第二章第二節(jié) 電視掃描原理.ppt

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1、2.2電視掃描原理 思考： 電視技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)光信息（時(shí)空函數(shù)）轉(zhuǎn)換為電信息（時(shí)間函數(shù)）掃描按電子束的運(yùn)動(dòng)規(guī)則分：直線掃描、圓掃描、螺旋掃描等方式電視系統(tǒng)使用勻速單向直線掃描方式2.2.1逐行掃描一行緊跟一行的掃描方式稱為逐行掃描電子束在在靶面上或者屏幕上的掃描軌跡稱為掃描光柵 逐行掃描電流 行偏轉(zhuǎn)線圈、場偏轉(zhuǎn)線圈共同控制電子束的方向演示 演示2.2.2隔行掃描一.隔行掃描的提出（為什么要隔行掃描？） 逐行掃描的電視信號的頻帶太寬，不利于電視信號的傳送 以我國PAL制電視為例，若采用逐行掃描，則： 場頻fv為50Hz，掃描行數(shù)Z為625行，帶寬fmax約為12MHz降低帶寬fmax的方法（掃描方

2、式仍采用逐行掃描） 降低場頻fv會(huì)引起閃爍 降低掃描行數(shù)Z會(huì)降低清晰度 二.隔行掃描光柵的形成奇數(shù)場：由奇數(shù)行組成的場偶數(shù)場：由偶數(shù)行組成的場幀：由奇數(shù)場和偶數(shù)場組成一幀隔行掃描光柵及掃描電流波形圖 隔行掃描重現(xiàn)圖像示意圖演示偶數(shù)行隔行掃描 隔行掃描所應(yīng)滿足的條件：1.下一幀掃描起始點(diǎn)應(yīng)上一幀起始點(diǎn)相同，以便保證各幀掃描光柵重疊。一幀的總行數(shù)Z必須為整數(shù)2.相鄰兩場掃描光柵必須均勻鑲嵌，以獲得最高清晰度一幀的總行數(shù)必須為奇數(shù)，或任何一場必須包含一個(gè)半行三三.隔行掃描的特點(diǎn)隔行掃描的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 隔行掃描電視信號的頻帶是逐行掃描電視信號頻帶的一半，即把幀頻降低了一半缺點(diǎn)缺點(diǎn) 行間閃爍效應(yīng) 并行顯

3、像 真實(shí)并行 視在并行 “鋸齒化”現(xiàn)象 隔行掃描的垂直分解力低于逐行掃描的垂直分解力0.6-0.7演示演示2.2.3掃描同步一一.掃描的同步掃描的同步 掃描同步是指收端與發(fā)端的掃描點(diǎn)應(yīng)有一一對應(yīng)的幾何位置，收、發(fā)端對應(yīng)像素應(yīng)在同一時(shí)刻被掃描掃描同步的條件掃描同步的條件1.掃描的頻率相同2.掃描的起始相位相同3.收發(fā)兩端掃描正程都具有良好的直線性與相同的幅型比 此時(shí)收、發(fā)端掃描點(diǎn)的幾何位置具有嚴(yán)格一一對應(yīng)的關(guān)系，或者說達(dá)到了無失真的同步掃描圖圖2.10 收發(fā)端場頻不等引起圖像畸變收發(fā)端場頻不等引起圖像畸變(a)正常發(fā)送圖像；正常發(fā)送圖像； (b)場頻場頻fV收收fV發(fā)發(fā)； (c)場頻場頻fV收收

4、fV發(fā)發(fā)演示收發(fā)端掃描電流起始相位不同引起圖像分裂(a)發(fā)端圖像；(b)收發(fā)行掃描相差半行時(shí)間引起圖像左右分裂；(c)收發(fā)場掃描相差半場時(shí)間引起圖像上下分裂同步的實(shí)現(xiàn) 電視系統(tǒng)中為了保證同步，在發(fā)送端圖象信號中加入行、場同步脈沖與圖象信號一起發(fā)送出去。每掃完一行圖象，加入一個(gè)行同步脈沖；每掃完一場圖象時(shí)加入一個(gè)場同步脈沖。 在接收端，使行掃描鋸齒波電流只有在行同步脈沖到達(dá)后才開始行逆程，而場掃描鋸齒波電流也只有在場同步脈沖到達(dá)時(shí)才開始逆程掃描。這樣就能保證收、發(fā)端掃描電流同頻、同相，滿足同步要求。二、消隱脈沖與復(fù)合同步脈沖二、消隱脈沖與復(fù)合同步脈沖 消隱是指掃描逆程光柵不顯示。所加入的行場消隱

