現(xiàn)代電視技術(shù)教案Convertor

1現(xiàn)代電視技術(shù)電子信息工程系2011年2月12教師：梁波手機(jī)：1399139948423教學(xué)內(nèi)容：基本概念和基本理論技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)實(shí)應(yīng)用教學(xué)方式：前后章節(jié)內(nèi)容相互穿插課堂師生之間相互交流34考核方式：平時(shí)考勤考察期終閉卷考試教學(xué)目的：教書育人45什么是電視？電視系統(tǒng)電視系統(tǒng)通常由信源（如攝像、錄像）、信道（傳輸）、信宿（如顯像、錄像存儲(chǔ)）等3部分組成。信源：攝影、光盤、磁帶等存儲(chǔ)的影像信息；傳輸：無線：（微波、衛(wèi)星）；有線（銅纜、光纜）；網(wǎng)絡(luò)（局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)）。信宿：電視機(jī)、光盤、磁帶等存儲(chǔ)設(shè)備。56電視系統(tǒng)的演變與發(fā)展：從畫質(zhì)上看，由最初的黑白電視發(fā)展到彩色電視，由低清晰度電視（LDTV）（約為300線）、普通清晰度（SDTV）（不足500線）、增強(qiáng)清晰度電視（EDTV）（不足600線）到高清晰度電視（HDTV）（1000線以上）以至超高清晰度電視（UDTV）(4000線)；從信號(hào)上看，由模擬電視向數(shù)字電視發(fā)展；從器件上看，由電子管電視機(jī)到晶體管電視機(jī)、集成電路電視機(jī)、智能電視機(jī)（設(shè)置了單片機(jī)技術(shù)）；67從屏幕上看，有小尺寸到大尺寸，從有屏幕到無屏幕。由彩色顯像管電視（CRT）到背投電視（RPTV）、等離子電視（PDP）、液晶電視（LCD）、有機(jī)發(fā)光顯示器（OLED）至今后的薄膜電視、3D立體電視直至最終的無屏全息電視。78電視系統(tǒng)的分類按照不同的標(biāo)準(zhǔn)，電視系統(tǒng)可以有不同的分類方法。例如，可以分為：廣播電視系統(tǒng)與應(yīng)用電視系統(tǒng)；有線電視系統(tǒng)與無線電視系統(tǒng)；模擬電視系統(tǒng)與數(shù)字電視系統(tǒng)；普通（標(biāo)準(zhǔn)）清晰度電視系統(tǒng)與高清晰度電視系統(tǒng)；單業(yè)務(wù)電視系統(tǒng)與多業(yè)務(wù)電視系統(tǒng)等。一般情況下，各種分類方法可能會(huì)有些交叉，沒有嚴(yán)格的界限。89圖1-1電視系統(tǒng)分類示意圖廣播電視應(yīng)用電視地面廣播衛(wèi)星廣播有線廣播電視監(jiān)控教學(xué)電視醫(yī)用電視測量電視可視電話銀行超市交通工礦小區(qū)視頻展示臺(tái)教學(xué)實(shí)錄實(shí)時(shí)雙向電視傳輸系統(tǒng)眼底電視X光電視微顯電視內(nèi)窺鏡電視厚度測量缺陷測量分類、記數(shù)9101011第一章彩色電視色度學(xué)基礎(chǔ)第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號(hào)第三章彩色電視制式第四章廣播電視信號(hào)的發(fā)射第五章衛(wèi)星電視傳輸系統(tǒng)第六章有線電視系統(tǒng)第七章彩色電視接收機(jī)第八章數(shù)字電視基礎(chǔ)第十章顯示器技術(shù)第十一章數(shù)字高清電視1112第一章彩色電視色度學(xué)基礎(chǔ)電視傳送景物的過程，就是把一幅幅光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)再進(jìn)行傳輸，然后再把電信號(hào)接收、恢復(fù)成正確的光學(xué)圖像。同時(shí)，電視是要用人眼去觀看的，所以彩色電視的基本理論是建立在色度學(xué)和視覺生理學(xué)基礎(chǔ)之上的，因此要掌握電視技術(shù)，必須從電視技術(shù)的角度去了解光、色彩與視覺生理的基本特性。因此，在介紹電視系統(tǒng)之前，應(yīng)該先了解光和色度學(xué)的基本知識(shí)。12131.1光的特性在地球上，太陽是照亮大自然的光源之一，它是熱、光和各種射線的輻射體。本質(zhì)上，光兼有波動(dòng)特性和微粒特性，光是屬于一種與無線電波相同的電磁波，攜帶電磁輻射能量的電磁波中的很小一部分，通常稱之為光波。五光十色的自然界，是由光波載入人眼在視網(wǎng)膜上成像，經(jīng)光敏細(xì)胞、視神經(jīng)傳遞到大腦視區(qū)，再經(jīng)綜合處理而產(chǎn)生了中性白光的視覺。圖？太陽光譜輻射功率分布13141.1.1可見光譜1415從電視角度看，可見光有如下特性：1、人眼能夠感覺到的可見光譜只是集中在電磁波譜5×1014Hz附近很窄的一段頻率范圍內(nèi)，其波長為380nm~780nm（1nm=10-9m）。15162、當(dāng)作用于人眼的可見光的波長從長（780nm）到短（380nm）依次變化時(shí)，在人眼中引起的顏色感覺是紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫7種色帶。16173、380~780nm之間有400nm之差，即使1nm的波長對(duì)應(yīng)一種顏色，也有400多種顏色，實(shí)際自然界的顏色遠(yuǎn)不止400種。用五顏六色，五光十色是不足以描述的，應(yīng)該用色彩紛呈、色彩斑斕、萬紫嫣紅來概括。17184、不同波長的光所呈現(xiàn)的顏色各不相同。只含有單一波長的光稱為單色光（譜色光）；包含有兩種或兩種以上波長成分的光稱為復(fù)合光。太陽光是由不同波長的無數(shù)單色光所組成的復(fù)合光，這說明太陽光是包含全色譜的復(fù)合光，給人眼以白光的綜合感覺。18195、太陽發(fā)出的白光中包含了所有的可見光，假如把一束太陽光通過三棱鏡后，由于波長折射率不同，便分解為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫的彩帶（在整個(gè)色譜范圍內(nèi)，各種顏色是不會(huì)突變的而是從一種顏色慢慢地融合并漸變?yōu)榱硪环N顏色，其界線是不明顯的）。被分解之后的色光，若再次經(jīng)過棱鏡，它是不能再分解了，這種單一波長的色光稱為譜色光。1920廣播電視只是利用可見光譜范圍。而對(duì)于應(yīng)用電視，波譜范圍就大為擴(kuò)展。例如，紫外電視用于生物研究、醫(yī)療診斷、工業(yè)探傷等方面；紅外電視可用于夜間偵察、跟綜制導(dǎo)、宇宙開發(fā)、激光研究、氣象研究等方面。這些應(yīng)用所涉及的波譜范圍可寬達(dá)20nm~14000nm。2021這里需要特別指出的是，不能從看到的顏色來判斷光譜的分布，換句話說，顏色和光譜不是一一對(duì)應(yīng)的。因?yàn)椋欢ǖ墓庾V分布表現(xiàn)為一定的顏色，但同一顏色則可由不同的光譜分布而獲得。例如，黃色可以由單一波長的黃光產(chǎn)生，也可以由不同波長的紅光和綠光按一定比例混合而產(chǎn)生，二者給人的顏色感覺卻是相同的。21221.1.2色溫和標(biāo)準(zhǔn)光源在彩色電視系統(tǒng)中，一般選用白光作為照明光源。但不同的白光，它們的光譜功率分布并不相同，也將引起彩色視覺的差異，如光譜能量偏重于波長較長端（紅色區(qū)）的“暖白光”，到光譜能量偏重于波長較短的“冷白光”。為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，便于描述不同光源的可見光譜的輻射情況，如便于進(jìn)行白光的比較和色度計(jì)算，引入色溫和絕對(duì)黑體的概念。22231、色溫的概念通常的照明光源，如太陽、日光燈、白熾燈等發(fā)出的光雖然都籠統(tǒng)地稱為白光，但由于發(fā)光體物質(zhì)不同，它們的光譜相差很大，為了比較和區(qū)分，目前常采用色溫這個(gè)概念來描述，色溫是以絕對(duì)黑體的加熱溫度來定義的。所謂絕對(duì)黑體也稱全輻射體，是指既不反射也不透射的完全吸收人射光的物體，它對(duì)所有波長輻射的吸收系數(shù)均為1。絕對(duì)黑體在自然界中是不存在的，其實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪且粋€(gè)中空的、內(nèi)壁涂黑的球體，在其上面開一個(gè)小孔，進(jìn)入小孔的光輻射經(jīng)內(nèi)壁多次反射、吸收，已不能再逸出到外面，這個(gè)小孔就相當(dāng)于絕對(duì)黑體。2324絕對(duì)黑體具有一個(gè)重要特征：它被加熱時(shí)，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，不僅亮度（輻射能量）將增大，且發(fā)光顏色也隨之變化，其功率波譜向短波方向移動(dòng)，發(fā)光顏色中藍(lán)色的分量就越多，紅色分量就越少。為了區(qū)分各種光源的不同光譜分布與顏色，可以用絕對(duì)黑體的溫度來表征。因此常把與某一光源光譜相當(dāng)?shù)慕^對(duì)黑體的溫度稱為該光源的“色溫”。2425色溫的定義：在可見光譜內(nèi)，光源的光譜與某一溫度下的絕對(duì)黑體輻射的光譜一樣時(shí)，該絕對(duì)黑體的溫度被稱為該光源的色溫，單位以絕對(duì)溫度開氏度（K）表示。可見，色溫與光源的實(shí)際溫度無關(guān)，它并不是光源本身的實(shí)際溫度，而是表征光源波譜（分布）特性的參量。如溫度保持在2800K時(shí)的鎢絲燈泡所發(fā)出的白光，與溫度保持在2854K的絕對(duì)黑體所輻射的白光功率波譜一致，于是就稱該白光的色溫為2854K；又如彩色電視機(jī)熒光屏的實(shí)際溫度為常溫，而其白場色溫是6500K。有些光源的光只與某一溫度下完全輻射體輻射的光近似，而不能精確等效，這時(shí)，把輻射光的特性與光源最相近的完全輻射體溫度稱為該光源的相關(guān)色溫。25262、標(biāo)準(zhǔn)光源為了比較和區(qū)別各種光源的特性，國際照明委員會(huì)（CIE）規(guī)定了A、B、C、D、E等幾種標(biāo)準(zhǔn)白色光源。A光源：色溫為2856K的白光，相當(dāng)于透明玻殼充氣鎢絲白熾燈在2800K時(shí)所發(fā)的光。由于其光譜功率分布在紅外區(qū)域，所以鎢絲燈光看起來不如太陽光白，而總是呈現(xiàn)橙紅色。B光源：色溫為4874K的白光，相當(dāng)于中午直射的太陽光。