精品课程-天津大学电视原理课件2

第2章电视传像基本原理天津大学电子信息工程学院电视原理2.1.1电视系统组成原理1.图像的表示法根据三基色原理彩色图像由红、绿、蓝三个基色图像叠加而成。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的三维连续函数。fR(x,y,t)fG(x,y,t)fB(x,y,t)对于黑白电视，平面活动图象只是亮度图像，表示为fL(x,y,t)2.1图像顺序传送原理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。根据人眼的视觉惰性可以把时间连续的景物分解成一幅幅时间不连续的画面，只要画面的显示频率高于临界闪烁频率，就可以获得连续活动图像的感觉。1.图像的表示法对于彩色电视，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)–电视图像离散化可以压缩需要传送的信息量。–如何用一维时间函数的电视信号传送三维活动电视图像？1.图像的表示法2.图像的顺序传送并行传送：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。——不经济，也不可能。并行传送示意图发送端接收端顺序传送（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，时间递增•同步：在接收端每个像素的几何位置与发送端一一对应。2.图像的顺序传送传输通道开关同步顺序传送示意图2.图像的顺序传送3.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。fL(xm,yn,tk)三维图像信号f(t)一维电视信号扫描行扫描——水平扫描场扫描——垂直扫描扫描周期重复上述扫描行扫描正程，行扫描逆程场扫描正程，场扫描逆程2.1.2光-电/电-光转换原理•发端：光-电转换—摄像管•收端：电-光转换—显像管1.摄像CCDChargeCoupleDevice电荷耦合器件帧转移CCD摄像管光敏成像区存储转移区读出移位寄存器时序控制电路读出移位寄存器（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）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。来自摄像端的信号加到显像管的栅极，控制电子束的能量，从而控制荧光粉的发光亮度，使荧光屏正确重现发端图像。000EkLγ校正ddLkE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。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2.1.3彩色图像的摄取与重现1.彩色图像的摄取同时制彩色电视传送示意图2.彩色图像的重现•同时投影混色法•显像管空间混色法三枪三束荫罩式彩色显像管2.彩色图像的重现•显像管空间混色法彩色显像管RGB点阵新型显示器：液晶显示器，等离子显示器2.2.1逐行扫描逐行扫描光栅§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.场正程扫描d.场逆程扫描e.消去行场逆程后的扫描光栅逐行扫描动画逐行扫描电流波形：（a）行扫描锯齿波电流（b）场扫描锯齿波电流•行扫描基本参数行正程扫描时间:THt行逆程扫描时间:THrTHr＜＜THt行扫描周期TH=THt+THr行扫描频率fH=1/TH场正程扫描时间:TVt场逆程扫描时间:TVrTVr＜＜TVt场扫描周期TV=TVt+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，电子束水平方向运动速度应远大于垂直方向的运动速度；即：fH＞＞fV正程扫描时间应占整个扫描周期的大部分，即：TH＞＞THrTV＞＞TVrTHr/TH=a称行扫描逆程系数，一般18％TVr/TV=b称场扫描逆程系数，一般8％逐行扫描方式中，每场的光栅都应互相重叠。设每场扫描行数为Z，则：TV＝ZTHfH＝ZfV即场周期是行周期的整数倍。扫描行数越多，图像越清晰。返回2.3.32.2.2隔行扫描50Hz60040012MHzmf线1.隔行扫描的提出要达到人眼要求的最高分解力，扫描行数须在500以上，人眼的临界闪烁频率要求场频须在48Hz以上。按我国标准为625行，50Hz，按幅型比4/3，则每行有800个像素，即400个周期则：黑白电视信号的最高频率达12MHz，即:按逐行扫描方式，要求黑白电视信号带宽为：Δf=12MHz——电子线路系统、频率资源都很难满足要求。根据人眼的视觉特性：一帧图像分两次扫描，每次称为一场，两场合为一帧,即采用隔行扫描方式。活动图像25帧/秒=50场/秒≥临界闪烁频率=48Hz每场扫描行数——312.5行每帧扫描行数——625行即:按隔行扫描方式，要求黑白电视信号带宽为：Δf=6MHz2.2.2隔行扫描2.隔行扫描光栅的形成奇数行扫描（奇数场）一帧图象分两次扫描偶数行扫描（偶数场）隔行扫描重现图像示意2.2.2隔行扫描•隔行扫描光栅分析2.2.2隔行扫描122122HVfZnnf隔行扫描应满足的基本要求（1）每帧起点相同——要求每帧必须为整数行（2）相邻奇偶两场光栅均匀镶嵌，且各场扫描锯齿波波形一样——要求每场存在半行，即每帧必须为奇数行Z=2n+1行频与场频关系：2.2.2隔行扫描我国隔行扫描的基本参数我国电视扫描标准：•隔行扫描，每帧625行，每帧两场，每场312.5行•帧频：fF=25Hz•场频：fv=50Hz•场周期：Tv=20ms(Tvt=18.4ms，Tvr=1.6ms)•行频：fH=25(帧)×625(行)=15625Hz•行周期：TH=64μs(THt=52μs，THr=12μs)2.2.2隔行扫描3.