5、脈沖使掃描逆程期間電子束被截止。這時(shí)的圖象信號電平稱消隱電平。原理上消隱脈沖寬度應(yīng)等于掃描逆程時(shí)間，但為了確保在接收端消除逆程光柵的痕跡，實(shí)際上讓消隱脈沖寬度加大一些。 由攝象機(jī)輸出的圖象信號，與同步機(jī)輸出的行場同步脈沖和行場消隱一起形成視頻信號。然后經(jīng)加工、處理傳送出去。同步脈沖是在圖象信號逆程期間傳送的，其寬度比逆程窄。為了便于用簡單的幅度分離法分離出同步脈沖。一般是將它們疊加在消隱脈沖之上。 三、開槽同步脈沖與均衡脈沖三、開槽同步脈沖與均衡脈沖 P60圖2-15示出同步脈沖經(jīng)微分后分別形成正負(fù)尖脈沖。由于對行掃描電路的同步只需與脈沖前沿相對應(yīng)的正尖脈沖，所以用限幅電路削去負(fù)尖脈沖。由于場

6、同步期間沒有行同步信號，將由于場同步期間沒有行同步信號，將影響整個(gè)掃描過程的嚴(yán)格同步影響整個(gè)掃描過程的嚴(yán)格同步。于是提出了在場同步脈沖內(nèi)形成一些缺口（窄槽）用來代替行同步信號的辦法。這樣，能保證嚴(yán)格的行同步。 采用奇數(shù)行隔行掃描，每場包含一個(gè)半行，每場的時(shí)間均為TV，因此如果把奇數(shù)場和偶數(shù)場的同步脈沖分兩排畫，且使其場同步脈沖對齊，則兩場的行同步脈沖相互錯(cuò)開。由于相鄰兩場的兩個(gè)場同步脈沖內(nèi)的開槽及場同步脈沖前后的行同步脈沖都相差半行，從而使兩場的同步脈沖積分起始電平不同，積分后波形不能完全重合，兩條積分曲線上的小臺階相差半行。經(jīng)同一電平限幅后，兩場同步脈沖的起始點(diǎn)之間就產(chǎn)生了時(shí)間差異。它將嚴(yán)重

7、影響隔行掃描的準(zhǔn)確性導(dǎo)致并行現(xiàn)象和垂直分解力的降低，甚至完全并行，清晰度降低了一半。 為了消除誤差，可以在場同步脈沖期間及其前后若干行內(nèi)，將行同步脈沖的頻率提高一倍，這樣使這段時(shí)間內(nèi)偶數(shù)場和奇數(shù)場的同步脈沖波形完全相同，故兩場場同步脈沖的積分起始電平相同，經(jīng)積分后兩場輸出信號的波形一致，保證了兩場的時(shí)間間隔相同。 在場同步脈沖前后的窄脈沖分別稱為前均衡脈沖和后均衡脈沖。按我國電視標(biāo)準(zhǔn)，前后均衡脈沖均為5個(gè)，各占兩行半時(shí)間。行同步脈沖的寬度為4.7s，均衡脈沖的寬度為2.35 s。 場同步脈沖也占兩行半時(shí)間,因開了五個(gè)槽而形成五個(gè)齒脈沖,場同步中齒脈沖寬度為27.3 s，開槽脈沖寬度為4.7 s

8、。 因此，黑白全電視信號包括：圖象信號、復(fù)合消隱脈沖、和復(fù)合同步脈沖（由行同步脈沖、開槽的場同步脈沖、和前后均衡脈沖）2.3 電視圖象的基本參量電視圖象的基本參量 電視圖象的基本特征有：圖象尺寸與幾何形狀；圖象對比度與亮度層次；圖象的色度；圖象清晰度；圖象的連續(xù)性。2.3.1、圖象的幾何特征、圖象的幾何特征 根據(jù)人眼視覺特性，視覺最清楚的范圍：垂直夾角15，水平夾角20。從而決定電視機(jī)屏幕為矩形，其幅形比為4：3。 矩形屏幕大小常用對角線尺寸衡量（英寸）。如21英寸（54cm）25英寸（65cm）29英寸（74cm）等。掃描的線性特性對圖像幾何特性的影響 常用棋盤格信號測試行、場掃描電流的線性