2627C光源：相關(guān)色溫約為6774K的白光，相當(dāng)于白天的自然光，又稱C白，它是NTSC制彩色電視系統(tǒng)白光標(biāo)準(zhǔn)光源。D65光源：相關(guān)色溫為6504K的白光，相當(dāng)于白天的平均照明光，它是PAL制彩色電視系統(tǒng)白光標(biāo)準(zhǔn)光源。E白光源：相關(guān)色溫為5500K的白光，是一種理想的等能量的白光源，也稱為等能白光。它的光譜能量分布是一條平行于橫軸的水平直線，在可見光波長范圍內(nèi)，各波長具有相同的輻射功率。這種光源實(shí)際上并不存在，僅為了簡化色度學(xué)中的分析和計(jì)算而引入的假設(shè)光源。27281967年，CIE推薦使用D65光源作為標(biāo)準(zhǔn)光源，它的能量比前三種光源都大，相當(dāng)于多云天氣的中午的日光。它是對(duì)不同時(shí)間、不同氣候和不同地點(diǎn)的日光譜進(jìn)行許多測量后，再進(jìn)行平均得出，所以更接近自然光，作為照明體，物體呈現(xiàn)的色彩更接近于真實(shí)色彩。目前世界各國并沒有統(tǒng)一的白光標(biāo)準(zhǔn)，1972年我國電視專業(yè)會(huì)議制式組決定，暫時(shí)使用D65作為標(biāo)準(zhǔn)白光源。28291.2人眼的視覺特性人能感覺到圖像的顏色和亮度是由眼睛的生理結(jié)構(gòu)所決定的。視覺是主觀對(duì)客觀的反應(yīng)，視覺包括光覺和色覺，即亮度視覺和彩色視覺。彩色視覺又分為色調(diào)和色飽和度。色調(diào)指顏色的類別，飽和度指顏色的深淺。從電影到電視、無一不是利用了人眼視覺的某些特性。如視覺的惰性、分辨力、彩色視覺特性等，采用一些技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于彩色畫面，還利用了人眼的彩色視敏特性和彩色視覺等特性?？傊?，人眼的視覺特性是電影、電視技術(shù)發(fā)展的重要依據(jù)。29301.2.1視覺靈敏度物體固有的物理特征，它決定了該物體的顏色，而人們感覺到光的亮度和光的顏色卻是人眼的生理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所造成的，人眼的視覺，主要是由于可見光刺激人眼的視網(wǎng)膜引起的。3031人眼的視網(wǎng)膜是由無數(shù)光敏細(xì)胞組成，這些細(xì)胞分為兩大類：一類是錐狀細(xì)胞，約有650萬個(gè)，錐狀細(xì)胞既可以分辨出光的顏色，又可辨別光的明暗。另一類是桿狀細(xì)胞，約有一億個(gè)。桿狀細(xì)胞只能區(qū)分光的明暗，但桿狀細(xì)胞比錐狀細(xì)胞具有更高的光敏感度，主要靠它在低照度下辨別明暗。所以在低照度下，桿狀細(xì)胞能提供微光視覺的視覺響應(yīng)稱為暗視覺。錐狀細(xì)胞要在較強(qiáng)的光線下才能引起視覺響應(yīng)，所以它提供明視覺，在較暗處無法辨別彩色。3132圖中曲線表明強(qiáng)度相同而波長不同的光（即理想的等白光源—E白光源）作用于人眼時(shí)，引起的亮度感覺也是不同的。明視覺也稱日間視覺，指的是人眼在白天對(duì)各種波長的光的敏感程度，表示的是在白天人眼視網(wǎng)膜的錐狀細(xì)胞對(duì)光的響應(yīng)；暗視覺也稱夜間視覺，指的是人眼在夜晚或微弱光線下對(duì)光的敏感程度，表示的是人眼視網(wǎng)膜的桿狀細(xì)胞對(duì)光的響應(yīng)。3233暗視覺明視覺400500600700λ/nm圖??相對(duì)視敏曲線0.20.40.60.81.0桿狀細(xì)胞錐狀細(xì)胞人眼感覺到最亮的是黃綠色，最暗的是藍(lán)色、紫色，可以看出人眼最敏感的光波長為555nm，顏色為草綠色，這一區(qū)域顏色，人眼看起來省力，不易疲勞。33341.2.2人眼的彩色感覺彩色視覺主要靠錐狀細(xì)胞，它既可以辨別明暗，也可以辨別彩色。羅蒙絡(luò)夫提出視覺三色原理的假設(shè)認(rèn)為錐狀細(xì)胞又可以分為三類：紅敏細(xì)胞、綠敏細(xì)胞、藍(lán)敏細(xì)胞，如果某束光線引起某一種光敏細(xì)胞興奮，而另外兩種光敏細(xì)胞僅受到很微弱刺激，我們感覺到的便是某一種色光。若紅色細(xì)胞受刺激，則感覺到的是紅色；若紅、綠敏細(xì)胞同時(shí)受刺激，則產(chǎn)生的彩色感覺與由黃色光引起的視覺效果相同。顯然，隨著三種光敏細(xì)胞所受光刺激的程度上的差異，還會(huì)產(chǎn)生各式各樣的彩色感覺。3435不同波長的光對(duì)三種光敏細(xì)胞的刺激量是不同的，產(chǎn)生的彩色視覺各異，人眼因此能分辨出五光十色的顏色。電視技術(shù)利用了這一原理，在圖像重現(xiàn)時(shí)，不是重現(xiàn)原來景物的光譜分布，而是利用三種與紅、綠、藍(lán)錐狀細(xì)胞特性曲線相似的三種光源進(jìn)行配色，在色感上得到了相同的效果。因此，當(dāng)我們?cè)跀z取彩色物景時(shí)，若用三個(gè)分別具有與人眼三種錐狀細(xì)胞相同光譜特性的攝像管，分別取代三個(gè)彩色分量的信號(hào)，經(jīng)過處理、傳輸，再通過顯像管的紅、綠、藍(lán)熒光粉受電子轟擊發(fā)光，轉(zhuǎn)換成原來比例的彩色光，即可實(shí)現(xiàn)彩色圖像的重現(xiàn)。35361.2.4人眼的分辨力圖像清晰度是指人眼對(duì)圖像細(xì)節(jié)是否清晰的主觀感覺。就電視圖像清晰度來說，它受兩種因素的限制：一是電視系統(tǒng)本身傳送細(xì)節(jié)的能力，即電視的分辨力；二是眼睛分辨景像細(xì)節(jié)的能力，稱為眼睛的分辨力或視覺銳度。由于人眼對(duì)圖像細(xì)節(jié)的分辨能力是有限的，為此，電視的分辨力只要達(dá)到人眼的極限分辨力就夠了，超過這一極限是沒有必要的。3637定義是：眼睛對(duì)被觀察物上兩點(diǎn)之間能分辨的最小距離所對(duì)應(yīng)的視角θ（單位為分）的倒數(shù)，即分辨力=1/θ。用L表示眼睛與圖像之間的距離，d表示能分辨的兩點(diǎn)間最小距離，由圖中的幾何關(guān)系可得：θ=57.3×60×d/L=3438×d/L（’）3738影響分辨力的幾個(gè)因素：1、光敏細(xì)胞：分辨力取決于視網(wǎng)膜上的相鄰視敏細(xì)胞之間的距離（0.002~0.006nm），視網(wǎng)膜上光敏細(xì)胞越密，分辨力越高。2、照明亮度：分辨力在很大程度上取決于景物細(xì)節(jié)的亮度。當(dāng)照度較低時(shí)，人眼的光敏細(xì)胞受到的光刺激的強(qiáng)度小，且只有桿狀細(xì)胞起作用，分辨力就會(huì)降低；然而，當(dāng)照度太高時(shí)，視力不再增加，甚至導(dǎo)致人眼產(chǎn)生了“眩目”，分辨力反而會(huì)下降。38393、景物相對(duì)對(duì)比度：顯然，景物與背景的亮度接近，分辨力自然要降低；反之，景物與背景的相對(duì)對(duì)比度越大，分辨力越高。4、運(yùn)動(dòng)物體：隨著物體的運(yùn)動(dòng)，視覺響應(yīng)會(huì)有所上升，隨著運(yùn)動(dòng)的速度加快，視覺響應(yīng)會(huì)下降。另外，對(duì)于水平方向的平移運(yùn)動(dòng)和垂直方向的平移運(yùn)動(dòng)，前者的分辨力高于后者，這是因?yàn)檠矍蜃笥乙苿?dòng)方便，容易跟蹤物體運(yùn)動(dòng)；對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的物體，由于眼球不易旋轉(zhuǎn)跟蹤，故分辨力低。39405、彩色分辨力：人眼對(duì)彩色細(xì)節(jié)的分辨力。人眼對(duì)彩色細(xì)節(jié)的分辨力比黑白細(xì)節(jié)的分辨力要低。人眼對(duì)色調(diào)的分辨力。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)波長在480nm~640nm范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)紅、黃之間的彩色，人眼的色調(diào)分辨力較高，特別是對(duì)其中500nm的青綠光和600nm的橙黃光的色調(diào)變化最敏感；而對(duì)于波長大于640nm的紫光及波長小于480nm的紅光，色調(diào)的分辨力最低。表？人眼對(duì)彩色細(xì)節(jié)的相對(duì)分辨力細(xì)節(jié)色別黑白黑綠黑紅黑藍(lán)紅綠紅藍(lán)綠藍(lán)相對(duì)分辨力%1009490264023194041人眼對(duì)飽和度的分辨力。實(shí)驗(yàn)表明，人眼對(duì)不同色調(diào)的飽和度變化有不同的敏感程度，人眼對(duì)波長為590nm的黃光，能分辨出來的飽和度只有4級(jí)，最不敏感；而對(duì)紅光和藍(lán)光，人眼對(duì)其飽和度的改變最敏感，即彩色飽和度分辨力最高，達(dá)到25級(jí)。41421.2.5視覺的惰性和閃爍感覺實(shí)驗(yàn)證明，人眼的主觀亮度感覺與客觀光的亮度是不同步的。當(dāng)一定強(qiáng)度的光突然作用于視網(wǎng)膜時(shí)，不能在瞬間形成穩(wěn)定的主觀亮度感覺，而是按近似指數(shù)規(guī)律上升；當(dāng)亮度突然消失后，人眼的亮度感覺并不立即消失，而是按近似指數(shù)規(guī)律下降。人眼的亮度感覺總是滯后于實(shí)際亮度的，這一特性稱為視覺惰性或視覺暫留特性。在中等亮度的光刺激下，視力正常的人視覺暫留時(shí)間約為50~200ms。4243視覺惰性表明了人眼的時(shí)間分辨力有限，若以適當(dāng)頻率對(duì)靜止畫面換幅，則靜止畫面就可以變成連續(xù)的活動(dòng)圖像，從而使視覺惰性在近代電影和電視中得到應(yīng)用。以電影為例，它依靠快速更換固定的圖像（每秒換幅24，每幅曝光兩次），利用眼睛的視覺暫留特性在大腦中形成圖像內(nèi)容連續(xù)運(yùn)動(dòng)的感覺。但是，如果實(shí)際景物運(yùn)動(dòng)速度過快，以致相鄰兩幅畫面的內(nèi)容差異過大，則仍會(huì)有跳動(dòng)的感覺。以電視為例？？？？4344人眼受到頻率較低的周期性的光脈沖刺激時(shí)，會(huì)感到一亮一暗的閃爍現(xiàn)象，長期觀看容易疲勞。如果將重復(fù)頻率提高到某個(gè)定值以上，由于視覺的惰性，眼睛就感覺不到閃爍了。不引起閃爍感覺的最低重復(fù)頻率，稱為臨界閃爍頻率。