全電視信號。黑白全電視信號是研究彩色全電視信號的基礎(chǔ)。1.2.1主體信號——圖像信號第1章電視基礎(chǔ)知識圖像信號是由攝像管將明暗不同的景象進(jìn)行轉(zhuǎn)變而得的電信號。若圖像最亮?xí)r，對應(yīng)的電壓信號幅度最高，此信號稱為正極性圖像信號圖1-13圖像信號(a)正極性亮度遞減信號1.2.1主體信號——圖像信號第1章電視基礎(chǔ)知識如果圖像最暗時對應(yīng)的電壓信號幅度最大，稱此為負(fù)極性圖像信號圖1-13圖像信號(b)負(fù)極性亮度遞減信號；1.2.1主體信號——圖像信號第1章電視基礎(chǔ)知識圖像信號具有如下特征：

(1)含直流，即圖像信號具有平均直流成分，其數(shù)值確定了圖像信號的背景亮度。換句話說，它的平均值總是在零值以上或零值以下的一定范圍內(nèi)變化，不會同時跨越零值上、下兩個區(qū)域，這一特性又可稱為單極性含直流。

(2)對于一般活動圖像，相鄰兩行或相鄰兩幀信號間具有較強(qiáng)的相關(guān)性。換句話說，相鄰兩行或相鄰兩幀圖像信號差別極小，可近似認(rèn)為是周期信號。1.2.1主體信號——圖像信號第1章電視基礎(chǔ)知識亮度、對比度和灰度是電視圖像轉(zhuǎn)換中三個十分重要的參量。1.2.1主體信號——圖像信號第1章電視基礎(chǔ)知識亮度常以B表示，光通量的單位是燭光(cd)，亮度的單位是尼特(nit)或熙提(sb)，它們之間的關(guān)系是：

1nit

=

1cd/m2

1sb

=

1cd/cm2

1sb?=?104nit亮度，通常是指單位面積的光通量。1.2.1主體信號——圖像信號第1章電視基礎(chǔ)知識電視圖像的亮度一般都低于原景物亮度，考慮到人眼的適應(yīng)性，只要適當(dāng)?shù)亟档铜h(huán)境亮度來觀看，同樣可獲得較為滿意的亮度感覺。1.2.1主體信號——圖像信號第1章電視基礎(chǔ)知識對比度是客觀景物的最大亮度Bmax與最小亮度Bmin之比。(1-4)K表示對比度1.2.1主體信號——圖像信號第1章電視基礎(chǔ)知識這里我們要特別強(qiáng)調(diào)的是：為了使重現(xiàn)圖像逼真，必須以保持重現(xiàn)圖像的對比度與原景物的對比度接近相等為前提。1.2.1主體信號——圖像信號第1章電視基礎(chǔ)知識灰度，即亮度級差或稱亮度層次。通常電視臺發(fā)送一個具有10級灰度的階梯信號(或稱級差信號)，接收系統(tǒng)經(jīng)調(diào)整后在重現(xiàn)圖像中能加以區(qū)分的從黑到白的層次數(shù)，稱其為該系統(tǒng)具有的灰度級。由于顯像管調(diào)制特性的非線性，電視接收機(jī)一般都達(dá)不到10級灰度，一般只要能達(dá)到6級灰度，就可收看到明、暗層次較滿意的圖像了。1.2.1主體信號——圖像信號第1章電視基礎(chǔ)知識電視系統(tǒng)重現(xiàn)圖像時，由于受到顯像管發(fā)光亮度的限制(僅數(shù)百尼特)，不可能達(dá)到客觀景物實際亮度(約數(shù)百～數(shù)萬尼特)，但只要能反映客觀景物的對比度和灰度，便可獲得滿意的效果。1.2.2輔助信號第1章電視基礎(chǔ)知識

1.復(fù)合同步信號為了收、發(fā)同步的需要，電視發(fā)送端每當(dāng)掃描完一行時加入一個行同步脈沖；每當(dāng)掃描完一場時加入一個場同步脈沖；它們分別在行與場逆程期間傳送，其寬度分別小于行、場逆程時間。將行、場同步信號合稱為復(fù)合同步信號。1.2.2輔助信號第1章電視基礎(chǔ)知識我國電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，行同步脈沖寬度為

