第 1 章彩色电视基础知识

第1章彩色电视基础知识 • 1.1 光的基本知识 • 1.2 广播电视系统的组成 • 1.3 摄像与显像 • 1.4 人眼的视觉特性与电视参数 • 1.5 电视扫描

1.1 光的基本知识 • 1.1.1 可见光与彩色三要素… • 1. 光与色 • 光是一种物质，它可以电磁波的形式进行传播，它是电磁辐射中的一小部分。电磁波的频率范围很宽，其范围为105~1025Hz。 • 在整个电磁辐射波谱上,只有极小一部分能够被人眼所看到，即能产生视觉，将这一小部分称为可见光谱，其波长范围在380—780nm(毫微米)之间。如图1-1所示。下一页

1.1 光的基本知识 • 2. 物体的颜色 • 彩色来源于光，所以人眼对于一个物体的彩色感觉必然与照射该物体的光源有着密切的关系。物体呈现的颜色就是物体表面对照射光源中某些光谱成分的反射光对人眼所引起的视觉效果。对于透明物体，则是透射光所引起的视觉效果。 • 所以，物体呈现的颜色不仅与物体本身吸收与反射某种光谱的属性有关，同时与照射光源的属性也有关。在没有任何光源照射的黑夜里，任何物体都呈现为黑色。上一页下一页

1.1 光的基本知识 • 3. 彩色三要素： • 亮度、色调和色饱和度称为彩色三要素。任何一种彩色对人眼引起的视觉作用，都可以用彩色三要素来描述。 • ① 亮度是指人眼所感觉的彩色的明暗程度，亮度主要取决于光的强度，还与人眼的光谱响应特性有关。 • ② 色调是指彩色的颜色类别，如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫分别表示不同的色调。 • ③色饱和度是指彩色的深浅程度。同一色调的彩色，其色饱和度越高，颜色越深。上一页下一页

1.1 光的基本知识 • 1.1.2 三基色原理及其应用 • 1．三基色原理 • 在彩色电视技术中，以红（R）、绿（G）、蓝 (B) 为三基色。国际上规定红光的波长取700nm，绿光的波长取546.1nm，蓝光的波长取435.8nm为物理三基色。 • 三基色原理的主要内容有： • 1)自然界的所有彩色几乎都可用三种基色按一定的比例混合而成；反之，任何彩色也可分解为比例不同的三种基色；上一页下一页

1.1 光的基本知识 • 2)三种基色必须是相互独立的，即任一基色不能由另外两种基色混合而成； • 3)用三基色混合成的彩色，其色调和色饱和度皆由三基色的比例决定； • 4)混合色的亮度等于参与混色的基色的亮度的总和。 • 2．混色法 • 利用三种基色按不同比例混合来获得彩色的方法叫就是混色法。有相加混色和相减两种方法。彩色电视技术中使用的是相加混色法。上一页下一页

1.1 光的基本知识 • 1）空间混色法：当将三种基色光分别投射到同一表面相邻近的三个点上时，由于人眼的彩色分辨力较差，因此只要这三个点的距离足够近，人眼就分辨不清是由三个基色小点构成的，而感觉到的则是三种基色的混合色．这就是空间混色法。 • 2）时间混色法：当将三种基色光按一定顺序快速轮换地投射到同一位置时，如果轮换的速度足够快，则由于人眼视觉的暂留效应，人眼所感觉到的将是三种基色光的混合色，这就是时间混色法。上一页下一页

1.1 光的基本知识 • 3）生理混色法：当两只眼睛分别看两个不同彩色的景物时，也会产生混色观觉．这便是生理混色法。 • 3．亮度方程 • 显像三基色要混合成白光，所需光通量之比是由所选用的标准白光和所选三基色的不同而决定的。目前彩色电视中，NTSC制显像三基色荧光粉配制光通量为1 lm(流明)C白光的方程式为：  • Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B 上一页返回

1.2 广播电视系统的组成 • 1.2.1 广播电视系统 • 广播电视系统是一种用于广播的非专用电视系统。由于它一般采用无线电方式进行信号传输，因此，广播电视系统也可称为无线电视系统或开路电视系统。 • 目前，广播电视系统主要是广播这一单一业务。广播电视系统的组成如图1-3所示。广播电视系统主要由彩色电视摄像机、电视信号的处理器、电视信号的形成电路、电视信号的发射机、电视信号的接收机组成。下一页