4445臨界閃爍頻率（fc）與很多因素有關(guān)：其中最主要的是與脈沖亮度有關(guān)（Lm），脈沖亮度越高，臨界閃爍頻率越高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，黑白電視屏幕的臨界閃爍頻率fc=50~60Hz。我國電視場頻采用50Hz，其它國家采用50Hz或60Hz。此外，人眼的臨界閃爍頻率還與亮度變化的幅度有關(guān)，亮度幅度變化越大，臨界閃爍頻率越高。對(duì)于重復(fù)頻率在臨界閃爍頻率以上的光脈沖，人眼感覺不到閃爍，這時(shí)主觀感覺的亮度等于光脈沖亮度的平均值。4546fc還與觀察距離成反比，即觀察距離越近，人眼越易感覺到閃爍；fc隨屏幕面積或視角增加而提高，所以大屏幕、高亮度畫面會(huì)產(chǎn)生閃爍感就是這個(gè)道理；fc還與顏色有關(guān)，一般來說，藍(lán)光的fc較低，紅光次之，黃色的fc較高；46471.3色度學(xué)基礎(chǔ)色度學(xué)是一門研究彩色計(jì)量的科學(xué)，是彩色電視的理論基礎(chǔ)之一。1.3.1彩色三要素描述一種色彩需要用亮度、色調(diào)和色飽和度三個(gè)基本參量，這三個(gè)參量稱為彩色的三要素。彩色視覺是人眼對(duì)亮度、色調(diào)和色飽和度的總效應(yīng)。47481、亮度：亮度反映光的明暗程度，是指彩色光作用于人眼引起明暗程度的感覺。亮度與色光的能量和波長的長短有關(guān)。2、色調(diào)：反映彩色光顏色的類別。如紅、黃、橙、綠、青、藍(lán)、紫等不同顏色就是指不同的色調(diào)。如果改變彩色光的光譜成分，就必然引起色調(diào)的變化。3、色飽和度：反映彩色光的深淺程度，即顏色的濃度。同一色調(diào)的彩色光，會(huì)給人以深淺不同的感覺，如深紅和粉紅。色飽和度和色調(diào)合稱為色度，它表示彩色的種類和彩色的深淺程度。在彩色電視系統(tǒng)中，所謂傳輸彩色圖像，實(shí)質(zhì)上是傳輸圖像像素的亮度和色度。48491.3.2三基色原理不同波長的光會(huì)引起人眼不同的彩色感覺，兩種不同光譜成分的光也可以引起人眼產(chǎn)生與單一光譜相同的彩色感覺。也就是說。不同光譜成分的光經(jīng)混合能引起人眼有相同的彩色感覺；單色光可以由幾種顏色的混合光來等效；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，即不同光譜成分的光經(jīng)混合能引起人眼有相同的色彩感覺，這一現(xiàn)象稱為混色。利用這種混色的方法，人們可以只用幾種顏色的光來仿制出大自然中大多數(shù)的彩色，而不必去考慮這些仿造顏色的光譜成分如何。4950人們?cè)谶M(jìn)行混色實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：只要選取三種不同顏色的單色光，并按一定比例混合就可以得到自然界中絕大部分彩色，具有這種特性的三個(gè)單色光叫基色光，對(duì)應(yīng)的三種顏色稱為三基色。需要說明的是，原則上三基色的選擇不是唯一的。所謂三基色原理，是指選擇三種獨(dú)立的基色，將它們按不同比例混合，就可以引起各種不同的顏色感覺，反之，任何彩色，也能分解為三種基色。5051三基色原理告訴我們：（1）三基色必須是相互獨(dú)立的，即其中任意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。換句話說，自然界中的大多數(shù)顏色都可以分解為三基色。（3）三個(gè)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(gè)基色的亮度之和。5152三基色原理對(duì)彩色電視極為重要，它極大地簡化了用電信號(hào)來傳輸色彩的技術(shù)問題。如果每一種顏色都使用一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的電信號(hào)來傳輸，那么要同時(shí)傳輸?shù)碾娦盘?hào)就非常之多，以至于使彩色電視無法實(shí)現(xiàn)。而有了三基色原理，我們只需要將要傳輸?shù)念伾纸鉃槿研枰獋魉途拔镓S富多彩顏色的任務(wù)簡化為只需傳送三個(gè)基色信號(hào)（而實(shí)際的彩色電視比分別傳送三個(gè)基色還要簡單）。攝像機(jī)把圖像分解為三基色信號(hào)，電視機(jī)又用三基色信號(hào)還原出原圖像的色彩。5253因?yàn)槿搜鄣娜N錐狀細(xì)胞對(duì)紅光、綠光和藍(lán)光最為敏感，所以在紅色、綠色和藍(lán)色光譜區(qū)選擇三個(gè)基色按適當(dāng)比例混色可得到較多的彩色。在彩色電視系統(tǒng)中，選用了紅、綠和藍(lán)作為三基色，分別用R、G、B來表示。國際照明委員會(huì)（CIE）選定了紅基色的波長為700nm，綠基色的波長為546.1nm，藍(lán)基色的波長為435.8nm。5354除三基色原理外，還有二基色原理。雖然用兩種基本顏色（如紅和綠）相混也可構(gòu)成彩色電視圖像，但就目前的水平來看，其結(jié)果是不能令人滿意的。這種方法有三個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)：易失真；再現(xiàn)色域??；色飽和度低。由于這三個(gè)缺點(diǎn)，二基色的應(yīng)用受到限制，詳細(xì)內(nèi)容不再討論。此外，已出現(xiàn)四基色電視機(jī)。54551.3.3混色方法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。混色法有相加混色和相減混色。彩色電視系統(tǒng)中使用的是相加混色的方法，而在彩色繪畫、彩色印刷、彩色膠片中采用的是相減混色的方法。為了說明相加混色，可以將三束圓形截面積的紅、綠、藍(lán)單色光同時(shí)投射到白色屏幕上，呈現(xiàn)出一幅三基色的色圓圖，如圖？所示。5556其混合規(guī)律由圖可見：紅光+綠光=黃光紅光+藍(lán)光=紫光（品光）綠光+藍(lán)光=青光紅光+綠光+藍(lán)光=白光上5657注意，不要將繪畫中的印刷三基色與彩色電視中的紅、綠、藍(lán)三基色混為一談，必須加以區(qū)別。需要說明的是，相加混色后的彩色的亮度是增加的；而相減混色后的彩色亮度是減少的，減少的原因是混合色的反射率降低了。5758考慮到人眼的視覺特性，彩色電視技術(shù)中常用的相加混色的方法有三種：（1）時(shí)間混色法：將三種基色光按一定順序輪流投射到某一表面，只要輪換的速度足夠快，利用人眼的視覺惰性，就能得到相加混色的效果。時(shí)間混色法是順序制彩色電視的基礎(chǔ)。（2）空間混色法：同時(shí)將三種基色光分別投射到同一表面上彼此臨近的三個(gè)點(diǎn)上，利用人眼空間分辨力有限的特性，只要發(fā)光點(diǎn)彼此相距很近，就會(huì)產(chǎn)生三種基色光相加混色的色彩效果?？臻g混色法是同時(shí)制彩色電視的基礎(chǔ)。（3）生理混色法：利用兩只眼同時(shí)分別觀看兩種不同顏色的同一景像時(shí)（如左眼觀察紅色，右眼觀察綠光），人們所感覺到的彩色不是兩種單色，而是它們的混合色，也可以獲得混色效果，這是生理混色法。立體彩色電視的顯像方法就是利用了生理混色方法。58591.3.4顏色的度量與表示（計(jì)色制與色度圖）給定一種顏色，可以找到配出這種顏色所需的三基色的混合比例，確定三基色分量與所需顏色的數(shù)值關(guān)系由配色實(shí)驗(yàn)來完成。彩色和其它物理量一樣，可以進(jìn)行量度和計(jì)算，其量度會(huì)因所選三基色不同而有所不同，為此人們建立了色度的計(jì)算系統(tǒng)和色度圖，它可以直觀地、全面地說明彩色的量度及表示方法。59601、配色實(shí)驗(yàn)配色實(shí)驗(yàn)可以通過圖？所示的兩種方法來進(jìn)行比色，分別調(diào)節(jié)三個(gè)基色光的強(qiáng)度，直到混合后產(chǎn)生的彩色與待配色的色度和亮度完全一致為止。6061從三基色調(diào)節(jié)裝置上分別讀出各個(gè)基色的光通量讀數(shù)，由此可寫出配色方程式F=R（R）+G（G）+B（B）式中，F(xiàn)表示待配色的彩色光的彩色量，（R）、（G）、（B）分別表示紅、綠、藍(lán)三基色的單位量，R、G、B分別代表三基色調(diào)節(jié)器的讀數(shù)，亦稱為三基色分布系數(shù)。RGB稱為物理三基色。6162由于不同的觀察者對(duì)同一色感所需R、G、B的色系數(shù)數(shù)值有差異，加上色感與可見光譜波長之間又非單值，因此，1931年CIE規(guī)定了配色實(shí)驗(yàn)的基色光波長為水銀光譜，選用紅基色光譜為700nm、綠基色光譜為546.1nm、藍(lán)基色光譜為435.8nm。62631.3.4顯像三基色與亮度方程要設(shè)計(jì)一個(gè)彩色電視系統(tǒng)，使重現(xiàn)圖像的彩色光的光譜成分與原景物光的光譜成分完全相同，從而達(dá)到彩色景物的理想重現(xiàn)，這在技術(shù)上是不可能實(shí)現(xiàn)的。但根據(jù)三基色原理，自然界中絕大多數(shù)的彩色都可以通過混色調(diào)配的方法仿制出來，混配出的彩色與原彩色對(duì)人眼將引起相同的彩色視覺。6364因此，當(dāng)我們?cè)跀z取景物時(shí)，若用3個(gè)具有適當(dāng)光譜響應(yīng)曲線的攝像機(jī)分別取代3路彩色光分量的信號(hào)，經(jīng)過適當(dāng)處理與傳送，再通過重現(xiàn)設(shè)備轉(zhuǎn)換成原比例混合的彩色光，那么就可以實(shí)現(xiàn)彩色景物的正確重現(xiàn)（常稱色度還原或同色異譜）。64651、顯像三基色彩色電視重現(xiàn)圖像是靠彩色顯像管屏幕上的三種熒光粉在電子束轟擊下發(fā)出紅、綠、藍(lán)三種基色光混合而得到的，這三種基色稱為顯像三基色。我們希望選出的顯像三基色混合出來的色彩更豐富，同時(shí)還要求熒光粉的發(fā)光效率盡可能高。由此可見，顯像基色由顯像管彩色熒光粉決定，彩色顯像管是利用空間混色法來重現(xiàn)彩色，由于現(xiàn)代熒光粉達(dá)不到CIE規(guī)定的三基色（R）（G）（B）。目前熒光粉所能重現(xiàn)的彩色范圍只限于CIE色度圖上的一個(gè)三角形之內(nèi)。所以，它是以紅、綠、藍(lán)3種熒光粉所發(fā)出的非譜色光作為顯像三基色光，而不能直接采用CIE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)光譜三基色（R）、（G）、（B）。65662、亮度方程在不同的彩色電視制式中，由于所選的標(biāo)準(zhǔn)白光和顯像三基色不同，導(dǎo)致亮度方程也互有差異。