电视原理PPT1

第1章广播电视的基本知识第1章广播电视的基本知识1.1图像光电转换的基本过程1.2电视扫描原理1.3重现电视图像的基本参量1.4全电视信号1.5电视信号的发送习题一第1章广播电视的基本知识1.1电视广播的基本过程如图1-1所示。第1章广播电视的基本知识图1-1电视广播过程双工器图像调制伴音调制视频信号放大同步信号发生器音频信号放大接收机公用通道视频信号放大音频信号放大扫描电路摄像管话筒发送天线接收天线显像管扬声器第1章广播电视的基本知识1.1.1像素及其传送一幅图像所包含的40多万个像素是不可能同时被传送的，它只能是按一定的顺序分别将各像素的亮度变换成相应的电信号，并依次传送出去；在接收端则按同样的顺序把电信号转换成一个一个相应的亮点重现出来。只要顺序传送速率足够快，利用人眼的视觉暂留效应(即视觉惰性)和发光材料的余辉特性，人眼就会感觉到是一幅连续的图像。这种按顺序传送图像像素信息的方法，是构成现代电视系统的基础，并被称为顺序传送系统，图1-2是该系统的示意图。第1章广播电视的基本知识图1-2图像顺序传送系统示意图传输通道光电元件板电光元件板CBAS1S2C1B1A1第1章广播电视的基本知识图像顺序传送系统的工作过程如下：首先，将要传送的某一光学图像作用于由许多独立的光电元件所组成的光电板上，这时，光学图像就被转换成由大量像素组成的电信号，然后经过传输通道送到接收端。接收端有一块可在电信号作用下发光的电光板，它可将电信号转换成相应的光学图像信号。在电视系统中，将组成一帧图像的像素，按顺序转换成电信号的过程，称为扫描过程。图1-2中的S1、S2是同时运转的，当它们接通某个像素时，那个像素就被发送和接收，并使发送和接收的像素位置一一对应。在实际电视技术中是采用电子扫描装置来代替开关S1、S2第1章广播电视的基本知识1.1.2光电转换原理1.光电导摄像管的结构如图1-3（a）所示，它主要由第1章广播电视的基本知识图1-3(a)摄像管的结构；(b)图像信号产生的过程信号电极板光电靶…聚焦线圈偏转线圈校正线圈聚焦极阴极控制极加速极RL信号输出光信号E123光线信号电极板光电靶电阻RR1R3图像信号输出黑UCO白电回路RLEO电子束电子枪阴极i(b)(a)CR2…第1章广播电视的基本知识光电靶：在摄像管前方玻璃内壁上镀上一层透明金属膜作为光的通路和电信号输出电极，称之为信号电极板，在信号电极板（即金属膜）后面再敷上一层很薄的光电导层，称之为光电靶。电子枪：电子枪由灯丝、阴极、控制栅极、加速极、聚焦极等组成。从图1-3（b）可以看出，当电子束射到光电靶上某点时，便把该点对应的等效电阻R（即图中的R1，R2，R3，…）接入由信号电极板、负载电阻RL、电源E和电子枪阴极构成的回路中，于是回路中便有电流i产生。电流i的大小与等效电阻R有关，RREiL第1章广播电视的基本知识（1）被摄景象通过摄像机的光学系统在光电靶上成像。（2）光电靶是由光敏半导体材料制成的。这种材料的电阻值会随光线强弱而变化，光线越强，材料呈现的电阻值越小。（3）由于被传送光图像各像素的亮度不同，因而光电靶面上各对应单元受光照强度也不同，导致靶面各单元电阻值就不一样。第1章广播电视的基本知识（4）从摄像管的阴极发射出来的电子，在摄像管各电极间形成的电场和偏转线圈形成的磁场的共同作用下，按一定规律高速扫过靶面各单元，如图1-3（b）所示，当电子束接触到靶面某单元时，就使阴极、信号电极、负载、电源构成一个回路，在负载RL中就有电流流过，而电流的大小取决于光电靶面上对应单元阻值的大小。综上所述，可得如下结论：当组成被摄景象的某像素很亮时，在光电靶上对应成像的单元所呈现的电阻值就很小，电子束扫到该单元时出现的对应电流i就很大，这样，摄像机输出的图像信号电压就很小；反之，如果组成被摄景象的某像素很暗时，在光电靶上对应成像的单元所呈现的电阻值就很大，电子束扫到该单元时出现的对应电流i就很小，这样，摄像机输出的图像信号电压就很大。