现代电视机原理

现代电视机原理实验室谭三牛2007.01.26内容•模拟电视机原理和电路框图•LCD成像原理•LCD电视机电路模块•数字电视机原理与数字电视系统介绍•数字电视机与模拟电视机电路上的区别•电视机接口介绍•常见测试图像所测试的性能模拟电视机原理和电路框图•R.G.B三基色原理•视觉惰性原理•行频和场频•逐行和隔行•彩色制式PAL.NTSC.SECAM•清晰度•电视机电路框图R.G.B三基色原理R（ed红色）、G（reen绿色）、B（lue蓝色）可以组成自然界中绝大部分颜色。画家的7种（赤、绿、黄、橙、蓝、靛、紫）颜色的调色板就是根据几种基本的颜色来调出他们所需要的颜色效果。白色和黑色从光谱学上来讲，白色是所有颜色的混合，黑色是吸收了所有的光线。电视广播接收系统由于成像、传输和还原的需要，只选用R、G、B三种颜色。大大简化了彩色图像的信号结构和设备结构。用三元色混配重现彩色的方法称为相加混色法。相加混色法有如下几种：品红青黄红绿蓝直接相加混色篮绿红篮节距红、绿、蓝－三基色；青、紫、黄－三补色空间相加混色相加混色法•实际混色：将红、绿、蓝三基色光同时投射到白色屏幕上，屏幕反射光的视觉已是三基色真正混合在一起。如CRT背投电视机的混色。•空间混色:红、绿、蓝三个发光点，当它们靠得很近，人眼不能分辩时，这三个发光点便在人眼中产生混色效应。如CRT、LCD、PDP的混色。•时间混色：将红、绿、蓝三基色光按一定比例轮流投射到同一屏幕上，只要交替的速度足够快，由于人眼的视觉暂留特性，产生的视觉与三基色直接混合时相同。•由此，彩色电视系统把传送成千上万、瞬息万变彩色这一任务，简化为传送三个信息。由红、绿、蓝三个子像素组成一个像素像素矩阵(行×列）平板显示器的象素结构列行象素视觉惰性原理由于人眼对光线的反应有一定的时间过程，人眼的主观亮度感觉不能瞬间建立瞬间消失，而会滞后一段时间，称为视觉惰性。光对人眼的刺激大于45.8Hz时，人眼不再有闪烁感（100cd/m2），日光灯发光频率是100HZ，我们感觉到它发出的光是连续的。如果一秒钟变换16张动作连贯的画面，那么我们就会认为画面是运动的，我们以前拍电影，就是在一秒钟的时间内拍摄24张图画。这是因为人眼对黑白细节分辨能力强，对彩色细节分辨能力低。对静止画面分辨能力强，对运动画面分辨能力低。所以彩色电视系统只需重现彩色视觉，不必恢复彩色光谱。•彩色视觉的三个基本参量亮度（亦称明度）：光作用于人眼时所引起的明暗程度的感觉。色调：彩色光的颜色类别，如红色、绿色、蓝色。饱和度：彩色的深浅程度（或浓度）。饱和度越高，说明光的颜色越深，如深红、深绿。高饱和度的色光可以因掺入白光而冲淡。如浅红、浅绿。行频和场频行、场的概念：行就是屏幕上从左到右的水平扫描直线，行频就是一行扫描线所用时间的倒数。也就是一秒掃描的行數。场就是屏幕从上到下，扫描线从屏幕左上方起始到屏幕右下方结束所用的时间的倒数就是场频。也就是一秒可以掃描多少場。12345678910111213逐行和隔行1234567891011121312345678910111213逐行扫描(progressive)隔行扫描(interlace)黑色—奇数场红色—偶数场彩色制式PAL.NTSC.SECAM制式－规定电视信号的处理方式电视制式包括传送图像的帧频、每帧扫描行数、每秒扫描场数、扫描方式、信道频带宽度、亮度信号与色度信号的频谱结构、伴音信号的处理方式等。传统模拟电视广播制式主要有以下三种：①NTSC(NationalTelevisionsystemCommittee)制称为“正交平衡调幅制”，美、日、加等国采用。②PAL(phaseAlternationLine)制称为“逐行倒相正交平衡调幅制”。中、德、英等国采用。③SECAM(sequentialcolourandmemorysystem)制称为“顺序传送彩色与存储制”，又称为“行轮换调频制”。法、俄等国采用。