第一章 电视信号的产生发送与接收

1第一章电视信号的产生发送与接收教学目标：了解电视信号的产生发送与接收的基本原理，知道电视接收和图像重现时的常识和基本参量。通过实训，认识彩色电视机的内部结构。教学重点：电视扫描原理，彩色全电视信号的组成，我国电视频道的划分。教学难点：隔行扫描，彩色电视机的编码。教学方法：课堂教学采取删繁就简、深入浅出，师生互动，课堂演示的方法。电视技术：是用电磁波远距离传送图像和伴音的一门应用电子技术（属电子信息技术）。电视广播的基本过程：第一节电视传像的基本原理一、像素声音传送：:普通收音机(非立体声)传送音频信号(20～2万Hz)：声波幅度随时间变化—→电信号—→声音。图像？不是简单的光源，难!措施：分解—→像素。例子：①看报纸上黑白照片,有许许多多小点组成(明暗不同)。演示1：用放大镜看报纸上的照片。②大连火车站（或营口体育馆）电子显示屏由“点”组成，大约600×400个=24万个，点越小、越密，越清晰.这些小黑点、小白点是构成电视图像的基本单元,称为像素。我国黑白电视40多万个像素，即一幅画面分解成40多万个像素。二、图像的顺序传送40多万个像素(信号)同时传送——不可能。2顺序传送：摄像管中：有光电靶，电子枪扫描到某个点（像素），光照强—→电阻小—→电流大，同时，通过电磁波，信息传到显像管。对应点—→亮。像素依次传送快！每秒50幅——由于视觉暂留，发光余辉，只要足够快，可感到整幅画面同时发光，可以看到连续画面。可见，电视——信息技术。插入：电工——强电，传送能量。如电机，电扇，电烙铁，电灯。电子——弱电，传送信息。如收音机，彩电，电脑。但“没有绝对的分明和固定不变的界限（恩格斯）”，收音机中也有电机、变压器；电机、机床也需电子自动控制。三、图像的摄取与重现1、图像的摄取用摄像管光信号—→电信号，详见书P2。景物整个画面呈现在靶子上，电子枪扫到哪个点，依次转化成电信号。2、图像的重现用显像管电信号—→光信号，见书P3，电子枪在荧光屏上扫描，信号强，发光电亮度大，呈现整个画面。演示2：实物展示：拿来一个显像管，观察：灯丝——加热阴极——发射电子电子枪栅极——控制强弱阳极——加速偏转线圈——扫描形成光栅四：电视扫描原理1、行扫描和场扫描画面分解成像素，依次传送和显现，需电子枪扫描。摄像管的光电靶显像管的荧光屏3怎样扫描？水平偏转线圈——行偏线圈：产生上、下磁场，使电子束显像管颈中：左、右偏转。竖直偏转线圈——场偏线圈：产生左、右磁场，使电子束上、下偏转。图像表示：（1）行扫描演示3：利用彩电演示板，观察水平亮线。（2）场扫描演示4：观察竖直亮线。提问：1、正程、逆程那个时间长？2、逆程陡，说明什么？3、场频高，还是行频高？请注意：场扫描周期0.02S恰等于视觉暂留时间。2、逐行扫描行场同时扫描：HzTfHH156251HzmsTfVV5020114（运动的叠加，可联想——平抛）。提问：１、正程扫描线是倾斜的吗？（答：看不出来。因为一屏共扫18.4ms/64μS≈287行）2．图中场扫描逆程有几行？(答：2.5行．实际还多)3.为什么能看到连续画面？（视觉暂留和荧光余辉，早期电影动作不连续,技术没达到要求．）3、隔行扫描人眼感觉无闪烁．需50帧／秒，行频高15625×2Hz,则需电视信号占频道宽。现行标准规定：帧频——25帧／秒,若逐行扫描——闪烁。借助电影思路：隔行扫描，先扫奇数行，后先扫偶数行，无闪烁感。fH=25×625=15625Hz,行频降低一半。注意：隔行扫描，帧频＝1／2场频（一幅两场）4、电视扫描参数（我国）行周期TH=64μS（正程52μｓ，逆程12μｓ）行频fH=15625Hz（每秒25帧，每帧625行）场周期TV=20mS场频fV=50Hz帧周期TZ=40mS,每帧625行（正程575行，逆程50行）帧频fZ=25Hz五：重现电视图像的基本参数１、亮度（B）：人眼对光的明暗程度的感觉。表示发光面的明暗程度。