4.7μs，場同步脈沖寬度為160μs。在接收端必須先將這些行、場同步脈沖分離出來，用以分別控制接收機(jī)中的行、場掃描鋸齒波電流的周期和相位。1.2.2輔助信號第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-14相位不同步產(chǎn)生的失真(a)發(fā)端圖像；(b)收端失真圖像1.2.2輔助信號第1章電視基礎(chǔ)知識2、復(fù)合消隱信號電子束在回掃時，若不采取措施，則無論是行或場都將出現(xiàn)回掃線，這將對正程所傳送的圖像起干擾作用。消除回掃線的方法是在行、場掃描的逆程期間，在攝像管與顯像管中分別加入能使掃描電子束截止的消隱脈沖。消除行、場逆程回掃線的消隱脈沖分別稱為行消隱脈沖和場消隱脈沖，二者合稱為復(fù)合消隱脈沖或復(fù)合消隱信號。1.2.2輔助信號第1章電視基礎(chǔ)知識發(fā)送端在發(fā)送圖像信號的同時，在逆程期間將消隱信號也發(fā)送出去。行、場消隱信號的電平應(yīng)等于圖像信號的黑色電平；行、場消隱信號的周期應(yīng)分別與行、場掃描周期相同；行、場消隱脈沖的寬度應(yīng)分別等于行、場掃描的逆程時間。即行消隱脈沖寬度為12μs，場消隱脈沖寬度為1612μs(其中包含著一個行的逆程12μs)。1.2.2輔助信號第1章電視基礎(chǔ)知識接收端為了確保消除回掃光柵，實際上消隱脈沖寬度稍有加寬。1.2.2輔助信號第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-15復(fù)合同步信號與復(fù)合消隱信號(a)復(fù)合同步信號；(b)復(fù)合消隱信號；(c)復(fù)合同步信號與復(fù)合消隱信號的疊加波形1.2.2輔助信號第1章電視基礎(chǔ)知識由于場同步脈沖較寬，因而在場同步期間會使行同步的信息丟失。這樣，在場逆程期間行就可能失步，造成每場開始時的前幾行不能立刻同步，因而屏幕顯示圖像的最上面幾行出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。1.2.2輔助信號第1章電視基礎(chǔ)知識解決這個問題的辦法：在場同步脈沖上加開幾個槽，稱為槽脈沖，且使槽脈沖的后沿(即上升沿)恰好對應(yīng)于應(yīng)該出現(xiàn)原行同步脈沖的前沿位置。加入槽脈沖之后就可以保證在場同步脈沖期間可以檢測出行同步脈沖。槽脈沖的寬度與行同步脈沖相同，也是4.7μs。1.2.2輔助信號第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-16同步分離原理框圖及波形(a)分離電路原理圖；(b)各點波形行同步脈沖槽脈沖場同步脈沖1.2.2輔助信號第1章電視基礎(chǔ)知識由于電視系統(tǒng)一般采用隔行掃描，相鄰兩場掃描的起點和終點位置都不相同。對于奇數(shù)場來說，它是在半行處結(jié)束，因此場消隱信號和場同步信號應(yīng)在半行時加入；對于偶數(shù)場掃描來說，它是在一個整行后結(jié)束，因而，場消隱與場同步信號應(yīng)在一個整行結(jié)束后加入。1.2.2輔助信號第1章電視基礎(chǔ)知識若將奇數(shù)場和偶數(shù)場的同步脈沖分兩排畫出，并令場同步脈沖起始在進(jìn)行行、場同步分離時，每出現(xiàn)一個行同步脈沖，就要對積分電容器進(jìn)行一次充電，行同步脈沖過后則進(jìn)行放電。由于奇數(shù)場和偶數(shù)場同步沿對齊，則得圖1-17(a)所示波形。脈沖前沿出現(xiàn)時，行同步脈沖相互錯開半行，造成積分電容器上的起始電壓不同，這就必然導(dǎo)致兩場同步時間的差異，如圖1-17(b)所示，存在時差Δt。因此，對場同步脈沖的檢測造成影響。1.2.2輔助信號第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-17復(fù)合同步脈沖及積分結(jié)果(a)復(fù)合同步信號；(b)積分輸出波形；1.2.2輔助信號第1章電視基礎(chǔ)知識為了保證偶數(shù)場的掃描線準(zhǔn)確地嵌套在奇數(shù)場各掃描線之間，必須保證相鄰兩場場同步脈沖前沿到達(dá)積分電路時，積分電容器上要有相同的起始電壓，否則就無法保證正確地嵌套，嚴(yán)重時甚至?xí)霈F(xiàn)掃描光柵完全重合的現(xiàn)象。為此，在場同步脈沖前、后以及中間，每隔半行都增加一個行同步脈沖，這樣就可以使相鄰兩場的場同步脈沖前沿到達(dá)積分電路時，積分電容器上所充的電壓基本相等。為了使增加脈沖后的平均電平不增加，把這部分脈沖寬度減小為原來的一半(即2.35μs)，場同步脈沖上開槽也應(yīng)每半行開一個，但槽寬仍為4.7μs。1.2.2輔助信號第1章電視基礎(chǔ)知識(c)加有均衡脈沖的復(fù)合同步信號；(d)加有均衡脈沖后的積分器輸出波形1.2.2輔助信號第1章電視基礎(chǔ)知識這樣，場同步期間要開5個槽，且每個場同步脈沖前、后各有5個2.35μs寬的脈沖，常稱其為前、后均衡脈沖，如圖1-17(c)所示。這樣一來，無論奇數(shù)場還是偶數(shù)場，送到場積分電路去的波形都是完全相同的。