以C光源為標(biāo)準(zhǔn)白光源的NTSC制彩色電視制式，由顯像三基色配出的任意彩色的亮度方程為YN=0.299RN+0.587GN+0.114BN6667同理，以D65光為標(biāo)準(zhǔn)白光源的PAL制彩色電視制式，其亮度方程為YP=0.222RP+0.707GP+0.071BP由于NTSC制式彩色電視廣播發(fā)展較早，大量的電視設(shè)備都按它設(shè)計(jì)的，所以PAL制中沒有采用自己的亮度方程，而是延用了NTSC制式的亮度方程式。為了書寫方便，一般應(yīng)用中，略去顯像三基色系數(shù)下標(biāo)，并被近似寫為Y=0.30R+0.59G+0.11B6768第二章電視圖像轉(zhuǎn)換原理與電視信號(hào)電視技術(shù)就是根據(jù)人眼視覺特性以一定的信號(hào)形式實(shí)時(shí)傳送活動(dòng)景物的技術(shù)。具體地說，彩色電視是根據(jù)人眼的視覺特性，利用電子信號(hào)的方法把一幅幅光學(xué)景像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過把彩色景物圖像的分解、變換、傳送及合成再現(xiàn)的過程，實(shí)時(shí)地傳送活動(dòng)或靜止圖像，最后再把電信號(hào)恢復(fù)成正確的光學(xué)圖像的技術(shù)。68692.1電視圖像的傳送原理根據(jù)人眼的視覺特性，自然界景物的色彩要用三個(gè)基本參量來描述，即亮度L、色調(diào)H、飽和度S。此外，物景的形狀可用空間坐標(biāo)x、y、z表示。如果是活動(dòng)物景，那么它的外形和相應(yīng)的色彩還都是時(shí)間t的函數(shù)，因此，任何自然景物可以用下列的方程組表示：L=fL(x,y,z,t)H=fH(x,y,z,t)S=fS(x,y,z,t)6970如果傳送的只是平面圖像，則上面的方程組將變?yōu)閤、y和t的函數(shù)。如果對(duì)于傳送黑白圖像的簡單情況，上述方程組只留下亮度方程，即L=fL(x,y,t)從技術(shù)上講，即使是傳送黑白平面圖像，也有很大困難。但是根據(jù)人眼視覺特性，我們可以采用空間與時(shí)間分割傳送的方法，使重現(xiàn)的物景與原像有等效的視覺效果。70712.1.1圖像順序傳送原理傳遞彩色圖像信息有兩種方法：1、同時(shí)傳遞把攝像端的亮度和色度信息都按圖像的本來內(nèi)容，像照片和電影那樣一次性全部傳遞，要傳多少種信息就占用多少通道。這樣做，所需通道將非常多，實(shí)現(xiàn)起來太復(fù)雜，現(xiàn)階段還不能用這種方法實(shí)現(xiàn)即時(shí)傳遞。71722、順序傳遞。另一種辦法是把被傳送圖像上的各像素的亮度按照一定的順序轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，并依次傳送出去（這相當(dāng)于把亮度轉(zhuǎn)變成單一時(shí)間變量的函數(shù)）；而在接收端的屏幕上，再按同樣順序?qū)⒏鱾€(gè)電信號(hào)在相應(yīng)位置上轉(zhuǎn)變?yōu)楣狻Ｒ簿褪钦f，由于人眼的視覺惰性，可以把圖像上的像素從左到右、從上到下的順序逐個(gè)傳送。這種將圖像分解為像素后，按順序傳送圖像像素的方法構(gòu)成的電視系統(tǒng)，稱為順序傳送系統(tǒng)，這種系統(tǒng)只需一條通道。7273這種順序傳送必須迅速而準(zhǔn)確，即掃描裝置K1、K2運(yùn)轉(zhuǎn)速度相同，每一個(gè)像素一定要在輪到它的時(shí)候才被發(fā)送和接收，而且收端每一個(gè)像素的幾何位置要與發(fā)端一致。這種工作方式稱為收、發(fā)端同步（同頻、同相）工作。同步是電視系統(tǒng)中的一個(gè)非?；径匾奶厥鈫栴}。在目前的電視系統(tǒng)中，實(shí)際上采用的是電子掃描裝置。7374這樣，像素的傳送具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：（1）要求傳送速度快。傳送時(shí)間要小于視覺暫留時(shí)間（約50~200ms），重現(xiàn)圖像才會(huì)給人以連續(xù)、活動(dòng)且無跳動(dòng)的感覺。（2）要求傳送準(zhǔn)確。即收發(fā)應(yīng)同步工作。7475將組成一幅圖像的像素，按順序轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的過程（或由電信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像的逆過程）稱為掃描。如同閱讀書籍一樣，視線是從左至右、自上而下、一行一行、一頁一頁地掃過，每個(gè)字就相當(dāng)于一個(gè)像素。在圖像的順序傳送過程當(dāng)中，每個(gè)像素也是按著從左至右、自上而下的順序進(jìn)行發(fā)送和接收的，水平方向的掃描稱為行掃描，垂直方向的掃描稱為場掃描。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和時(shí)間函數(shù)L=fL(x,y,t)，轉(zhuǎn)換為只隨時(shí)間變化和單值函數(shù)的電信號(hào)uL=f(t)，從而實(shí)現(xiàn)平面圖像的順序傳輸。同樣，在重現(xiàn)圖像時(shí)也必須采用這種掃描過程。75762.2電視掃描原理把圖像上各像素的光學(xué)信息轉(zhuǎn)變?yōu)轫樞騻魉偷碾娦盘?hào)的過程，以及把這些順序傳送的電信號(hào)再重現(xiàn)為光學(xué)圖像的過程，是圖像的分解與復(fù)合過程，也就是在水平空間方向x、垂直空間方向y和時(shí)間方向t軸上的三維抽樣過程，統(tǒng)稱之為掃描，也就是說，電視圖像的分解與復(fù)合都是靠電子掃描實(shí)現(xiàn)的。7677所謂掃描就是電子束按一定規(guī)律在靶面上或熒光屏上的運(yùn)動(dòng)過程，電子束運(yùn)動(dòng)規(guī)則可分為直線掃描（電視）、圓掃描（雷達(dá)）、扇形掃描（雷達(dá)）、螺旋掃描（CT）等多種方式，但在電視系統(tǒng)中，為了充分利用圖像的矩形屏幕，并使掃描設(shè)備可靠且簡單，均采用勻速單向直線掃描方式，且是按照從左到右、從上到下的順序進(jìn)行的。為了完成掃描過程，除了需要具有一定動(dòng)能的電子束轟擊熒光屏外，還必須讓電子束在水平方向和垂直方向上同時(shí)偏轉(zhuǎn)，使整個(gè)熒光屏面上任何一點(diǎn)都能發(fā)光而形成光柵，這就是顯像管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。7778電磁偏轉(zhuǎn)方式中的兩組偏轉(zhuǎn)線圈，一組叫水平（行）偏轉(zhuǎn)線圈，另一組叫垂直（幀）偏轉(zhuǎn)線圈。前者產(chǎn)生垂直變化磁場，控制電子束做水平運(yùn)動(dòng)，叫水平掃描或行掃描；后者產(chǎn)生水平變化磁場，控制電子束做垂直方向運(yùn)動(dòng)，叫垂直掃描或場掃描。電子束在兩個(gè)磁場的共同作用下，從左到右、從上到下掃描，在攝像管靶上對(duì)圖像進(jìn)行分解，在顯像管屏幕上形成圖像光柵。78792.2.1水平掃描在一對(duì)上下對(duì)稱的行偏轉(zhuǎn)線圈里流過行頻鋸齒電流iH。電子束在變化的磁場H作用下從熒光屏的a點(diǎn)向b點(diǎn)直至c點(diǎn)偏轉(zhuǎn)，稱其完成了一行的正程掃描.在逆程期，iH很快從最大正值變化到最大負(fù)值，這時(shí)電子束也很快從熒光屏的右邊返回到左邊（從熒光屏正面看），稱其完成一行的逆程掃描。來回掃描一次所需的時(shí)間用TH表示，則TH=THt+THr，稱為行掃描周期，一般規(guī)定THr/TH=α，α稱為行掃描逆程系數(shù)，通常α=0.18。而fH=1/TH為行掃描頻率。79802.2.2垂直掃描同理，若要求電子束在熒光屏上做上下移動(dòng)，在場偏轉(zhuǎn)線圈中應(yīng)加入鋸齒電流，因而產(chǎn)生垂直方向的掃描（也稱場掃描）。當(dāng)電子束因受到向下作用力在垂直方向由上向下運(yùn)動(dòng)，再由下向上掃描時(shí)，便形成了場掃描的正程和逆程。場掃描的周期TV等于場正程時(shí)間TVt和場逆程時(shí)間TVr之和，TVr<<TVt，場掃描頻率fV=1/TV，場掃描逆程系數(shù)β=TVr/TV，一般為0.08。80812.2.3掃描光柵當(dāng)行、場偏轉(zhuǎn)線圈中分別加有掃描電流時(shí)，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，一方面作快速的水平掃描運(yùn)動(dòng)，同時(shí)作較慢的垂直掃描運(yùn)動(dòng)，屏幕上便會(huì)出現(xiàn)一條條的亮線，這些亮線稱為光柵。由于水平掃描的頻率高，所以電子束的運(yùn)動(dòng)方向是沿水平稍向下傾斜，如果一場中的掃描行數(shù)很多，則光柵傾斜度就會(huì)減少，甚至看不見傾斜度，而被近似認(rèn)為是水平直線光柵。電子束在熒光屏上的掃描軌跡稱為掃描光柵。818282838384在實(shí)際的電視系統(tǒng)中，電視圖像只在掃描的正程傳送，逆程是不傳送圖像的。既然電子束在回掃時(shí)不傳送圖像信息，而且逆程掃描線會(huì)降低圖像質(zhì)量，為了使圖像清晰而均勻，就要設(shè)法將電子束在行和場的回掃期間的回掃線消去，使其不在熒光屏上顯示出來。在廣播電視中所采取的措施，是在行、場逆程期間會(huì)用消隱脈沖截止掃描電子束，讓電子束截止，使之不顯示圖像，即消隱。84852.2.4逐行掃描電子束在熒光屏上作勻速直線掃描，一行緊跟一行的掃描方式稱為逐行掃描。在逐行掃描方式中，第一場圖像與第二場圖像重合，或者說每場的光柵都應(yīng)相互重疊。如果每場的掃描行數(shù)用Z來表示，則有：TV=ZTH或fH=ZfV。在逐行掃描方式中，第一場圖像與第二場圖像重合，或者說每場的光柵都應(yīng)相互重疊。掃描行數(shù)越多，圖像越清晰。實(shí)驗(yàn)表明，只有當(dāng)換幅頻率大于48Hz，Z大于500行時(shí)才能得到比較好的圖像質(zhì)量。一幅圖像稱為一幀圖像，掃描一幀圖像就是掃描一幅圖像，因此，在逐行掃描中，幀頻等于場頻。8586我國電視制式規(guī)定，場掃描頻率為50Hz，每幀圖像的掃描行數(shù)為625行，若采用逐行掃描的話，幀頻與場頻相等，理論分析可以得出，電視圖像信號(hào)的最高頻率約為11.2MHz，這樣圖像信號(hào)的頻帶就很寬，使設(shè)備復(fù)雜化，而且使在規(guī)定的可供電視系統(tǒng)使用的頻段內(nèi)可容納的電視頻道數(shù)目減少。