电视基础知识

图1―1 无线电语音广播原理图
电视广播有开路与闭路之分。开路系统,即无线电 视广播系统,其原理与语音广播类似,但无论是发端还是 收端,都远比语音广播复杂。
闭路电视系统所不同的只是传送电视信号由同轴 电缆完成而已。
图1―2 无线电视广播系统原理方框图
1.1.1 像素的概念 像素的传送具有以下两个特点: 第一是要求传送速度快。 第二是传送要准确。
图1―9 偏转线圈结构示意图 (a)行偏转线圈; (b)场偏转线圈
图1―10 扫描电流与重现图像的关系 (a)线性扫描,图像无失真; (b)行扫描非线性,产生左伸、右缩的非线性失真; (c)场扫描非线性,产生上拉、下压的非线性失真
图1―11扫描电流幅度不足时产生的失真 (a)行扫描幅度小;(b)场扫描幅度小
槽脉冲和均衡脉冲等叠加,即构成黑白全电视信号,通常 也称其为视频信号,其波形如图1―18所示。
图1―18 黑白全电视信号
各脉冲的宽度为:行同步4.7μs;场同步 160μs(2.5H(行));均衡脉冲2.35μs;槽脉冲4.7μs;场消隐脉 冲1612μs;行消隐脉冲12μs。
2.全电视信号的频谱
D光源:相当于白天平均照明光。 E光源:是一种理想的等能量的白光源。
图1―24 标准白光源的光谱
1.3.2 视觉特性 1. 相对视敏曲线 物质有选择地吸收、反射或透射不同波长的光,是
物体固有的物理特性,它决定了该物体的颜色;而人们感 觉到光的亮度和光的颜色却是人的眼睛的生理结构特 点所造成的。
令m=R+G+B,则r、g、b分别为
r R m
gG m
b B m
(1―9)
因为R、G、B三个色系数的比例关系与r、g、b的 比例关系相同,所以它们都可以表示同一彩色的色度,且
rgb R G B 1 mmm
(1―10)
由于r、g、b三者之和为1,所以只要知道其中两个 的值,就可由式(1―10)确定第三个的值。因此,只要选两 个三基色相对系数,就可用二维坐标表示各种彩色光的 色度。RGB色度图就是在r—g直角坐标系数中表示各 种彩色光色度的平面图,如图1―29所示。
扫描,直到最下面的中点a为止,共计 5 1 行,完成了第一
场正程扫描。
2
第二场(偶场),扫描从a′点开始,先完成第一场扫描 留下的半行a′—11′行的扫描,接着完成2—2′,4—4′,…等 偶数行的扫描。
1.2 黑白全电视信号
1.2.1 主体信号——图像信号 1. 图像信号及其特征 图像信号是由摄像管将明暗不同的景像转变而得
图1―15 复合同步与复合消隐信号 (a)复合同步信号;(b)复合消隐信号; (c)复合同步与复合消隐信号
2. 复合消隐信号 3.槽脉冲和均衡脉冲 图1―15(a)告诉我们,行同步脉冲与场同步脉冲具有 相同的幅度,不同的宽度,因而分离行、场同步脉冲的方 法一般是借助于宽度分离电路——微分与积分电路的 组合,如图1―16所示。
经预失真校正(常称为γ校正),重现亮度Bd则为
Bd Kd ugk Kd (u01/ ) Kd K0B0 KB0 (1―3)
1.1.3 电子扫描
1. 逐行扫描
在电视系统中,摄像管和显像管的外面都装有偏转 线圈,当线圈中分别流过如图1―7所示的行、场锯齿波 扫描电流时就会产生相应的垂直方向与水平方向的偏 转磁场,在这两个磁场的共同作用下,使电子束作水平与 垂直方向的扫描运动。
(1―4)
1.2.2 辅助信号 1.复合同步信号 电视系统中,收、发扫描必须严格同步,即收、发扫
描对应的行、场起始和终止位置必须严格一致,否则就 会出现画面失真或不稳定现象。图1―14(a)为发端图像, 图(b)为相位不同步的情况。
图1―14 相位不同步产生的失真 (a)发端图像; (b)收端失真图像
(2)在不同的环境亮度下,同样的亮度,给人的主观亮 度感觉却完全不同。
(3)当人眼适应于不同的平均亮度后,可分辨的亮度 范围也不相同。
3. 人的彩色感觉
锥状细胞又分为三类,分别称为红敏、绿敏和蓝敏。 如果某束光线只能引起某一种光敏细胞兴奋,而另外两 种光敏细胞仅受到很微弱刺激,我们感觉到的便是某一 种色光。
的电信号。 由图1―13可见,图像信号具有如下特征: (1)含直流,即图像信号具有平均直流成分,其数值确
定了图像信号的背景亮度。
(2)对于一般活动图像,相邻两行或相邻两帧信号间 具有较强的相关性。
2. 图像信号的基本参量 亮度、对比度和灰度是电视图像转换中三个十分重 要的参量。图像质量的好坏,可由它们给予完整的描述。 所谓亮度,通常是指单位面积的光通量。 亮度常以B表示,光通量的单位是烛光(cd),亮度的单 位是尼特(nit)或熙提(sb),它们之间的关系是:
图1―3 顺序传送像素示意图
1.1.2 光电与电光变换 电视图像的传送,在发端是基于光电转换器件,在收
端是基于电光转换器件。实现这两种转换的器件分别 称为摄像管和显像管。
