1、精品文檔精品文檔第1章彩色電視基礎知識1.1 光的基本知識1.1.1 可見光與彩色三要素1 .光與色光是一種物質，它可以電磁波的形式進行傳播，它是電磁輻射中的一小部分。電磁波的頻率范圍很寬，其范圍為1057025Hz。.在整個電磁輻射波譜上，只有極小一部分能夠被人眼380 780nm（毫微米）所看到，即能產生視覺，將這一小部分稱為可見光譜，其波長范圍在之間。如圖1-1所示。所以,在可見光譜中，不同波長的光射入彩色是光作用于人眼而引起的一種視覺反映。人眼時，會引起不同彩色的感覺。名稱頻率3X 10- m波長可見光譜波長3 X3X1O3 m 3X 10- m630 600 580310 450 4

2、30 380圖1-1電磁波頻譜圖錯誤！由圖1-1可知，隨著波長的縮短.所呈現的彩色分別為：紅.橙、黃、綠、青、藍、紫、如果將上述彩色混在一起便呈現白光。2 .物體的顏色彩色來源于光，所以人眼對于一個物體的彩色感覺必然與照射該物體的光源有著密切的關系。物體呈現的顏色就是物體表面對照射光源中某些光譜成分的反射光對人眼所引起的視覺效果。對于透明物體，則是透射光所引起的視覺效果。所以，物體呈現的顏色不僅與物體本身吸收與反射某種光譜的屬性有關，同時與照射光源的屬性也有關。在沒有任何光源照射的黑夜里，任何物體都呈現為黑色。3 .彩色三要素：亮度、色調和色飽和度稱為彩色三要素。任何一種彩色對人眼引起的視覺作

3、用，都可以用彩色三要素來描述。亮度是指人眼所感覺的彩色的明暗程度，亮度主要取決于光的強度，還與人眼的光譜響應特性有關。色調是指彩色的顏色類別，如紅、橙、黃、綠、青、藍、紫分別表示不同的色調。它是彩色最基本的特性。物體的色調主要取決于物體的吸收特性和透射或反射特性，還與光源的光譜分布有關。不同波長的光具有不同的色調。色飽和度是指彩色的深淺程度。同一色調的彩色，其色飽和度越高，顏色越深。色飽和度與彩色中所摻入的白光比例有關，摻入的白光越多，色光越淺，色飽和度越低。色飽和度用百分數表示，如某色光中若摻入一半的白光，則色飽和度為50，未摻入白光的純色光，其色飽和度為100%。白光的色飽和度為0。色調和

4、色飽和度統稱為色度。彩色電視系統不僅象黑白電視系統那樣能夠傳送景物的亮度信息，還要傳送景物的色度信息。1.1.2三基色原理及其應用1三基色原理在彩色電視技術中，以紅（R）、綠（G）、藍（B）為三基色。國際上規定紅光的波長取700nm,綠光的波長取546.1nm,藍光的波長取435.8nm為物理三基色。三基色原理的主要內容有：1） 自然界的所有彩色幾乎都可用三種基色按一定的比例混合而成；反之，任何彩色也可分解為比例不同的三種基色；2）三種基色必須是相互獨立的，即任一基色不能由另外兩種基色混合而成；3）用三基色混合成的彩色，其色調和色飽和度皆由三基色的比例決定；4）混合色的亮度等于參與混色的基色的

5、亮度的總和。根據這一原理，要傳送和重現自然界中的各種彩色，無需逐一去傳送波長各異的各種彩色信號，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。在彩色重現時將這比例不同的三基色信號相加混色，即可產生與被傳送對象相同彩色的視覺效果。三基色原理是彩色電視廣播得以實現的基本原理之一。2混色法利用三種基色按不同比例混合來獲得彩色的方法叫就是混色法。有相加混色和相減兩種方法。彩色電視技術中使用的是相加混色法。將紅綠藍三束光投影到白色屏幕上，調節它們的比例，可得到如圖1-2所示的相加混色效果。即紅+綠=黃；紅+藍=紫；藍+綠=青；紅+綠+藍=白如果改變三種基色光的強度比例,幾乎可以混合出自然