隔行扫描的缺点（1）行间闪烁效应在隔行扫描中，整个画面的变化是按场频重复的，它高于临界闪烁频率因而没有大面积闪烁感。但就每行而言，它仍是按帧频重复的，即每秒重复25次，这是低于临界闪烁频率的。所以，当我们观看比较亮的细节时，仍会感觉到行间闪烁。（2）并行现象a.真实并行——奇偶光栅并行现象b.视在并行如传送图像中的运动物体在垂直方向上有足够大的速度分量，且每经一场刚好下移一行距离，则后一场传送的细节与前一场相同。所以当视线随运动物体移动时，看起来好像两行变成一行。——视在并行（3）高速水平运动物体出现“锯齿化”现象如传送图象中的运动物体在水平方向上有足够大的速度分量，物体垂直边缘因隔行分场传送，会发生相邻场光栅中左右错开的“锯齿化”现象。隔行因子Ki2:1隔行扫描的视在垂直分解力相当于逐行扫描时的分辨力乘上一个隔行因子Ki，其值一般在0.6～0.7之间。2.2.3扫描的同步1.扫描的同步同步扫描——发送端和接收端的扫描运动严格保持步调一致，即同频同相。行不同频：行频略高行频略低原图象场不同频：场频略高：图像向下移动；场频略低：图像向上移动1234567812345678721234567845待传送图像收、发端扫描相差半行收、发端扫描相差半场行、场不同相：2.2.3扫描的同步–为了实现同步扫描，电视发送端每当扫描完一行时加入一个行同步脉冲；每当扫描完一场时加入一个场同步脉冲。–同步信号——控制扫描频率和相位的脉冲信号。2.2.3扫描的同步2.消隐脉冲与复合同步脉冲消隐脉冲：扫描逆程期间电子束消隐——扫描逆程期间让信号电平为黑电平，电子束截止，屏幕为黑色，起到消隐逆程光栅痕迹的作用。行消隐信号(或称行消隐脉冲)——行逆程12μs,则行消隐脉冲脉宽为12μs，电平为黑电平场消隐信号(或称场消隐脉冲)——场逆程1.6ms,则场消隐脉冲脉宽为1.6ms，电平为黑电平2.2.3扫描的同步黑电平行消隐白电平行正程52μs12μs返回§2.4.1(+12μs)场消隐1600μs(25H)行消隐12μs负极性电视信号行场消隐脉冲波形同步脉冲行同步脉冲——发送端行扫描正程结束后发出的脉冲信号，控制接收端行扫描逆程的开始。(行同步信号仅起控制行同步作用，不应在屏幕上显示出来，故应叠加在行消隐脉冲之上。)场同步脉冲——发送端场扫描正程结束后发出的脉冲信号，控制接收端场扫描逆程的开始。(同理，场同步信号应叠加在场消隐脉冲之上。)4.7μs1.6μs5.7μs行同步信号同步电平100%黑电平70%12μs前肩分离同步脉冲与图像信号：幅度分离方法后肩160μs(2.5TH)160μs(2.5TH)1600μs(25TH)场同步脉冲与场消隐脉冲行同步场同步312.5行2.5行复合同步信号复合同步脉冲分离行同步脉冲与场同步脉冲：微分与积分方法行同步分离与微分电路：电路参数满足微分条件：RC=τ≤1/5TioutduuAdt入出AB（T为行同步脉宽4.7μs）即：τ=0.5～1μs为解决在场同步期间，行同步失落而造成的行不同步的问题，在场同步脉冲中开槽，对应每行的位置开一个槽，槽宽为：4.7μs。开槽脉冲行同步分离波形图场同步分离与积分电路积分电路：电路参数满足积分条件：RC＞＞T时(T为输入信号脉宽)出入outiuKudtAC行、场同步分离波形3.开槽场同步脉冲与均衡脉冲问题：由于最后一个行同步到达奇数场、偶数场的场同步前沿的时间不同，造成积分后积分电容上的起始电压不等，使奇偶相邻两场的积分波形不同。同时，奇偶相邻两场的开槽位置不同也使积分波形不同。造成：奇偶相邻两场到达同一触发电平时刻不同（相差Δt），使相邻两场的逆程始点相差Δt使相邻两场扫描起始位置不同，影响了隔行扫描的准确性。措施：加均衡脉冲、槽脉冲，使相邻两场的复合同步信号通过积分后波形一致。加开槽场同步脉冲与均衡脉冲方法方法：1.在场同步期间加槽脉冲2.在奇偶相邻两场场同步信号的前后2.5行每隔半行加一个均衡脉冲，为使每半行加一个脉冲后积分电容上的电压不增加，要把脉冲宽度减半，即4.7μs的一半为：2.35μ。前5个脉冲为前均衡脉冲后5个脉冲为后均衡脉冲黑白全电视信号作业：2.5§2.3电视图像的基本参量•概述电视图像基本特征：图像的几何尺寸形状、图像的对比度与亮度、色度（色调与饱和度）、清晰度、图像的连续性。根据基本特征要求确定电视系统的指标和标准：•扫描参量——帧频、场频、行频、扫描行数•系统通频带——亮度信号频带、色度信号频带•系统γ校正系数的确定•系统各种非线性失真系数的确定•荧光粉色度坐标与基准白的确定•彩色电视制式的确定2.3.1图像的几何特征θVθHD=34H普通电视4:3幅型比屏幕尺寸标清电视4：334in.高清电视16：934in.视觉最清楚的范围：垂直夹角θV=15°水平夹角θH=20°几何失真行场扫描非线性系数β：非线性失真系数β＜10%时，不感到有严重失真非线性失真系数β＜5%时，感觉不到有非线性失真maxminHmaxminddβ100%dd/2maxminmaxmin100%/2Vhhhhb几何失真枕型畸变桶型畸变QΔQGΔGgHQDQgVGDG几何畸变系数3%几何失真菱形畸变梯形畸变吊角畸变几何失真2.3.2图像的连续性与场频的确定•人眼闪烁感要求，场频≥48Hz。•早期考虑的电源干扰，场频与市电频率相同。•彩电、开关电源的出现，场频行频只要与色副载频保持关系。•高亮度电视、高清晰度电视要求场频更高。2.3.3扫描行数及有关参数的确定•一.清晰度与分解力•图像清晰度——主观感觉到的图像细节呈现的清晰程度•电视系统的分解力——电视系统传送图像细节的能