由圖1-17(d)可見，開始均衡時，積分電容上的電壓有差異，經(jīng)過5個前均衡脈沖均衡之后，積分輸出波形就重合在一起了。1.2.3黑白全電視信號第1章電視基礎(chǔ)知識1.全電視信號波形將以上介紹的圖像信號、復(fù)合同步、復(fù)合消隱、槽脈沖和均衡脈沖等疊加，即構(gòu)成黑白全電視信號，通常也稱其為視頻信號。圖1-18黑白全電視信號1.2.3黑白全電視信號第1章電視基礎(chǔ)知識

2.全電視信號的頻譜頻譜，就是電信號的能量按頻率分布的曲線。全電視信號的頻譜，應(yīng)是它所包含的主體信號(圖像信號)與輔助信號的頻譜之和。圖1-19圖像信號的頻譜圖像信號的頻譜在0～6MHz的范圍內(nèi)，其頻譜是不連續(xù)的，屬離散形，形狀像梳齒，故常稱其具有梳狀頻譜1.2.3黑白全電視信號第1章電視基礎(chǔ)知識歸納起來，圖像信號的頻譜具有如下特征：

(1)

以行頻及其諧波為中心，組成梳齒狀的離散頻譜。

(2)隨著行頻諧波次數(shù)的增高，譜線幅度逐漸減小。這說明黑白圖像信號的主要能量分布在視頻信號的低頻端。

(3)實踐證明，無論是靜止或活動圖像，圍繞行譜線分布的場頻諧波次數(shù)不大于20(即圖1-19中m≤20)。按m?=?20計算，各譜線群所占頻譜寬度僅為2m×fu=20×20×50=

2kHz，相鄰兩主譜線間距為15.625kHz，可見各群譜線間存在著很大的空隙。1.2.3黑白全電視信號第1章電視基礎(chǔ)知識由于各輔助信號均為周期性脈沖信號，其頻譜與脈沖寬度有關(guān)。若以

