电视原理第一章第1讲

主讲：宋怀波绪论1.1电视是上世纪最伟大的发明之一电视是迄今为止人类进行信息传播变革过程中影响最大的研究成果，是科学技术最先进研究成果的集合。电视将实际的或者记录的活动图像和伴音变换为电信号，通过电信系统传递至远处，即时重现原有信息。最简单的电视系统由以下三个部分组成：（1）光电转换、声电转换；（2）视频、音频信号的传输；（3）电光、电声转换。1.电视传像基本过程.swf2.电视传输过程.swf绪论尼普柯夫圆盘黑白电视彩色电视数字电视电视的发展一、电视技术的发展历程1.2电视的发展史19世纪末，少数先驱者设想并开始研究设计图像的传送技术。1873年英国科学家约瑟夫·梅发现硒元素的光电特性，为后来电视技术的的发明奠定了基础。1883年圣诞节（一说为1884年），德国电气工程师尼普柯夫（P.Nipkow）用他发明的“尼普柯夫圆盘”使用机械扫描方法，作了首次发射图像传送的实验。每幅画面有24行扫描线，图像相当模糊。1.2电视的发展史举例：风扇1923年，美籍俄国人兹沃尔金发明静电积贮式摄像管，后来又发明电子扫描式显像管，这是近代电视摄像术的先驱。V.K.Zworykin1939年前后使用电视显象管和摄像管1908年，英国肯培尔.斯文顿、俄国罗申克夫提出电子扫描原理，奠定了近代电视技术的理论基础。电视的诞生1925年，苏格兰发明家贝尔德用自行装置的机械电视设备，第一次将移动的图像传向远处的接收机现场。1925年10月2日，贝尔德用摄像机扫描了一个木偶的头部。他欣喜地发现，木偶的头部被闪烁不定地复制在他安置于另一间屋子的荧屏上。于是，他临时雇了一个小伙计坐在他的摄像机前，重复他的实验。这位名叫威廉.泰因顿的小伙子幸运地成为历史上第一个出现在电视上的人。1926年1月，贝尔德在伦敦皇家科学研究所首次示范电视技术。最早的电视广播最早的电视广播于1929年在伦敦开播，使用贝尔德建造的系统，引起轰动，是现代电视广播的雏形。现代彩色电视画面是由500至1000条以上的扫描线组合起来的，贝尔德的画面只有30条扫描线，并且是黑白两种颜色，画面非常模糊。世界上最早的电视台是1936年11月2日在伦敦郊外亚历山大宫建立的大众电视台。我国第一座电视台是1958年5月1日试运行的北京电视台，也是现在的中央电视台的前身。电视技术的发展电视技术本身：第一代——黑白电视（20世纪20年代）第二代——彩色电视（20世纪40年代）第三代——高清晰度电视（20世纪90年代）第四代——智能电视（21世纪初）信号处理技术：第一代：模拟电视第二代：数字处理电视第三代：数字电视电路工艺：第一代：电子管第二代：晶体管第三代：大规模集成电路传输媒介：单一的地面微波扩充到电缆、卫星、网络、无线移动功能覆盖：单一的活动图像广播扩充到数据广播、视频点播、收费电视、立体电视、多视点视频等1.3电视图像的彩色化美国是世界上最早播出彩色电视节目的国家。1953年，美国国家电视制式委员会提出NTSC制式。1954年美国全国广播公司、哥伦比亚广播公司，采用NTSC制式首次播出彩色电视节目。日本、加拿大分别于1957、1966年采用该制式播出。1956年，法国提出SECAM制式。1960年，联邦德国提出PAL制。1.3电视图像的彩色化3种彩色电视制式同时并存彩色电视机在哪国使用必须符合该国的黑白体制、彩色制式及频道划分，还要注意电源标准（有110伏/60赫与220伏/50赫之分），这样才能保证接收机安全可靠地接收到良好的彩色图像和伴音。目前世界上采用PAL制的国家最多。中国所采用的电视制式为PAL/D，国家标准为：每帧扫描625行，每秒25帧。1.4卫星广播电视的出现1962年，美国发射“电星一号”通信卫星，进行了横跨大西洋的电视节目传送实验，这是一颗低轨道卫星，使用起来受到许多限制。1963年，美国发射了世界第一颗同步通信卫星“同步二号”。