第二章廣播電視基本知識

數(shù)字電視機(jī)原理物理學(xué)院電子信息工程專業(yè)2012春季學(xué)期第二章廣播電視的基本知識§2.1圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程§2.2電視掃描原理§2.3重現(xiàn)電視圖像的基本參量§2.4全電視信號§2.5電視信號的發(fā)送§2.1圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程§2.1圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程電視實(shí)現(xiàn)的是什么過程呢？

電視是用電信號來傳送活動(dòng)圖像的，因此首先要把被傳送的圖像轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號，經(jīng)過信號通道的傳送后，再經(jīng)過電視機(jī)的顯像管將電信號還原成圖像。

前一光電轉(zhuǎn)換是圖像的分解過程，后一電光轉(zhuǎn)換是圖像的復(fù)合過程?！?.1圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程電視圖像是由什么構(gòu)成的？如果用放大鏡仔細(xì)觀察報(bào)紙上刊登的照片，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它們是由許多大小不等、疏密不同的黑點(diǎn)兒組成，而且點(diǎn)兒越小、越密，照片就越細(xì)膩、清晰。同樣，呈現(xiàn)在電視機(jī)屏幕上的圖像也是由許多相互聯(lián)系、彼此配合、亮度相同或不同的小單元組成。

這些構(gòu)成電視圖像的基本單元稱為像素。顯然，像素越多、越密，圖像就越清晰、細(xì)致。§2.1圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程

實(shí)際上，由于人眼視覺分辨力有一定的極限，在正常觀看距離下，一幅電視圖像大約有40萬個(gè)像素時(shí)，就可以使圖像具有令人滿意的清晰程度。如何傳送像素？在電視技術(shù)中，采用一種順序傳送的方法，就是在發(fā)送端把圖像中各個(gè)像素的亮度按一定順序變成相應(yīng)的電信號，并一個(gè)一個(gè)的傳送出去，而在接收端則按同樣的順序把電信號轉(zhuǎn)變成一個(gè)一個(gè)相應(yīng)的亮點(diǎn)重現(xiàn)出來。§2.1圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程思考：順序傳送像素是否可行？由于人眼的視覺惰性，只要順序傳送的速度足夠快，就會(huì)在主觀感覺上覺得所有像素同時(shí)發(fā)亮。

這種順序傳送實(shí)質(zhì)上就是按時(shí)間順序傳送空間分布的像素的亮度?！?.1圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程

將圖像轉(zhuǎn)變?yōu)轫樞騻魉偷碾娦盘枺▓D像的分解）或?qū)㈨樞騻魉偷碾娦盘栔匦禄謴?fù)成光圖像（圖像的復(fù)合）的過程稱為掃描。

由于電視要傳送活動(dòng)圖像，即圖像上各像素的亮度是隨時(shí)間不斷變化的，所以必須在一秒內(nèi)傳送很多幅畫面，才會(huì)在電視屏幕上重現(xiàn)連續(xù)活動(dòng)的圖像。我國電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一秒鐘傳送25幅畫面，也就是說電視系統(tǒng)必須具備每秒約1000萬個(gè)像素的掃描速度。這么高的掃描速度，只有采用電子掃描的方法才能實(shí)現(xiàn)?！?.1圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的器件是發(fā)送端的攝像管。圖2.1光電導(dǎo)攝像管結(jié)構(gòu)圖§2.1圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程攝像管主要由光敏靶和電子槍兩部分組成。光敏靶：由光敏半導(dǎo)體材料制成，位于電子槍前端。景物在光敏靶上成像。由于光像各部分的亮度不同，靶上各相應(yīng)部分的電導(dǎo)率發(fā)生相應(yīng)的變化。于是將景物各像素亮度不同變成了靶面上個(gè)單元的電導(dǎo)不同，光像變成了“電像”。電子槍：任務(wù)是發(fā)射電子束。當(dāng)電子束按一定規(guī)律在靶面上掃描時(shí)，便依次得到與景物各點(diǎn)亮度相對應(yīng)的電信號，完成了將圖像分解為像素以及各像素按順序轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕墓怆娹D(zhuǎn)換過程?！?.1圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程圖2.2電子槍結(jié)構(gòu)圖電子槍由燈絲、陰極、柵極、加速極（每一陽極）、聚焦極（第三陽極）和高壓陽極（第二、四陽極）組成。§2.1圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程電子槍各部分的作用：燈絲：燈絲加上額定電壓后，就會(huì)產(chǎn)生電流而發(fā)熱。其作用是烘烤陰極，使陰極發(fā)射電子。陰極：作用是發(fā)射電子。柵極：改變柵陰電壓就可以控制電子束的強(qiáng)弱，從而控制熒光屏的發(fā)光程度。加速極：工作時(shí)它加有100V～400V電壓，以對陰極發(fā)射的電子進(jìn)行加速，使之向熒光屏運(yùn)動(dòng)。聚焦極：使電子束聚焦成直徑很小的細(xì)束。高壓陽極：高壓陽極上加有1萬伏以上的直流高壓，其作用是使電子束高速轟擊熒光屏?！?.1圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程當(dāng)電子槍發(fā)射的電子束不發(fā)生任何偏轉(zhuǎn)時(shí)，電子束會(huì)始終掃描靶面上的固定一個(gè)點(diǎn)，此時(shí)只會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號。為了使組成整個(gè)圖像的各個(gè)像素都能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，必須在電子槍外套上偏轉(zhuǎn)線圈，使電子束在偏轉(zhuǎn)磁場的作用下發(fā)生水平、垂直方向的偏轉(zhuǎn)，這又稱電子束掃描。