表示脈沖寬度，則周期性脈沖信號的頻譜如圖1-20所示。一般來說，能量主要集中在f?=?3/

以內(nèi)，故可近似認(rèn)為，這類脈沖信號的最高頻率為fmax?=?3/。以行同步脈沖為例，

=?4.7μs，則3/

≈?638kHz。因而我們可以說，各輔助信號也都是小于6MHz的離散譜。1.2.3黑白全電視信號第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-20各輔助脈沖信號的頻譜1.2.3黑白全電視信號第1章電視基礎(chǔ)知識我們可以得出結(jié)論：全電視信號具有在0～6MHz范圍內(nèi)，離散分布的頻譜結(jié)構(gòu)。1.2.3黑白全電視信號第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-21全電視信號頻譜示意圖1.3彩色的基本概念第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-22電磁波波譜及可見光光譜1.3彩色的基本概念第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-22電磁波波譜及可見光光譜光是一種以電磁波形式存在的物質(zhì)，人眼可以看見的光叫可見光，它是波長范圍為380～

780nm之間的電磁波，1.3.1彩色和光密不可分第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-23太陽光的棱鏡分解單一波長的色光也稱為譜色光。1.3.1彩色和光密不可分第1章電視基礎(chǔ)知識顏色有兩種不同的來源：一種是發(fā)光體所呈現(xiàn)的顏色；一種是物體反射或透射的彩色光。1.3.1彩色和光密不可分第1章電視基礎(chǔ)知識通常的照明光源，如太陽、日光燈、白熾燈泡等所發(fā)出的光雖然都籠統(tǒng)地稱其為白光，但由于發(fā)光物質(zhì)不同，它們的光譜成分相差很大，用它們照射相同物體時，呈現(xiàn)的顏色也相差較大。為了比較和區(qū)別各種光源的特性，國際照明委員會(CIE)規(guī)定了A、B、C、D、E等幾種標(biāo)準(zhǔn)白色光源，并以基本參量“色溫”予以表征。1.3.1彩色和光密不可分第1章電視基礎(chǔ)知識絕對黑體是指既不反射也不透射而完全吸收入射光的物體。絕對黑體具有一個重要特性：它被加熱時，將以電磁波的形式向外輻射能量，其輻射波譜僅由溫度決定。隨著溫度的增加，輻射能量將增大，且其功率波譜向短波方向移動。所以當(dāng)溫度升高時，不僅亮度增大，其發(fā)光顏色也隨之變化。為了區(qū)分各種光源的不同光譜分布與顏色，可以用絕對黑體的溫度來表征。1.3.1彩色和光密不可分第1章電視基礎(chǔ)知識當(dāng)絕對黑體在某一特定絕對溫度下，所輻射的光譜與某光源的光譜具有相同的特性時，則絕對黑體的這一特定溫度就定義為該光源的色溫，單位以K表示。色溫是以絕對黑體的加熱溫度來定義的。1.3.1彩色和光密不可分第1章電視基礎(chǔ)知識色溫并非光源本身的實際溫度，而是表征光源波譜特性的參量。1.3.1彩色和光密不可分第1章電視基礎(chǔ)知識例如，溫度保持在2800K時的鎢絲燈泡所發(fā)的白光，與溫度保持在2854K的絕對黑體所輻射的白光功率波譜相一致，于是就稱該白光的色溫為2854K。1.3.1彩色和光密不可分第1章電視基礎(chǔ)知識例如，溫度保持在2800K時的鎢絲燈泡所發(fā)的白光，與溫度保持在2854K的絕對黑體所輻射的白光功率波譜相一致，于是就稱該白光的色溫為2854K。1.3.1彩色和光密不可分第1章電視基礎(chǔ)知識國際照明委員會(CIE)規(guī)定了A、B、C、D、E等幾種標(biāo)準(zhǔn)白色光源，并以基本參量“色溫”予以表征。1.3.1彩色和光密不可分第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-24標(biāo)準(zhǔn)白光源的光譜

A光源：相當(dāng)于2800K鎢絲燈所發(fā)的光。其色溫為2854K。它的光譜能量分布主要集中于波長較長的區(qū)域，因而A光源的光總帶著橙紅色。

1.3.1彩色和光密不可分第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-24標(biāo)準(zhǔn)白光源的光譜

B光源：相當(dāng)于中午直射的太陽光。其色溫為4800K。在實驗室中可由特制的濾色鏡從A光源中獲得。

1.3.1彩色和光密不可分第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-24標(biāo)準(zhǔn)白光源的光譜

