數(shù)字電視原理第1章彩色電視基礎(chǔ)知識(shí)

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1、 數(shù) 字 電 視 原 理 第 1章 彩 色 電 視 基 礎(chǔ) 知 識(shí)n 1.1光 的 特 性 與 光 源n 1.3色 度 學(xué) 概 要n 1.4人 眼 的 視 覺(jué) 特 性n 1.5電 視 圖 像 的 傳 送 及 基 本 參 量n 1.6標(biāo) 準(zhǔn) 彩 條 信 號(hào) 1.1光 的 特 性 與 光 源 光 是 一 種 電 磁 波 。 人 眼 能 看 見(jiàn) 的 可 見(jiàn)光 譜 只 集 中 在 頻 段 內(nèi) 。 波 長(zhǎng) / nm 780 630 580 555 495 485 460 3803 103波 長(zhǎng) /m頻 率 /H z 紅 橙 黃 綠 青 藍(lán) 紫無(wú) 線(xiàn) 電 波105 紅 外 線(xiàn)1010 可 見(jiàn) 光 譜紫 外

2、 線(xiàn)1015 X射 線(xiàn)1020 宇 宙 射 線(xiàn)10253 10-2 3 10-7 3 10-12 3 10-17 14(3.857.89) 10 Hz 1.1光 的 特 性 與 光 源 光 是 一 種 電 磁 波 。 人 眼 能 看 見(jiàn) 的 可 見(jiàn)光 譜 只 集 中 在 頻 段 內(nèi) 。 波 長(zhǎng) / nm 780 630 580 555 495 485 460 3803 103波 長(zhǎng) /m頻 率 /H z 紅 橙 黃 綠 青 藍(lán) 紫無(wú) 線(xiàn) 電 波105 紅 外 線(xiàn)1010 可 見(jiàn) 光 譜紫 外 線(xiàn)1015 X射 線(xiàn)1020 宇 宙 射 線(xiàn)10253 10-2 3 10-7 3 10-12 3 1

3、0-17 14(3.857.89) 10 Hz 1.3色 度 學(xué) 概 要n 1.3.1光 的 顏 色 與 彩 色 三 要 素n 1.3.2三 基 色 原 理 及 應(yīng) 用n 1.3.3配 色 方 程 與 亮 度 公 式 1.3.1光 的 顏 色 與 彩 色 三 要 素n光 的 顏 色客 觀 因 素 是 它 的 功 率 波 譜 分 布主 觀 因 素 是 人 眼 的 視 覺(jué) 特 性 1.3.1光 的 顏 色 與 彩 色 三 要 素n彩 色 三 要 素亮 度 是 光 作 用 于 人 眼 時(shí) 所 引 起 的 明 亮 程度 的 感 覺(jué) 。 (光 功 率 )色 調(diào) 是 指 顏 色 的 類(lèi) 別 ， 是 決 定

4、 色 彩 本 質(zhì)的 基 本 參 量 。 (光 波 長(zhǎng) )色 飽 和 度 是 指 彩 色 所 呈 現(xiàn) 色 彩 的 深 淺 程度 （ 或 濃 度 ） 。色 調(diào) 與 色 飽 和 度 合 稱(chēng) 為 色 度 。 1.3.2三 基 色 原 理 及 應(yīng) 用n三 基 色 原 理 三 基 色 原 理 是 指 自 然 界 中 常 見(jiàn) 的 大 部分 彩 色 都 可 由 三 種 相 互 獨(dú) 立 的 基 色 按 不同 的 比 例 混 合 得 到 。波 長(zhǎng) 為 700 nm的 紅 光 為 紅 基 色 R(紅 )波 長(zhǎng) 為 546.1nm的 綠 光 為 綠 基 色 G(綠 )波 長(zhǎng) 為 435.8nm的 藍(lán) 光 為 藍(lán) 基