如若為了減少帶寬而降低場頻，將會(huì)導(dǎo)致重現(xiàn)圖像的閃爍；而減少每場掃描行數(shù)，又會(huì)降低圖像的清晰度；可見逐行掃描是無法解決帶寬與閃爍感和清晰度的矛盾；隔行掃描在不增加帶寬的前提下，保證有足夠的清晰度又避免了閃爍現(xiàn)象。86872.2.5隔行掃描所謂隔行掃描，就是在每幀掃描行數(shù)仍為625不變的情況下，將每幀圖像分為兩場來傳送，第一場掃描1、3、5、…奇數(shù)行，稱為奇數(shù)場；第二場掃描2、4、6、…偶數(shù)行，稱為偶數(shù)場。每一幀圖像通過兩場掃描，所有像素就可全部傳送完。每秒傳送25幀圖像，每場掃描312.5行，那么每秒掃描50場，即場頻為50Hz，高于人眼的臨界閃爍頻率，亮度閃爍現(xiàn)象不會(huì)出現(xiàn)。一幀由兩場復(fù)合而成，每幀仍為625行，圖像清晰度沒有降低，而頻帶卻壓縮了一半。8788（a）（b）（c）圖？隔行掃描光柵形狀（a）一幀掃描光柵；（b）奇數(shù)場掃描光柵；（c）偶數(shù)場掃描光柵；（d）奇數(shù)場逆程掃描光柵；（e）偶數(shù)場逆程掃描光柵（b）（e）（d）1234567899’9’1’2’3’4’5’6’7’8’135792468隔行掃描的行結(jié)構(gòu)要比逐行掃描的復(fù)雜，兩場光柵均勻交錯(cuò)（鑲嵌）是對(duì)隔行掃描的基本要求，否則垂直清晰度將大為下降。為了使第一場光柵嵌在第二場光柵的中間，每一場必須包含半行掃描，這就要求每一幀的掃描數(shù)為奇數(shù)行。8889如我國采用625行的隔行掃描制，每一場的掃描行數(shù)為312.5行，有的國家采用525行，每場掃描行數(shù)為262.5行。由此可以把奇數(shù)行隔行掃描所應(yīng)滿足的要求歸納為兩條：（1）下一幀掃描起點(diǎn)應(yīng)與上一幀起點(diǎn)相同，以便保證各幀掃描光柵重疊；（2）相鄰兩場掃描光柵必須均勻鑲嵌，以獲得最高清晰度。由（1）條得出，每幀的掃描行數(shù)必須是整數(shù)；為滿足（2）的要求，各場掃描電流都一樣，則每場均需包含奇數(shù)行。這時(shí)，兩場掃描的起始點(diǎn)雖不相重合，但兩場光柵卻能均勻鑲嵌。8990隔行掃描的缺點(diǎn)：（1）行間閃爍效應(yīng)。在隔行掃描中，整個(gè)屏幕的亮度是按場重復(fù)的。若每秒掃描50場，則剛好高于臨界閃爍頻率。但是每一行的亮度卻是按幀頻重復(fù)的，如當(dāng)圖像中有一行亮線時(shí)，每秒只出現(xiàn)25次，這是低于臨界閃爍頻率的，所以當(dāng)我們觀看比較亮的細(xì)節(jié)時(shí)，會(huì)有不舒服的閃爍感，這叫行間閃爍。9091（2）并行現(xiàn)象。將引起垂直分辨力下降，它有兩種形式：①真實(shí)并行：在隔行掃描中，要求行、場掃描頻率之間保持嚴(yán)格的關(guān)系，否則兩場光柵不能均勻鑲嵌，嚴(yán)重時(shí)，甚至兩相鄰奇、偶場光柵會(huì)重疊在一起，這就是真實(shí)并行現(xiàn)象。這時(shí)圖像的垂直清晰度下降1/2。②視在并行：如果被傳送圖像中的運(yùn)動(dòng)物體在垂直方向上有足夠大的速度分量，并且每經(jīng)過一場時(shí)間運(yùn)動(dòng)物體向下移動(dòng)一行距離，則后一場傳送的細(xì)節(jié)將與前一場相同。所以當(dāng)視線隨著運(yùn)動(dòng)物體移動(dòng)時(shí)，看起來好象兩行變成了一行，這稱為視在并行。視在并行也使清晰度下降。9192（3）垂直邊緣鋸齒化現(xiàn)象。當(dāng)圖像中的運(yùn)動(dòng)物體沿水平方向的速度足夠大時(shí)，物體垂直邊沿因隔行分場傳送，相鄰兩行在時(shí)間上相差，會(huì)發(fā)生在相鄰場光柵中出現(xiàn)左右錯(cuò)開的“鋸齒化”現(xiàn)象，鋸齒深度就是物體在一場時(shí)間內(nèi)水平方向移動(dòng)的距離。由此可見，隔行越多，以上的缺點(diǎn)就會(huì)越明顯、越嚴(yán)重。所以隔多行掃描，雖然能夠壓縮更多的頻帶，但它引起的上述現(xiàn)象更為嚴(yán)重，不采用隔多行掃描。鑒于以上原因，2:1隔行掃描比逐行掃描具有圖像信號(hào)帶寬減少一半的優(yōu)點(diǎn)，而且，上述缺點(diǎn)不很明顯，因此得到廣泛應(yīng)用。9293其實(shí)，嚴(yán)格來說，即使在2:1隔行掃描情況下，由于人眼并不能將兩場圖像進(jìn)行完善的累加，特別是對(duì)大屏幕顯示的圖像質(zhì)量有影響。實(shí)驗(yàn)研究表明，在掃描行數(shù)相同的情況下，2:1隔行掃描的垂直分辨力相當(dāng)于逐行掃描時(shí)分解力乘上一個(gè)隔行因子Ki，其值一般為0.6~0.7。9394需要說明的是，隔行掃描專利是1914年申請(qǐng)，1932年得到應(yīng)用，掃描參數(shù)沿用了大半個(gè)多世紀(jì)，幾乎沒有什么變化。然而，技術(shù)的進(jìn)步和用戶要求的提高使得電視領(lǐng)域中的逐行掃描與隔行掃描又重新成為熱門話題，并引起了人們濃厚的興趣。許多學(xué)者和生產(chǎn)廠家，從圖像質(zhì)量、價(jià)格、兼容性以及在多媒體領(lǐng)域中的可擴(kuò)展性等方面重新評(píng)估逐行掃描，并指出了其良好的發(fā)展前景。94952.3電視圖像的基本參量電視圖像的好壞如何評(píng)價(jià)？概括地說，就是圖像層次要分明、清晰度要高，幾何失真要小，并且有連續(xù)感和良好的穩(wěn)定性。具體地說，電視圖像的基本特征有圖像尺寸與幾何形狀、圖像對(duì)比度與亮度的層次、圖像的色度、圖像的清晰度和圖像的連續(xù)性（即有無閃爍感，包括場間閃爍和行間閃爍等）。根據(jù)對(duì)這些基本特征的要求，確定了電視系統(tǒng)的一系列指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)。95962.2.1圖像的幾何特征根據(jù)人眼的視覺特征，人眼的視場很寬，垂直方向上的視角約為80°，水平方向上約為160°，電視系統(tǒng)要完全滿足這樣的視覺特性是困難的。但是，視覺最清楚的范圍約為垂直夾角15°和水平夾角20°的一個(gè)矩形面積。由此確定了電視接收機(jī)的屏幕為矩形，其幅型比（寬高比）為4:3或記為K=4/3。另外，還有5:3、5:3.3、7:3的幅型。9697但是，后來的研究表明，為使觀眾增強(qiáng)臨場感與真實(shí)感，電視系統(tǒng)不僅要傳送清晰的圖像，更重要的是在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件允許的情況下盡可能多地傳送景像的空間和時(shí)間信息。從空間上講，就是要增大屏幕尺寸，增加視角和減小觀看距離。因此，近代的HDTV要求大屏幕而觀看距離約為屏幕高度的3倍，幅型比定為16:9，此時(shí)垂直和水平的視角分別達(dá)到17°和30°，圖像的層次感與逼真感均有提高。目前，普通清晰度的大屏幕顯示器也有采用16:9的幅型比，但如果收、發(fā)端幅型比不同，則重現(xiàn)圖像不是被壓扁就是被拉長，從而產(chǎn)生失真。97982.2.2圖像的連續(xù)性與場頻的選擇場掃描頻率的選擇應(yīng)考慮許多因素：掃描光柵不出現(xiàn)閃爍。為保證圖像不出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，場頻應(yīng)高于臨界不閃爍頻率（48Hz）。圖像信號(hào)占用頻帶不宜過寬，盡可能低。不易受干擾。在電視發(fā)展的初期，接收機(jī)中存在交流電源干擾。若這種干擾混入視頻信號(hào)中，將使圖像附加一種垂直方向或水平方向的暗條。9899如果場頻與電力網(wǎng)頻一致時(shí)，電源干擾是固定不動(dòng)的，只要不太大，人眼不會(huì)產(chǎn)生不適應(yīng)的感覺。當(dāng)電源頻率和場頻不同時(shí)，進(jìn)入視頻通道的電源干擾造成的亮度干擾圖形（橫向條紋暗帶）將是移動(dòng)的，即以兩頻率之間的差頻上下滾動(dòng)，俗稱“滾道”，如圖？所示；另外，由于設(shè)備的電源濾波不完善以及雜散磁波的影響，在掃描電路中可能引入電力網(wǎng)頻及其諧波的干擾（如電源的基波和諧波迭加在行鋸齒波上），會(huì)產(chǎn)生掃描光柵的紐曲現(xiàn)象，當(dāng)電源頻率和場頻不同時(shí)，所造成的光柵不僅扭曲而且擺動(dòng)。99100目前，隨著顯像亮度技術(shù)的提高和屏幕朝大方向發(fā)展，電視屏幕的亮度不斷提高，臨界閃爍頻率已超過50Hz，所以場頻為50Hz的電視圖像（特別是一些高亮度的畫面）會(huì)出現(xiàn)明顯的閃爍感覺。而現(xiàn)代接收機(jī)的技術(shù)水平已能消除電源干擾，所以將來會(huì)采用更高的場頻。如，可在接收端運(yùn)用數(shù)字視頻處理技術(shù)將場頻為50Hz或60Hz的隔行掃描電視信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為100Hz或120Hz的逐行掃描電視信號(hào)后再去顯示，藉以消除畫面閃爍，提高圖像質(zhì)量，從而彌補(bǔ)了由于歷史原因造成的場頻選擇過低而帶來的缺陷。1001012.2.3圖像的清晰度與行頻的確定1、圖像的清晰度與電視系統(tǒng)的分解力圖像的清晰度是觀察者主觀感覺到的圖像細(xì)節(jié)呈現(xiàn)的清晰程度。而電視系統(tǒng)傳送圖像細(xì)節(jié)的能力，稱為電視系統(tǒng)的分解力。顯然，兩者是緊密相關(guān)的。掃描行數(shù)越多，分解成圖像像素?cái)?shù)越多，原景物的細(xì)節(jié)就呈現(xiàn)的越清楚，主觀感覺的圖像清晰度也就越高。所以通常就用掃描行數(shù)來表征電視系統(tǒng)的分解力，并稱為標(biāo)稱分解力。分解力又分為垂直分解力和水平分解力。1011022、垂直分解力它是指電視系統(tǒng)沿圖像垂直方向所能分解的像素?cái)?shù)（或黑白相間的條紋數(shù)）。像素的大小取決于掃描電子束的截面積，當(dāng)截面積一定的情況下，垂直分解力直接決定于掃描行數(shù)。但它不等于也不會(huì)超過每幅圖像的掃描行數(shù)。