在掃描過程中，像素的傳送和恢復(fù)順序是從左到右、從上到下一行一行的進(jìn)行的?！?.1圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程1、電子束在聚焦線圈和偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的磁場的聯(lián)合作用下，以聚焦?fàn)顟B(tài)按一定規(guī)律（即從左到右、從上到下一行一行）掃描靶上個(gè)點(diǎn)。2、當(dāng)電子束接觸到靶面某點(diǎn)時(shí)，電子槍的陰極與信號板、負(fù)載RL和電源E構(gòu)成一個(gè)回路，在RL中就有電流流過，該電流的大小取決于光敏靶該點(diǎn)電導(dǎo)率的大小。3、因此，當(dāng)電子束按一定規(guī)律在靶面上掃描時(shí)，便在負(fù)載上依次得到與景物各點(diǎn)亮度相對應(yīng)的電信號，進(jìn)而完成將圖像分解為像素以及各像素按順序轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)電信號的光電轉(zhuǎn)換過程。圖像信號的分類：負(fù)極性圖像信號：若攝像管攝取的圖像信號（電信號）具有像素越亮，對應(yīng)的輸出電平越低；像素越暗，輸出信號電平越高的光電轉(zhuǎn)換規(guī)律，則該圖像信號被稱為負(fù)極性的圖像信號。正極性圖像信號：若圖像信號滿足輸出電平值與像素亮度成正比的關(guān)系，則該圖像信號為正極性的圖像信號。§2.1圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程§2.1圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程圖像是如何重現(xiàn)的呢？圖像的重現(xiàn)是依靠電視接收機(jī)的顯像管來完成的，顯像管的任務(wù)是將圖像信號轉(zhuǎn)換為光圖像，完成電到光的轉(zhuǎn)換。顯像管主要由電子槍和熒光屏兩部分組成。電子槍：用于發(fā)射電子束。電子束的強(qiáng)度取決于加在控制柵極的正極性圖像信號或加在陰極上的負(fù)極性圖像信號的電平大小。電子束轟擊熒光屏?xí)r所產(chǎn)生光像的亮度取決于電子束的強(qiáng)弱。熒光屏：重現(xiàn)亮度，亮度是由受圖像信號控制的一個(gè)個(gè)亮點(diǎn)所組成?！?.1圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程因此，圖像信號重現(xiàn)成一幅完整的光圖像需要滿足以下條件：電子束在偏轉(zhuǎn)磁場作用下完成從左到右、從上到下全屏幕的掃描；電子束在熒光屏上轟擊的幾何位置也必須與發(fā)送端圖像像素的位置一一對應(yīng)，即收發(fā)兩端要保持同步的工作狀態(tài)?！?.1圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程一幀圖像的分解與重現(xiàn)過程：圖2.3圖像的分解與復(fù)合(a)圖像的分解(b)圖像的重現(xiàn)攝像管靶面上的圖像顯像管熒光屏上的圖像§2.1圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程8、9行電壓波形4、5、6、7行電壓波形2、3行電壓波形1、10行電壓波形圖2.4攝像管輸出電壓電壓高時(shí)，電子束弱，屏幕上被轟擊到的部分為暗像；電壓低時(shí)，電子束強(qiáng)，屏幕上被轟擊到的部分呈亮像?！?.1圖像光電轉(zhuǎn)換的基本過程總結(jié)（圖像的分解與復(fù)合）：首先，掃描速度要足夠快，這樣利用熒光屏的余輝特性和人眼視覺惰性，即可重現(xiàn)連續(xù)的圖像。其次，顯像管中電子束掃描必須與攝像管的掃描規(guī)律完全一致，即同步掃描?！?.2電視掃描原理電視圖像的攝取與重現(xiàn)過程：基于光和電的相互轉(zhuǎn)換。§2.2電視掃描原理光圖像電信號電子掃描電信號光圖像電子掃描(a)圖像的攝取(b)圖像的重現(xiàn)由上圖可知，把空間的光圖像變換為隨時(shí)間變化的電信號；或者把隨時(shí)間變化的電信號再轉(zhuǎn)換為一幅空間光圖像，都是通過電子掃描來完成的?！?.2電視掃描原理思考：如何實(shí)現(xiàn)從左到右、從上到下的電子掃描呢？