三种制式主要区别是色度信号的调制方式不同。清晰度•清晰度最直接的表現形式就是屏幕的掃描線數。NTSC彩色制式的掃描線數是525/60i，PAL制是625/50i.普通DVD的線數是480線。隨著逐行電視機的出現，電視機的清晰度是越來越高，SDTV和HDTV標志著電視機可以實現多種清晰度，使畫面的質量有很大的提高。•點距（LCD、PDP）电视机电路框图•接收天线高频头中放/视频解调/伴音鉴频视频解码伴音功放音效处理行、场扫描电路RGB基色放大MCU回扫变压器(FBT)开关电源~AC220V各种直流行扫阳极高压场扫38MVIDEOAUDIO变频（中频信号）视频信号音频信号50HzCRT电视接收机的电路结构(1)高频调谐器从天线接收的电信号中选出所需频道的高频电视信号，经放大、混频，获得中频电视信号（频带搬移）（图像中频：38MHz、伴音第一中频31.5MHz—中国)。(2)中放/视频解调电路放大中频电视信号,并从中频信号中解调出视频电视信号(video)和第二伴音中频(6.5MHz)信号（audio)。(3)色度解码/亮度处理/基色运算电路分离并解调出色差信号及亮度信号Y.U.V(即亮度、蓝色差、红色差信号）。最后由Y.U.V经基色运算矩阵产生基色信号R.G.B。(4)基色放大电路放大RGB基色信号，驱动显象管阴极，在荧光屏上显示出电视图像。(5)行、场扫描电路产生锯齿波形行、场扫描电流，分别加在行、场偏转线圈上。扫描分逐行扫描与隔行扫描，如下图所示。(6)伴音解调从6.5MHz伴音中频解调（鉴频）出音频信号。(7)音效处理与伴音功放模仿立体声、音乐厅、广场声音效果。经功放推动扬声器放音现行彩色电视制式的缺点•现行彩色电视制式的缺陷1）图像的清晰度低，细节分辨力差。2）画面存在各种串扰，如亮－色、色－色之间的串扰。3）存在并行、行蠕动、行间闪烁、大面积闪烁等。4）模拟制式不利于信息传输、存储、处理和节目交流。5）存在微分相位和微分相位失真，色彩欠柔和。6）图像显示面积不够大，缺少临场感和逼真感。产生缺陷的原因•产生这些缺陷的原因1）采用复合信号传输，亮－色分离措施不完善造成各种串扰。2）采用窄带传送色度信号，只能传送大面积彩色。彩色细节存在失真。3）采用隔行扫描，造成图像垂直清晰度下降和一系列隔行效应，如行蠕动、行间闪烁、运动图像垂直边沿模糊等。4）选用的行场扫描频率低，大屏幕行结构线粗糙消除现行模拟电视缺陷的方法为了消除现行模拟电视由于低场频和隔行扫描方式造成的图像缺陷，可采用以下主要措施：•提高扫描频率，克服图像显示的闪烁感场频由50Hz提高到60Hz、75Hz、100Hz、120Hz等。行频由15.625KHz/15.734KHz提高到3３·７５KHz（归一化）。再依靠数字化处理电路的计算功能，对现行模拟图像信号进行数字化、去隔行处理，计算生成新的内插象素信号。然后按高扫描行频和帧频输出给显示器，克服图像的闪烁缺陷。•采用逐行扫描方式，克服行间闪烁及爬行、并行、运动图像的场差效应等缺陷。将经过去隔行处理后的一帧完整图像信号，按逐行扫描方式输出显示。消除现行模拟电视缺陷的方法•去隔行处理利用“插补技术”补上摄像时“丢失”的象素才能做到倍行与倍场频扫描显示。当图像是运动画面时，在去隔行的处理过程中，需进行“运动补偿”。根据物体在画面上的运动情况，依据电视信号行场的相关性，计算出当前插入行（及插入场）的象素数据，补上原摄像机隔行扫描所丢失的象素，形成逐行扫描的象素信号。运动补偿的算法较多，且还在不断完善。•比例缩放处理－形成多种显示格式为了适应多种扫描输出方式，还要对经过去隔行、运动补偿处理后的图像数据，进行插补、抽选缩放处理，形成625行/100i、525行/120i、1250行/50i、833行/75i、525行/60P、625行/50P等隔行(i)逐行(p)多种画面输出格式消除现行模拟电视缺陷的方法•视频信号增强处理－改善画面质量数字降噪：减少视频信号背景噪声，提高图像信号的信噪比。