C光源：相當(dāng)于白天的自然光。色溫為6800K。其波譜成分在400～500nm處較大，因此C光源的光偏藍(lán)色，它被選作為NTSC制彩色電視系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)白光源。1.3.1彩色和光密不可分第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-24標(biāo)準(zhǔn)白光源的光譜

D光源：相當(dāng)于白天平均照明光。因其色溫為6500K，故又稱D65光源。它被選作為PAL制彩色電視系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)白光源。

1.3.1彩色和光密不可分第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-24標(biāo)準(zhǔn)白光源的光譜

E光源：這是一種理想的等能量的白光源。其色溫為5500K。采用這種光源有利于彩色電視系統(tǒng)中問題的分析和計算。這種光源在實際中是不存在的，是假想的光源。

1.3.2視覺特性第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-25相對視敏曲線人眼最敏感的、波長為555nm的黃綠光的敏感度作為100%1.3.2視覺特性第1章電視基礎(chǔ)知識亮度感覺，即包括人眼所能感覺到的最大亮度與最小亮度的差別及在不同環(huán)境亮度下對同一亮度所產(chǎn)生的主觀亮度感覺。

人的視覺范圍很寬，能感受到的亮度范圍大約從百分之幾尼特(nit)到幾百萬尼特(nit)，但是人眼并不能同時感受到這樣大的亮度范圍。在適應(yīng)正常平均亮度下，能分辨的亮度上、下限之比為1000∶1；當(dāng)平均亮度很低時，這一比值只有10∶1。1.3.2視覺特性第1章電視基礎(chǔ)知識在不同環(huán)境亮度下，人眼對同一亮度的主觀感覺也不相同。在光天化日之下，如果有人在你身邊打開手電筒，你可能毫無亮度明顯增加的感覺；但若是在漆黑的夜晚，即使離你較遠(yuǎn)有人劃一根火柴，你也會感覺到光亮。1.3.2視覺特性第1章電視基礎(chǔ)知識人眼察覺亮度變化的能力是有限的，且隨著亮度B的增大，能覺察的最小亮度變化Bmin也增大。但在相當(dāng)大的亮度范圍內(nèi)，可察覺的最小亮度變化與相應(yīng)亮度之比(Bmin/B)卻等于一個常數(shù)。1.3.2視覺特性第1章電視基礎(chǔ)知識根據(jù)以上分析可以得出如下結(jié)論：

(1)人眼可以感覺到的亮度范圍雖然相當(dāng)寬，但當(dāng)眼睛適應(yīng)于某一平均亮度后，能分辨的亮度范圍就比以主觀感覺“亮”與“暗”為界的范圍縮小了。

(2)在不同的環(huán)境亮度下，同樣的亮度給人的主觀亮度感覺卻完全不同。

(3)當(dāng)人眼適應(yīng)于不同的平均亮度后，可分辨的亮度范圍也不相同。1.3.2視覺特性第1章電視基礎(chǔ)知識電視重現(xiàn)圖像的亮度無需等于實際圖像的亮度；人眼不能覺察出的亮度差別，在重現(xiàn)圖像時可不予精確復(fù)制，只要保持重現(xiàn)圖像的對比度，就會有十分逼真的感覺。這給電視圖像的傳輸與重現(xiàn)帶來了極大的方便。1.3.2視覺特性第1章電視基礎(chǔ)知識眼的視網(wǎng)膜里存在著大量光敏細(xì)胞，按其形狀可分為桿狀光敏細(xì)胞和錐狀光敏細(xì)胞兩種。桿狀光敏細(xì)胞的靈敏度極高，主要靠它在低照度時辨別明暗，但它對彩色是不敏感的；錐狀光敏細(xì)胞既可辨別明暗，又可辨別彩色。白天的視覺過程主要靠錐狀光敏細(xì)胞來完成，夜晚視覺則由桿狀光敏細(xì)胞起作用。所以在較暗處無法辨別彩色。1.3.2視覺特性第1章電視基礎(chǔ)知識