6、界中所有的顏色。所謂基色的補色是指：當該基色與某種彩色光進行等量相加時，如果產生的為白光，則稱此彩色是該基色的補色。由此可見黃、青、紫分別為藍、紅、綠的補色，當然也可以認為藍、紅、綠，分別為黃、青、紫的補色。實現相加混色有三種不同方式，下面分別給予介紹。1 ）空間混色法：當將三種基色光分別投射到同一表面相鄰近的三個點上時，由于人眼的彩色分辨力較差，因此只要這三個點的距離足夠近，人眼就分辨不清是由三個基色小點構成的，而感覺到的則是三種基色的混合色這就是空間混色法。空間混色法是現代彩色電視能得以同時制傳送的基礎，也是制造彩色顯像管熒光屏所依據的理論基礎。2）時間混色法：當將三種基色光按一定順序快速

7、輪換地投射到同一位置時，如果輪換的速度足夠快，則由于人眼視覺的暫留效應，人眼所感覺到的將是三種基色光的混合色，這就是時間混色法。時間混色法為彩色電視的順序制傳送奠定了理論基礎。3）生理混色法：當兩只眼睛分別看兩個不同彩色的景物時，也會產生混色觀覺這便是生理混色法-彩色電視圖象的傳輸與重現就是利用空間混色和時間混色來實現的，前者用于同時制電視系統，后者用于順序制電視系統。，錯誤!圖12G + B相加混色圓圖3.亮度方程顯像三基色要混合成白光，所需光通量之比是由所選用的標準白光和所選三基色的不同而決定的。目前彩色電視中，NTSC制顯像三基色熒光粉配制光通量為1lm（流明）C白光的方程式為:Y=0.

8、299R+0.587G+0.114B由于彩色電視制式不同，所規定的標準白光和選擇的顯像三基色熒光粉也不一樣。PAL制的亮度方程為:Y=0.222R+0.707G+0.071B但因NTSC制使用較早，所以PAL制中沒有采用它本身的亮度方程，而是沿用了NTSC制的亮度方程。實踐表明，由此引起的圖像亮度誤差很小，完全能滿足視覺對亮度誤差的要求。亮度方程通常近似寫成：Y=0.30R+0.59G+0.11B亮度方程中，0.30,0.59,0.11分別是R,G,B的可見度系數。這表明三基色光在組成亮度中的作用是不同的，綠光最大，占59%,藍光最小，占11%,這是由于人眼對三基色的亮度感不同引起的。當r=g

9、=B=1時，為白光；當R、G、B取不同的值，可以配出各種不同的顏色，以及飽和度不同但色調不變的顏色。在彩色電視信號傳輸過程中，亮度信號和三基色信號以電壓的形式來代表，亮度方程可Uy0.30Ur + 0.59Ug + 0.11Ub只寫成電壓的形式,即這里，Uy、Ur、Ug、Ub各代表亮度信號、紅信號、綠信號和藍信號的電壓且分別獨立,已知任意三種，可通過加、減法矩陣電路來合成第四種。1.2 廣播電視系統的組成1.2.1 廣播電視系統廣播電視系統是一種用于廣播的非專用電視系統。由于它一般采用無線電方式進行信號傳輸，因此，廣播電視系統也可稱為無線電視系統或開路電視系統。目前，廣播電視系統主要是廣播這一

10、單一業務。廣播電視系統的組成如圖1-3所示。廣播電視系統主要由彩色電視攝像機、電視信號的處理器、電視信號的形成電路、電視信號的發射機、電視信號的接收機組成。攝像機a信號放大與處理塌料器司試借號發生舞城市同節目交換電影£技術監SS）幻燈現場轉播錄像伴音信號 放大”圖1-3廣播電視系統的組成方框圖1.2.2 電視圖像傳送的過程傳送活動景物的電視系統，通常由攝像、傳輸、顯像三部分組成。其中涉及信號形式變換、信號選擇與編碼、各種參量的確定，失真的校正等一系列傳輸、處理信息的方法與原理。電視技術就是傳送和接收圖像的技術，電視圖像的傳送是基于光電轉換原理，實現光電轉換的關鍵器件是傳送端的攝像管和