在電視接收機(jī)中，采用磁偏轉(zhuǎn)的方式來控制顯像管中電子束的掃描運(yùn)動(dòng)，即在器件外裝置的偏轉(zhuǎn)線圈中通以鋸齒電流，使電子束受到電磁力的作用而偏轉(zhuǎn)。為了實(shí)現(xiàn)順序掃描，顯像管的管頸上安裝的偏轉(zhuǎn)線圈有以下兩種（不同頻率的鋸齒波電流作用下）：水平偏轉(zhuǎn)線圈：作用是產(chǎn)生垂直磁場，實(shí)現(xiàn)水平掃描；垂直偏轉(zhuǎn)線圈：作用是產(chǎn)生水平磁場，實(shí)現(xiàn)垂直掃描。電子束在兩對偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的磁場共同作用下，完成從左到右、從上到下的全屏幕掃描，形成了矩形光柵?！?.2電視掃描原理水平掃描工作原理：1、偏轉(zhuǎn)電流a點(diǎn)時(shí)，電子束應(yīng)射到熒光屏左邊的a1點(diǎn)處；2、偏轉(zhuǎn)電流逐漸變化到b點(diǎn)時(shí)，電子束偏移隨之減小，光點(diǎn)由a1點(diǎn)回到熒光屏中央的b1點(diǎn)；3、偏轉(zhuǎn)電流由b點(diǎn)向c點(diǎn)正向增加到最大值時(shí)，電子束向屏幕右側(cè)移動(dòng)，光點(diǎn)由b1點(diǎn)到c1點(diǎn)。行掃描正程：THs：行掃描正程期在THs期間，電子束由屏幕左側(cè)掃至右側(cè)，并顯示亮線?！?.2電視掃描原理水平掃描工作原理：偏轉(zhuǎn)電流由最大值c點(diǎn)經(jīng)d變到最大負(fù)值e點(diǎn)，對應(yīng)的，電子束很快的由熒光屏右側(cè)的c1點(diǎn)經(jīng)熒光屏中央的d1點(diǎn)折回到左邊的e1點(diǎn)。行掃描逆程：THr：行掃描逆程期在THr期間，電子束迅速回掃至左側(cè)，并采用消隱措施不在屏幕上顯示亮線?！?.2電視掃描原理在水平掃描中，行掃描周期為：且滿足：假若電子束只有水平掃描而沒有垂直掃描，在熒光屏上將呈現(xiàn)一條水平線?！?.2電視掃描原理垂直掃描工作原理：1、場掃描正程：當(dāng)場掃描鋸齒電流由a點(diǎn)經(jīng)b點(diǎn)逐漸變化到c點(diǎn)時(shí)，電子束由熒光屏最上方的a1點(diǎn)經(jīng)b1點(diǎn)掃描至最下方c1點(diǎn)，電子束自上而下完成掃描正程；2、場掃描逆程：當(dāng)場掃描鋸齒電流由c點(diǎn)很快變化到e點(diǎn)，電子束也很快的由熒光屏最上面的c1點(diǎn)經(jīng)d1點(diǎn)迅速折回到最上面e1點(diǎn)，完成場掃描逆程。場掃描過程：場掃描正程期場掃描逆程期場掃描周期為：且滿足：§2.2電視掃描原理假若電子束只有水平掃描而沒有垂直掃描，在熒光屏上將呈現(xiàn)一條水平線。當(dāng)既有水平掃描又有垂直掃描時(shí)，熒光屏將呈現(xiàn)滿屏幕近似平行的水平線，即掃描光柵?！?.2電視掃描原理電子掃描的方式：逐行掃描隔行掃描

我國電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一秒鐘傳送25幅畫面，這樣圖像不會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)感。

在電視中，將一幅畫面稱為一幀。規(guī)定每秒傳送25幀（即幀頻為25Hz）。

每幀圖像分成625行傳送，每秒傳送15625行，即行頻為：為了達(dá)到觀看效果，掃描參數(shù)如何選擇？§2.2電視掃描原理逐行掃描存在的問題：會(huì)使人產(chǎn)生畫面的閃爍效應(yīng)。原因：逐行掃描的幀頻為1/25s

當(dāng)電子束掃描過去后，該像素開始變暗，直到經(jīng)過1/25s后電子束又掃到該像素時(shí)，其又由最暗變到最亮。解決方法：減少換幀時(shí)間，即提高幀頻

隨之產(chǎn)生的問題是信號的頻帶寬度增大。目前在廣播電視中，普遍采用隔行掃描的方法來克服閃爍效應(yīng)，并保持信號頻帶寬度不變?！?.2電視掃描原理隔行掃描原理：