錐狀光敏細(xì)胞又分為三類，紅敏錐狀細(xì)胞綠敏錐狀細(xì)胞藍(lán)敏錐狀細(xì)胞。1.3.3彩色三要素和三基色原理第1章電視基礎(chǔ)知識彩色光通?？捎闪炼?、色調(diào)和色飽和度三個物理量來描述，這三個量常被稱為色彩三要素。

亮度，這里是指彩色光作用于人眼引起明暗程度的感覺，通常用Y來表示。色調(diào)，系指彩色光的顏色類別。飽和度，是指顏色的深淺程度，即顏色的濃度。1.3.3彩色三要素和三基色原理第1章電視基礎(chǔ)知識色調(diào)和飽和度合稱為色度。色度既說明彩色光顏色的類別，又說明了顏色的深淺程度。在彩色電視系統(tǒng)中，所謂傳輸彩色圖像，實質(zhì)上是傳輸圖像像素的亮度和色度。1.3.3彩色三要素和三基色原理第1章電視基礎(chǔ)知識幾種顏色的混合光也可以由另外幾種顏色的混合光來等效，這一現(xiàn)象稱為混色。只要選取三種不同顏色的單色光按一定比例混合就可以得到自然界中絕大多數(shù)色彩，具有這種特性的三種單色光稱為基色光，對應(yīng)的三種顏色稱為三基色。彩色電視中所采用的三基色分別是紅色、綠色和藍(lán)色。1.3.3彩色三要素和三基色原理第1章電視基礎(chǔ)知識三基色原理告訴我們：

(1)三基色必須是相互獨(dú)立的，即其中任一種基色都不能由另外兩種基色混合而產(chǎn)生。

(2)自然界中的大多數(shù)顏色，都可以用三基色按一定比例混合得到?；蛘哒f，自然界中的大多數(shù)顏色都可以分解為三基色。

(3)三個基色的混合比例，決定了混合色的色調(diào)和飽和度。

(4)混合色的亮度等于構(gòu)成該混合色的各個基色的亮度之和。1.3.3彩色三要素和三基色原理第1章電視基礎(chǔ)知識有了三基色原理，我們只需要將要傳送的顏色分解為三基色(紅、綠、藍(lán))，然后再分別以對應(yīng)的一種電信號進(jìn)行傳送就可以了。實際的彩色電視比分別傳送三基色還要簡單。1.3.3彩色三要素和三基色原理第1章電視基礎(chǔ)知識第一，原則上三基色的選擇不是唯一的，還可以有其他的選擇。例如，彩色繪畫中就選紅、黃、藍(lán)作為三基色。在彩色電視中之所以選擇紅、綠、藍(lán)作為三基色，其主要原因是人眼對這三種顏色的光較敏感，用紅、綠、藍(lán)三色混合可配出較多的顏色。第二，彩色光可用不同比例混合的三基色光束等效表示，與用亮度、色度描述彩色光是同一事物的兩種不同表示形式，這兩種表示形式在彩電技術(shù)中均有應(yīng)用。1.3.3彩色三要素和三基色原理第1章電視基礎(chǔ)知識把三基色按照不同的比例混合獲得彩色的方法稱為混色法?；焐ㄓ邢嗉踊焐拖鄿p混色之分。彩色電視系統(tǒng)中使用的是相加混色的方法。

1.3.3彩色三要素和三基色原理第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-26相加混色圓圖1.3.3彩色三要素和三基色原理第1章電視基礎(chǔ)知識空間混色法。這種方法是利用人眼空間細(xì)節(jié)分辨力差的特點，將三種基色光在同一平面的對應(yīng)位置充分靠近，只要三個基色光點足夠小且充分近，人眼在一定距離處觀看，將會感到是三種基色光混合后所具有的顏色。這種空間混色的方法是同時制彩色電視的基礎(chǔ)。

1.3.3彩色三要素和三基色原理第1章電視基礎(chǔ)知識時間混色法。利用人眼的視覺惰性，順序地讓三種基色光出現(xiàn)在同一表面的同一處，當(dāng)相距的時間間隔足夠小時，人眼會感到這三種基色光是同時出現(xiàn)的，具有三種基色相加后所得顏色的效果。這種相加混色方法是順序制彩色電視的基礎(chǔ)。