11、接收端顯像管。電視廣播的基本過程如圖1-4所示。在傳送端，根據光電轉換原理將圖像（光信號）經過攝像機轉變為電信號（視頻信號），再經過放大，耦合到圖像發射機。圖像信號及伴音信號在發射機中分別調制到各自的載波上，從而形成圖像高頻信號和伴音高頻信號，然后用同一發射天線發送出去。在接收端，由電視接收天線將高頻圖像和伴音信號一起接收下來，在接收機中對信號進行處理（放大及檢波）取出反映圖像內容的視頻信號，并經視頻放大后送顯像管重現出圖像；同時取出反映伴音內容的音頻信號，在揚聲器中還原出聲音。攝像管視班信號放大視賴信號故大話的同步信號發生器接收機公用通道發射機揚聲空甘頻 信號放大圖1-4電視廣播過程1.2.

12、3 圖像的順序傳送任何一幅圖像都是由許多密集的細小點子組成白,o如照片.圖畫、報紙上的畫面等，用放大鏡仔細觀察就會發現它們都是緊密相鄰的、黑白相間的細小點子的集合體。這些細小點子是構成一幅圖像的基本單元，稱為像素。像素越小，單位面積上的像素數目越多.圖像就越清晰。一巾I圖像有40多萬個像素。由于一幅圖像包含40多萬個像素不可能同時被傳送，而只能是按一定的順序分別竟各像素的亮度變換成相應的電信號，并依次傳送出去；而在接收端按同樣的順序把電信號轉換成一個一個相應的亮點重現出來。只要順序傳送速率足夠快，利用人眼的視覺惰性和發光材料的余輝特性，人眼就會感覺到是一幅連續的圖像。這種按順序傳送圖像像素信息

13、的方法，是構成現代電視系統的基礎，并被稱為順序傳送系統。圖1-5是該系統的示意圖。nnnnnnuiTHINIIIIIIIdlllllltlllllllllllfllllHIIIIIIIllllllllllllllllHIIIIIIIIIIIIiiiHiniiiiHimwiiiiiiii閽州DEMiNiiNnnHiiiiiiFiniiiiHiiiiiiiiiiiiMiiinFllllllllllllllllllllllllllllllllllpttlllMIIIIIIIIWIIIII皿I 岫隔皿IlM坦收d一電光轉長圖1-5順序傳送電視系統示意圖在電視技術中，將一幀圖像的像素，按順序轉換成電信號

14、的過程，稱為掃描。掃描如同讀書一樣，從左到右，自上而下的依次進行。圖1-5中的開關S1、S2是同時運轉的，當它們接通某個像素時，那個像素就被發送和接收，并使送和接收的像素位置一一對應，這稱為同步。在實際電視技術中是采用電子掃描方式代替開關S1、S2工作的。1.3 攝像與顯像1.3.1 攝像攝像的實質是基于光與電的轉換，由攝像機來完成。攝像機的核心是一只攝像管，它的作用是把圖象的光信號變成相應的電信號，攝像管種類很多，但主要結構和工作原理大體相同。下面以光電導攝像管為列，說明圖像攝取的原理。聚編展(o-taoo n靶陰極(0 V)凡加速歐(+300 V)翳菖中莒福爵：*：猊*#T1信號輸出網電極

15、聚偏微圖 /檐？二Ad*、電子束出檢信號輸出電回囑控制極(050 ¥)電子槍阻楹-C圖1-6攝像管及圖像信號的產生示意圖(a)光電導攝像管的結構；(b)圖像信號的產生光電導攝像管的結構主要包括光電靶和電子槍兩部分，在外部還裝有偏轉線圈、聚焦線圈和校正線圈，如圖1-6(a)所示。在攝像管的前方玻璃內壁上，鍍有一層透明的、導電性能良好的金屬膜，在金屬膜內有一層光電導層，稱為光電靶，它由半導體光敏材料制成。被攝景物通過光學鏡頭正好在光電靶面上成像。由于光像各部分的亮度不同，使靶面各部分的電導率不同，與光像較亮的部分對應的靶像素電導較大；與光像較暗部分對應的靶像素電導較小。于是“光像”就變成