5、色 B(藍(lán) ) 1.3.2三 基 色 原 理 及 應(yīng) 用n相 加 混 色 相 加 混 色 是 各 分 色 的 光 譜 成 分 相 加 ，混 色 所 得 彩 色 光 的 亮 度 等 于 三 種 基 色 的亮 度 之 和 。 彩 色 電 視 系 統(tǒng) 就 是 利 用 紅 、 綠 、 藍(lán) 三種 基 色 以 適 當(dāng) 比 例 混 合 產(chǎn) 生 各 種 不 同 的彩 色 。 1.3.2三 基 色 原 理 及 應(yīng) 用f紅 綠 黃 黃 藍(lán) 白 (補(bǔ) 色 )f綠 藍(lán) 青 紅 青 白 (補(bǔ) 色 )f紅 藍(lán) 品 紅 綠 品 紅 白 (補(bǔ) 色 )f紅 綠 藍(lán) 白 1.3.2三 基 色 原 理 及 應(yīng) 用實(shí) 現(xiàn) 相 加 混

6、 色 的 方 法 ：時(shí) 間 混 色 法 時(shí) 間 混 色 法 是 將 三 種 基 色 光 按 一 定 的 時(shí) 間順 序 輪 流 投 射 到 同 一 平 面 上 ， 只 要 輪 換 速 度 足夠 快 ， 由 于 人 眼 的 視 覺(jué) 惰 性 ， 分 辨 不 出 三 種 基色 ， 而 只 能 看 到 混 合 彩 色 的 效 果 。 1.3.2三 基 色 原 理 及 應(yīng) 用實(shí) 現(xiàn) 相 加 混 色 的 方 法 ：空 間 混 色 法 空 間 混 色 法 是 將 三 種 基 色 光 分 別 投 射 到 同一 表 面 的 相 鄰 三 點(diǎn) 上 ， 只 要 三 點(diǎn) 相 隔 足 夠 近 ，由 于 人 眼 的 分 辨

7、力 有 限 ， 故 看 到 的 不 是 三 種 基色 ， 而 是 它 們 的 混 合 光 。 1.3.2三 基 色 原 理 及 應(yīng) 用實(shí) 現(xiàn) 相 加 混 色 的 方 法 ：生 理 混 色 法 當(dāng) 兩 只 眼 睛 同 時(shí) 觀 看 不 同 的 顏 色 ， 人 們 所感 覺(jué) 到 的 彩 色 不 是 兩 種 單 色 ， 而 是 它 們 的 混 合色 ， 稱(chēng) 為 生 理 混 色 法 。全 反 射 法 全 反 射 法 是 將 三 種 基 色 光 以 不 同 比 例 同 時(shí)投 射 到 一 塊 全 反 射 平 面 上 ， 由 此 構(gòu) 成 了 投 影 彩電 。 1.3.2三 基 色 原 理 及 應(yīng) 用n相 減

8、混 色 在 彩 色 印 刷 、 彩 色 膠 片 和 繪 畫(huà) 中 的 混色 采 用 相 減 混 色 。 相 減 混 色 是 利 用 顏 料 、 染 色 的 吸 色 性質(zhì) 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 。 混 合 顏 料 時(shí) ， 每 增 加 一 種 顏料 ， 都 要 從 白 光 中 減 去 更 多 的 光 譜 成 分 ，因 此 ， 顏 料 混 合 的 過(guò) 程 稱(chēng) 為 相 減 混 色 。 1.3.2三 基 色 原 理 及 應(yīng) 用f青 白 紅 黃 品 紅 白 藍(lán) 綠 紅f品 紅 白 綠 黃 青 白 藍(lán) 紅 綠f黃 白 藍(lán) 品 紅 青 白 綠 紅 藍(lán)f黃 青 品 紅 白 紅 綠 藍(lán) 黑 1.3.3配 色 方 程 與 亮

9、度 公 式n配 色 方 程 假 定 三 個(gè) 基 色 采 用 NTSC制 顯 像 三 基 色 ， 則配 出 光 通 量 為 1 lm(流 明 )的 C白 光 時(shí) ， 需 要 紅 基色 光 0.299 lm， 綠 基 色 光 0.587 lm， 藍(lán) 基 色 光0.114 lm。 當(dāng) 規(guī) 定 紅 、 綠 、 藍(lán) 三 個(gè) 基 色 單 位 為R、 G、 B， 它 們 分 別 代 表 0.299 lm紅 基 色 光 、0.587 lm綠 基 色 光 、 0.114 lm藍(lán) 基 色 光 ， 則 1 lm的 C白 光 可 表 示 為 ： F 1C = 1R+1G+1B 對(duì) 于 任 意 給 定 的 彩 色 光