在保持行頻25Hz、行頻15625Hz不變的情況下，把一幀畫面分成兩場來掃描。

電子束在掃描一幀圖像時(shí)，首先掃描所有的奇數(shù)行（按空間排列順序）即第1、3、……直至第625行的前半行，該場即為奇數(shù)場；

然后，電子束再返回頂部掃描所有的偶數(shù)行，即自625行后半行開始，接著掃第2、4、……直至624行，該場稱為偶數(shù)場。

只要兩場的周期相等（包括各自的正程、逆程時(shí)間亦相等）且為幀周期的一半，則奇、偶場光柵在屏幕上可以實(shí)現(xiàn)均勻嵌套，構(gòu)成一幅完整的圖像?！?.2電視掃描原理圖2.5隔行掃描示意圖iH值表示電子束在熒光屏水平方向上的位置；iV值表示電子束在熒光屏垂直方向上的位置?！?.2電視掃描原理圖中紅點(diǎn)處電平相等，說明奇偶場的場正程起始點(diǎn)在熒光屏上的垂直位置是相同的。然而：

場周期=行周期*（整數(shù)倍+0.5）則奇、偶兩場的場正程起始點(diǎn)所對應(yīng)的iH值是不同的。奇、偶兩場的場正程起始點(diǎn)在水平位置上差半行，因此兩場的光柵不會(huì)重疊，實(shí)現(xiàn)均勻的嵌套?！?.2電視掃描原理圖2.6一幀圖像的隔行掃描示意圖§2.2電視掃描原理結(jié)論：為了實(shí)現(xiàn)隔行掃描時(shí)奇、偶兩場掃描光柵均勻相嵌，每幀圖像的掃描行數(shù)（包括場逆程在內(nèi)）必須為奇數(shù)。為了保證各幀光柵的重疊，要求每幀的掃描行數(shù)必須是整數(shù)。§2.2電視掃描原理我國廣播電視采用的隔行掃描主要參數(shù)如下：行頻：15625Hz場頻：50Hz行周期：64μs場周期：20ms行正程時(shí)間：≥52μs場正程時(shí)間：≥18.4ms行逆程時(shí)間：≤12μs場逆程時(shí)間：≤1.6ms幀頻：25Hz每幀行數(shù)：625幀周期：40ms每場行數(shù)：312.5§2.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)§2.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)理想情況下，電視機(jī)熒光屏上重現(xiàn)圖像的幾何形狀、相對大小、細(xì)節(jié)的清晰程度、亮度分布及物體運(yùn)動(dòng)的連續(xù)感等，都應(yīng)該與原景物一致。這實(shí)際上是不可能的。本節(jié)根據(jù)人眼的視覺特性，分析黑白電視圖像轉(zhuǎn)換中的幾個(gè)基本參數(shù)?！?.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)亮度亮度可用B表示，度量單位為cd/m2。cd為燭光發(fā)光強(qiáng)度坎德拉。目前，顯像管的發(fā)光亮度能做到上百cd/m2的量級，而所攝取客觀景物的最大亮度可高至上萬cd/m2，兩者差別很大，重現(xiàn)圖像是無法達(dá)到客觀景物的實(shí)際亮度。根據(jù)實(shí)際要求，電視圖像平均亮度應(yīng)不小于30cd/m2，最大亮度應(yīng)大于100cd/m2（或60cd/m2）?！?.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)如何解決顯像管亮度無法達(dá)到要求的問題？利用人眼的特征對背景亮度有很強(qiáng)的適應(yīng)性只要保持重現(xiàn)圖像的對比度與客觀景物相等就可以獲得與客觀景物一樣的明暗感覺，而完全沒有必要重現(xiàn)客觀景物的實(shí)際亮度。什么是對比度？客觀景物的最大亮度與最小亮度之比稱為對比度?！?.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)對于重現(xiàn)的電視圖像，對比度K為：其中：Bmax為顯像管的最大亮度；