16、了“電像”。電子槍裝在真空玻璃管內，產生的電子束由陰極射到光電靶，電子束在行、場偏轉磁場的作用下，沿靶面從上到下、從左到右地進行掃描，拾取光電靶上各點的信號，產生回路電流，如圖1-6（b）所示。當電子束掃描到亮光點對應懂的靶像素時，因靶像素電導較小，產生的回路電流較小，輸出的圖像信號電平較低；當電子束掃描到暗光點對應的靶像素時，因靶像素電導較小，產生的回路電流較小，輸出的圖像信號電平較高。這樣，就完成了把一副圖像分解成像素，并且把各像素的亮度轉變成電信號的光電轉換過程。1.3.2 顯像電視圖象的重現是由顯像管來實現的。顯像管與攝像管一樣，也是一種電真空器件，它主要由電子槍和熒光屏兩部分組成，其

17、結構如圖1-7所示。圖1-7顯像管結構示意圖電子槍被封裝在玻璃管殼內，由燈絲、陰極、柵極、加速極（第一陽極）、聚焦極（第三陽極）、高壓陽極（第二、四陽極）組成。在顯像管屏面玻璃內壁涂有一層熒光粉，使之成為熒光屏。電子槍的作用是發出一束聚焦良好的電子束，以高速轟擊熒光屏上的熒光粉，使之發光。熒光屏的發光亮度除了與熒光粉的發光效率有關外，還與電子束電流的大小和轟擊的速度有關。在顯像管電子槍各極加上適當的直流電壓，則產生一個聚焦良好的電子束高速轟擊熒光屏，在屏幕中心產生一個亮點。這時，如果給套在管徑上的偏轉線圈中通入合適的電流，則形成偏轉磁場，控制電子束對熒光屏進行掃描，形成亮度均勻的“光柵。在形成

18、光柵的基礎上，再在顯像管的陰極和柵極之間疊加上圖像電信號，控制電子束電流的大小，使電子束電流的變化與發送端被攝景物的亮度變化一致，并保證電子束掃描與發送端的掃描同步，就可在熒光屏上重現被攝景物的圖像。1.4 人眼的視覺特性與電視參數1.4.1 視力范圍與電視機屏幕人眼視覺最清楚的范圍約為垂直夾角150、水平夾角200的一個矩形面積。因此，電視機屏幕的寬高比多為4:3。為增強臨場感與真實感，也可適當增加寬高比，例如高清晰度電視屏幕的寬高比一般采用16：9。顯像管屏幕的大小常用對角線尺寸來表示，一般家用彩電有21英寸（54cm）、25英寸（64cm）、29英寸（74cm）。1英寸=2.54cm1.

19、4.2 主觀清晰度與圖像掃描行數圖像清晰度是人們主觀感覺到的圖像細節的清晰程度。它與電視系統傳送圖像細節的能力有關，這種能力稱為電視系統的分解力。常用多少“線”表示。分解力又分為垂直分解力和水平分解力。1 .一一分解力垂直分解力是指沿著圖像的垂直方向上能夠分辨出像素的數目。顯然它受每幀屏幕顯示行數Z'（或者總行數Z）的限制。在最佳的情況下，垂直分解力M就等于顯示行數Z'。在一般情況下，并非每一屏幕顯示行都代表垂直分解力，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。考慮到圖像內容的隨機性，有效垂直分解力M可由下式估算出：M=KZ'（1.1）K值通常取0.51之間

20、，若取K=0.76,則有效垂直分解力M=0.76X575=437線。2 .水平分解力水平分解力是指電視系統沿圖像水平方向能分解的像素的數目，用N表示。水平分解力取決圖像信號通道的頻帶寬度及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節寬度的大小有關。實驗證明，在同等長度條件下，當水平分解力等于垂直分解力時圖像質量最佳。由于一般電視機屏幕的寬高比為4:3。故有效水平分解力N可根據式（1.1）求出：444N-4M=4KZ'=40.76575=58勰333由于掃描電子束存在一定的截面積而造成電視系統水平分解力下降的現象，稱為孔闌效應。減小電子束直徑可以提高水平分解力，但電