10、F， 可 表 示 為 ： F = R R+ G G+ B B 1.3.3配 色 方 程 與 亮 度 公 式n亮 度 公 式 在 色 度 學(xué) 中 ， 通 常 把 由 配 色 方 程 式 配出 的 彩 色 光 F的 亮 度 用 光 通 量 來(lái) 表 示 ， 即 ： Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B 1.4人 眼 的 視 覺(jué) 特 性n人 眼 的 分 辨 力 人 眼 的 分 辨 力 是 指 人 在 觀 看 景 物 時(shí)人 眼 對(duì) 景 物 細(xì) 節(jié) 的 分 辨 能 力 。 人 眼 對(duì) 被 觀 察 物 體 上 剛 能 分 辨 的 最緊 鄰 兩 黑 點(diǎn) 或 兩 白 點(diǎn) 的 視 角 的

11、 倒 數(shù) 稱(chēng)為 人 眼 的 分 辨 力 或 視 覺(jué) 銳 度 。 1.4人 眼 的 視 覺(jué) 特 性或 d L2 360 60dL 57.3 60 3438d dL L 1.4人 眼 的 視 覺(jué) 特 性n人 眼 的 分 辨 力 實(shí) 驗(yàn) 表 明 ， 人 眼 對(duì) 彩 色 細(xì) 節(jié) 的 分 辨力 要 低 于 對(duì) 黑 白 細(xì) 節(jié) 的 分 辨 力 。 由 于 人 眼 對(duì) 彩 色 細(xì) 節(jié) 的 分 辨 力 低 ，所 以 在 彩 色 電 視 系 統(tǒng) 傳 送 彩 色 圖 像 時(shí) ，對(duì) 于 圖 像 的 細(xì) 節(jié) ， 可 只 傳 黑 白 的 亮 度信 號(hào) ， 而 不 傳 彩 色 信 息 。 這 就 是 所 謂的 彩 色 電

12、 視 大 面 積 著 色 原 理 。 利 用 這個(gè) 原 理 可 以 節(jié) 省 傳 輸 的 頻 帶 。 1.4人 眼 的 視 覺(jué) 特 性n視 覺(jué) 惰 性 視 覺(jué) 惰 性 是 人 眼 的 重 要 特 性 之 一 ，它 描 述 了 主 觀 亮 度 與 光 作 用 時(shí) 間 的 關(guān)系 。 人 眼 亮 度 感 覺(jué) 變 化 滯 后 于 實(shí) 際 亮 度變 化 ， 以 及 光 線(xiàn) 消 失 后 的 視 覺(jué) 殘 留 現(xiàn)象 （ 稱(chēng) 為 視 覺(jué) 暫 留 或 視 覺(jué) 殘 留 ） ， 總稱(chēng) 為 視 覺(jué) 惰 性 。 1.4人 眼 的 視 覺(jué) 特 性n臨 界 閃 爍 頻 率 當(dāng) 人 眼 受 周 期 性 的 光 脈 沖 照 射 時(shí)

13、 ，如 果 光 脈 沖 頻 率 不 高 ， 則 會(huì) 產(chǎn) 生 一 明一 暗 的 閃 爍 感 覺(jué) 。 如 果 將 光 脈 沖 頻 率提 高 到 某 一 定 值 以 上 ， 由 于 視 覺(jué) 惰 性 ，眼 睛 便 感 覺(jué) 不 到 閃 爍 ， 感 到 是 一 種 均勻 的 連 續(xù) 的 光 刺 激 。 剛 好 不 引 起 閃 爍 感 覺(jué) 的 最 低 頻 率 ，稱(chēng) 為 臨 界 閃 爍 頻 率 ， 它 主 要 與 光 脈 沖的 亮 度 有 關(guān) 。 1.5電 視 圖 像 的 傳 送 及 基 本 參 量n 1.5.1圖 像 分 解 與 順 序 傳 送n 1.5.2電 視 掃 描 方 式n 1.5.3電 視 圖 像