B=演示5：调节彩电演示板的亮度旋钮，观察荧光屏上亮度的改变。SI52、对比度(K)主要取决客观景物（或画面）最大亮度与最小亮度之比，还和环境有关。BB0---周围环境的亮度。白天看电视，K下降；开灯与关灯比，K下降。演示6：调节彩电演示板的对比度旋钮，观察荧光屏上对比度的改变。3、灰度图像从黑色到白色之间的过渡色称灰色。电视台发送10级灰度信号。灰度就是将这一灰色划分成能加以区分的层次数。我国：甲级的电视达到8级灰度；乙级的电视达到7级灰度。实际6级就可以。４、清晰度：人们主观感觉到图像细节的清晰程度.六、图像失真１、非线性失真如右图。原因：行、场扫描电流非线性。2、枕形和桶形失真（a）枕形失真中心磁场弱、边缘强(b)桶形失真中心磁场强、边缘弱.0minmaxBBBK6原因：偏转线圈绕制和安装不当。七、视频信号的频带宽度1、一帧图像的像素我国:正程575行。屏幕:4:3，故一屏有像素(4/3×575)×575≈44万个2、图像信号的频带宽度图像信号直流——反映背景亮度交流——图像内容两个极端：全黑或全白——T=∞，f=0,即fmin=0全是黑白相间——f最大fmax=≈5.5MHz故f:0～5.5MHz,取0～6MHz第二节黑白全电视信号预备知识——调幅广播u2幅度越大包络线幅度越大——正极性调制。一、电视图像信号同上相似，只不过载波频率更高。252104447例子:问题：若电子枪扫描一行，能出现阶梯图像吗？说明：1.重复几万行（575×25）才显现黑白线，若只扫几十行，一条线一闪而过。2.亮——幅度小，称负极性调制（反之，正极性）。二、复合消隐信号行消隐场消隐确保在逆程期间扫描截止，否则电视上出现回扫线。黑色，回扫时屏上什么也没有，相当于橡皮。三、复合同步信号1、电视信号的同步目的：确保发送端和扫描端电子扫描步调完全一致。要求：收、发两端电子束需同频、同相。否则：①行频不同步演示1：调节彩电演示板，观察荧光屏上行频不同步的现象。②场频不同步8演示2：调节彩电演示板，观察荧光屏上场频不同步的现象。③行扫描初相不同步④场扫描初相不同步2、行场同步信号说明：1、75%——黑，100%——更黑2、行同步信号——在逆程，图像信号——在正程四、黑白全电视信号1、七种信号图像信号行同步、场同步行消隐、场消隐槽脉冲——为避免图像上边起始部分扭曲均衡脉冲——为进行图像修整主要前五种，此外还有伴音信号。也可说4种：图像、伴音、复合同步、复合消隐2、三个特点（1）脉冲性：图像信号可连续脉冲（如阶梯信号）其余全是脉冲9色彩信号(2)周期性：周期扫描，行、场。(3)单极性：全正或全负第三节色度学的基本知识一、光与颜色1、光：是电磁波，波长380nm-780nm2、彩色：红橙黄绿青蓝紫①可见光f比无线电波——高，比X射线——低②紫比红——f高，λ短。二、彩色三要素①亮度：彩色光对人眼引起的明暗程度。主要决定于光强，还和频谱有关。如人眼对550nm（绿）感觉最灵敏。②色调——颜色。③色饱和度——彩色的深浅程度。取决于掺入白光的多少。完全不掺白——100%，掺白越多，饱和度越低（淡了），纯白，色饱和度为0。色调色饱和度亮度信号色度信号三、三基色原理1、三基色：红（R）、绿（G）、兰（B）2、三基色原理见书：P14（１）自然界绝大多数彩色可由三基色按一定比例混合而成。反之，任意颜色可分解为三基色。（2）三基色独立，任一种不能由另两种混合。（3）混合色的色调和色饱和度决定于三基色的比例。（4）混合色的亮度==参与混合的三基色亮度之和。彩电的彩色信号：色度10分解R——R—————G——G合成——彩色不同比例B——B3、混色法①如右图②互补色如：红+青=白；黄＋蓝=白；绿＋紫=白。红和青互补，黄和蓝互补，绿和紫互补。③混色方法时间混色法：三种基色光轮流投射同一表面，足够快（利用眼睛惰性）。空间混色法：三基色分别投射到同一表面临近的三个点，足够近。