1.3.3彩色三要素和三基色原理第1章電視基礎(chǔ)知識生理混色法。當(dāng)人的兩眼同時分別觀看不同顏色的同一彩色景象時，使之同時獲得兩種彩色印象，這兩種彩色印象在人的大腦中產(chǎn)生相加混色的效果

1.3.3彩色三要素和三基色原理第1章電視基礎(chǔ)知識由三基色混合所產(chǎn)生的各種顏色，可以由色度三角形予以說明。圖1-27色度三角形

1.3.4計色制及色度圖第1章電視基礎(chǔ)知識色彩同其他物理量一樣，可以進(jìn)行量度和計算，其量度會因所選三基色(精確波長，對人眼刺激程度)不同而有不同的量度系統(tǒng)，此系統(tǒng)稱為計色制。各種計色制對應(yīng)的彩色光色度平面圖稱為色度圖。1.3.4計色制及色度圖第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-28配色實驗示意圖F?=?R(R)?+?G(G)?+?B(B)(1-6)F表示待配色的彩色光的彩色量1.3.4計色制及色度圖第1章電視基礎(chǔ)知識(R)、(G)、(B)分別為紅(波長700nm)、綠(波長546.1nm)、藍(lán)(波長435.8nm)三基色的單位量，其中，1(R)?=?1lm，1(G)?=?4.5907lm，1(B)?=?0.0601lm；R、G、B分別代表三基色調(diào)節(jié)器的讀數(shù)，亦稱為三基色系數(shù)。

1.3.4計色制及色度圖第1章電視基礎(chǔ)知識RGB計色制及其色度圖。以(R)、(G)、(B)為單位量，用配色方程進(jìn)行色彩量度和計算的系統(tǒng)稱為RGB計色制。色彩的質(zhì)的區(qū)別取決于色調(diào)和飽和度，即色度。色度與三基色系數(shù)的比例有關(guān)。三基色相對系數(shù)r、g、b。1.3.4計色制及色度圖第1章電視基礎(chǔ)知識m?=?R?+?G?+?B1.3.4計色制及色度圖第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-29RGB色度圖舌形曲線稱為譜色軌跡，在曲線旁邊標(biāo)有相應(yīng)波長數(shù)值。1.3.4計色制及色度圖第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-29RGB色度圖自然界中存在的彩色都能用整個舌形曲線及其內(nèi)部的各相應(yīng)點的坐標(biāo)來表示。1.3.4計色制及色度圖第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-29RGB色度圖坐標(biāo)的位置越靠近譜色軌跡，所對應(yīng)的顏色越純，即飽和度越高；越靠近E白點，對應(yīng)的飽和度越低，E白處的飽和度為零。

1.3.4計色制及色度圖第1章電視基礎(chǔ)知識由于RGB色度圖對有些顏色出現(xiàn)負(fù)坐標(biāo)，即說明三色系數(shù)中有的為負(fù)，這樣就不能根據(jù)式(1-6)由相加混出所需顏色。為此國際照明委員會(CIE)規(guī)定了另一種計色系統(tǒng)，即XYZ計色制。這種計色制中不出現(xiàn)負(fù)的色系數(shù)，所以在彩色電視技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。1.3.4計色制及色度圖第1章電視基礎(chǔ)知識XYZ計色制所選的三基色單位量分別為(X)、(Y)、(Z)，它們并不代表實際彩色，也不能通過物理三基色相混合而得到，只能由計算求得，故常稱(X)、(Y)、(Z)為計算三基色。1.3.4計色制及色度圖第1章電視基礎(chǔ)知識計算三基色具有如下特點：

①可根據(jù)F?=?X(X)?+?Y(Y)?+?Z(Z)方程式配出實際顏色，且三個色系數(shù)X、Y、Z均不為負(fù)。

②規(guī)定系數(shù)Y在數(shù)值上等于彩色光的全部亮度，合成光的色度仍由X、Y、Z三個系數(shù)的比值決定。③當(dāng)X?=?Y?=?Z時，仍代表E白。1.3.4計色制及色度圖第1章電視基礎(chǔ)知識1.3.4計色制及色度圖第1章電視基礎(chǔ)知識X?+?Y?+?Z?=?m，則x、y、z分別為1.3.4計色制及色度圖第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-30XYZ色度圖1.3.4計色制及色度圖第1章電視基礎(chǔ)知識該色度圖具有如下特點：