14、 的 基 本 參 量n 1.5.4圖 像 顯 示 格 式 及 掃 描 方 式 表 示 方 法 1.5.1圖 像 分 解 與 順 序 傳 送K組 成 圖 像 的 基 本 單 元 稱(chēng) 為 像 素 。 圖 像 的 順 序 傳 送 就 是 在 發(fā) 送 端 把 被傳 送 圖 像 上 各 像 素 的 亮 度 、 色 度 按 一定 順 序 逐 一 地 轉(zhuǎn) 變 為 相 應(yīng) 的 電 信 號(hào) ，并 依 次 經(jīng) 過(guò) 一 個(gè) 通 道 傳 送 ， 在 接 收 端再 按 相 同 的 順 序 ， 將 各 像 素 的 電 信 號(hào)在 電 視 機(jī) 屏 幕 相 應(yīng) 位 置 上 轉(zhuǎn) 變 為 不 同亮 度 、 色 度 的 光 點(diǎn) ，

15、1.5.1圖 像 分 解 與 順 序 傳 送 1.5.2電 視 掃 描 方 式 在 電 視 系 統(tǒng) 的 接 收 端 ， 顯 像 管 外 部都 裝 有 水 平 和 垂 直 兩 組 偏 轉(zhuǎn) 線(xiàn) 圈 。 當(dāng) 水平 和 垂 直 偏 轉(zhuǎn) 線(xiàn) 圈 中 同 時(shí) 加 入 鋸 齒 波 電流 時(shí) ， 電 子 束 既 作 水 平 掃 描 又 作 垂 直 掃描 ， 而 形 成 直 線(xiàn) 掃 描 光 柵 ， 這 稱(chēng) 為 直 線(xiàn)掃 描 。 1.5.2電 視 掃 描 方 式n隔 行 掃 描 隔 行 掃 描 是 將 一 幀 電 視 圖 像 分 成 兩場(chǎng) 進(jìn) 行 交 錯(cuò) 掃 描 。 1.5.2電 視 掃 描 方 式隔 行 掃 描

16、 的 缺 點(diǎn) ：行 間 閃 爍 現(xiàn) 象并 行 現(xiàn) 象 引 起 垂 直 清 晰 度 下 降易 出 現(xiàn) 垂 直 邊 沿 鋸 齒 化 現(xiàn) 象隔 行 掃 描 產(chǎn) 生 的 視 頻 信 號(hào) 對(duì) 于 壓 縮 處理 和 后 期 視 頻 制 作 帶 來(lái) 困 難 1.5.2電 視 掃 描 方 式n逐 行 掃 描 電 子 束 從 屏 幕 左 上 端 開(kāi) 始 ， 按 照 從左 到 右 、 從 上 到 下 的 順 序 以 均 勻 速 度一 行 接 一 行 的 掃 描 ， 一 次 連 續(xù) 掃 描 完成 一 幀 電 視 畫(huà) 面 的 方 式 稱(chēng) 為 逐 行 掃 描 。 1.5.3電 視 圖 像 基 本 參 量n寬 高 比 根

17、 據(jù) 人 眼 視 覺(jué) 特 性 ， 視 覺(jué) 最 清 楚 的范 圍 是 在 垂 直 視 角 約 15 、 水 平 視 角約 20 的 矩 形 面 積 之 內(nèi) 。 因 此 ， 電 視機(jī) 屏 幕 一 般 都 設(shè) 計(jì) 成 矩 形 。 我 國(guó) 原 來(lái) 的 模 擬 電 視 圖 像 寬 高 比 為4 3。 生 理 和 心 理 測(cè) 試 表 明 ， 圖 像 寬高 比 達(dá) 16 9以 上 的 寬 幅 圖 像 利 于 建 立視 覺(jué) 臨 場(chǎng) 感 。 為 此 ， 我 國(guó) 高 清 晰 度 電視 的 圖 像 寬 高 比 已 確 定 為 16 9。 1.5.3電 視 圖 像 基 本 參 量n亮 度 亮 度 是 表 征 發(fā) 光