Bmin為顯像管的最小亮度；BD為周圍的環(huán)境亮度。由上式可看出，環(huán)境越亮，電視圖像的對比度越低。一般，對比度能達(dá)到30~40就可獲得滿意的收看效果?？偨Y(jié)：重現(xiàn)圖像的對比度越大，圖像的黑白層次就越豐富，人眼的感覺就越細(xì)膩、柔和?！?.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)什么是灰度？圖像從黑色到白色之間的過渡色統(tǒng)稱灰色?；叶染褪菍⑦@一灰色劃分成能加以區(qū)別的層次數(shù)。如何鑒別電視機(jī)恢復(fù)原圖像明暗層次的程度？電視臺發(fā)送一個(gè)十級灰度信號。電視機(jī)經(jīng)調(diào)整后，在圖像中能區(qū)分的從黑到白的層次數(shù)稱為該機(jī)具有相應(yīng)級的灰度。實(shí)際上，電視機(jī)只要能達(dá)到六級灰度，就能收看明暗層次較佳的圖像。我國電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定甲級和乙級電視機(jī)分別達(dá)到八級和九級灰度?！?.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)為了獲得圖像的連續(xù)感、克服閃爍效果并不使圖像信號的頻帶過寬，我國規(guī)定幀頻為25Hz，采用隔行掃描，場頻定為50Hz。同時(shí)，由于50Hz的場頻恰好等于電網(wǎng)頻率，還可以克服當(dāng)電源濾波不良時(shí)圖像的蠕動(dòng)現(xiàn)象。思考：根據(jù)什么確定的上述參數(shù)呢？人眼的視覺惰性§2.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)電視標(biāo)準(zhǔn)中的掃描行數(shù)是如何確定的？圖2.7人眼分辨圖像細(xì)節(jié)能力示意圖分辨角，在一定距離l時(shí)，人眼恰能分辨的兩個(gè)黑點(diǎn)間的夾角。顯然，分辨角越小，表示人眼的分辨力越強(qiáng)；反之則越弱。定義：人眼的分辨力為分辨角的倒數(shù)。兩個(gè)黑點(diǎn)間的距離，即行距。屏幕高度視覺清晰區(qū)域張角最佳觀看距離§2.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)由圖得到分辨角為：人眼能分辨圖像細(xì)節(jié)的屏幕顯示行數(shù)為：經(jīng)實(shí)驗(yàn),正常人的眼分辨角為1′~2′，取θ=1.5′。并假設(shè)人眼的視覺清楚區(qū)域的兩點(diǎn)射線夾角為φ，當(dāng)φ為15°左右時(shí),人的觀看距離一般是l=4h，有：§2.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)由上式計(jì)算出了相應(yīng)的人眼能分辨圖像細(xì)節(jié)的屏幕顯示行數(shù)為573行。在此基礎(chǔ)上，我國電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定屏幕顯示行數(shù)為575行，再考慮每幀逆程的50行，即確定了每幀的總行數(shù)為：§2.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)什么是分解力和清晰度？分解力：電視系統(tǒng)傳送圖像細(xì)節(jié)的能力稱為該系統(tǒng)的分解力。清晰度：人對圖像細(xì)節(jié)清晰程度的感覺稱為清晰度?？偨Y(jié)：分解力和清晰度的含義是一致的。因此，分解力通常以能分辨的黑白相間的線數(shù)表示。

例如，設(shè)分解力為500線，這表示系統(tǒng)在對應(yīng)的方向上能分辨黑白線條各250條?！?.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)什么是垂直分解力？垂直分解力是指沿著圖像的垂直方向上能夠分辨像素的數(shù)目。顯然，垂直分解力受每幀屏幕可顯示的行數(shù)限制。在最佳情況下，垂直分解力M就等于顯示行數(shù)Z。在一般情況下，并非每一屏幕可顯示的行數(shù)都代表垂直分解力，而取決于圖像的狀況以及圖像與掃描線相對位置的各種情況?！?.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)圖2.8垂直分解力示意圖1、如圖，a1和a4的圖像細(xì)節(jié)恰好占據(jù)了掃描線滿格，攝像管輸出的圖像信號的電平高低分明；圖像b1和b4仍是黑白分明的原像。2、若為a2，圖像細(xì)節(jié)與電子束中心錯(cuò)開，即電子束恰好覆蓋黑條和白條各一半，則各行的圖像信號均為黑、白信號電平的平均值，因而重現(xiàn)圖像b2是一條均勻的灰色帶，系統(tǒng)喪失了垂直分解力，即M=0。3、當(dāng)攝取圖像為a3和a5，對應(yīng)的重現(xiàn)圖像b3對比度下降、b5黑白邊界不明顯，但能重現(xiàn)原圖像規(guī)律，垂直分解力下降為原線數(shù)的一般，即M=Z`/2?！?.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)考慮到圖像內(nèi)容的隨機(jī)性，則有：k值通常為0.5~1。

若取k=0.76，則按上面的公式有效垂直分解力為：M=0.76*575=437線。垂直分解力M可用總行數(shù)Z來表示，為：§2.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)什么是水平分解力？水平分解力是指沿圖像水平方向，系統(tǒng)能分解的像素?cái)?shù)目（垂直線數(shù)），以N表示。