第1章广播电视的基本知识2.图像的重现是依靠电视接收机的显像管来完成的。显像管的任务是将图像电信号转换为图像光信号，完成电到光的转换。显像管是利用荧光效应原理制成的。所谓荧光效应，是指某些化合物在受到高速电子轰击时表面能够发光，并且轰击的电子数量越多、速度越高，则发光越强。显像管主要由电子枪及荧光屏等几部分组成。第1章广播电视的基本知识1.21.2.1行扫描和场扫描显像管中的电子扫描是这样实现的：在显像管的管颈上，装有两种偏转线圈，一种叫行偏转线圈,另一种叫场偏转线圈。设在行偏转线圈里通过的锯齿波电流如图1-4（a）所示，此电流的幅度随所选用的显像管和偏转线圈而异。从图1-4（a）、（b）可以看出：当通过行偏转线圈的电流线性增长时（t1～t2），电子束在偏转磁场的作用下，开始从左向右作匀速运动，这段运动过程所对应的时间叫做行扫描的正程，用TSH表示（需要的时间约为52μs）。第1章广播电视的基本知识图1-4(a)行扫描锯齿波电流；(b)仅有行扫描时，荧光屏上呈现一条水平亮线；iYHt1o左t2t3右TSH52sTH64s左tTRH12s左右52s左右12s行扫描正程行扫描逆程(a)(b)第1章广播电视的基本知识TV20ms18.4msTSVot1t2t3t下上下场扫描正程场扫描逆程上下18.4ms1.6ms(c)(d)TRV1.6ms上图1-4(c)场扫描锯齿波电流；(d)仅有场扫描时，荧光屏上呈现一条垂直亮线第1章广播电视的基本知识1.2.2所谓逐行扫描，就是电子束自上而下逐行依次进行扫描的方式。如图1-5（a）所示第1章广播电视的基本知识图1-5(a)场正程光栅；(b)场逆程光栅；(c)行扫描锯齿波电流；(d)场扫描锯齿波电流(a)(b)行扫描逆程行扫描正程bdage1110hfdac123456789iYH1234567891011hfd左o右TRHTSHTHiYVTSVTRVtto(c)(d)bacega第1章广播电视的基本知识以上所述是利用逐行扫描方式来传送一帧图像的情况。只要每帧图像的扫描行数在500行以上，就能保证足够的清晰度。如果只传送一帧静止图像，就像幻灯片一样，那么情况就比较简单。而实际上图像是活动的，如何来传送活动的图像呢？我们知道，电影胶带上内容相关的每幅画面是不动的，但若以24幅每秒的速度播放，由于人眼的视觉惰性，就会感到银幕上的图像是连续活动的。受电影技术的启发，在电视技术中也采用类似的方式，每秒钟传送25帧图像就可以达到传送活动图像的目的，即帧频fZ=25Hz。第1章广播电视的基本知识但是逐行扫描方式存在一个问题：如果每秒传送25帧图像，人眼看上去还很不舒服，存在着闪烁的感觉（因为临界闪烁频率约为45.8Hz）；如果每秒传送50帧，虽然可以克服闪烁感，却又会使电视信号所占用的频带太宽（具体原因参见1.3.2节），其结果导致电视设备复杂，并使有限的电视波段范围内可容纳的电视台数量减少。因此，目前广播电视系统一般不采用这种逐行扫描方式。第1章广播电视的基本知识1.2.3隔行扫描就是把一帧图像分成两场来扫描。第一场扫描1，3，5，…等奇数行，形成奇数场图像，然后进行第二场扫描时，才插进2，4，6，…等偶数行，形成偶数场图像。奇数场和偶数场快速地均匀相嵌在一起，利用人眼的视觉暂留特性，人们看到的仍是一幅完整的图像。隔行扫描的行结构要比逐行扫描的复杂一些。下面以每帧9行扫描线（Z=9）为例来说明隔行扫描光栅的形成过程。为简化起见，行、场逆程扫描时间均忽略不计，如图1-6所示。第1章广播电视的基本知识图1-6(a)第一场；(b)第二场；(c)两场相嵌；(d)行、场扫描电流波形iYH135792468t行扫描波形1357924681iYVoo第一场abb第二场dt场扫描波形baac2468cd(a)(c)a13579b(b)abcd1′3′5′7′9′2′4′6′8′246813579b′b′(d)第1章广播电视的基本知识不引起人眼闪烁感觉的最低重复频率，称为临界闪烁频率。