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第2章 电视图像的传送原理 第2章 电视图像的传送原理 章 2.1 电视传像原理 2.2 电视图像基本参数 2.3 黑白全电视信号的组成 思考题和习题 第2章 电视图像的传送原理 2.1 电视传像原理电视广播用无线电波传送活动图像和伴音。 传送 伴音要把随时间变化的声能变成电信号传送出去， 接 收机再把电信号转换为声音。 传送活动图像要在发送 端把亮度信息从空间、 时间的多维函数变成时间的单 变量函数电信号。 第2章 电视图像的传送原理 人眼的分辨力是有限的， 当人眼看图像上两个点 构成的视角小于1′时， 眼睛已不能将这两点区分开来。 根据这一视觉特性， 我们可以将一幅空间上连续的黑 白图像分解成许多小单元， 这些小单元面积相等、 分 布均匀， 明暗程度不同。 大量的单元组成了电视图像， 这些单元称为像素。 报纸上的照片就是这样构成的， 在近距离仔细观察时， 画面由许多小黑点组成；当离 开一定距离观看时， 看到的是一幅完整的照片。 单位 面积上的像素数越多， 图像越清晰。 第2章 电视图像的传送原理 一幅高质量的图像有几十万个像素。 要用几十万 个传输通道来同时传送图像信号是不可能的。 由于人 眼的视觉惰性， 可以把图像上各像素的亮度信号按从 左到右、 从上到下的顺序一个一个地传送。 电视接收 机按发送端的顺序依次将电信号转换成相应亮度的像 素， 只要在视觉暂留的0.1 s时间里完成一幅图像所有 像素的电光转换， 那么人眼感觉到的将是一幅完整的 图像。 利用视觉惰性， 我们同样可以把连续动作分解 为一连串稍有差异的静止图像。 电影就是每秒放映24 幅稍有差异的静止画面来得到活动图像的， 电视则是 采用每秒传送25幅稍有差异的电视画面来得到连续动 作的效果的。 第2章 电视图像的传送原理 利用人眼的视觉惰性和有限分辨力， 活动图像可 分解为一连串的静止图像， 静止图像又可分解为像素， 只要在 素的亮度信息进行光电转换， 接收端再依次重现相应 亮度的像素， 就可以完成活动图像的传输。 这种将图 像分解成像素后顺序传送的方法叫做顺序传送原理。 1 s 25 时间里， 发送端依次对一幅图像所有像 第2章 电视图像的传送原理 2.1.1 逐行扫描 在电视发送端用摄像器件实现光电转换， 在接收 端用显像管实现电光转换。 涂在玻璃屏上的荧光粉在 电子束的轰击下会发光。 荧光屏的发光强弱取决于轰 击电子的数量与速度， 只要用代表图像的电信号去控 制电子束的强弱， 再按规定的顺序扫描荧光屏， 便能 完成由电到光的转换， 重现电视图像。 第2章 电视图像的传送原理 显像管中的电子束扫描是通过水平偏转线圈和垂直偏 转线圈来实现的。 在水平偏转线圈所产生的垂直磁场 作用下， 电子束沿着水平方向扫描， 叫做行扫描。 同 时在垂直偏转线圈所产生的水平磁场作用下， 电子束 沿垂直方向扫描， 叫做场扫描。 第2章 电视图像的传送原理 假定在水平偏转线圈里通过如图2-1(a)所示的锯齿 形电流， t1～t2期间电流线性增长时， 电子束在垂直偏 转磁场的作用下从左向右作匀速扫描叫做行扫描正程， t2时刻正程结束时， 电子束扫到屏幕的最右边。 t2～t3 期间偏转电流快速线性减小， 电子束从右向左迅速扫 描， 叫做行扫描逆程， t3时刻逆程结束时， 电子束又 回扫到屏幕的最左边。 电子束在水平方向往返一次所 需的时间称为行扫描周期TH。 行扫描周期TH等于行正 程时间THF和行逆程时间THR之和。 行扫描周期的倒数 就是行扫描频率fH。 第2章 电视图像的传送原理 假定在垂直偏转线圈里通过如图2-1(b)所示的锯齿 形电流， 电子束在水平偏转磁场的作用下将产生自上 而下， 再自下而上的扫描， 这样便形成帧扫描正程和 逆程。 帧扫描的周期TZ等于帧正程时间TZF和帧逆程时 间TZR之和。 帧扫描周期的倒数就是帧扫描频率fZ。 帧 扫描频率fZ远低于行扫描频率fH。 第2章 电视图像的传送原理 如果把行偏转电流iH和帧偏转电流iZ同时分别加到 水平和垂直偏转线圈里， 那么， 在水平偏转磁场和垂 直偏转磁场共同作用下， 电子束同时沿水平方向和垂 直方向扫描， 在屏幕上就显示出如图2-1（c）所示的 光栅。 