1. 摄像管与光电转换 图1―4为光电导摄像管,属电真空器件。它主要由 镜头、光电靶、聚焦线圈和偏转线圈组成。其工作原 理如下所述。
图1―20 各辅助脉冲信号的频谱
图1―21 全电视信号频谱示意图
1.3 彩色的基本概念
1.3.1 彩色和光密不可分 1.可见光的特性 光学理论告诉我们,光是一种以电磁波形式存在的
物质,人眼可以看见的光叫可见光,它是波长范围为 380nm到780nm之间的电磁波,如图1―22所示。
图1―22 电磁波波谱及可见光光谱
1.3.3 彩色三要素和三基色原理 1.彩色三要素 对于彩色光通常可由亮度、色调和色饱和度三个
物理量来描述,这三个量常被称为彩色三要素。 2.三基色 三基色原理告诉我们: (1)三基色必须是相互独立的,即其中任一种基色都
不能由另外两种基色混合而产生。 (2)自然界中的大多数颜色,都可以用三基色按一定
2. 隔行扫描
所谓隔行扫描,就是在每帧扫描行数仍为625行不 变的情况下,将每帧图像分为两场来传送,这两场分别称 为奇场和偶场。奇数场传送1,3,5,…奇数行;偶数场传送 2,4,6,…偶数行。
图1―12 隔行扫描光栅及电流波形 (a)每帧光栅;(b)行扫描电流波形;(c)场扫描电流波形
第一场(奇场),从左上角开始按1—1′,3—3′,…顺序
从电视角度看,可见光有如下特性: (1)可见光的波长范围有限,它只占整个电磁波波谱 中极小的一部分。
(2)不同波长的光呈现出的颜色各不相同,随着波长 由长到短,呈现的颜色依次为:红、橙、黄、绿、青、蓝、 紫,见图1―22。
(3)只含有单一波长的光称为单色光;包含有两种或 两种以上波长的光称为复合光,复合光作用于人眼,呈现 混合色。
1nit 1cd / m2 1sd 1cd / m2
图1―13图像信号 (a)正极性亮度递减信号; (b)负极性亮度递减信号; (c)一般的负极性图像信号
由于1m2=104cm2,所以
1sb=104nit
对比度是客观景物最大亮度Bmax与最小亮度Bmin 之比。当以K表示对比度时,有
K Bmax Bmin
图1―16同步分离原理框图及波形 (a)分离电路原理图; (b)各点波形
图1―17 复合同步脉冲及积分结果 (a)复合同步信号;(b)积分输出波形; (c)加有均衡脉冲的复合同步信号; (d)加有均衡脉冲后的积分器输出波形
1.2.3 黑白全电视信号 1.全电视信号波形 将以上介绍的图像信号、复合同步、复合消隐、
予以说明,如图1―27所示。
图1―27 色度三角形
1.3.4 计色制及色度图 1.配色实验 配色实验可通过比色来进行,示意图如图1―28
所示。
从基色调节装置上分别读出各个基色的数量,由此 可写出配色方程式
F=R(R)+G(G)+B(B)
(1―6)
图1―28 配色实验示意图
对于等能白光,R=G=B=1,即
图1―4 光电导摄像管
图1―5 光电转换原理示意图
2. 显像管与电光转换
如图1―6所示,在接收端重现图像的是显像管。显 像管也是电真空器件,主要由电子枪、荧光屏、偏转线 圈等组成。其工作原理如下。
这里需要说明的是:对于摄像管来说,光电转换特性 可近似认为是线性的;而显像管电光转换特性则是非线 性的。显像管的显示亮度(以Bd表示),与其栅、阴极间 电压(以ugk表示)的γ次方成正比例,即:
所谓频谱,就是电信号的能量按频率分布的曲线。 全电视信号的频谱,应是它所包含的主体信号(图像信号) 与辅助信号的频谱之和。
图1―19 图像信号的频谱
归纳起来,图像信号的频谱具有如下特征: (1)以行频及其谐波为中心,组成梳齿状的离散频谱。 (2)随着行频谐波次数的增高,谱线幅度逐渐减小。 (3)实践证明,无论是静止或活动图像,围绕行谱线分 布的场频谐波次数不大于20(即图1―19中m≤20)。按 m=20计算,各谱线群所占频谱宽度仅为 2m×fv=20×20×50=2kHz,相邻两主谱线间距为 15.625kHz,可见各群谱线间存在着很大的空隙。
图1―7逐行扫描电流波形 (a)行扫描电流波形; (b)场扫描电流波形
由于在图1―7所示的锯齿波电流作用下,电子束产 生自左向右、自上而下,一行紧挨一行的运动,因而称其 为逐行扫描。
(1)电子束偏转的基本原理。 (2)扫描电流的非线性对显示图像的影响。
图1―8 光栅形状 (a)只有行扫描; (b)只有场扫描; (c)行、场扫描同时存在
2. 人眼的亮度感觉 亮度感觉,即包括人眼所能感觉到的最大亮度与最 小亮度的差别及在不同环境亮度下对同一亮度所产生 的主观亮度感觉。
图1―25 相对视敏曲线
根据以上分析可以得出如下结论: (1)人眼可以感觉到的亮度范围虽然相当宽,但当眼 睛适应于某一平均亮度后,能分辨的亮度范围就比以主 观感觉“亮”与“暗”为界的范围缩小了。