①舌形曲線全部位于第一象限，所有的單色光都位于舌形曲線上，舌形曲線稱為譜色軌跡，它們的飽和度均為100%，曲線旁注有單色光波長值。自然界中各種實際彩色的色度都可由曲線內(nèi)一組坐標(biāo)值(x，y)確定。

②舌形曲線上任一點與E白點的連線稱為等色調(diào)線。說明該線上所有的點都對應(yīng)同一色調(diào)的顏色，但離E白點越近，飽和度越低。E白點的坐標(biāo)為x?=?1/3，y?=?1/3(相應(yīng)的z?=?1/3)。1.3.4計色制及色度圖第1章電視基礎(chǔ)知識③不在同一等色調(diào)線上的任意兩點，表示了兩種不同的顏色，由這兩種顏色組成的全部混合色都處在這兩點的連線上。

④飽和度相同的彩色所對應(yīng)的各點的連線稱為等飽和度線，見圖中所注。

⑤在譜色曲線內(nèi)任取三點對應(yīng)的彩色作基色(例如，圖中R1、G1、B1)，則由此三基色混合而成的所有彩色都包含在以這三點為頂點的三角形內(nèi)。三角形外的彩色不能由R1、G1、B1混合得到。因此，彩色電視中選擇三基色，在色度圖上應(yīng)能包含盡量大的面積，而且與之對應(yīng)的三色熒光粉還應(yīng)具有較高的發(fā)光效率。1.3.4計色制及色度圖第1章電視基礎(chǔ)知識在XYZ計色制中，只有Y代表亮度，故可方便地給出彩色亮度與三基色的關(guān)系式，由式(1-12)可知，

Y?=?1.0000R?+?4.5907G?+?0.0601B

在不同的彩色電視制式(后續(xù)章節(jié)介紹)中，由于所選的標(biāo)準(zhǔn)白光和顯像三基色(即顯像管熒光粉對應(yīng)的三個基色)不同，導(dǎo)致亮度方程也互有差異。

1.3.5彩色圖像的攝取與重現(xiàn)第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-31彩色畫面的分解1.3.5彩色圖像的攝取與重現(xiàn)第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-32基色圖像及基色信號(a)被攝彩條圖像；(b)紅基色圖像；(b′)紅基色電信號；(c)綠基色圖像；(c′)綠基色電信號；(d)藍(lán)基色圖像；(d′)藍(lán)基色電信號1.3.5彩色圖像的攝取與重現(xiàn)第1章電視基礎(chǔ)知識彩色顯像管與黑白顯像管的最大區(qū)別在于它有三個電子束，分別對應(yīng)紅、綠、藍(lán)，且彩色熒光粉不是平涂在熒光屏上，而是按紅、綠、藍(lán)各一點組成的三色熒光點為一組，以品字形排列布滿全屏，熒光屏的后面設(shè)置有蔭罩板。1.3.5彩色圖像的攝取與重現(xiàn)第1章電視基礎(chǔ)知識圖1-33彩色顯像管及蔭罩板簡圖(a)彩色顯像管簡圖：(b)蔭罩板作用簡圖1.3.5彩色圖像的攝取與重現(xiàn)第1章電視基礎(chǔ)知識蔭罩板是上面布滿小孔的金屬板，其中每個孔對應(yīng)一組三色點，三色電子束的強(qiáng)弱分別受R、G、B三個基色信號電壓控制，并使三條電子束會聚在蔭罩板的小孔內(nèi)，穿過小孔后又分別去轟擊對應(yīng)的R、G、B熒光點，使之發(fā)光。由于三點很近，人眼的分辨力有限，根據(jù)空間相加混色原理，每組呈現(xiàn)的顏色是三基色光的混合色。其混合色的色調(diào)及飽和度取決于三個基色光的強(qiáng)弱，即取決于三