由于行扫描时间比帧扫描时间短得多， 整个屏 幕高度有600多条扫描线， 因此电视机的扫描线看起来 是水平直线。 这种扫描方式从图像上端开始， 从左到 右、 从上到下以均匀速度依照顺序一行紧跟一行地扫 完全帧画面， 称为逐行扫描。 第2章 电视图像的传送原理 iH THF THR t0 t t1 t3 t6 (a) t1 t2 t3 TZF t 4 TH TZR t2 t4 iZ (b) TZ t0 t5 t6 t t5 (c) 图 2-1 逐行扫描电流和光栅 (a) 行扫描电流； (b) 帧扫描电流； (c) 扫描光栅 第2章 电视图像的传送原理 逆程扫描线会降低图像质量， 故在行、 帧逆程期 间用消隐脉冲截止扫描电子束， 使逆程扫描线消失。 为了提高效率， 正程扫描时间应占整个扫描周期的大 部分， 电视标准规定了行逆程系数α和帧逆程系数β： THR TZR α= = 18% β = = 8% TH TZ 在逐行扫描中， 所有帧的光栅都应相互重合， 这就 要求帧扫描周期TZ是行扫描周期TH的整数倍， 也就是说 每帧的扫描行数Z为整数， TZ =ZTH，fH=ZfZ。 第2章 电视图像的传送原理 2.1.2 隔行扫描 为了保证电视图像有足够的清晰度， 扫描行数需 在600左右； 为了保证不产生闪烁感觉， 帧扫描频率 应在48 Hz以上， 这样图像信号的频带就会很宽， 使 设备复杂化。 隔行扫描在不增加带宽的前提下， 保证 有足够的清晰度又避免了闪烁现象。 第2章 电视图像的传送原理 隔行扫描就是把一帧图像分成两场来扫： 第一场 扫描1、 3、 5、 …奇数行， 称为奇数场； 第二场扫描 2、 4、 6、 …偶数行， 称为偶数场。 每帧图像经过两 场扫描， 所有像素全部扫完。 偶数场扫描线正好嵌在 奇数场扫描线的中间， 如图2-2（c）所示。 我国电视 标准规定， 每秒传送25帧， 每帧图像为625行， 每场 扫描312.5行， 每秒扫描50场。 场频为50 Hz， 不会有 闪烁现象， 一帧由两场复合而成， 每帧画面仍为625 行， 图像清晰度没有降低， 而频带却压缩了一半。 第2章 电视图像的传送原理 图2-2（a）是行扫描电流波形， 图2-2（b）是场 扫描电流波形。 为了简化， 图中未画出行、 场扫描的 逆程时间。 一帧光栅由9行组成， 图2-2（c）中奇数 场光栅用实线表示， 偶数场光栅用虚线表示。 奇数场 结束时正好扫完第5行的前半行， 偶数场一开始扫第5 行的后半行， 偶数场第一整行(第6行)起始时垂直方向 正好扫过半行， 插在第1行和第2行的中间， 形成隔行 扫描。 由此可见， 隔行扫描要将偶数场光栅嵌在奇数 场光栅中间， 每帧的扫描行数必须是奇数。 第2章 电视图像的传送原理 iH 2 4 6 8 10 12 14 16 18 (a) 1 3 5 7 9 11 13 15 17 t 1 11 3 13 5 15 7 17 9 (c) iV (b) t0 t 10 2 12 4 14 6 16 8 18 图 2-2 隔行扫描电流和光栅 (a) 行扫描电流； (b) 场扫描电流； (c) 扫描光栅 第2章 电视图像的传送原理 隔行扫描存在下列缺点： (1) 行间闪烁效应 从电视图像整体来看， 隔行扫 描后图像场频保持在50 Hz， 高于临界闪烁频率， 观 看时不会感觉到闪烁。 但当图像中有一行亮线时， 每 秒只出现25次， 低于临界闪烁频率， 就会感到闪烁， 这叫行间闪烁。 第2章 电视图像的传送原理 (2) 并行现象 并行现象有真实并行和视在并行。 在隔行扫描中， 要求行、 场扫描频率保持一定的关系， 否则两场光栅不能均匀相嵌。 不均匀的极端是奇、 偶 两场光栅重合， 称为真实并行， 这时图像清晰度会降 低一半。 当图像上有一物体垂直方向运动速度恰好是 一场时间下移一行的距离时， 该物体后一场图像与前 一场相同， 当观察者的视线随运动物体移动时， 看起 来是两行并成了一行， 图像清晰度下降， 这被称为视 在并行。 第2章 电视图像的传送原理 (3) 垂直边沿锯齿化现象 当图像上有物体水平方 向运动速度足够大时， 因隔行分场传送， 相邻两行在 时间上相差， 结果运动物体图像垂直边缘出现锯齿。 锯齿深度就是物体在一场时间内水平方向移动的距离。 