1964年，国际通信卫星组织的第一颗商用通信卫星“国际通信卫星一号”启用，使世界正式进入了卫星通信时代，国际间进行电视节目的传送和转播成为现实。1969年7月20日阿波罗11号的整个登月过程就是通过卫星传送49个国家，有7.2亿人同时收看到了这个节目。1.5高清晰度电视(HDTV)电视画面同电影相比还显得很粗糙，这是因为目前构成电视画面的像素较少的缘故。因而，人们又研制出高清晰度电视。“高清晰度”指与现行电视相比，其水平和垂直方向的图象分辨率都要求提高一倍以上，使用大屏幕显示器近距离观看时，图象细腻逼真，无闪烁和粗糙感，并配以数字环绕音响伴音。采用16:9的宽高比作为世界标准。我国HDTV标准为1920×1080i，每帧图像有207万个像素。在HDTV的发展进程中，经历了一个由模拟向数字转化的过程。日本早在1985年就建立了1125线、每秒60帧的MUSE制式(全视频带宽30MHz)的HDTV。但却把精力放在完善模拟电视的清晰度，忽视了数字技术发展的大趋势。IEEE的MPEG专家组制订的MPEG-2标准和先进的数字通信技术，使得带宽高达20MHz的HDTV信号可以在6MHz左右的现行传输信道不失真地传送。美国的全数字高清晰度电视已达到实用化。1998年9月8日至12日，中央电视台利用我国研制成功第一套数字高清晰度电视系统试验发射了数字高清晰度电视节目，成为继美国、欧洲和日本之后世界上第四个拥有数字高清晰度电视地面广播传输系统的国家。国庆50周年庆典上，我国在北京试播了高清晰度数字电视，在技术标准上实现了美、欧两大阵容标准兼容。1.6.数字电视(DTV)数字电视(DTV)包括普及型数字电视(DPTV，352×288i，约300电视线)标准清晰度数字电视(SDTV，704×576i或720×480i，约500电视线，相当于DVD标准)高清晰度数字电视(HDTV，1920×1080i，约1000电视线)均采用MPEG-2/1数字压缩技术。标准清晰度电视的图像和伴音的质量都比目前模拟电视有所提高，并且其频道利用率高，在目前模拟电视的一个频道内可以同时播4套（或更多）标准清晰度节目。目前我国各省级电视台的通过卫星传送的电视节目均是采用MPEG-2数字压缩的标准清晰度数字电视(SDTV)节目。我国已于1998年11月组成了DTVIA（中国数字电视产业联盟），联合开发我国的DTV，抵御国外同类产品的打入和竞争。6.我国电视事业的发展-11958年5月1日，中国第一座电视台中央电视台（早期称北京电视台，1978年5月1日改称现名）使用二频道试播黑白电视，9月2日正式播出。当时发射天线加设在广播大厦塔楼顶，高度为80米，覆盖半径25公里。中央电视台开播不久，从苏联进口了200部黑白电视机，以后天津广播器材厂很快试制出“北京”牌电视机。1958年10月1日上海电视台开始试播，12月20日哈尔滨电视台（即今天的黑龙江电视台）开始试播。1961年底，全国共建地方电视台19座。1959年，无锡市建立中国第一座电视转播台，用差转的方式转播上海电视台的节目。1960年5月1日在北京建成了第一个彩电试验台，用NTSC制进行了试播。但后来也由于国民经济暂时困难而“下马”。1969年彩电研究二度开展并决定暂用PAL制（1982年正式决定PAL/D制为中国彩色电视的标准制式）。7.我国电视事业的发展-21973年5月1日，中央电视台用8频道在北京地区试播，同年10月1日正式播出。从1977年7月25日起，中央电视台的第一套节目全部改为彩色播出。1999年10月我国所有省级电视台的电视节目全部上星，并基本形成了星、网结合的广播电视传输体系。1999年10月1日，中央电视台高清晰度电视试播成功。1986年建成的中央电视台彩电中心及90年代初建立的名列世界第三、四、五位（亚洲第一、二、三位）的：上海东方明珠电视塔（高460米）天津天塔（高415.2米）中央广播电视发射塔（高405米）目前世界电视发射塔最高者为553.3米的加拿大多伦多电视塔其次为533.3米的莫斯科奥斯坦丁诺电视塔电视：根据人眼视觉特性以一定的信号形式实时传送活动景物图像的技术。