18、物 體 的 明 亮 程 度 ，是 人 眼 對(duì) 發(fā) 光 器 件 的 主 觀 感 受 。 在 電視 機(jī) 或 顯 示 器 中 ， 亮 度 是 表 征 圖 像 亮暗 的 程 度 ， 是 指 在 正 常 顯 示 圖 像 質(zhì) 量的 條 件 下 ， 重 顯 大 面 積 明 亮 圖 像 的 能力 。 1.5.3電 視 圖 像 基 本 參 量n對(duì) 比 度 對(duì) 比 度 是 表 征 在 一 定 的 環(huán) 境 光 照 射下 ， 物 體 最 亮 部 分 的 亮 度 與 最 暗 部 分的 亮 度 之 比 。 電 視 機(jī) 或 顯 示 器 的 對(duì) 比度 (C)是 指 在 同 一 幅 圖 像 中 ， 顯 示 圖 像最 亮 部 分

19、 的 亮 度 (Bmax)和 最 暗 部 分 的 亮度 (Bmin)之 比 ， 即 ： C Bmax/Bmin。 當(dāng) 計(jì)及 環(huán) 境 亮 度 B時(shí) 的 對(duì) 比 度 為 : maxminB BC B B 1.5.3電 視 圖 像 基 本 參 量n圖 像 分 辨 力 數(shù) 字 電 視 圖 像 分 辨 力 是 數(shù) 字 電 視 系統(tǒng) 或 圖 像 信 號(hào) 源 或 信 號(hào) 處 理 過(guò) 程 或 顯 示器 件 （ 屏 ） 等 客 觀 上 轉(zhuǎn) 換 、 處 理 、 傳 輸或 重 顯 圖 像 細(xì) 節(jié) 的 能 力 ， 是 數(shù) 字 電 視 系統(tǒng) 、 設(shè) 備 或 器 件 的 物 理 性 能 指 標(biāo) 。 我 國(guó) 的 SDTV和

20、 HDTV的 圖 像 分 辨 力分 別 為 720 576像 素 和 1920 1080像 素 。 1.5.3電 視 圖 像 基 本 參 量n圖 像 清 晰 度 電 視 圖 像 清 晰 度 是 人 眼 能 察 覺(jué) 到 的電 視 圖 像 細(xì) 節(jié) 的 清 晰 程 度 。 按 圖 像 和 視覺(jué) 的 特 點(diǎn) ， 圖 像 清 晰 度 一 般 從 水 平 和 垂直 兩 個(gè) 方 向 描 述 ， 有 時(shí) 還 增 加 斜 向 清 晰度 指 標(biāo) 。 圖 像 清 晰 度 用 “ 電 視 線(xiàn) ” 作 單 位 。 1電 視 線(xiàn) 與 垂 直 方 向 上 1個(gè) 有 效 掃 描 行 的高 度 相 對(duì) 應(yīng) 。 1.5.3電 視

21、 圖 像 基 本 參 量n圖 像 清 晰 度 圖 像 清 晰 度 既 與 電 視 系 統(tǒng) 本 身 的 圖像 分 辨 力 有 關(guān) ， 也 與 觀 察 者 的 視 力 狀 況有 關(guān) 。 如 果 人 眼 最 小 分 辨 角 （ 即 視 敏 角 ）為 ， 在 分 辨 力 最 高 的 垂 直 視 線(xiàn) 角 15內(nèi) 所 能 分 辨 的 線(xiàn) 數(shù) 應(yīng) 為 ： Z 15 / 1.5.3電 視 圖 像 基 本 參 量n圖 像 清 晰 度 視 力 正 常 的 人 一 般 能 分 辨 的 視 角 約為 11.5， 對(duì) 應(yīng) 的 線(xiàn) 數(shù) 為 900 600線(xiàn) 。按 我 國(guó) 數(shù) 字 電 視 標(biāo) 準(zhǔn) ， SDTV畫(huà) 面 的 有

22、效 掃 描 行 數(shù) 為 576， HDTV畫(huà) 面 的 有 效 掃描 行 數(shù) 為 1080， 觀 看 SDTV和 HDTV電 視圖 像 時(shí) ， 距 電 視 屏 的 距 離 分 別 約 為 屏 幕高 度 的 5倍 和 3倍 時(shí) ， 1個(gè) 有 效 掃 描 行 的視 角 即 約 為 11.5。 1.5.4圖 像 顯 示 格 式 及 掃 描 方 式 表 示 方 法 數(shù) 字 電 視 畫(huà) 面 的 圖 像 顯 示 格 式 一 般 指圖 像 水 平 方 向 和 垂 直 方 向 的 有 效 像 素 數(shù) 。圖 像 顯 示 格 式 描 述 了 組 成 一 幅 圖 像 的 像 素點(diǎn) 陣 數(shù) 。 我 國(guó) SDTV圖 像