第2章 电视图像的传送原理 2.1.3 CCD摄像机的光电转换 20世纪80年代， 由电荷耦合器件(CCD， Charge Coupled Devices)制成的固体摄像机已经面世。 由于其 寿命长、 耐震动、 工作电压低、 体积小、 重量轻， 而且均匀性好， 几乎没有几何失真， 使得CCD固体摄 像机完全代替了真空摄像管摄像机。 第2章 电视图像的传送原理 1. 势阱 图2-3所示的是由P型半导体、 二氧化硅绝缘层和 金属电极组成的MOS结构。 在电极上未加电压之前如 图2-3（a）所示， P型半导体中的空穴均匀分布； 当 栅极G上加正电压UG时， 栅极下面的空穴受到排斥， 从而形成一个耗尽层(见图2-3(b))， 当UG数值高于某一 ( 2-3(b)) U 临界值Uth时， 在半导体内靠近绝缘层的界面处， 将有 自由电子出现， 形成—层很薄的反型层， 反型层中电 子密度很高， 通常称为沟道， 如图2-3(c)所示。 第2章 电视图像的传送原理 这种MOS电极结构与MOS场效应管的不同之处是没有 源极和漏极， 因此即使栅极电压脉冲式突变到高于临 界值Uth， 反型层也不能立即形成， 这时， 耗尽层将 进一步向半导体深处延伸。 第2章 电视图像的传送原理 金金金二 SiO2 P型型型 G ＋ ＋ ＋＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋＋＋＋＋ ＋－－－ －＋ ＋ ＋ ＋＋＋＋ ＋＋ M O S 体体体 耗耗耗 (a) (b) 反型耗 (c) 图 2-3 MOS结构与势阱 (a) UG=0； (b) UG<Uth; (c) UG>Uth 第2章 电视图像的传送原理 耗尽层的深度可想象成势阱的概念。 当注入电子 形成反型层时， 加在耗尽层上的电压会下降(把耗尽层 想象成一个容器(阱))， 这种下降可看成向阱内倒入液 体， 势阱中的电子不能装到边沿。 第2章 电视图像的传送原理 Φ1 Φ2 Φ3 Φ4 Φ1 Φ2 2 V 10V 10 V 10 V 2 V 10 V Φ1 Φ2 Φ3 Φ4 Φ1 Φ2 2 V 10→2 10 V 10 V 2 V 2 V Φ1 Φ2 Φ3 Φ4 Φ1 Φ2 2 V 2 V 10 V 10 V 2 V 2 V (a) (b) (c) Φ1 Φ2 Φ3 Φ4 Φ1 Φ2 10 V 2 V 10 V 10 V 2→10 2 V Φ1 Φ2 Φ3 Φ4 Φ1 Φ2 10 V 2 V 10 V 10 V 10 V 2 V (d) (e) 图 2-4 四相CCD电荷的转移 第2章 电视图像的传送原理 2. 电荷的转移(耦合) 图2-4表示了一个四相CCD中电荷的转移现象。 在 图2-4（a）中，Φ1是2 V， Φ2～Φ4是10 V, 所以Φ2～Φ4 下面的势阱很深， 电荷存在里面。 在图2-4(b)中， Φ2 由10 V变为2 V， Φ2下面的势阱变浅， 所有的电荷转 移到Φ3、 Φ4下面的势阱中， 结果如图2-4(c)所示。 在 图2-4(d)中， Φ1由2 V变为10 V， 原来在Φ3、 Φ4下面 的势阱中的电荷向右转移分布到Φ3、 Φ4、 Φ1下面的 势阱中， 结果如图2-4(e)所示， 这个过程使得Φ2～Φ4 下面的势阱中的电荷转移到了Φ3、 Φ4、 Φ1下面的势 阱中。 第2章 电视图像的传送原理 图2-5是三个电荷包在四相时钟Φ1～Φ4的驱动下向 前转移的示意图。 第2章 电视图像的传送原理 Φ1 Φ2 Φ3 Φ4 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t 8 t 9 t 10 t 11 t 12 t 13 t 14 Φ1 Φ2 Φ3 Φ4 Φ1 Φ2 Φ3 Φ4 Φ1 Φ2 Φ3 Φ4 Φ1 Φ2 1 1 2 2 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 图 2-5 三个电荷包在时钟Φ1~Φ4的驱动下向前转移 第2章 电视图像的传送原理 图2-5上部是四相时钟Φ1～Φ4的波形。 图2-5下部 左边一列是电极， 所有标志为Φ1的电极应全部连在一 起接到Φ1波形的驱动线上； 标志为Φ2的电极应全部连 在一起接到Φ2波形的驱动线上； 所有标志为Φ3的电极 应全部连在一起接到Φ3波形的驱动线上； 所有标志为 Φ4的电极应全部连在一起接到Φ4波形的驱动线上。 