1.2 广播电视系统的组成 • 1.2.2 电视图像传送的过程 • 传送活动景物的电视系统，通常由摄像、传输、显像三部分组成。其中涉及信号形式变换、信号选择与编码、各种参量的确定，失真的校正等一系列传输、处理信息的方法与原理。 • 电视技术就是传送和接收图像的技术，电视图像的传送是基于光电转换原理，实现光电转换的关键器件是传送端的摄像管和接收端显像管。上一页下一页

1.2 广播电视系统的组成 • 电视广播的基本过程如图1-4所示。在传送端，根据光电转换原理将图像（光信号）经过摄像机转变为电信号（视频信号），再经过放大，耦合到图像发射机。 • 图像信号及伴音信号在发射机中分别调制到各自的载波上，从而形成图像高频信号和伴音高频信号，然后用同一发射天线发送出去。 • 在接收端，由电视接收天线将高频图像和伴音信号一起接收下来，在接收机中对信号进行处理（放大及检波）取出反映图像内容的视频信号，并经视频放大后送显像管重现出图像；同时取出反映伴音内容的音频信号，在扬声器中还原出声音。上一页下一页

1.2 广播电视系统的组成 • 1.2.3 图像的顺序传送 • 任何一幅图像都是由许多密集的细小点子组成的。如照片、图画、报纸上的画面等，用放大镜仔细观察就会发现它们都是紧密相邻的、黑白相间的细小点子的集合体。 • 这些细小点子是构成一幅图像的基本单元，称为像素。像素越小，单位面积上的像素数目越多，图像就越清晰。一幅图像有40多万个像素。上一页返回

1.3 摄像与显像 • 1.3.1 摄像 • 摄像的实质是基于光与电的转换，由摄像机来完成。摄像机的核心是一只摄像管，它的作用是把图象的光信号变成相应的电信号，摄像管种类很多，但主要结构和工作原理大体相同。下面以光电导摄像管为列，说明图像摄取的原理。 • 在摄像管的前方玻璃内壁上，镀有一层透明的、导电性能良好的金属膜，在金属膜内有一层光电导层，称为光电靶，它由半导体光敏材料制成。被摄景物通过光学镜头正好在光电靶面上成像。下一页

1.3 摄像与显像 • 1.3.2 显像 • 电视图象的重现是由显像管来实现的。显像管与摄像管一样，也是一种电真空器件，它主要由电子枪和荧光屏两部分组成，其结构如图1-7所示。 • 电子枪被封装在玻璃管壳内，由灯丝、阴极、栅极、加速极（第一阳极）、聚焦极（第三阳极）、高压阳极（第二、四阳极）组成。在显像管屏面玻璃内壁涂有一层荧光粉，使之成为荧光屏。上一页返回

1.4 人眼的视觉特性与电视参数 • 1.4.1 视力范围与电视机屏幕 • 人眼视觉最清楚的范围约为垂直夹角150、水平夹角200的一个矩形面积。因此，电视机屏幕的宽高比多为4﹕3。为增强临场感与真实感，也可适当增加宽高比，例如高清晰度电视屏幕的宽高比一般采用16﹕9。 • 显像管屏幕的大小常用对角线尺寸来表示，一般家用彩电有 21英寸（54cm）、25英寸（64cm）、29英寸（74cm）。1英寸=2.54cm。下一页

1.3 摄像与显像 • 电子枪的作用是发出一束聚焦良好的电子束，以高速轰击荧光屏上的荧光粉，使之发光。荧光屏的发光亮度除了与荧光粉的发光效率有关外，还与电子束电流的大小和轰击的速度有关。 • 在显像管电子枪各极加上适当的直流电压，则产生一个聚焦良好的电子束高速轰击荧光屏，在屏幕中心产生一个亮点。这时，如果给套在管径上的偏转线圈中通入合适的电流，则形成偏转磁场，控制电子束对荧光屏进行扫描，形成亮度均匀的“光栅”。上一页返回

1.4 人眼的视觉特性与电视参数 • 1.4.2 主观清晰度与图像扫描行数 • 图像清晰度是人们主观感觉到的图像细节的清晰程度。它与电视系统传送图像细节的能力有关，这种能力称为电视系统的分解力。常用多少“线”表示。分解力又分为垂直分解力和水平分解力。 • 1. 垂直分解力 • 垂直分解力是指沿着图像的垂直方向上能够分辨出像素的数目。上一页下一页