水平分解力取決于電子束橫截面大小，也就是說，水平分解力與電子束直徑相對于圖像細(xì)節(jié)寬度的大小有關(guān)。電子束在水平方向和垂直方向的掃描完全不同：垂直方向：一定為一行一行的掃描，相鄰行之間的掃描線不重疊；水平方向：連續(xù)的掃描過去的?！?.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)以攝像管為例，盡管電子束可以聚焦的很細(xì)，但總有一定的截面積（接近于像素），因此它在水平掃描時(shí)將使黑白像素界限模糊，進(jìn)而傳喚成的圖像信號電壓不能突變，存在一過渡期。若圖像細(xì)節(jié)比電子束更小，則根本反映不出這種細(xì)節(jié)的變化，這種現(xiàn)象稱為孔闌效應(yīng)?！?.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)若白條與黑條的寬度遠(yuǎn)大于電子束直徑d，當(dāng)電子束從左向右掃過畫面時(shí)，只有當(dāng)電子束的中心分別處于x1位置以左和x2位置以右時(shí)，電子束截面才完全覆蓋白條和黑條。此時(shí)，輸出圖像信號在對應(yīng)的t1和t2時(shí)間達(dá)到最高電平u1和最低電平u2（正極性圖像信號）。圖2.9孔闌效應(yīng)示意圖§2.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)而當(dāng)電子束中心處于x1和x2之間時(shí)，電子束覆蓋白條、黑條的面積不同，會(huì)使得信號u存在一過渡期τ。此時(shí)，輸出圖像信號如圖(c)所示，在白條和黑條交界處有灰色過渡區(qū)，它的寬度為d，這使圖像模糊從而降低水平分解力。圖2.9孔闌效應(yīng)示意圖§2.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)圖(d)和(e)給出了當(dāng)攝取圖像細(xì)節(jié)改變時(shí)，其對應(yīng)的信號波形。期。當(dāng)細(xì)節(jié)寬度越來越窄直至等于電子束直徑d時(shí)，由于τ不變，圖像信號u將由梯形波趨于正弦波。這時(shí)對比度保持不變，轉(zhuǎn)換成的圖像仍為黑和白，但黑白邊緣呈現(xiàn)模糊的灰色，圖像的清晰度下降。圖2.9孔闌效應(yīng)示意圖§2.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)由上面的分析可知，當(dāng)圖像細(xì)節(jié)寬度小于電子束直徑d時(shí)，對比度會(huì)顯著下降。要提高水平分辨力，需要減小電子束直徑。但電子束直徑太細(xì)，在保持每幀行數(shù)不變的前提下，將在行與行之間有明顯空隙，進(jìn)而畫面被掃描到的部分將減少，從而降低傳輸效率。實(shí)際上，在顯像管光電轉(zhuǎn)換中也存在孔闌效應(yīng)，但因攝像管光電靶的面積遠(yuǎn)比顯像管屏幕小得多，因而我們主要考慮攝像管的孔闌效應(yīng)。

為了克服孔闌效應(yīng)，在電視發(fā)送端采用專用電路進(jìn)行校正?！?.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)電子束大小要適當(dāng)，一般以等于一幀的高度除以掃描行數(shù)為宜。

實(shí)驗(yàn)證明，在同等長度條件下，當(dāng)水平分解力等于垂直分解力時(shí)，圖像質(zhì)量最佳。因此，水平分解力等于：§2.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)圖像信號的頻帶寬度不僅是確定射頻電磁波頻帶寬度的主要依據(jù)，還直接關(guān)系到電視機(jī)高頻放大器和中頻放大器的設(shè)計(jì)要求。

因此，下面我們來計(jì)算圖像信號的頻帶寬度。圖像信號的頻帶寬度：一幅圖像本身是沒有什么頻帶可言的,可是圖像信號照在光電靶上形成“電阻像”，用電子束進(jìn)行行、場掃描攝取每個(gè)像素時(shí)產(chǎn)生了頻帶的概念?！?.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)

根據(jù)人眼在視覺清楚區(qū)水平掃描視角(20?)和垂直掃描視角(15?)比例為4∶3來估計(jì)，一幅圖像最多能分解成多少像素呢？設(shè)對一幅圖像有效掃描的行數(shù)即為人眼能分辨圖像細(xì)節(jié)的行數(shù)，則一幅圖像最多能分解的像素個(gè)數(shù)為：因此，傳送一個(gè)像素所需的時(shí)間為t為：幀頻

最復(fù)雜的圖像不過于任意相鄰兩個(gè)像素為一黑一白。設(shè)一黑一白的像素的周期為T，則有：§2.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)

對于黑白電視來說，最復(fù)雜的圖像由什么組成的？由此，可得出一幅最復(fù)雜的圖像電信號的頻率fmax為：

同樣，

對于黑白電視來說，最簡單的圖像由什么組成的？

最簡單的圖像是像素全為黑或全為白，則fmin=0?！?.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)則一幅圖像變換成電信號的頻帶寬度fB為：

上式即為各國電視廣播系統(tǒng)圖像信號頻帶寬度公式。又例如，日本電視廣播系統(tǒng):例如，我國電視廣播系統(tǒng):§2.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)電視機(jī)屏幕形狀和大小是如何確定的？根據(jù)人眼視覺最清楚的范圍是在垂直視角約15?，水平視角約20?的矩形面積內(nèi)來確定的。

目前，各國電視機(jī)屏幕的寬高比多為4:3，也有采用5:4和5:3等。重現(xiàn)圖像的另一個(gè)幾何特征是幾何失真，即是重現(xiàn)圖像的形狀、大小、相對位置等與原來景物的不一致程度。§2.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)圖像的幾何失真有兩種：掃描鋸齒波電流非線性引起的幾何失真圖2.10掃描非線性引起圖像失真(a)為