第2章 电视图像的传送原理 t1时刻三个电荷包的位置如其下面标号为1、 2、 3的矩 形所示， 由四相时钟驱动， 逐步向下移动; t2～t14各个 时刻的电荷包位置如其下面标号为1、 2、 3的矩形所 示。 在t9时刻电荷包1转移到原来电荷包2的位置， 电 荷包2转移到原来电荷包3的位置， ……。 CCD中的电荷就这样在四相时钟的驱动下向前转移。 第2章 电视图像的传送原理 3. 面阵CCD的三种基本型式 CCD作为摄像机中的光电传感器， 必须能接受一 幅完整的光像， 每个像素对应一个CCD光敏单元， 所 以CCD必须排列成二维阵列的形式， 称为面阵CCD。 每列都是一个如前所述的线阵CCD移位寄存器， 而列 之间有由扩散形成的阻挡信号电荷的势垒， 这个势垒 叫做沟阻， 沟阻可以防止电荷从与转移方向相垂直的 方向流走。 面阵CCD有下面三种基本型式。 第2章 电视图像的传送原理 1) FT型(Frame Transfer， 帧转移型) 帧转移型面阵CCD如图2-6(a)所示， 摄像器件分为 光敏成像区和存储区两部分， 场正程期间在光敏成像 区每个单元积累信号电荷, 在场消隐期间由垂直CCD 移位寄存器把信号电荷全部高速传送到存储区， 存储 区的信号在每一行消隐期间向前推进一行， 在行正程 期间由水平CCD移位寄存器逐像素读出。 帧转移型CCD在帧转移期间， 全部电荷在成像区 移动， 一列中的每一个像素都被这列中后面的其他像 素的光线照射过， 因此景物中的亮点就会在图像上产 生一条垂直亮带， 这个现象称为拖尾。 第2章 电视图像的传送原理 2) IT型(Interline Transfer， 行间转移型) 行间转移型面阵CCD如图2-6(b)所示， 摄像器件 的光敏成像部分和存储部分以垂直列相间的形式组合， 场正程期间在成像列积累信号电荷， 场消隐期间一次 转移到相应的存储列上。存储列的信号在每一行消隐 期间沿垂直方向下移一个单元， 在行正程期间由水平 CCD移位寄存器逐像素读出信号。 行间转移型CCD中， 电荷包在存储列中每移动一 行距离， 经过一场才能将全部电荷移出， 虽然存储列 采用光屏蔽， 但斜射光和多次反射光仍会形成假信号 而产生拖尾。 第2章 电视图像的传送原理 3) FIT型(帧行间转移型) 帧行间转移型面阵CCD如图2-6(c)所示， 成像区 与行间转移型CCD相似， 成像区与存储区的关系与帧 转移型CCD相似。 帧行间转移型CCD中电荷包从成像区向存储区转 移是在场消隐期间进行的， 而且在光屏蔽和存储列中 进行， 拖尾基本上不存在。 第2章 电视图像的传送原理 光敏光 存存光 (a) (b) (c) 图 2-6 面阵CCD的三种基本型式 (a) 帧转移型面阵CCD； (b) 行间转移型面阵CCD； (c) 帧行间转移型面阵CCD 第2章 电视图像的传送原理 与显像管中的隔行扫描类似， 面阵CCD的光生电 荷是隔行读出的， 但因为沿用真空摄像管的术语， 常 把隔行读出也说成隔行扫描。 隔行读出有帧积累方式 和场积累方式两种。 帧积累方式(Frame Integration Mode)的结构如图27所示， 存储在奇数行各像素中的光生电荷在奇数场读 出， 存储在偶数行各像素中的光生电荷在偶数场读出， 每个像素的光生电荷积累时间是一帧时间， 即1／25 s。 第2章 电视图像的传送原理 因为帧积累方式的光生电荷积累时间比较长， 上 一场的光生电荷保留在光敏成像区， 出现在下一场中， 所以有一场时间的延迟， 这种延迟会引起动态分辨率 的下降。 第2章 电视图像的传送原理 垂垂垂垂 CCD 光 敏 二二二 垂垂垂垂 CCD 光 敏 二二二 水水水传CCD (a) 水水水传CCD (b) 图 2-7 帧积累方式电荷转移 (a) 奇数场； (b) 偶数场 第2章 电视图像的传送原理 场积累方式的结构如图2-8(a)、 (b)所示， 两个相 邻行的电荷加起来同时转移到垂直CCD移位寄存器。 隔行读出是由相加电荷的组合方式的不同来实现的。 图2-8(a)的组合方式是奇数场， 图2-8(b)的组合方式是 偶数场。 每个像素的光生电荷积累时间是一场时间， 即1／50 s。 