21、子束直徑的大小要適當。實驗證明，水平分解力與垂直分解力相當時圖像質量最佳。3 .每幀圖像掃描行數的確定為了獲得圖像的連續感、克服閃爍效應并不使圖像信號的頻帶過寬，我國電視標準規定幀頻為25Hz,采用隔行掃描，場頻為50Hz。這樣的場頻恰好等于電網頻率，還可以克服當電源濾波不良時圖像的蠕動現象。由于掃描行數決定了電視系統的分解力，從而決定了圖像的清晰度，因此在電視標準中確定掃描行數是一個極為重要的問題。我國規定每幀含625行。1.4.3 亮度感覺與電視圖像的亮度、對比度和灰度亮度是指人眼對光的明暗程度的感覺。其大小不僅與光的輻射能量有關，還與人眼的主觀感覺有關。客觀景物的最大亮度與最小亮度之比稱

22、為對比度。重放電視圖像的對比度，主要取決于圖像中最大亮度與最小亮度之比，還與環境亮度有關，環境亮度越亮，對比度越低。黑白圖像從黑色（最暗）到白色（最亮）之間的過渡色統稱為灰色。灰色所劃分的能加以區分的亮度層次數，稱為灰度等級。灰度等級越多，圖像就越清晰、逼真。電視信號發生器發出的彩條信號具有8級灰度等級。電視重現圖像沒有必要也不可能達到客觀景物的實際亮度，只要與客觀景物有相同的對比度和適當的亮度層次，就給人以真實的亮度感覺。1.4.4 視頻圖像信號的頻帶寬度1.一幀圖像的像素全電視信號的頻帶寬度與一幀圖像的像素個數和每秒掃描的幀數有關。我國的電視掃描行數為625行，其中正程575行，逆程50行

23、。因此，一幀圖像的顯示掃描行數為575行。也就是說，一幀圖像由575行像素組成。一般電視機屏幕的寬高比為4:3,因此一幀圖像的總像素個數約為：4M575M575為44萬個=4.4父10532.圖像伯甘的頻帶笳度圖像信號包括直流成分和交流成分。其中直流成分反映圖像的背景亮度，它的頻率為零，反映了圖像的最低頻率。交流成分反映圖像的內容，圖像越復雜，細節變化越細，黑白電平變化越快，其傳送信號頻率就越高。顯然圖像信號頻帶寬度等于其最高頻率。如果播送一幅左右相鄰像素為黑白交替的脈沖信號畫面，顯然這是一幅變化最快的圖像，每兩個像素為一個脈沖信號變化周期，而我國電視規定一秒鐘傳送25幀畫面，因此該圖像的最高

24、頻率為4.4105fmax25:5.5MHz2我國電視技術標準規定，視頻圖像信號的頻帶寬度為06MHz。1. 5電視掃描在電視技術中，電子束在電磁場的作用下在攝像管和顯象管的屏面上按一定規律作周期性的運動叫掃描。攝像管利用電子束掃描，完成圖像的光電轉換。顯象管也是利用電子束掃描來重現圖像。由于傳送和接收圖像是電子束一行一行掃描完成的，因此就存在著掃描的方式問題。采用的掃描方式有逐行掃描和隔行掃描。1.1.1 逐行掃描所謂逐行掃描，就是電子束自上而下逐行依次進行掃描的方式。這種掃描的規律為電子束從第一行左上角開始掃描，從左到右，然后從右回到左邊，再掃描第二行，第三行，直到掃完一幅（幀）圖像為止。

25、接著電子束由下向上移動到開始的位置，又從左上角開始掃描第二幅(幀)圖像。上述電子束作水平方向的掃描叫行掃描，其中電子束自左到右的水平掃描叫行掃描的正程，自右回到左的水平掃描叫行掃描的逆程。電子束作垂直方向的掃描叫場掃描，其中沿垂直方向自上而下的掃描叫場掃描的正程，沿垂直方向自下而上的掃描叫場掃描的逆程。電子束在掃描的正程時間傳送和重現圖像，而掃描逆程只為下次掃描正程作準備，不傳送圖像內容。因此電子束掃描正程時間長，逆程時間短，并且掃描逆程時不能在屏上出現掃描線(回掃線)，要設法消隱掉。在電視技術中，電子束的行掃描和場掃描是同時進行的，即電子束在水平掃描的同時也要進行垂直掃描。由于行掃描速度遠大