亮度信号峰化处理：形成一定的轮廓效应，改善亮度信号频率特性。数字亮度信号瞬态改善和色度信号瞬态改善：增大信号上升沿和下降沿的陡峭程度，使图像边缘清晰、亮暗分明。黑电平延伸：让灰暗电平图像信号向黑电平方向延伸扩展，以改善图像对比度。亮度和对比度控制：调整亮度信号的幅度来调整图像对比度和平均亮度，补偿某些低劣视频信号源的不足。色调和色饱和度控制：对NTSC制色度信号色调进行调整，对NTSC制及PAL制色度信号进行饱和度调整，更好满足用户喜好变频电视接收机原理框图高频头中放/视频解调/伴音鉴频视频解码伴音功放音效处理行、场扫描电路隔行/逐行处理，显示格式变换MCU回扫变压器(FBT)开关电源~AC220V各种直流行扫阳极高压场扫38MVIDEOAUDIORGB基色放大帧存储器预视放&行场处理变频电视接收机原理框图接收天线高频头中放/视频解调/伴音鉴频视频解码伴音功放音效处理隔行/逐行处理，显示格式变换MCU开关电源~AC220V各种直流38MVIDEOAUDIO帧存储器平板显示器件LCD、PDP、DLPRGB变频扫描电视的电路结构ADCRGB/YUV隔行逐行转换，帧频变换，扫描格式变换,画质瞬态改善，同步驱动SDRAM驱动电路色度解码HDMI接收器调谐器中放、视频解调与鉴频音频AMPCVBSPC接口(RGB)YUVYCrCbYUVYC/YCrCbHDMI接口（高清数字多媒体接口）MCUE2PROM按键控制RS-232接口PC机调试I2CCRT变频扫描模式•100Hz隔行（倍场频）模式•1250数字增密模式•75Hz隔行•60Hz逐行消除了画面闪烁，但行扫描线、行抖动仍存在。625/100i消除了行扫描线、行抖动，但画面闪烁仍存在。1250/50i消除了画面闪烁，但行扫描线、行抖动仍存在。625（或833）/75i高档逐行（行频32K）消除了行扫描线、行抖动，同时也消除了画面闪烁。520/60pLCD成像原理LCD:LiquidCrystalDisplay•液晶是这样一种有机化合物，常温状态下，它具有类似于晶体的光学各向异性，且为粘稠的液体状，当继续加热时，则变成光学各向同性而透明的液体。所以液晶材料在常温条件下，呈现出既有液体的流动性，又有晶体的光学各向异性，因而称为“液晶”。它既不同于不能流动的晶体，也有别于光学各向同性的液体。称为物质的第四态－液晶态。液晶材料的“电－光效应•液晶的分子呈棒状，在外加电场作用下，液晶的分子的排列状态会发生变化。•这种由于外加电场的作用使液晶分子排列变化而引起液晶光学性质改变的现象，称为液晶的“电－光效应”。电场方向液晶分子（棒状）液晶分子排列受外加电场影响的情况（a）未加外部电场时（b）加有外部电场时液晶分子的排列取向当液晶被包含在两个槽状表面中间，且槽的方向互相垂直，则液晶分子的排列为：上表面分子：沿着a方向下表面分子：沿着b方向介于上下表面中间的分子：产生旋转的效应。因此液晶分子在两槽状表面间产生90度的旋转。液晶分子排列状态的改变可实现对透光率的控制液晶分子在偏光板间排列成多层，在不同层间，液晶分子的长轴沿偏光板平行平面连续扭转90°，入射光随液晶分子轴的扭曲而旋转射出。故称为扭曲向列型液晶显示器。当给液晶层施以某一电压时，液晶分子会改变它的初始排列状态而不扭转，因此经过液晶的光会被第二层偏光板吸收而整个结构呈现不透光的状态液晶的电－光控制特性0101009050%(a)液晶显示器的电光特性（常暗模式）UthUsat0101009050%（b）液晶显示器的电光特性（常亮模式）UthUsat液晶显示器的电光控制特性图中Uth—阈值电压（临界电压）；Usat—饱和电压光透过率光透过率控制电压控制电压偏光板的特性作用：将非偏振光（一般光线）过滤成偏振光。当非偏振光通过a方向的偏光片时，光线被过滤成与a方向平行的线性偏振光。上图：线性偏振光继续前进，通过第二片偏光片时，光线通过。下图：通过第二片时，光线被完全阻挡。将偏光板、槽状表面、液晶组合后产