原因在于進(jìn)行圖像分解時(shí)，并不是每一個(gè)掃描行數(shù)都是有效的：102103①圖像垂直分解力取決于系統(tǒng)沿垂直方向所能分解黑白相間的條紋數(shù)，在場掃描的逆程期（場逆程占有一定行數(shù)），被消隱的行數(shù)不能用來分解圖像，它受場掃描正程期間的行掃描行數(shù)Z’的限制。場消隱期占兩個(gè)25行，即50行，所以需從625中減去50得575行，也就是說，有效掃描行數(shù)為575，也可以這樣導(dǎo)出，即Z’=（1-β）Z=（1-0.08）×625=575，β為場逆程系數(shù)，一般取β=0.08。103104②但垂直分解力不等于也不會(huì)超過每幅圖像的正程掃描行數(shù)，因?yàn)樵诜纸鈭D像時(shí)，由于掃描電子束與像素之間相對(duì)位置的影響，使得有效掃描行并非都有效地分解圖像，即并非每一行掃描都有效。104105實(shí)際上，這種黑白相間的、整齊排列的圖像是罕見的，一般圖像內(nèi)容都具有隨機(jī)性，從平均的角度看，垂直分解力介于正程的掃描行數(shù)Z’和一半有效行數(shù)Z’/2之間，可用一個(gè)小于1的系數(shù)K乘以有效行數(shù)Z’來表示。如果垂直分解力以M表示，則M=KZ’=K（1-β）Z式中，K為垂直分解系數(shù)，或稱凱爾（Kell）系數(shù)，是一個(gè)小于1的系數(shù)，其值一般為K=0.67~0.82（美國525行掃描制中，K=0.69；在625行掃描制中，歐洲K=0.67，俄羅斯及東歐K=0.82，我國K=0.76）；Z為掃描行數(shù)，我國現(xiàn)行電視制度規(guī)定Z=625行；將上述數(shù)值代入可得M≈437行。所以，目前的電視系統(tǒng)垂直分解力約為437線。如果考慮隔行掃描因子Ki的影響，則垂直分解力還要低：M=KiKZ’=KiK（1-β）Z，Ki=0.6~0.7，M=262~306行1051063、水平分解力水平分解力是指電視系統(tǒng)沿圖像水平方向所能分解的像素?cái)?shù)（或黑白相間的條紋數(shù)）。水平分解力與電視傳輸通道的帶寬及收發(fā)端電子掃描束的截面積大小有關(guān)。106107①電視傳輸通道帶寬對(duì)水平分解力的影響。對(duì)于圖？（a）所示的由許多黑白條紋所組成的圖像，與之對(duì)應(yīng)的電視信號(hào)將是圖（b）所示的許多矩形脈沖波。顯然垂直的條紋數(shù)越多，一行時(shí)間內(nèi)脈沖的寬度越窄，信號(hào)的頻譜越豐富，要求通道的通頻帶越寬，否則將產(chǎn)生失真，圖像的水平分解力將受到影響，即水平分解力將受到通道帶寬的限制。107108②電子束截面積對(duì)水平分解力的影響。圖（b）的波形是在電子束截面積很小，相對(duì)于圖像細(xì)節(jié)變化可以忽略不計(jì)時(shí)才會(huì)得到這樣的波形。如果掃描電子束的截面面積與條紋寬度可以比擬時(shí)，則圖像信號(hào)將變成近似的三角波，如圖（c）所示。而且當(dāng)條紋數(shù)更細(xì)更密時(shí)，不但圖像信號(hào)波形由矩形波變?yōu)槿遣?，其幅度也將減小。0（a）（b）（c）ttuu0圖？垂直條紋及相應(yīng)信號(hào)波形108109實(shí)際情況是，掃描電子束總具有一定的截面積，當(dāng)其掃過黑白相間的條紋圖像時(shí)所形成的信號(hào)必然有過渡過程，如圖？所示其結(jié)果是使脈沖前后沿展寬，引起圖像細(xì)節(jié)模糊，這種分解力受到電子束直徑大小限制的現(xiàn)象叫孔闌效應(yīng)。從減小孔闌效應(yīng)、提高分解力的角度考慮，掃描電子束的直徑應(yīng)盡可能小，但并非越小越好。如果太小了，在規(guī)定的掃描行數(shù)下又不足以覆蓋畫面，其間有明顯的空隙，所以掃描電子束的直徑大小要合適，一般以等于掃描間隙為宜。109110基于以上原因，通常取水平分解力和垂直分解力相等為最佳情況，實(shí)踐也證明在這種情況下圖像的質(zhì)量最好。當(dāng)考慮到光柵幅型比為K’=4/3（或16/9），則水平分解力為：N=K’M=K’K(1-β)Z代入有關(guān)值，N=(4/3)×437=583行或條紋數(shù)。視頻通道的通頻帶則應(yīng)適應(yīng)這一水平分解力的要求。1101114、掃描行數(shù)Z的確定前面曾指出，當(dāng)掃描行數(shù)Z增加時(shí)，圖像分解的像素?cái)?shù)增大，清晰度可提高，但要求電視傳輸通道的頻帶寬度擴(kuò)大，從而在電視應(yīng)用頻段內(nèi)容納的電視頻道數(shù)目將減少，并導(dǎo)致電視設(shè)備的復(fù)雜化。所以選擇Z不能僅從提高清晰度出發(fā)，還需考慮帶寬和設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性；也不能強(qiáng)調(diào)后者而不顧圖像質(zhì)量，應(yīng)綜合考慮，相互兼顧。應(yīng)該指出的是，人眼對(duì)圖像清晰度的主觀感覺并非與掃描行數(shù)成正比，而是近似對(duì)數(shù)關(guān)系，如圖？所示。111112各國的電視系統(tǒng)制度大都是在早期訂立的，限于當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平，掃描行數(shù)一般選在500~650之間。我國PAL制選用Z=625行，美國、日本選用Z=525行。當(dāng)掃描行數(shù)Z確定以后，行掃描行頻也就確定了，例如，Z=625行，fF=25Hz，則行頻fH=Z×fF=625×25=15625Hz。1121132.3視頻圖像信號(hào)視頻圖像信號(hào)是指經(jīng)掃描、光電轉(zhuǎn)換過程由光像轉(zhuǎn)變成的電信號(hào)，或在經(jīng)過γ校正和線性組合等處理過程而形成的視頻信號(hào)。電視系統(tǒng)要完成圖像信號(hào)的傳輸，不失真地重現(xiàn)原圖像，除必須傳送圖像信號(hào)這一主體信號(hào)之外，還必須傳送輔助信號(hào)：復(fù)合同步信號(hào)，保證收發(fā)同步。復(fù)合消隱信號(hào)，保證逆程不顯示光柵。槽脈沖信號(hào)和均衡脈沖信號(hào)，隔行掃描均勻嵌套。將以上主體信號(hào)與輔助信號(hào)統(tǒng)稱為黑白全電視信號(hào)，它是研究彩色全電視信號(hào)的基礎(chǔ)。1131142.3.1復(fù)合消隱信號(hào)與復(fù)合同步信號(hào)1、復(fù)合消隱脈沖顯像管電子束在行、場掃描正程期間重現(xiàn)圖像信號(hào)，而在掃描逆程期間是不傳送圖像信號(hào)的，在行、場掃描的逆程期間形成回掃線，若不采取措施，這將對(duì)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，在攝像管和顯像管中分別加入能使掃描電子束截止的消隱脈沖，這時(shí)的圖像信號(hào)電平稱為黑色電平。114115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，二者合稱復(fù)合消隱脈沖。在電視系統(tǒng)中，發(fā)送端在發(fā)送圖像信號(hào)時(shí)，在逆程期間將消隱信號(hào)也發(fā)送出去，該信號(hào)的形狀為不同寬度的矩形脈沖，顯然：行、場消隱信號(hào)的電平應(yīng)等于圖像信號(hào)的黑色電平；行、場消隱信號(hào)的周期應(yīng)分別與行、場掃描周期相同；行、場消隱信號(hào)脈沖的寬度原則上應(yīng)分別等于行、場掃描的逆程時(shí)間。115116一般如果設(shè)一行的時(shí)間為TH：因?yàn)閆=625行，fF=25Hz，則行頻fH=ZfF=625×25=15625Hz，得行掃描周期為1TH=1/fH=1/15625=64s那么根據(jù)規(guī)定行逆程時(shí)間為0.18TH、即0.18×64=11.52s；同理可得，場逆程時(shí)間為0.08TV（0.08×1/50=1600s）場逆程期間包含1600/64=25個(gè)行掃描116117但在接收端為了確保消除回掃光柵，實(shí)際上消隱脈沖寬度稍有加寬。所以行消隱脈沖寬度定為12s（64×0.18=11.52≈12s），而場消隱脈沖寬度為25TH+12s=1612s1171182、復(fù)合同步脈沖電視接收機(jī)顯像管要正確地重現(xiàn)攝像機(jī)攝取的圖像，接收機(jī)與攝像機(jī)的掃描必須同步，即掃描頻率和相位完全相同。換句話說就是收、發(fā)掃描對(duì)應(yīng)的行、場起始和終止位置必須嚴(yán)格一致，否則就會(huì)出現(xiàn)畫面失真或不穩(wěn)定現(xiàn)象。118119在電視系統(tǒng)中，同步是指收、發(fā)兩端掃描同頻、同相，滿足這樣條件的掃描稱為同步掃描。這兩個(gè)條件其中之一不能滿足都不能正確重現(xiàn)原圖像或甚至無法正常收看。（1）相位不同如果掃描頻率相同，但起始時(shí)間不一致，即在相位上不同步重現(xiàn)圖像將發(fā)生裂變。119120（2）頻率不同當(dāng)收發(fā)掃描頻率不同時(shí)，重現(xiàn)圖像就會(huì)不穩(wěn)定甚至無法收看。如果收發(fā)端行掃描頻率同步而場掃描頻率不同步時(shí)。這時(shí)會(huì)出現(xiàn)圖像上下滾動(dòng)或跳動(dòng)，且頻差越大移動(dòng)越快。例如，收端場頻高于發(fā)端場頻時(shí)，發(fā)端第一場下邊的像素會(huì)在收端第二場上邊出現(xiàn)（即第一場的消隱黑帶出現(xiàn)在收端第二場的畫面上）；同理，收端第三場畫面上又會(huì)出現(xiàn)發(fā)端第二場下邊（包括消隱黑帶）的像素。這樣，電視機(jī)屏幕重現(xiàn)的圖像將不斷下移，場消隱黑帶也跟隨向下移動(dòng)。反之，若收端場頻低于發(fā)端時(shí)，則會(huì)看到一幅幅向上移動(dòng)的圖像。120121如果收發(fā)端場掃描頻率相同而行掃描頻率不同時(shí)，屏幕上會(huì)出現(xiàn)歪斜且不穩(wěn)定的行消隱黑條紋，圖像無法重現(xiàn)。例如，收端行頻高于發(fā)端行頻時(shí)，則發(fā)端第一行末的像素及行消隱黑點(diǎn)將在收端第二行左端出現(xiàn)，發(fā)端第二行末的部分像素及行消隱黑點(diǎn)將在收端第三行左端出現(xiàn)，依次類推。由于每行的差別是逐行累積的，結(jié)果接收端的像素排列變得雜亂無章，所以不能重現(xiàn)原發(fā)送端的圖像，只能看到向右傾斜的消隱黑條；反之，若收端行頻低于發(fā)端行頻時(shí)，出現(xiàn)向左傾斜的黑條，如圖？所示。121122因此，只有當(dāng)行、場同步脈沖到來時(shí)才開始行與場的回掃，這就可保證收、發(fā)雙方掃描電流的頻率和相位都相同，即可保證同步。