26、于場掃描的速度，因此在熒光屏上看到的是一條一條稍向下傾斜的水平亮線形成的一片均勻亮度，這稱為光柵，如圖1-8所示。從圖1-8中可以看出，電子束在垂直方向從A到B完成一幀掃描。即為幀掃描正程，再從B回到A準備開始下一幀掃描的過程，即為幀掃描逆程。由于幀掃描逆程時間遠大于行掃描周期，所以從B回到A的掃描軌跡不是一條直線，而是進行了多次掃描，如圖1-9所示。一幀圖像的傳送和重現是靠電子素經過行、場均勻掃描完成的。而電子束要完成掃描任務，必須依靠偏轉磁場。在顯象管中，電子束的掃描，就是由其管頸上的兩種偏轉線圈所產生的磁場作用而實現的。兩偏轉線圈分別通入線性鋸齒波電流，產生線性變化的磁場，從而控制電子束

27、作水平和垂直方向的掃描，如圖1-10所示。其中使電子束作水平方向掃描的偏轉線圈叫行偏轉線圈，使電子束作垂直方向掃描的偏轉線圈叫場偏轉線圈。在電視技術中，每秒鐘傳送25幀圖像就可以達到傳送活動圖像的目的，即幀頻？z=25Hz。但是逐行掃描存在這樣一個問題，如果每秒傳送25幀圖像，則會有閃爍感；如果每秒傳送50幀圖像，雖然可克服閃爍感，卻使電視信號所占頻帶太寬，使電視設備復雜化，且在一定電視波段范圍內使可容納的電視臺數目減少。因此，電視廣播不采用逐行掃描方式，而采用隔行掃描方式。圖1-9 幀逆程掃描圖1-10水干市小亡住(a)僅有水平掃描時的基線及與之相對應的波形;(b)僅有垂直掃描時的基線及與之

28、相對應的波形1.1.2 隔行掃描隔行掃描就是把一幀圖像分為兩場來掃描。第一場掃描1,3,5,一等奇數行，形成奇數場圖像；然后，進行第二場掃描時，才插入2,4,6,一等偶數行，形成偶數場圖像。（a） 奇數場;奇數場和偶數場圖像鑲嵌在一起，由于人眼的視覺暫留特性,圖1-11所示。圖1-11 漏打扎描（b）偶數場；（c）嵌套后的一幀圖像看到的是一幅完整的圖像，如25Hz,場頻為fH=25X 625=156 MHz ),對采用隔行掃描，如果每秒傳送25幀圖像，每秒則掃描50場，即幀頻為50Hz,由于人眼每秒依次看到50幅畫面，不會有閃爍的感覺。我國電視規定：幀頻為25Hz,一幀圖像分625行傳送，所以

29、行掃描頻率為625Hz。隔行掃描電子幀頻較低，電子束掃描圖像時所占的頻帶寬度較窄（約電視設備要求不高，因此，它是目前電視技術中廣泛采用的方法。否則會降低圖像清晰度，甚至隔行掃描的關鍵是要保證偶數場正好嵌套在奇數場中間,我國電視規定為每幀出現并行現象。要保證隔行掃描準確，每幀掃描行數一般選擇為奇數。625行，一場要掃312.5行。這要求奇數場掃描正程結束于最后一行的半行，偶數場掃描正程則起始于屏幕最上邊的中央處，從而保證相鄰兩場的掃描線不重合。1.1.3 我國廣播電視掃描參數我國廣播電視采用隔行掃描方式，其主要掃描參數如下：行周期Th=64s；行頻fH=15625Hz;行正程tsh=52s；行逆程Trh=12s；場周期Tv=20ms；場頻fV=50Hz;場正程Tsv=287Th+20（科s）=18.388ms=18.4ms；場逆程Trv=25Th+12（科s）=1.612ms=1.6ms；幀周期tz=40ms；每幀行數Z=625行（其中：正程575行）；幀頻fz=25Hz;每場行數312.5行（其中：正程287.5行）