9、性。（P63圖2-18）一般用掃描非線性系數(shù)來度量非線性畸變程度。幾何畸變由于偏轉(zhuǎn)磁場的不均勻性、電子束掃描的偏轉(zhuǎn)半徑與熒光屏曲率半徑的不一致、以及光學(xué)系統(tǒng)成像誤差等因素所引起的一些圖形畸變。用幾何畸變系數(shù)Dg表示表示光柵幾何畸變的程度。 Dg 1時(shí),產(chǎn)生白擴(kuò)張； 1時(shí)，產(chǎn)生亮度均勻壓縮第四節(jié) 視頻圖象信號 視頻圖象信號是指經(jīng)掃描、光-電轉(zhuǎn)換過程由光像轉(zhuǎn)變成的電信號，或再經(jīng)校正和線性組合等處理過程而形成的視頻信號。 本節(jié)討論黑白圖象信號的特性及彩色圖象信號組成原理和特點(diǎn)。一、黑白圖象信號一、黑白圖象信號1、黑白圖象信號的波形、黑白圖象信號的波形 電視圖象信號在攝象時(shí)通過電子束掃描，圖象上不同明

10、暗程度的像素分布就變成了按時(shí)間順序排列的強(qiáng)弱不同的電信號（電壓或電流）。它具有脈沖特性和單方向性。 正極性圖象信號圖象愈亮，信號電平愈高。 負(fù)極性圖象信號信號電平隨圖象亮度的增加而減低。P74，圖2-23。黑黑灰灰白灰白（a）（b）（c）（d）（a）被傳送的圖象（b）行掃描電流波形（c）攝像管輸出信號（d）視頻信號iHuHuHttt掃描行的負(fù)極性信號波形2、黑白圖象信號頻譜、黑白圖象信號頻譜 由于采用周期性掃描方法，使電視圖象信號具有周期性。 若被掃描的圖象是亮度不同的豎條圖案，圖象內(nèi)容在垂直方向上沒有變化，則形成的圖象信號將是以行頻重復(fù)的周期性信號。該信號可以用復(fù)數(shù)形式的傅立葉級數(shù)表示： e

11、（t）=nejn WHt 顯然，振幅頻譜是以行頻為間隔的離散的線狀頻譜。 若內(nèi)容在水平和垂直方向上都有變化,則圖象信號具有二維傅立葉級數(shù)形式.即： e（t）=nmej（n WH+m wV）t 此時(shí)振幅頻譜將包含以行頻為間隔的頻譜線（主譜線）和分布于它們兩側(cè)的以場頻為間隔的頻譜線（副頻譜線），即各頻譜成分的頻率為整數(shù)倍行頻加、減整數(shù)倍場頻。如圖示： （P72圖2-25） 總之,從電視圖象信號的頻譜分析得,其能量主要分布在行頻及其各次諧波頻率為中心的較窄范圍內(nèi),余下較大的空隙可利用來傳送彩色信息.nfHn+1fHn+2fHn+3fHn+4fHfnfH+25+50-25-50黑白電視圖象信號頻譜圖二

12、、亮度信號、色差信號及其組成原理二、亮度信號、色差信號及其組成原理 彩色圖象信號就是三個(gè)視頻基色信號。但叢占用頻帶來看，這種傳送方式不經(jīng)濟(jì)，不合理。故彩色廣播電視并不直接傳送三個(gè)基色信號，而是由三基色信號（R、G、B）組合成的亮度信號和色差信號。 本節(jié)主要討論恒定亮度原理、高頻混合原理及亮度信號和色差信號。 1、恒定亮度原理與高頻混合原理、恒定亮度原理與高頻混合原理 從兼容性與逆兼容性考慮，彩色電視系統(tǒng)傳送一個(gè)反映圖象亮度的亮度信號，再選用兩個(gè)信號代表色度信息。 恒定亮度原理根據(jù)人眼對亮度細(xì)節(jié)分辨力高、對色度細(xì)節(jié)分辨力低的視覺特性，即對亮度噪波敏感而對色度噪波不敏感的特點(diǎn)，當(dāng)用一個(gè)亮度信號傳送