通常將行、場同步信號(hào)按掃描時(shí)間混在一起而形成復(fù)合同步信號(hào)。為此，攝像機(jī)每讀出一行圖像信號(hào)后，送出一個(gè)行同步信號(hào)，接收機(jī)則利用這個(gè)行同步信號(hào)去控制本機(jī)的行掃描逆程起點(diǎn)。行同步脈沖的前沿表示上一個(gè)行的結(jié)束，下一行的開始；同樣，攝像機(jī)每當(dāng)每當(dāng)掃描完一場時(shí)加入一個(gè)場同步脈沖，接收機(jī)就利用該場同步脈沖信號(hào)去控制本機(jī)的場掃描逆程起點(diǎn)。場同步脈沖的前沿表示上一場的結(jié)束，下一場的開始。同步信號(hào)也是在掃描的逆程期間傳送，其形狀也為寬度不同的矩形脈沖，但同步脈沖寬度比消隱脈沖要窄。122123我國電視系統(tǒng)規(guī)定：行同步脈沖寬度為行周期的7.5%左右，即0.075TH（0.075×64=4.8s，取行同步脈沖寬度為4.7s），行同步脈沖前沿比行消隱脈沖信號(hào)的前沿滯后1.5s；場同步脈沖寬度為行周期的2~3倍，即2.0~3.0TH（取2.5×64=160s），規(guī)定場同步脈沖前沿比場消隱脈沖信號(hào)前沿滯后2.5TH，即160s。123124為了在接收機(jī)中便于用簡單的幅度分離法將這些行、場同步脈沖分離出來，將復(fù)合同步脈沖信號(hào)疊加在復(fù)合消隱脈沖的頂部。因?yàn)橄[脈沖電平相當(dāng)于圖像信號(hào)的黑色電平，所以，疊加在復(fù)合消隱脈沖之上的同步脈沖電平比黑還黑（比消隱電平還要超出25%），將不會(huì)影響逆程回掃線的消除作用。奇數(shù)場的最后一個(gè)行同步脈沖的前沿與場同步脈沖的前沿相距TH/2，而偶數(shù)場的最后一個(gè)行同步脈沖的前沿與場同步的前沿間距為TH，所以行同步脈沖的位置在奇數(shù)場和偶數(shù)場中有半行之差，這樣保證了隔行掃描的要求。1241251251262.3.3開槽脈沖和均衡脈沖1、槽脈沖在電視接收機(jī)對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，由于同步信號(hào)的幅度比消隱信號(hào)和圖像信號(hào)大，所以很容易用幅度分離電路將其分離出來，然后再根據(jù)行、場同步信號(hào)的寬度不同，用脈沖寬度分離電路，將行、場同步分離出來，如圖？？所示。126127當(dāng)復(fù)合同步信號(hào)通過微分電路后，就得到一系列正負(fù)相間的尖脈沖，由于對(duì)行掃描電路的同步只需要與脈沖前沿相對(duì)應(yīng)的正尖脈沖，所以再將其通過一削波（即限幅）電路，削去負(fù)的尖脈沖，就只得到一串正脈沖，然后就可以用這些正尖脈沖的前沿去控制接收機(jī)的行振蕩器。但是必須指出，由于場同步脈沖較寬2.5TH，因而在場同步期間會(huì)使行同步的信息丟失（其間丟失兩個(gè)行同步信號(hào)）。解決這個(gè)問題的方法是在場同步脈沖上加開幾個(gè)槽，稱為槽脈沖，且使槽脈沖的后沿（即上升沿）恰好對(duì)應(yīng)于應(yīng)該出現(xiàn)原同步脈沖的前沿位置。這樣就可以保證在場同步脈沖期間可以檢測出行同步脈沖。127128128129從上圖中可以看出，行同步脈沖與場同步脈沖具有相同的幅度，不同的寬度，因而分離行、場同步脈沖的方法一般是借助于寬度分離器——微分與積分電路的組合。其中，微分電路可以提取行同步脈沖或槽脈沖的上升沿用于行同步。1291302、均衡脈沖但是，由于電視系統(tǒng)一般采用隔行掃描，相鄰兩場掃描的起點(diǎn)和終點(diǎn)位置都不同，相鄰兩場（奇數(shù)行和偶數(shù)行）的場同步信號(hào)前沿對(duì)行同步信號(hào)來說起點(diǎn)相差半行。對(duì)于奇數(shù)場來說，它是在半行處結(jié)束，因此場消隱信號(hào)和場同步信號(hào)應(yīng)在半行時(shí)加入；對(duì)于偶數(shù)場掃描來說，它是在一個(gè)整行后結(jié)束，因而，場消隱與場同步信號(hào)應(yīng)在一個(gè)整行結(jié)束后加入。130131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沿對(duì)齊，則得圖？？所示波形。在進(jìn)行行、場同步分離時(shí)，每一個(gè)行同步脈沖出現(xiàn)，要對(duì)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。131132由于奇數(shù)場和偶數(shù)場同步脈沖前沿出現(xiàn)時(shí)，行同步脈沖相互錯(cuò)開半行，造成電容積分器上的起始電壓不同，這就必然導(dǎo)致兩場同步時(shí)間的差異，如圖？所示，存在t。132133對(duì)于隔行掃描來說，相鄰兩場的掃描時(shí)間必須完全相等，才能保證奇數(shù)場的掃描光柵和偶數(shù)場的掃描光柵均勻交錯(cuò)，否則，會(huì)對(duì)對(duì)場同步脈沖的檢測造成影響，會(huì)出現(xiàn)并行現(xiàn)象，使垂直分辨力降低。133134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達(dá)到積分電路時(shí)，積分電容器上要有相同的起始電壓，否則就無法保證正確的嵌套。為此，可以采取以下措施：其一，在場同步脈沖前若干行內(nèi)，將同步脈沖的頻率提高一倍（即每隔半行都增加一個(gè)行同步脈沖），為了使頻率增加后的行同步脈沖的平均電平不變，將這些脈沖的寬度減小到原來的一半（即2.35s），它被稱為前均衡脈沖。這樣就使得兩場在到達(dá)場同步信號(hào)的前沿時(shí)積分電容上的起始電平大致一致。由于兩場的前5個(gè)均衡脈沖是對(duì)準(zhǔn)的，所以經(jīng)過前5個(gè)均衡脈沖后到達(dá)場同步信號(hào)的前沿時(shí)，積分電容上的起始電壓幾乎是相等的。134135其二，經(jīng)過5個(gè)前均衡脈沖均衡后，積分輸出波形重合在一起了，積分電容上的起始電壓幾乎相等。如果不加后均衡脈沖，經(jīng)積分后兩場的場同步信號(hào)的后沿也是不重合的，使得在場同步脈沖過后的一段時(shí)間內(nèi)，由于行同步脈沖的差異會(huì)造成場同步脈沖寬度兩場不等，從而影響場掃描的波形，這樣亦會(huì)破壞隔行掃描的準(zhǔn)確性，所以在場同步信號(hào)后面也加上了5個(gè)同樣的后均衡脈沖。在場同步脈沖后若干行內(nèi)，也將同步脈沖的頻率提高一倍（即每隔半行都增加一個(gè)行同步脈沖），為了使頻率增加后的行同步脈沖的平均電平不變，將這些脈沖的寬度減小到原來的一半（即2.35s），它被稱為后均衡脈沖。135136其三，在場同步脈沖內(nèi)的開槽脈沖頻率也提高一倍，即場同步脈沖上開槽也應(yīng)每半行開一個(gè)，但槽寬仍然為4.7s。這樣，場同步期間要開5個(gè)槽，形成5個(gè)寬度為27.3s的凹齒脈沖。136137這樣在奇數(shù)場和偶數(shù)場的場同步期間及其前后若干行內(nèi)的同步脈沖波形完全相同。因此兩場場同步脈沖的積分起始電平相同，經(jīng)過積分電路后兩場輸出信號(hào)的波形完全重合，保證了隔行掃描的精確性。在尖脈沖上加圓圈的表示是有用的行同步脈沖，其余的尖脈沖是處在行掃描的正程，與行振蕩器翻轉(zhuǎn)時(shí)間相差較遠(yuǎn)，因此對(duì)行振蕩器不起觸發(fā)作用。按照我國電視標(biāo)準(zhǔn)，前后均衡脈沖均為5個(gè)，各占兩行半時(shí)間。行同步脈沖寬度為4.7s，均衡脈沖的寬度為2.35s。場同步脈沖也占兩行半時(shí)間，因開了5個(gè)槽而形成5個(gè)齒脈沖，場同步齒脈沖寬度為27.3s，而開槽寬度為4.7s。1371382.3.4全電視信號(hào)將以上介紹的圖像信號(hào)、復(fù)合同步信號(hào)、復(fù)合消隱信號(hào)、槽脈沖信號(hào)和均衡脈沖信號(hào)等疊加，即構(gòu)成黑白全電視信號(hào)，通常也稱其為視頻信號(hào)，圖示為負(fù)極性全電視信號(hào)，也就是說，圖像信號(hào)電壓越高，表示傳送的圖像越暗，圖像信號(hào)電壓越低，表示傳送的圖像信號(hào)越亮。138139第三章電視圖像傳輸制式彩色電視系統(tǒng)是在黑白電視系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來了，彩色電視出現(xiàn)以前黑白電視已經(jīng)相當(dāng)普及，因此，彩色電視應(yīng)該與黑白電視兼容。所謂彩色電視制式，主要是對(duì)彩色電視信號(hào)加工、處理和傳輸?shù)奶囟ǚ绞?，具體來說，就是指實(shí)現(xiàn)彩色電視信號(hào)傳輸?shù)幕痉椒ā⑾鄳?yīng)的技術(shù)措施和有關(guān)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的規(guī)定等。139140現(xiàn)行的彩色電視三大制式有：NTSC制、PAL制、SECAM制都是兼容制，它有利于從黑白電視向彩色電視過度，促進(jìn)了彩色電視技術(shù)的發(fā)展。但在彩色電視發(fā)展過程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行的三大彩色電視制式存在著各種缺陷，同時(shí)，人們對(duì)電視圖像質(zhì)量又提出了新的要求，因此又對(duì)彩色電視制式紛紛進(jìn)行了研究，取得了較大的進(jìn)展。1401413.1兼容制彩色電視制式概述1、黑白電視制式世界各國都有自己的廣播電視組織，制定了本國的黑白電視制式，如行頻、場頻、掃描行數(shù)、伴音載波位置、調(diào)制方式、頻帶寬度、頻道間距等各種參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。國際上已經(jīng)認(rèn)可的世界各國不同的黑白電視制式共有13種，他們的代號(hào)分別為A、B、C、D、E、G、H、I、J、K、K1、L、M、N。美國采用的是M制，我國采用的是D制。141142各種制式的共同特點(diǎn)是：寬高比為4:3；掃描順序從左到右，從上到下；隔行掃描比為2:1；圖像調(diào)制方式均為調(diào)幅制并采用殘留邊帶（VSB:VestigialSideBand）方式發(fā)射。1421432、兼容和非兼容制彩色電視制式按使用的目的不同，彩色電視形式可分為兼容制和非兼容制兩大類。所謂兼容性，廣義上有兩個(gè)含義：（1）正向兼容性。