行場掃描電流均為線性時(shí)，重現(xiàn)圖像與原圖像相似，無幾何失真。在(b)和(c)中，

行場掃描電流為非線性時(shí)，重現(xiàn)的方格寬度、高度就會(huì)不均勻，呈現(xiàn)幾何失真?！?.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)衡量失真的程度用幾何失真系數(shù)表示。垂直幾何失真系數(shù)為:水平幾何失真系數(shù)為:通常，電視機(jī)要求NH<17%，NV<12%?！?.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)偏轉(zhuǎn)磁場不規(guī)則引起的幾何失真產(chǎn)生該類失真的主要原因是偏轉(zhuǎn)線圈繞制和安裝不當(dāng)，使磁場方向不規(guī)則、不均勻及行、場磁場彼此不垂直等。圖2.11圖像幾何失真示意圖§2.3重現(xiàn)電視圖像的基本參數(shù)垂直方向幾何失真系數(shù)為:水平方向幾何失真系數(shù)為:通常，電視機(jī)要求NgH均小于3%?！?.4全電視信號§2.4全電視信號黑白全電視信號包括：圖像信號：電視系統(tǒng)所傳送的圖像信息，是在場掃描正程期間和行掃描正程期間內(nèi)傳送的；復(fù)合同步信號：含行、場同步、槽脈沖和均衡脈沖信號，為了確保電視機(jī)重現(xiàn)圖像與電視臺發(fā)送圖像嚴(yán)格同步，正確重現(xiàn)圖像并使圖像穩(wěn)定；復(fù)合消隱信號：含行、場消隱信號，為了消除行、場回掃期間的痕跡，保證圖像清晰。其中，除了圖像信號外的其它信號是為了保證圖像清晰和穩(wěn)定而設(shè)置的輔助信號，這些信號都是在行、場逆程期間傳送的?！?.4全電視信號什么是圖像信號？圖像信號是在電子掃描作用下，由攝像管將明暗不同的景像轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，然后經(jīng)信號通道傳送給顯像管，來控制顯像管中投射到熒光屏上電子束的強(qiáng)弱。

圖像信號是反映圖像內(nèi)容的電視信號，它的電壓高低表示圖像像素的明暗程度。

由于圖像是隨機(jī)性的，因此圖像信號電平也在一定范圍內(nèi)隨機(jī)起伏?！?.4全電視信號圖像信號有兩個(gè)主要特點(diǎn)：相關(guān)性：

對于一般的活動(dòng)圖像，由于在垂直方向變化緩慢，而且每幀圖像顯示575行、行掃周期很短，故相鄰兩行的圖像信號的差別很小。因此，在幀間與行間具有較強(qiáng)的相關(guān)性。

對靜止圖像而言，則具有行重復(fù)性或幀重復(fù)性，即周期性。§2.4全電視信號單極性：

圖像信號電平的數(shù)值總是在零值以上或零值以下的一定電平范圍內(nèi)變化，它不會(huì)同時(shí)跨越零值上下兩個(gè)區(qū)域，即具有單極性特點(diǎn)。

因此，圖像信號具有平均值，該值決定了圖像的背景亮度。在傳輸中，可以隔斷直流只傳輸交流信號，但在圖像重現(xiàn)前必須恢復(fù)直流，以呈現(xiàn)背景亮度。如前所示，圖像信號有正極性和負(fù)極性兩種，我國采用負(fù)極性信號制。§2.4全電視信號圖2.12兩行圖像信號的波形已調(diào)信號的黑電平，為75%相對電平已調(diào)信號的白電平，為10%相對電平§2.4全電視信號圖像信號的頻譜根據(jù)上面2.3節(jié)內(nèi)容，已知圖像信號的頻譜為6MHz。下面分析幾種固定圖像的信號波形及其譜特性。圖2.13圖像信號及其頻譜與(a)對應(yīng)的圖像信號u是以場為周期的方波，其頻譜是以場頻為間隔的離散譜。隨著諧波次數(shù)的增高，振幅將減小。§2.4全電視信號圖2.13圖像信號及其頻譜與(b)對應(yīng)的圖像信號u’是以行重復(fù)期為周期的方波，其頻譜是以行頻為間隔的離散譜。同樣，隨著諧波次數(shù)的增高，振幅將減小?！?.4全電視信號圖2.13圖像信號及其頻譜與(b)對應(yīng)的圖像信號u’’，可看作是以場頻信號對行頻信號實(shí)行幅度調(diào)制，則其頻譜是以行頻及其各次諧波為主譜線；在每條主譜線的兩側(cè)，是以場頻及其各次譜線為間隔的副譜線。同樣，隨著諧波次數(shù)的增高，振幅將減小。對于活動(dòng)圖像來說，由于信號仍可看作是以行為周期的，因此其頻譜以行頻為主譜線的頻譜結(jié)構(gòu)不變，但因圖像是隨時(shí)間變化的，信號不再看作是以場（幀）為周期，因此在主譜線兩側(cè)的線狀譜將趨于連續(xù)譜?！?.4全電視信號復(fù)合消隱信號包括行消隱和場消隱兩種信號。圖2.14復(fù)合消隱信號§2.4全電視信號行消隱信號