13、亮度信息時(shí)，使它不受傳送色度信息的其他信號的影響，即后者的變化或混進(jìn)的噪波將不影響亮度信號，也不反映到圖象的亮度上。這樣，重現(xiàn)圖象的亮度就只由傳送亮度信息的亮度信號決定。 大面積著色原理從人眼對亮度細(xì)節(jié)和色度細(xì)節(jié)的分辨力不同出發(fā)，彩色電視系統(tǒng)在傳送彩色景物時(shí)，只傳送一個(gè)粗線條（大面積）的彩色圖象，并配以亮度細(xì)節(jié)。 混合高頻原理傳送代表亮度信息的信號占有全部視頻帶寬，而傳送代表色度信息的信號用較窄的頻帶。這樣，在接收端恢復(fù)的三個(gè)基色信號也就只包含較低的頻率分量，其高頻部分都用同一亮度信號的高頻部分來補(bǔ)充。這既可節(jié)省頻帶又可減輕干擾。2、亮度信號和色差信號、亮度信號和色差信號 為了滿足如下要求：

14、為獲得兼容性，必須傳送一個(gè)與黑白電視相同的亮度信號，并且頻帶相同。 需傳送兩個(gè)代表色度的信號，根據(jù)恒定亮度原理，它們不應(yīng)含有亮度信息，根據(jù)高頻混合原理，色度信號可采用窄帶傳輸。 在傳輸黑白圖象時(shí)，R=G=B，根據(jù)上一條件，這時(shí)代表色度的信號應(yīng)等于0。 代表色度的兩個(gè)信號是互相獨(dú)立的 三個(gè)基色信號與三個(gè)傳輸信號之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系要簡單。 根據(jù)上述條件，故現(xiàn)行彩色電視系統(tǒng)選用的一組傳輸信號是：一個(gè)亮度信號，兩個(gè)色差信號。 色差信號是由基色信號與亮度信號之差組成。它們之間關(guān)系為： Y=0.30R+0.59G+0.11B (R-Y)=0.70R-0.59G-0.11B (B-Y)=-0.30R-0.59G

15、+0.89B (G-Y)=-0.30R+0.41G-0.11B 三個(gè)色差信號中只有兩個(gè)獨(dú)立,由于（G-Y）信號數(shù)值較小，不傳輸。通常選Y、（R-Y）、（B-Y）作為傳輸信號。 信號變換通過矩陣電路來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定，色差信號帶寬的下限值為1MHz。下面用信號表示說明恒定亮度和高頻混合原理的實(shí)現(xiàn)三、標(biāo)準(zhǔn)彩條信號三、標(biāo)準(zhǔn)彩條信號 標(biāo)準(zhǔn)彩條信號是由彩色信號發(fā)生器產(chǎn)生的一種測試信號，常用來對彩色電視系統(tǒng)的傳輸特性進(jìn)行測試和調(diào)整。 標(biāo)準(zhǔn)彩條信號是用電的方法形成的一種電信號，可在接收機(jī)監(jiān)視器屏幕上顯示八條等寬的條紋。彩色自左至右為：白、黃、青、綠、品、紅、藍(lán)、黑。標(biāo)準(zhǔn)彩條信號可以有不同的規(guī)范。分別示出一

16、種規(guī)范的正極性彩條三基色信號波形圖。如果把它們與白條對應(yīng)的電平定為1.0;與黑條對應(yīng)的電平定為0,則這種規(guī)范的三基色信號電平非1即0,由其顯示的彩色均為飽和色即稱為100%飽和度、100%幅度（最大幅度）彩條信號。 標(biāo)準(zhǔn)彩條信號的四個(gè)數(shù)碼命名法：如100-0-75-0，第一二數(shù)字分別表示組成無色條（黑白）的RGB的最大值與最小值；第三四數(shù)字分別表示組成各彩條的R、G、B最大值和最小值。第五節(jié) 視頻圖像信號的數(shù)字化與分量編碼 數(shù)字電視之所以是電視技術(shù)發(fā)展的主要方向，也就是因?yàn)樗蛡鹘y(tǒng)的模擬電視比較有許多突出的優(yōu)點(diǎn)。 1.數(shù)字電視的抗干擾能力強(qiáng)。 數(shù)字電視信號是二進(jìn)制（或多進(jìn)制）的編碼信號，在傳輸