23、顯 示 格 式 為 720 576，一 幀 圖 像 在 水 平 和 垂 直 方 向 上 的 有 效 像 素?cái)?shù) 分 別 為 720和 576， 掃 描 方 式 為 隔 行 掃 描 ，這 種 電 視 系 統(tǒng) 或 顯 示 方 式 通 常 用 720 576i表 示 ， 其 中 i表 示 隔 行 （ interlaced） 掃 描 ；HDTV圖 像 用 1920 1080i表 示 。 1.5.4圖 像 顯 示 格 式 及 掃 描 方 式 表 示 方 法 在 圖 像 顯 示 格 式 及 掃 描 方 式 的 表 示方 法 上 ， 目 前 國(guó) 際 上 并 沒(méi) 有 統(tǒng) 一 。 1080/50i 720/60p

24、 1080/50/2:1 720/60/1:1 108050i 72060p 1.6標(biāo) 準(zhǔn) 彩 條 信 號(hào) 標(biāo) 準(zhǔn) 彩 條 信 號(hào) 是 一 種 常 用 的 測(cè) 試 信號(hào) ， 用 來(lái) 對(duì) 電 視 系 統(tǒng) 的 傳 輸 特 性 進(jìn) 行 測(cè)試 和 調(diào) 整 。 1.6標(biāo) 準(zhǔn) 彩 條 信 號(hào) 1.6標(biāo) 準(zhǔn) 彩 條 信 號(hào) 彩 色 電 視 為 了 與 黑 白 電 視 兼 容 ， 必須 傳 送 一 個(gè) 亮 度 信 號(hào) ， 以 便 黑 白 電 視 機(jī)接 收 。 在 彩 色 電 視 中 ， 常 用 兩 個(gè) 色 差 信號(hào) (B-Y)和 (R-Y)來(lái) 代 表 色 度 信 息 ， 它 們 與彩 色 攝 像 機(jī) 輸 出

25、的 R、 G、 B三 基 色 信 號(hào)存 在 下 列 關(guān) 系 ： 0.299 0.587 0.114 0.701 0.587 0.1140.299 0.587 0.886Y R G BR Y R G BB Y R G B 1.6標(biāo) 準(zhǔn) 彩 條 信 號(hào) 1.6標(biāo) 準(zhǔn) 彩 條 信 號(hào) 彩 條 中 所 對(duì) 應(yīng) 的 彩 色 全 為 飽 和 色 ， 稱(chēng)為 100 飽 和 度 ， 100 幅 度 (最 大 幅 度 )的彩 條 信 號(hào) 。 標(biāo) 準(zhǔn) 彩 條 還 以 4個(gè) 數(shù) 碼 表 示 方 法 來(lái) 命名 。 例 如 ， 100-0-100-0彩 條 、 100-0-100-25彩 條 、 100-0-75-0彩

26、 條 。 1.6標(biāo) 準(zhǔn) 彩 條 信 號(hào) 1.6標(biāo) 準(zhǔn) 彩 條 信 號(hào) 0.493U B Y 0.877V R Y 色 度 信 號(hào) : C sc scsin cose t U t V t 幅 度 : 2 2C U V 相 位 : arctan VU 彩 色 全 電 視 信 號(hào) : Y Ce t e t e t 1.6標(biāo) 準(zhǔn) 彩 條 信 號(hào)幅 度 ： 1.6標(biāo) 準(zhǔn) 彩 條 信 號(hào)相 位 ： 作 業(yè)P23n2 說(shuō) 明 彩 色 三 要 素 的 物 理 含 義 。n6 什 么 是 圖 像 分 辨 力 ？ 什 么 是 圖 像 清晰 度 ？ 圖 像 清 晰 度 與 圖 像 分 辨 力 有 什 么聯(lián) 系 和 區(qū) 別 ？n8 圖 像 顯 示 格 式 是 指 什 么 ？ 什 么 是72060p、 1920 1080i 和 1080p格 式 ？