電子束在對準(zhǔn)光電靶(或顯像管熒光屏)進(jìn)行行掃描的逆程期間是不傳送圖像信號的，但會(huì)在屏幕上留下亮度痕跡，影響圖像的清晰度。

為了消除行掃描逆程期間在屏幕上的亮度痕跡，電視臺在行掃描逆程期間發(fā)送一個(gè)寬度為12μs、相對幅度為75%的脈沖信號。這種信號稱為行消隱信號，如圖2.14所示。§2.4全電視信號場消隱信號

電子束在對準(zhǔn)光電靶(或熒光屏)進(jìn)行場掃描的逆程期間，也會(huì)在屏幕上留下回掃亮線，干擾圖像。

為了消除場掃描逆程期間在屏幕上的回掃亮線，電視臺在場掃描逆程期間發(fā)送一個(gè)寬度為1612μs、相對幅度為75%的脈沖信號。這種信號稱為場消隱信號，如圖2.14所示。行消隱信號和場消隱信號合稱為復(fù)合消隱信號?！?.4全電視信號在電視接收機(jī)中，為什么要進(jìn)行同步？這是因?yàn)樵诎l(fā)送端已將圖像進(jìn)行空間分割，分解成了40萬個(gè)像素，再一個(gè)一個(gè)的按一定順序傳送出去。而電視接收機(jī)也只能是一個(gè)一個(gè)的接收像素。

因此，電視接收機(jī)要想呈現(xiàn)出一幅和發(fā)送端完全相同的圖像，不但要求收到的像素?cái)?shù)目與發(fā)出的相等，而且這40萬個(gè)像素組合排列的規(guī)律也必須與發(fā)送端一直。這樣才能把已被分割成為40萬個(gè)小“碎片”的一幅圖像重新組合還原?！?.4全電視信號在電視接收技術(shù)中，把收到的像素按發(fā)送端的規(guī)律組合成原圖像，稱為收、發(fā)兩端同步。將圖像分解成像素和順序傳送像素的任務(wù)是如何完成的？由攝像管通過電子束掃描來完成的。順序接收的像素如何重新組合起來的呢？由顯像管通過電子束掃描來完成的。因此，同步的實(shí)質(zhì)就是保證收發(fā)兩端的電子束掃描步調(diào)完全一致?！?.4全電視信號§2.4全電視信號§2.4全電視信號§2.4全電視信號§2.4全電視信號§2.4全電視信號§2.4全電視信號§2.4全電視信號§2.5電視信號的發(fā)送§2.5電視信號的發(fā)送為什么要研究人眼的視覺特性？

電視機(jī)重現(xiàn)的圖像是供人觀看的，是通過人眼感受的，因此，電視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須考慮到人眼的特點(diǎn)和實(shí)際需求。

人眼的視覺特性是電視技術(shù)發(fā)展的重要依據(jù)?！?.5電視信號的發(fā)送人眼的亮度視覺

人眼最重要的視覺功能是對客觀景物的亮度感覺。亮度就是人眼對光的明暗程度的感覺。同一波長的光，當(dāng)其強(qiáng)度不同時(shí)，給人的亮度感覺是不同的；同樣，相同強(qiáng)度而波長不同的光，給人的亮度感覺也是不同的。

實(shí)驗(yàn)證明，人眼對不同波長的光的靈敏度是不同的。人眼的這種視覺特征稱為人眼的視敏特性，常用視覺靈敏度曲線(視敏度曲線)來描述。圖1.3所示的是國際通用的視敏度曲線，

也叫相對視敏曲線，該曲線是通過對大量視力正常者的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得到的?！?.5電視信號的發(fā)送圖1.3人眼的視覺靈敏度曲線§2.5電視信號的發(fā)送

由圖可知，人眼對不同顏色光的亮度感覺是不一樣的，人眼最敏感的光波長為555nm，呈草綠色。在555nm處兩側(cè)，隨著波長的增加或者減小，亮度感覺逐漸降低。并且，在可見光譜（380nm~780nm）之外，即使輻射能量再強(qiáng)，人眼也沒有感覺?！?.5電視信號的發(fā)送人眼的色度感覺

實(shí)驗(yàn)得知，人眼視網(wǎng)膜上有三種色敏細(xì)胞，分別對紅、綠、藍(lán)光特別敏感。當(dāng)它們受到某種光源輻射能量刺激時(shí)，根據(jù)對三種細(xì)胞刺激量比例