17、過程中的干擾和失真不容易影響碼的正確判決和恢復(fù)。即使經(jīng)過長距離傳輸或反復(fù)記錄，仍可以幾乎無失真地再生復(fù)原。 2數(shù)字電視信號能夠進(jìn)行存儲，包括成幀圖像的存儲，從而可能進(jìn)行包括時(shí)間軸和空間的二維、三維處理，得以實(shí)現(xiàn)采用模擬方法難以得到的各種信號處理功能。如數(shù)字視頻特技等。 3數(shù)字電視穩(wěn)定可靠，易于調(diào)整，便于生產(chǎn)。數(shù)數(shù)字電視穩(wěn)定可靠，易于調(diào)整，便于生產(chǎn)。數(shù)字電視中的存儲電路和信號處理電路易于大規(guī)模字電視中的存儲電路和信號處理電路易于大規(guī)模和超大規(guī)模集成。和超大規(guī)模集成。 4數(shù)字電視信號容易和其它信息鏈聯(lián)數(shù)字電視信號容易和其它信息鏈聯(lián),便于加入公便于加入公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，也便于與計(jì)算機(jī)或其它數(shù)字設(shè)備用數(shù)

18、據(jù)通信網(wǎng)，也便于與計(jì)算機(jī)或其它數(shù)字設(shè)備接口。接口。 模擬電視信號 轉(zhuǎn)換為數(shù)字電視信號的過程，稱為PCM調(diào)制（脈沖編碼調(diào)制）。由數(shù)字 電視信號再轉(zhuǎn)換為模擬電視信號則稱PCM解調(diào)或解碼過程。這兩個(gè)過程在電路實(shí)現(xiàn)時(shí)，通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（A/D）和數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器（D/A）實(shí)現(xiàn)的。 A/D轉(zhuǎn)換器是把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，它包括三個(gè)過程：取樣、量化和編碼 。經(jīng) 取樣、量化、編碼所得到的數(shù)字信號，即為PCM信號 分量編碼： 分量編碼就是對Y，R-Y，B-Y或三個(gè)基色分量R，G，B分別編碼，用三個(gè)物理信道進(jìn)行傳輸，或者按時(shí)分復(fù)用方式，用一個(gè)物理信道傳輸。 （1）取樣頻率fs的選定原則和標(biāo)準(zhǔn) 選定原則：

19、滿足取樣定理，fs應(yīng)大于最高頻率（Y：5.86MHz，色差：2MHz）的2倍，一般取2.2倍。 為了得到正交的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，取樣頻率應(yīng)為行頻fH的整數(shù)倍。 為了便于不同電視制式轉(zhuǎn)換，fs是50Hz/625行、60Hz/525行的兩類行頻的公倍數(shù)。 亮度信號的取樣頻率與色差信號的取樣頻率之間有整數(shù)倍的關(guān)系，以使兩者的取樣點(diǎn)能重合或有固定的位置關(guān)系。 ITU-R601建議，對模擬分量視頻信號取樣時(shí)， Y / R-Y / B-Y的取樣頻率為13.5 /6.75 / 6.75MHz，分別是基準(zhǔn)頻率3.375MHz的4倍、2倍、2倍，故簡稱4：2：2標(biāo)準(zhǔn) （2）編碼位數(shù) 編碼位數(shù)n是由所需的量化層數(shù)決定的。一般采取8bit，255層。 量化信噪比 對于經(jīng)過校正的圖像信號，一般都采用均勻量化，即用線性編碼。設(shè)單極性圖像信號的變化范圍為0到1，分為2n個(gè)量化層，每個(gè)量化層高為2-n。由于均勻分布 量化信噪比： 即量化位數(shù)每增加一位，信噪比提高6dB。