黑白電視接收機(jī)接收彩色信號(hào)時(shí)，能產(chǎn)生與原三基色信號(hào)相對(duì)應(yīng)的黑白圖像；（2）逆兼容性。彩色電視接收機(jī)接收黑白圖像時(shí)，能在彩色熒光屏上顯示黑白圖像。143144自從20世紀(jì)20年代彩色電視問世以來，世界各國曾研制了許多制式，在這些制式中，有的因性能不好被淘汰了，有的可在不同場合下采用。到50~60年代開始，世界上正式采用的彩色廣播電視制式，只有屬于NTSC制、PAL制和SECAM制等三種。如果你想包羅萬象，就得買真正全制式的電視機(jī)，就是三種彩電制式加上10種黑白電視制式共39個(gè)電視制式組合的電視機(jī)。但根據(jù)對(duì)世界200多個(gè)國家和地區(qū)的調(diào)查，僅使用其中的17種：8種PAL，2種NTSC，7種SECAM。144145現(xiàn)在，各個(gè)品牌的多制式電視機(jī)，制式數(shù)目不盡相同，少的只有兩個(gè)，多的有二十幾個(gè)，用戶可根據(jù)自己的需要進(jìn)行選擇。有一點(diǎn)要提醒需要購買多制式電視機(jī)的朋友：有些電視機(jī)的廣告彩頁對(duì)“多制式”到底都有哪些制式標(biāo)注不太明確，只簡單地寫為“多制式”、“全制式”、“國際線路”等，在購買前一定要問清楚都包含哪些國家的制式，符不符合自己的需要，避免購買后的麻煩。1451463.1.1兼容制的必備條件及色度信號(hào)編碼傳輸黑白電視信號(hào)的特點(diǎn)圖像信號(hào)反映了實(shí)際景物的亮度。由于圖像信號(hào)內(nèi)容是隨機(jī)的，相應(yīng)的電壓波形也是隨機(jī)的。假設(shè)被攝圖像是從左到右亮度遞減的五條由白→灰→黑變化的圖像，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的相應(yīng)電壓波形為階梯波。146147若圖像最亮?xí)r，對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)幅度最高，此信號(hào)稱為正極性圖像信號(hào)；反之，如果圖像最暗時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)幅度最大，稱此為負(fù)極性圖像信號(hào)。147148一般來說，圖像信號(hào)是隨機(jī)的，圖（d）給出了一行的隨機(jī)的圖像信號(hào)波形。由圖可見，圖像信號(hào)具有如下特征：1、含直流。即圖像信號(hào)具有平均直流成分，其數(shù)值確定了圖像信號(hào)的背景亮度。1481492、對(duì)于一般活動(dòng)圖像，相鄰兩行或相鄰兩幀信號(hào)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(hào)差別極小，可以近似認(rèn)為是周期信號(hào)。1491502.黑白圖像信號(hào)的頻譜雖然，實(shí)際圖像信號(hào)的分布總是任意的，但它總是要經(jīng)過逐行、逐場的掃描形成。由于存在相關(guān)性，相鄰信號(hào)的波形仍幾乎相同，這樣就使本來明暗變化不規(guī)則的圖像，產(chǎn)生了周期性變化的規(guī)律，即它不外乎是水平方向和垂直方向變化的不同組合。150151因而黑白電視圖像信號(hào)的頻譜應(yīng)是由行頻及其諧波組成的主頻譜線，在主譜線兩側(cè)對(duì)稱地分布著場頻及其諧波組成的邊帶（副頻譜線）。151152歸納起來，圖像信號(hào)的頻譜具有以下特征：亮度信號(hào)雖然占據(jù)了0~6MHz的頻帶寬度，但并未占滿整個(gè)6MHz的帶寬。頻譜結(jié)構(gòu)是以行頻及其諧波為中心，構(gòu)成以行頻為間隔的一群群梳齒狀的離散頻譜。152153亮度信號(hào)的能量只集中在行頻fH及其諧波nfH附近很窄的范圍內(nèi)，隨著行頻諧波次數(shù)的增高，能量逐漸下降，譜線幅度逐漸減小。能量主要分布在視頻信號(hào)的低頻端。亮度信號(hào)在（n-1/2）fH附近幾乎沒有能量，留有較大空隙。153154圖？（b）是將nfH附近的一簇譜線放大，可以看出在行頻主譜線兩側(cè)有以幀頻、場頻為間隔的副譜線。154155實(shí)踐證明，無論禁止或活動(dòng)圖像，但只要?jiǎng)幼飨鄬?duì)速度較慢（與掃描速度比較），每幅畫面變化不大，圍繞行譜線（主頻譜線）分布的場頻諧波次數(shù)（副頻譜線）不超過20，其幅度就小到可以忽略不計(jì)。按m=20計(jì)算，各譜線群所占頻譜寬度僅為2m×fV=2×20×50=2kHz，相鄰兩主譜線間距為15.625kHz，空隙竟達(dá)主譜線間距的(15626-2000)/15625=87%，可見各群譜線間存在著很大的空間。155156在隔行掃描的情況下，若考慮到兩場信號(hào)有所差異，則嚴(yán)格來講，圖像信號(hào)的重復(fù)頻率為幀頻，離散頻譜線將以幀頻為間隔，也就是說在主譜線兩側(cè)將出現(xiàn)以幀頻為間隔的副頻譜線。因此，隔行掃描的頻譜結(jié)構(gòu)應(yīng)為：副譜線仍然以場頻為主重復(fù)，在相鄰場頻譜諧波之間存在幅度小的幀頻諧波譜線，場頻相關(guān)性越強(qiáng)，幀頻諧波幅度越小。1561573.電視圖像信號(hào)的頻帶寬度所謂視頻系統(tǒng)的帶寬，就是圖像信號(hào)傳輸所需的通頻帶寬度。顯然，只要確定了電視圖像信號(hào)的最低頻率和最高頻率，電視系統(tǒng)的通頻帶就確定了。任何一景物或圖像都有一定的背景亮度，也就有景物或圖像細(xì)節(jié)的變化。圖像細(xì)節(jié)的變化表現(xiàn)為電視信號(hào)的交流成分的變化，而圖像的背景亮度是它的直流成分。即使是活動(dòng)圖像，由于動(dòng)作緩慢，圖像信號(hào)中也有一個(gè)頻率是零的平均分量，這一頻率決定了圖像信號(hào)頻帶的下限，fmin≈0。只要知道圖像信號(hào)的最高頻率，也就確定了圖像信號(hào)的頻帶寬度。157158水平方向的圖像內(nèi)容由掃描繪出，因此水平方向能分解的像素?cái)?shù)就決定了電視信號(hào)的上限頻率fmax。圖像信號(hào)的最高頻率，出現(xiàn)在傳送一幅全是細(xì)節(jié)的圖像的情況下，即細(xì)節(jié)大小等于一個(gè)像素，或等于一個(gè)感光單元的大小。158159設(shè)傳送的景像如圖？所示，圖中小方格相當(dāng)于一個(gè)像素，掃描電子束的大小恰好等于該圖像的像素。這樣，電子束沿水平方向掃過一個(gè)像素所需的時(shí)間為：式中，THt為行掃描正程時(shí)間；α為行掃描逆程系數(shù)；fH為行頻；Z為一幀掃描行數(shù)；fF為幀頻。159160考慮到孔闌效應(yīng)的影響，電信號(hào)的波形近似為正弦波，其周期為2td，因此信號(hào)的最高頻率為：式中，fF為幀頻，N=K’M=K’K(1-β)Z。160161對(duì)于逐行掃描，fV=fF，將其代入，可得逐行掃描的最高頻率對(duì)于隔行掃描，fF=fV/2，將其代入，可得隔行掃描的最高頻率為比較兩式可以看出，采用隔行掃描方式，由于幀頻下降了一半，故頻帶也壓縮了一半。單場頻仍為50Hz，可以保證圖像無閃爍感。按我國現(xiàn)行電視標(biāo)準(zhǔn)，K’=4/3，fV=50Hz，Z=625，取α=0.18，β=0.08，K（1-β）≈0.7，可求得隔行掃描電視信號(hào)帶寬為Δf≈fmax≈5.6MHz，所以視頻傳輸通道的通頻帶定為6MHz。1611624、彩色圖像信號(hào)三個(gè)視頻基色信號(hào)就是彩色圖像信號(hào)。但是，就彩色電視系統(tǒng)來說，并不直接傳送3個(gè)基色信號(hào)，因?yàn)閱螐恼加妙l帶來看，如果為了保證圖像清晰度，每一基色信號(hào)帶寬應(yīng)與黑白圖像信號(hào)帶寬相同，這樣總的帶寬將3倍于黑白電視的信號(hào)帶寬。顯然這種方式既不經(jīng)濟(jì)也不合理；更為重要的是這種方式與黑白電視接收機(jī)不兼容。在彩色電視早期的研究中，大量的研究工作中要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)只有一個(gè)，就是要在與黑白電視兼容的前提下，最大限度地獲得良好的圖像質(zhì)量。162163由于彩色光需用三個(gè)參量即亮度、色調(diào)和飽和度（后兩個(gè)又合稱色度）來表示，因此傳送彩色圖像必須選用三個(gè)獨(dú)立的信號(hào)，所以，在彩色廣播電視系統(tǒng)中所選用的傳輸信號(hào)并非三個(gè)基色信號(hào)，而是經(jīng)過轉(zhuǎn)換并代表3個(gè)基色參量的新的傳輸信號(hào)。在各國的研究工作以及后來的實(shí)用系統(tǒng)中，共同的特點(diǎn)是都選擇了亮度信號(hào)和兩個(gè)色差信號(hào)作為彩色電視的基本信號(hào)，它們是由三個(gè)基色信號(hào)經(jīng)過簡單的矩陣變換后得到的。163164信號(hào)的選取在發(fā)展彩色廣播電視系統(tǒng)時(shí)所選的傳輸信號(hào)并非3個(gè)基色信號(hào)，而是經(jīng)過轉(zhuǎn)換并代表彩色3個(gè)基色參量的新的傳輸信號(hào)。它們應(yīng)滿足以下幾個(gè)要求：（1）、為獲得兼容性，必須傳送一個(gè)與黑白電視相同的亮度信號(hào)。彩色電視系統(tǒng)傳送的信號(hào)應(yīng)保持與黑白電視信號(hào)相同的頻帶寬度。164165（2）、需要傳送兩個(gè)代表色度的信號(hào)：它們不應(yīng)還有亮度信息；同時(shí)根據(jù)高頻混合原理，色度信號(hào)可以采用窄帶傳輸。（3）、在傳輸黑白圖像時(shí)，3個(gè)基色信號(hào)相等，即：R=G=B，根據(jù)條件（2），這時(shí)兩個(gè)代表色度的信號(hào)應(yīng)當(dāng)?shù)扔诹恪＃?）、代表色度的兩個(gè)信號(hào)是互相獨(dú)立的。（5）、3個(gè)基色信號(hào)與3個(gè)傳輸信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系要簡單。165166亮度信號(hào)為了傳送彩色圖像信號(hào)，從兼容的角度出發(fā)，彩色電視系統(tǒng)中應(yīng)傳送一個(gè)只反映圖像亮度的亮度信號(hào)Y，其特性應(yīng)與黑白電視信號(hào)相同。同時(shí)還需傳送色度信息F。根據(jù)三基色原理，必須傳送R、G、B三個(gè)基色電壓，或傳送亮度及色度信號(hào)電壓皆可。