第2章 电视图像的传送原理 垂垂垂垂 CCD 光 敏 二二二 垂垂垂垂 CCD 光 敏 二二二 水水水传CCD (a) 水水水传CCD (b) 图 2-8 场积累方式电荷转移 (a) 奇数场； (b) 偶数场 第2章 电视图像的传送原理 场积累方式有如下特点： (1) 没有一场时间的延迟； (2) 图像垂直边缘的闪烁减少； (3) 宽的动态范围和抗弥散性好； (4) 垂直方向分辨率略有降低。 第2章 电视图像的传送原理 2.2 电视图像基本参数 2.2.1 图像宽高比 图像宽高比也称幅型比。 根据人眼的视觉特性， 视觉最清楚的范围是垂直视角为15°， 水平视角为 20°的一个矩形视野， 因而电视接收机的屏幕通常为 矩形， 矩形画面的宽高比为4∶3。 第2章 电视图像的传送原理 矩形屏幕的大小用对角线长度表示， 并习惯用英 寸作单位， 一般家用电视机的35 cm（14英寸）、 46 cm（18英寸）、 51 cm（20英寸）、 74 cm（29英寸） 等都是指屏幕对角线长度。 观看电视的最佳距离分别为2 m、 2.5 m、 3 m、 4 m， 眼睛应与荧光屏中心处在同一水平线。 为增强临 场感与真实感， 还可加大幅型比， 例如， 高清晰度电 视或大屏幕高质量电视要求水平视角加大， 观看距离 约为屏高的三倍， 幅型比定为16∶9。 第2章 电视图像的传送原理 2.2.2 场频 选择场扫描频率主要应考虑不能出现光栅闪烁。 人眼的临界闪烁频率与屏幕亮度、 图像内容、 观看条 件以及荧光粉的余辉时间等因素有关， 为了不引起人 眼的闪烁感觉， 场频应高于48 Hz。 随着屏幕亮度的 提高， 屏幕尺寸的加大， 观看距离的变近， 场频应相 应提高。 第2章 电视图像的传送原理 场频的选择还要考虑交流电源对电视图像的影响。 电视接收机电源滤波不良或因杂散电源磁场的影响， 交流电源干扰混入视频信号中， 都会使图像产生一种 垂直方向的明暗变化， 或呈现为一二条水平暗条。 当 电源频率与场频相同并与电源同步时， 这些干扰在图 像上是固定不动的， 只要不太大， 眼睛是感觉不出来 的； 当电源频率与场频不同时， 干扰图形将是移动的， 以两个频率的差频向上或向下滚动， 俗称“滚道”。 第2章 电视图像的传送原理 交流电源干扰若加在行锯齿波上， 会造成光栅扭曲。 当场频与电源频率不同时， 光栅不但扭曲而且摆动。 因此在制定电视标准时都规定场频与本国的电网频率 相同。 在我国电视标准中， 场频选为50 Hz。 随着新 型荧光粉的出现， 电视屏幕亮度不断提高， 一些高亮 度的画面常会引起闪烁感觉， 而现代接收机生产工艺 水平已能消除电源干扰， 所以将来会采用比50 Hz更高 的场频。 第2章 电视图像的传送原理 2.2.3 行数 在1.2.3节中得到分辨力公式 d θ = 3438 (′) L 式中， L表示眼睛与图像之间的距离， d表示能分 辨的两点间最小距离， 对于正常视力的人， 在中等亮 度情况下观看静止图像时， θ为1～1.5′。 第2章 电视图像的传送原理 设Z为每帧扫描行数， h为屏幕高度， 则有d = 代入式（1-2）得 Z = 3438 h θL 。 h Z ， 取标准视距L为屏幕高度h的4～6倍， 并取θ为1′时， 则可算得应该取的扫描行数在860～570行之间。 目前 世界上采用的标准扫描行数有625行和525行， 我国采 用625行。 625 在20世纪50年代， 电视机以12英寸和14英寸为主, 所以行数选择了625行。 随着大屏幕电视的发展， 625 行的标准明显偏低， 在高清晰度电视中， 为了获得临 场感和真实感， 扫描行数已增加到1200行以上。 第2章 电视图像的传送原理 场频已经确定为fV=50 Hz， 由于采用隔行扫描， 则帧频fZ=25 Hz， 也就是说， 一帧扫描时间TZ=40 ms。 当扫描行数选定为Z=625后， 行扫描时间 TH=TZ/Z=40 ms/625=64 ?s， 行频fH=fZ×Z=25 Hz×625=15 625 Hz。 第2章 电视图像的传送原理 2.3 黑白全电视信号的组成 2.3.1 图像信号 CCD传感器的每个像素的输出波形只在一部分时 间内是图像信号， 其余时间内是复位电平和干扰。 为 了取出图像信号并消除干扰， 就要采用取样保持电路。 