（利用人眼空间分辨率差）彩电——空间混色法四、亮度方程三基色合成彩色光的亮度（Y）Y=0.299R+0.587G+0.114B简化为Y=0.3OR+0.59G+0.11B(1)称亮度方程，其系数——可见度系数，可见绿光对亮度的贡献最大。R=G=B=1时——白色R=G=B=0时——黑色R=G=B=0-1时——灰色写成电压的形式：EY=0.30ER+0.59EG+0.11EB(2)为方便也写成（1）式。彩色11第四节兼容式彩色电视机什么是兼容？指黑白与彩电可相互接受对方电视台的信号（在彩色刚上市时——重要，因为彩电是在黑白电视基础上发展起来的）一、对兼容制彩电的要求1电视信号应包含亮度信号——包含彩色图像的全部亮度信息色度信号——色调色饱和度不能直接传送和接收R,G,B2、彩色电视应保留黑白电视原有的频带宽度、图像载频、伴音载频、调制方式、扫描频率、同步方式等各项制度。3、色度信号和亮度信号之间串扰小。兼容制彩电信号如何发送，如何接收？二、兼容彩电发送的信号1.分解（见书p17图1—21）互动：(1)白～黑是什么？——八段彩条(2)绿颜色图像为什么“半遮面”？——白、黄、青、绿都含绿色，紫、红、蓝、黑不含绿色。(3)UG（t）有什么规律？——含绿——高电平2..亮度信号由图1—22三基色相加得亮度信号依据：Y=0.30R+0.59G+0.11B看书P18图1—23（d）白色彩条Y=0.30×1+0.59×1+0.11×1=1黄色彩条Y=0.30×1+0.59×1+0.11×0=0.893．色差信号R—YG—Y叫色差信号,彩电传递的信号不是三基色而是亮度+色度B—Y有利于兼容和传输质量。八彩条对应的三个色差信号的波形12见书P18：（e）R—Y白条R=1，Y=1，可得R-Y=0黄条R=1，Y=0.89可得R-Y=0.11青条R=0Y=0.70可得R-Y=-0.7（f）和（g）同理三个色差信号不完全独立。只要知2个，由亮度方程，可求出第三个选哪两个——UR-Y和UB-Y不选UG-Y,原因：UG-Y幅度小，易受干扰，信噪比小。三、编码为实现兼容和多个电信号发送，需对光电转换来的三基色电信号组合编排，得到彩电全电视信号，这一过程叫编码对彩电处理方式不同，分三种制式NTSC制PAAL制SECAM制第五节NTSC制编码原理一、为什么要编码传送Y,R—Y和B—Y,可解决对兼容制彩电的3个要求中的“1”和“3”。若实现要求2“保持频带宽度”,难!因为黑白电视带宽0～6MHz，再传送B—YR—Y，还需12MHz，不仅不兼容,如果现在收30个台,只能收10个台。二、采取措施1、色差信号的压缩（1）频带压缩：图像信号——高频对应轮廓和细节低频——重现图像大部分面积而人眼对彩色细节分辨能力低，所以舍去彩色高频，只保证大面积着色，故色差信号频带宽度0～1.3MHz,亮度信号仍保持0—6MHz。（2）幅度压缩频带压缩的同时，对色差信号幅度压缩。压缩后，称UR-Y——U信号13UB-Y——V信号2.频谱间置频谱——信号幅度与频率之间关系，可连续，可离散。周期信号——离散的。书P20图1-26和P21图1-27中4个图，可得出：（1）由于图像信号周期性（一般信号由于周期扫描，也有周期性），所以频谱有空隙。（2）主谱线之间频率越高，空隙越大。人们想出办法采用色度副载波将亮度、色度频谱间置（套种）见书P22图1—28（C）彩色重现电视信号频域图如右。fP——图像载频fS——伴音载频fSC——色度副载波频率3．正交平衡调幅以上措施还有问题，因为色差信号有两个，只能间置1个。怎样调制——正交平衡调幅1）平衡调幅：抑制掉载波的调幅优点：减少副载波的亮度信号的干扰2）正交调幅色副载波fSC，先用U调制fSC。再将fSC移相90°用V去调制，调制后设F信号，则U、V成为F的了个分量——正交调幅。优点：两个色度信号用一个F信号代替，可频谱间置，解决了问题。14四、彩色全电视信号（主要的）亮度信号，色度信号，行场同步信号，行场消隐信号。第六节电视信号的发送一、图像信号的调制采用调幅。两项措施：1．负极性调制用负极性的视