1.4 人眼的视觉特性与电视参数 • 2. 水平分解力 • 水平分解力是指电视系统沿图像水平方向能分解的像素的数目，用N表示。 • 3. 每帧图像扫描行数的确定 • 为了获得图像的连续感、克服闪烁效应并不使图像信号的频带过宽，我国电视标准规定帧频为25 Hz，采用隔行扫描，场频为50 Hz。这样的场频恰好等于电网频率，还可以克服当电源滤波不良时图像的蠕动现象。  上一页下一页

1.4 人眼的视觉特性与电视参数 • 1.4.3 亮度感觉与电视图像的亮度、对比度和灰度 • 亮度是指人眼对光的明暗程度的感觉。其大小不仅与光的辐射能量有关，还与人眼的主观感觉有关。 • 客观景物的最大亮度与最小亮度之比称为对比度。重放电视图像的对比度，主要取决于图像中最大亮度与最小亮度之比，还与环境亮度有关，环境亮度越亮，对比度越低。上一页下一页

1.4 人眼的视觉特性与电视参数 • 1.4.4 视频图像信号的频带宽度 • 1. 一帧图像的像素 • 全电视信号的频带宽度与一帧图像的像素个数和每秒扫描的帧数有关。我国的电视扫描行数为625行，其中正程575行，逆程50行。因此，一帧图像的显示扫描行数为575行。 • 2. 图像信号的频带宽度 • 图像信号包括直流成分和交流成分。其中直流成分反映图像的背景亮度，它的频率为零，反映了图像的最低频率。上一页返回

1.5电视扫描 • 1.5.1 逐行扫描 • 所谓逐行扫描，就是电子束自上而下逐行依次进行扫描的方式。这种扫描的规律为电子束从第一行左上角开始扫描，从左到右，然后从右回到左边，再扫描第二行，第三行，…直到扫完一幅（帧）图像为止。 • 接着电子束由下向上移动到开始的位置, 又从左上角开始扫描第二幅（帧）图像。上述电子束作水平方向的扫描叫行扫描，其中电子束自左到右的水平扫描叫行扫描的正程，自右回到左的水平扫描叫行扫描的逆程。下一页

1.5电视扫描 • 在电视技术中，电子束的行扫描和场扫描是同时进行的，即电子束在水平扫描的同时也要进行垂直扫描。由于行扫描速度远大于场扫描的速度，因此在荧光屏上看到的是一条一条稍向下倾斜的水平亮线形成的一片均匀亮度，这称为光栅，如图1-8所示。 • 从图1-8中可以看出，电子束在垂直方向从A到B完成一帧扫描。即为帧扫描正程，再从B回到A准备开始下一帧扫描的过程，即为帧扫描逆程。由于帧扫描逆程时间远大于行扫描周期，所以从B回到A的扫描轨迹不是一条直线，而是进行了多次扫描，如图1-9所示。上一页下一页

1.5电视扫描 • 1.5.2 隔行扫描 • 隔行扫描就是把一帧图像分为两场来扫描。第一场扫描1，3，5，···等奇数行，形成奇数场图像；然后，进行第二场扫描时，才插入2，4，6，···等偶数行，形成偶数场图像。 • 采用隔行扫描，如果每秒传送25帧图像，每秒则扫描50场，即帧频为25Hz，场频为50 Hz，由于人眼每秒依次看到50幅画面，不会有闪烁的感觉。上一页下一页

1.5电视扫描 • 我国电视规定：帧频为25 Hz，一帧图像分625行传送，所以行扫描频率为fH=25×625=15 625 Hz。隔行扫描电子帧频较低，电子束扫描图像时所占的频带宽度较窄（约6 MHz），对电视设备要求不高，因此，它是目前电视技术中广泛采用的方法。 • 隔行扫描的关键是要保证偶数场正好嵌套在奇数场中间，否则会降低图像清晰度，甚至出现并行现象。上一页下一页

1.5电视扫描 • 1.5.3 我国广播电视扫描参数 • 我国广播电视采用隔行扫描方式，其主要扫描参数如下：  • 行周期TH=64 μs；行频fH=15 625 Hz；  • 行正程TSH=52 μs；行逆程TRH=12 μs；  • 场周期TV=20 ms；场频fV=50 Hz；  上一页下一页

1.5电视扫描 • 场正程TSV=287TH+20(μs)=18.388 ms≈18.4 ms；  • 场逆程TRV=25TH+12(μs)=1.612 ms≈1.6 ms； • 帧周期TZ=40 ms；每帧行数Z=625行（其中：正程575行）； • 帧频fZ=25 Hz；每场行数312.5行（其中：正程287.5行）上一页返回

第 1 章 彩色电视基础知识