每个像素信号被取样后， 用一电容把信号保持下来， 直到取样下一个像素信号。 第2章 电视图像的传送原理 图2-9是相关双取样电路（CDS， Correlated Double Sampling）， 图中SHP是复位电平取样脉冲， 它对复位电平进行取样， 用来消除直流成分。 SHD是 信号取样脉冲， 它对取样后的复位电平和信号同时取 样。 由于取样后的两个信号中有相同的干扰波形， 因 此将有相同干扰波形的两个信号送到差分放大器中相 减， 就可得到不带干扰的输出信号。 在CCD传感器的 输出信号中含有多种热杂波， 这些杂波在差分放大器 输入的两路信号中基本相同， 经过差分放大器后， 热 杂波将被抑制。 第2章 电视图像的传送原理 CCD传传传传传 取取取取 取取取取 取取取取 ＋ － SHP SHD 图 2-9 相关双取样电路 第2章 电视图像的传送原理 经相关双取样后得到的图像信号反映了实际景物 的亮度。 因为图像内容是随机的， 相应的电压波形也 是随机的， 所以摄取一幅从白到黑10个灰度等级竖条 的图像， 每行产生的图像信号电压波形就是10阶梯从 低到高的。 纯白对应的电平最低， 全黑对应的电平最 高。 这种信号电平与图像亮度成反比的图像信号称为 负极性图像信号。 反之， 信号电平与图像亮度成正比 的图像信号称为正极性图像信号。 第2章 电视图像的传送原理 2.3.2 消隐信号和同步信号 显像管电子束在行、 场扫描正程期间重现图像信 号， 在行、 场扫描逆程期间形成回扫线。 因为摄像机 在行、 场扫描逆程发出消隐信号令电视接收机显像管 电子束截止， 所以消除了显像管在行、 场扫描逆程期 间产生的回扫线。 第2章 电视图像的传送原理 消隐信号分为行消隐信号和场消隐信号。 行消隐 信号的宽度为12 ?s， 场消隐信号的宽度为25TH+12 ?s。 因为采用隔行扫描， 奇数场的场消隐起点与前面的一 个行消隐差半行， 偶数场的场消隐起点与前面的一个 行消隐相差一行, 如图2-10所示。 行消隐信号和场消隐 信号合在一起称为复合消隐信号。 第2章 电视图像的传送原理 TH TH 2 25TH ＋12 ?s 12 ?s (a) TH 25TH ＋12 ?s 12 ?s (b) 图 2-10 复合消隐信号 (a) 奇数场； (b) 偶数场 第2章 电视图像的传送原理 电视接收机显像管要正确地重现摄像机摄取的图 像， 接收机与摄像机的扫描必须同步， 即扫描的频率 和相位完全相同。 摄像机每读出一行图像信号后， 送 出一个行同步信号， 接收机则利用这个行同步信号去 控制本机的行扫描逆程起点。 行同步脉冲的前沿表示 上一行的结束， 下一行的开始。 行同步信号的脉冲宽 度为4.7 ?s， 行同步脉冲前沿滞后行消隐脉冲前沿1.5 ?s， 如图2-11（a）所示。 第2章 电视图像的传送原理 摄像机每读完一场图像信号后， 送出一个场同步 信号， 接收机就利用该场同步信号去控制本机的场扫 描逆程起点。 场同步脉冲的前沿表示上一场的结束， 下一场的开始。 场同步信号的脉冲宽度为2.5TH， 行、 场同步信号合在一起称为复合同步信号。 复合同步信 号的波形如图2-11（b）所示， 奇数场的最后一个行同 步脉冲的前沿与场同步脉冲的前沿相距TH／2， 而偶 数场最后一个行同步脉冲的前沿与场同步的前沿间距 为TH， 所以行同步脉冲的位置在奇数场和偶数场中有 半行之差， 这样保证了隔行扫描的要求。 第2章 电视图像的传送原理 1.5 ?s 4.7 ?s 奇奇奇 12 ?s (a) 2.5TH 偶奇奇 奇奇奇 2.5TH (b) 图 2-11 行同步信号和复合同步信号 (a) 行同步信号； (b) 复合同步信号 第2章 电视图像的传送原理 如果接收机的场频稍高或稍低于场同步信号， 就 会使重现图像向下或向上移动， 移动速度取决于接收 机与场同步信号场频之差。 当接收机的场频为25 Hz, 即电视信号标准场频的一半时，屏幕上出现上、 下两 个相同的图像而屏幕中部则是一条水平黑带， 是占25 行的场消隐信号。 如果接收机的行频稍高于行同步信 号， 屏幕上会出现一条条向右下方倾斜的黑白相间的 条纹； 如果接收机的行频稍低于行同步信号， 屏幕上 会出现一条条向左下方倾斜的黑白相间的条纹。 