电视摄像机（光电转换）景物处理设备传输信道接收设备电视显示器（电光转换）观看者第1章电视基础知识开路、闭路××对于彩色电视，每一个平面活动基色图像都可以表示成空间坐标x、y和时间t的三维离散函数:fR(xm,yn,tk)fG(xm,yn,tk)fB(xm,yn,tk)对于黑白电视，平面活动亮度图像可表示为：fL(xm,yn,tk)一、图像的顺序传送原理1.图像的表示法根据人眼对细节分辨力有限的视觉特性，可以把一幅平面图像分解成许许多多小单元。这些组成画面的细小单元具有单一的亮度和色度，称为像素（pixel）。像素越小，单位面积上的像素数目越多，图像就越清晰。2.图像的顺序传送方法1：并行传送：把不同位置上的像素同时转变成相应的电信号，分别用相应信道同时传送出去。根据人眼的细节分辨力，一幅图像要比较清晰，至少要有40万以上的像素，即需40万个信道。发送端接收端电视系统中把构成一幅图像的各像素传送一遍称为进行了一个帧处理，或称为传送了一帧，每帧图像由许多像素组成。方法2：顺序传送（串行传送）•利用人眼的视觉惰性，将各个像素的光信号按一定的顺序变成电信号传输，接收端再按同样的顺序将电信号变成光信号，只要速度足够快，人眼感觉图像就是完整和连续的。•这种将图像分解成像素并按一定的顺序传送图像像素的电视系统称为顺序传送系统。•传送顺序：从左到右，从上到下•同步：在接收端每个像素的几何位置与发送端一一对应。•像素传送的两个特点：速度快，准确。3.顺序传输制示意图.swf顺序转换的实现——扫描将组成一帧图像的像素，按顺序转换成电信号的过程（或逆过程）称为扫描。扫描的过程和我们读书时视线从左到右、自上而下依次进行的过程类似。从左至右的扫描称为行扫描；自上而下的扫描称为帧(或场)扫描。电视系统中，扫描多是由电子枪进行的，通常称其为电子扫描。通过电子扫描与光电转换，就可以把反映一幅图像亮度的空间与时间的函数，转换为只随时间变化的单值函数（电信号），从而实现平面图像的顺序传送。二、光-电/电-光转换原理CCD感像器发端：光-电转换摄像管收端：电-光转换显像管读出移位寄存器（遮光）图像信号感光单元存贮转移区光敏成像区转移移位寄存器（遮光）4.图像的摄取及光电转换.swf1.摄像管光电导摄像管主要由镜头、光电靶、聚焦线圈和偏转线圈组成。2.显像显像管——阴极射线管CathodeRayTube(CRT)主要组成：电子枪、荧光屏、偏转线圈等。显示器隔行扫描.swf显像管内电子束偏转.swf显示屏三基色形成.swfγ校正000EkL摄像管光电转换特性近似为线性：而显像管电光转换特性为非线性：亮度与栅阴压的γ次方成正比，显像管重现图像产生γ失真。ddLkE需在摄像端进行预失真处理即γ校正：这样，显示亮度将正比于摄取的图像亮度：1/0EE0000ddddLkEkEkkLkLγ校正没有γ校正前γ为2.0的校正三、扫描将光图像转换成顺序传送的电信号的过程及其逆过程称为扫描。用来完成信号的分解与重现扫描fL(xm,yn,tk)三维图像信号f(t)一维电视信号行扫描——水平扫描（扫描正程，扫描逆程）场扫描——垂直扫描（扫描正程，场扫描逆程）扫描1.逐行扫描§2.2电视扫描原理矩形屏幕——匀速单向直线扫描a.只有行扫描时b.只有场扫描时c.行场同时存在时（a）行扫描锯齿波电流（b）场扫描锯齿波电流8.扫描光栅演示.swf12.扫描光栅演示.swf行扫描基本参数行正程扫描时间:THS行逆程扫描时间:THrTHr＜＜THS行扫描周期TH=THS+THr行扫描频率fH=1/TH场正程扫描时间:TVS场逆程扫描时间:TVrTVr＜＜TVS场扫描周期TV=TVS+TVr场扫描频率fV=1/TV场扫描基本参数行场扫描关系为获得有效的扫描光栅，电子束