临界闪烁频率f与很多因素有关，其中最主要的是光脉冲亮度B。对于电视屏幕来讲，它们之间的关系可用以下经验公式近似表示：f=9.6lgB＋26.6式中，亮度B的单位为尼特(nit)，临界闪烁频率f的单位为Hz。当B=100nit时，f=45.8Hz。显然，随着亮度B的提高，临界闪烁频率f的值也将提高。此外，观看者到屏幕的距离以及环境条件等，也都对临界闪烁第1章广播电视的基本知识目前，大屏幕电视机的屏幕亮度可以做得很高，屏幕的最高亮度可以超过100nit，此情况下临界闪烁频率值就已超过了50Hz场频，这样在屏幕过亮时，人眼还是会出现闪烁的感觉。所以，近年来国内就有生产厂商推出了场频为100Hz（远高于临界闪烁频率值）的所谓“不闪烁的电视”。我国现行的广播电视标准规定：帧频为25Hz，一帧图像分625行传送，所以行扫描频率为fH=25×625=15625Hz。隔行扫描方式的帧频较低，电子束扫描图像时所占的频带宽度较窄（约6MHz），对电视设备要求不高，因此，它是目前电视技术中广泛采用的方法。第1章广播电视的基本知识隔行扫描的关键是要保证每帧图像的偶数场正好嵌套在奇数场中间，否则会降低图像清晰度。要保证隔行扫描准确，每场扫描行数一般选择为奇数。从理论上讲是可以为偶数的。但要实现每场扫描的总行数为偶数的隔行扫描方式，奇、偶两场扫描锯齿波电流就必须有所不同，如图1-7所示。从图1-7中可以看到，偶数场与奇数场扫描电流振幅相差ΔiV，当奇数场扫描结束时，电流并不下降到零而是保持一定数值ΔiV第1章广播电视的基本知识图1-7总行数为偶数的隔行扫描方式12345678总行数为偶数的光栅奇数场偶数场奇数场iYViV第1章广播电视的基本知识1.2.4我国广播电视采用隔行扫描方式，其主要扫描参数如下：行周期：TH=64μs；行频：fH=15625Hz行正程：TSH=52μs；行逆程：TRH=12μs场周期：TV=20ms；场频：fV=50Hz场正程：TSV=18.4ms；场逆程：TRV=1.6ms帧周期：TZ=40ms；每帧行数：Z=625行（其中：正程575行，逆程50行）；帧频：fZ=25Hz；每场行数：312.5行（其中：正程287.5行，逆程25行）。第1章广播电视的基本知识1.31.3.1亮度、1.亮度就是人眼对光的明暗程度的感觉。度量亮度的单位为尼特（nit）。尼特定义为在一平方米面积内具有一烛光（cd）的发光强度，即1nit=1cd/m2。电视屏幕的亮度就是指在电视屏幕表面的单位面积上，垂直于屏面方向所给出的发光强度。式中:B表示亮度，I表示发光强度，S表示单位面积。SIB第1章广播电视的基本知识亮度是用来表示发光面的明亮程度的。发光面的发光强度越大，发光面的面积越小，则看到的明亮程度越高，即亮度越大。电视机荧光屏的亮度一般可以达到100nit左右。光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量称为发光强度，简称光强。光强代表了光源在不同方向上的辐射能力。光强的单位为坎德拉（candela），又称烛光，符号为cd。第1章广播电视的基本知识光通量是度量光的功率的物理量，是按人眼的光感觉来度量的辐射功率，其通用单位为流明（lumen），简写为lm。实验表明：波长为555nm的单色光（绿光），辐射功率为1W时所产生的光通量恰好为680lm。又如，一个40W的普通白炽灯泡产生的总光通量约为468lm，而一个40W的普通日光灯可以输出2100lm的光通量。某光源所产生的光通量（lm）与其辐射功率（W）之比，称为该光源的发光效率。上例中，一个40W的日光灯产生2100lm的光通量，其发光效率为：η=2100/40=52.5lm/W；而一个40W普通白炽灯泡的发光效率仅为：η=468/40=11.7lm/W。第1章广播电视的基本知识2.客观景物的最大亮度与最小亮度之比称为对比度，通常以K表示。对于重现的电视图像，其对比度不仅与显像管的最大亮度Bmax和最小亮