第2章 电视图像的传送原理 2.3.3 开槽脉冲和均衡脉冲 在场同步信号期间行同步信号中断， 容易造成行 不同步。 为了保持行同步信号的连续性，保证场同步 期间行扫描的稳定， 在场同步信号内开了五个小凹槽， 形成了五个齿脉冲。 利用凹槽的后沿作为行同步信号 的前沿。 凹槽叫做开槽脉冲， 其宽度为4.7 ?s， 其间 隔等于TH／2。 齿脉冲宽度为27.3 ?s， 如图2-13所示。 第2章 电视图像的传送原理 行、 场同步脉冲合在一起成为复合同步信号， 如 图2-11（b）所示。 由于行、 场同步脉冲的宽度相差 很大， 因此可以用微分电路得到行周期的正负尖脉冲， 用正尖脉冲去同步行扫描发生器。 可以用积分电路抑 制行同步信号而取出场同步信号去控制场扫描发生器， 实现接收机行、 场扫描的同步。 第2章 电视图像的传送原理 奇奇奇 偶奇奇 偶奇奇 奇奇奇 ?t t 1t 2 图 2-12 未加均衡时奇数、 偶数场的积分波形 第2章 电视图像的传送原理 如图2-12所示, 由于奇数场和偶数场的场同步信号 的前沿和前面一个行同步信号的间距分别为TH和TH／2， 因此通过积分电路后， 奇数场、 偶数场同步信号的积 分波形不一样， 若用此波形的某一电平去同步场扫描 电路， 则两场的同步会出现时间误差?t。 偶数场在t1 时同步而奇数场在t2时同步， 影响了接收机隔行扫描 的准确性， 导致扫描光栅的并行和垂直分辨力的降低。 第2章 电视图像的传送原理 为了消除奇数偶数两场的时间误差， 在场同步信号前 后若干行内将行同步脉冲的频率提高一倍。 为了使频 率提高后的行同步脉冲的平均电平不变， 将这些脉冲 的宽度减少为原来的一半， 在场同步信号的前后各有 五个脉冲分别称为前均衡脉冲和后均衡脉冲。 场同步 内的开槽脉冲频率提高一倍是由于同样的原因， 这样， 在奇数场和偶数场的场同步期间， 以及前后若干行的 同步脉冲波形会完全相同， 结果奇数场和偶数场的积 分波形也完全相同。 第2章 电视图像的传送原理 偶奇奇 前后后后后 622 623 624 625 1 奇奇奇 奇场场后后 2 3 后后后后后 4 5 23 24 奇场场后后 (a) 图 2-13 黑白全电视信号 (a) 奇数场信号； (b) 偶数场信号 第2章 电视图像的传送原理 奇奇奇 前后后后后 310 311 312 313 偶奇奇 奇场场后后 314 315 316 后后后后后 317 318 336 奇场场后后 (b) 图 2-13 黑白全电视信号 (a) 奇数场信号； (b) 偶数场信号 第2章 电视图像的传送原理 2.3.4 全电视信号 黑白全电视信号由图像信号、 消隐信号和同步信 号叠加而成， 如图2-13所示。 同步脉冲叠加在消隐脉 冲之上， 消隐脉冲的作用是关闭电子束, 消除回扫线。 消隐电平相当于图像信号的黑色电平， 同步脉冲电平 比消隐电平还高， 不会在接收机屏幕上显示出来。 利 用同步脉冲的高电平， 可以把同步脉冲切割出来， 去 控制扫描振荡器。 同步脉冲的前沿是扫描逆程开始的 时间， 消隐脉冲的前沿比同步脉冲提前一点可以确保 逆程被完全消隐掉。 第2章 电视图像的传送原理 全电视信号的幅度比例按标准规定是同步信号电 平为100%， 黑电平与消隐电平为75%， 白电平为 10%～12.5%， 图像信号介于白电平和黑电平之间， 统称为灰色电平。 第2章 电视图像的传送原理 思考题和习题 1. 填空题 (1) 在水平偏转线圈所产生的_____磁场作用下， 电子束沿着 ____方向扫描， 叫做行扫描。 (2) 在垂直偏转线圈所产生的_____磁场作用下， 电子束作_____方向扫描， 叫做场扫描。 第2章 电视图像的传送原理 (3) 电子束在水平方向往返一次所需的时间为行扫 描周期(TH)。 行扫描周期TH等于_____和_____之和。 (4) 行扫描周期的倒数是_____。 (5) 帧扫描频率fZ远_____于行扫描频率fH。 (6) 电子束从图像上端开始， 从左到右、 从上到 下以均匀速度依照顺序一行紧跟一行地扫完全帧画面， 称为_____扫描。 (7) 电视标准规定了行逆程系数α=_____， 帧逆程 系数β= ______。 第2章 电视图像的传送原理 (8) 在逐行扫描中， 每帧的扫描行数Z为_____。 (9) 我国电视标准规定， 每秒传送_____帧， 每帧图像为 _____行， 每场扫描_____行， 每秒扫描_____场。 (10) 隔行扫描要求每帧的扫描行数必须是_____。 (11) 隔行扫描存在_____效应、 _____现象和_____现 象等缺点。 (12) CCD固体摄像机中CCD的含义是_____。 第2章 电视图像的传送原理 (13) 面阵CCD有_____、 _____和_____三种基本型式。 (14) 行消隐信号的宽度为_____， 场消隐信号的宽度 为_____。 (15) 行同步信号的脉冲宽度为_____， 行同步脉冲前 沿滞后行消隐脉冲前沿_____。 (16) 场同步信号的脉冲宽度为_____TH。 (17) 如果接收机的场频稍高于场同步信号会使重现图 像_____移动。 第2章 电视图像的传送原理 (18) 如果接收机的行频稍高于行同步信号， 屏幕 上会出现一条条向_____方倾斜的黑白相间的条纹。 (19) 开槽脉冲凹槽宽度为_____?s， 其间隔等于 _____， 齿脉冲宽度为_____?s。 (20) 全电视信号的幅度比例按标准规定是同步信 号电平为100%， 黑电平与消隐电平为_____， 白电平 为_____。 第2章 电视图像的传送原理 2. 选择题 (1) 我国电视标准规定， 行扫描频率fH是（ ① 625 Hz ④ 50 Hz (2) 在行、 场扫描逆程令电视接收机显像管电子束 截止的是（ 衡脉冲 (3) 保证场同步期间行扫描稳定的是（ ① 同步脉冲 ② 消隐脉冲 ③ 开槽脉冲 ）。 ）。 ③ 开槽脉冲 ④均 ① 同步脉冲 ② 消隐脉冲 ② 15 625 Hz ③ 312.5 Hz ）。 ④ 均衡脉冲 第2章 电视图像的传送原理 (4) 一般家用电视机幅型比定为（ ① 16∶9 ② 5∶4 定为（ ）。 ③ 4∶3 ③ 4∶3 ）。 ④ 5∶3 (5) 高清晰度电视或大屏幕高质量电视要求幅型比 ① 16∶9 ② 5∶4 （ ）。 ① 行频稍低 ② 行频稍高 频稍高 ③ 场频稍低 ④场 ④ 5∶3 (6) 屏幕上出现图像向上缓慢移动是由于电视机 第2章 电视图像的传送原理 (7) 屏幕上出现一条条向左下方倾斜的黑白相间的 条纹是由于电视机（ 频稍高 (8) 行同步脉冲的周期是（ ① 4.7 ?s ② 12 ?s ）。 ④ 64 ?s ）。 ③ 场频稍低 ④场 ① 行频稍低 ② 行频稍高 ③ 52 ?s ）。 (9) 场同步脉冲的周期是（ ① 2 ms ② 10 ms ③ 20 ms ）。 ④ 40 ms (10) 均衡脉冲的脉冲宽度是（ ① 1.5 ?s ② 2.35 ?s ③ 4.7 ?s ④ 5.6 ?s 第2章 电视图像的传送原理 3. 判断题 (1) 隔行扫描为了保证有足够的清晰度和避免闪烁 现象， 不得不增加带宽。 (2) 单位面积上的像素数越多， 图像越清晰。 (3) 在高清晰度电视中， 扫描行数已增加到2100行 以上。 (4) CCD摄像机有寿命长、 耐振动、 电压低、 体 积小、 均匀性好等优点。 (5) 隔行扫描要求每帧的扫描行数必须是偶数。 (6) 帧积累方式的光生电荷积累时间长， 引起动态 分辨率下降。 第2章 电视图像的传送原理 (7) 场积累方式的光生电荷积累时间短， 垂直方向 分辨率提高。 (8) CCD传感器的输出信号进行相关双取样是为了 数字化。 (9) 场频与交流电源频率一致纯属巧合。 (10) 信号电平与图像亮度成反比的图像信号称为负 极性图像信号。 第2章 电视图像的传送原理 4. 问答题 (1) 图像顺序传送利用了人眼的哪些视觉特性？图 像是怎样传送的？ (2) 采用隔行扫描有什么好处？同时又有什么缺点？ (3) 隔行扫描为什么要求每帧的扫描行数是奇数？ (4) 若每帧的扫描行数是9行， 行逆程系数α为0.2， 帧逆程系数β为1/9， 画出隔行扫描光栅示意图。 第2章 电视图像的传送原理 习题4-4 习题解： 场（帧）逆程： (10+4) /90=0.156 第2章 电视图像的传送原理 (5) 面阵CCD有哪三种基本型式？各有什么特点？ (6) 面阵CCD隔行读出有哪两种方式？各有什么特 点？ (7) 接收机正常时图像是一个圆， 当接收机的场 频为100 Hz时会变成什么图像？ (8) 均衡脉冲和开槽脉冲有什么作用？