《数字化电视原理与技术》课件第2章.ppt

1、第2章 视觉特性与电视显像原理1第2章 视觉特性与电视显像原理2.1人眼的生理特性2.2电视传像原理2.3电视扫描2.4同步和消隐2.5全电视信号波形、标准及其调制极性2.6电视图像信号及其频谱2.7人眼视觉特点与电视标准的关系第2章 视觉特性与电视显像原理22.1人眼的生理特性2.1.1眼睛的构造及功能电视与人眼的视觉特性有着密切的关系。电视图像质量的好坏，需要多种仪器进行测量、比较和鉴定，但最终还是供人观看，由人眼来鉴定。因此电视系统的设计应精确地按照人眼的视觉特性，合理地选择参数。第2章 视觉特性与电视显像原理3图2-1人眼结构简图第2章 视觉特性与电视显像原理42.1.2明视觉、暗视觉

2、我们知道，视觉效应是由可见光刺激人眼而引起的。第2章 视觉特性与电视显像原理5图2-2相对视敏曲线第2章 视觉特性与电视显像原理62.1.3彩色视觉2.1.4人眼的分辨力人眼的分辨力是指人眼辨别图像上相邻两个细点、细线的观察能力。第2章 视觉特性与电视显像原理7图2-3人眼的分辨力第2章 视觉特性与电视显像原理8定义：眼睛对被观察物体上相邻两点圆心或两线中心之间的视角r(单位：分)的倒数。分辨力（视觉灵敏度）(2-1)r1第2章 视觉特性与电视显像原理9在电视技术中正是根据视角r来决定扫描行数的。由于人眼视觉清晰区域的垂直视角为15，因此人眼在垂直方向能清晰地分辨的线条数为900600150r

3、N第2章 视觉特性与电视显像原理102.1.5人眼的视觉惰性和临界闪烁频率1.视觉惰性图2-4所示是光脉冲及其引起的主观亮度感觉。第2章 视觉特性与电视显像原理11图2-4人眼的视觉惰性第2章 视觉特性与电视显像原理122.临界闪烁频率临界闪烁频率fc与很多因素有关，其中最主要的是与光源的亮度Bm有关，它们之间的关系可用下面的经验公式表示fc=9.61gBm+26.6(Hz)第2章 视觉特性与电视显像原理132.1.6人眼的视野和立体感1.视野 当眼睛固定不动时所能看到的外界的全部范围称为视野。人眼的视野是很开阔的，且其范围不是圆形或正方形，而略呈横的椭圆形，其宽高比为16 9。如图2-5所示

4、。第2章 视觉特性与电视显像原理14图2-5人眼的视野第2章 视觉特性与电视显像原理152.立体感 在生活当中我们都有这样的体会，当一幅清楚的图像呈现在宽的视觉场时，人眼将不能区分被显示的图像空间和观看者所处的空间，这将使观看者几乎忘记了这是由显示产生的图像，而获得逼真的立体视觉效果。第2章 视觉特性与电视显像原理162.2电视传像原理2.2.1图像的特点与组成由图2-6可见，像素具有单值的光特性(亮度和色度)和几何位置，它是图像信息单元。第2章 视觉特性与电视显像原理17图2-6图像与像素的关系第2章 视觉特性与电视显像原理182.2.2图像的顺序传送图像的顺序传送就是在发送端，把被传送图像

5、上各像素的亮度、色度按一定顺序，逐一地转变为相应的电信号，并依次经过一个通道发送；在接收端，再按相同的顺序，将各像素的电信号在电视机屏幕相应位置上转变为不同亮度、色度的光点。第2章 视觉特性与电视显像原理19图2-7顺序传送制第2章 视觉特性与电视显像原理202.2.3图像的摄取与重现1.摄像管与光电转换图2-8所示为光电摄像管，属电真空器件。第2章 视觉特性与电视显像原理21图2-8摄像管摄像原理构造图第2章 视觉特性与电视显像原理222.显像管与电光转换电视显像管中应用的是电光效应，它是电视接收机内最主要的部件，其管内结构有电子枪和荧光屏，管外有偏转线圈。第2章 视觉特性与电视显像原理23

6、图2-9黑白显像管结构示意图第2章 视觉特性与电视显像原理24 2.3电 视 扫 描2.3.1扫描方式2.3.2逐行扫描 第2章 视觉特性与电视显像原理25图2-10逐行扫描电流波形第2章 视觉特性与电视显像原理261.电子束偏转基本原理1)行扫描通常我们把水平方向的扫描叫做行扫描，其中每一行称为扫描行，每个扫描行是由行正程扫描和行逆程扫描所组成，如图2-11(a)所示。第2章 视觉特性与电视显像原理27图2-11逐行扫描光栅第2章 视觉特性与电视显像原理28(1)行正扫。行正扫描沿水平方向从左到右的扫描，如图2-11(a)中12、34等实线所示的扫描称为行正程扫描，简称行正程。行正程的时间称

7、为行扫描正程时间，用THS表示。(2)行回(逆)扫。行回(逆)扫描沿水平方向从右至左的扫描，如图2-11(a)中23、45等虚线所示的扫描称为行逆程扫描，简称行逆扫或行回扫。行回扫所需的时间称为行扫描逆程时间，用THR表示，即THRTHS第2章 视觉特性与电视显像原理29假如只在显像管的行偏转线圈中通入行扫描电流，即当水平扫描重复进行时(若无垂直扫描时)，则在屏幕中间显示一根水平亮线，如图2-12(a)所示。第2章 视觉特性与电视显像原理30图2-12光栅形状(a)只有行扫描；(b)只有场扫描；(c)行、场扫描同时存在第2章 视觉特性与电视显像原理312)帧扫描(1)帧正程。(2)帧回(逆)扫

8、。在逐行扫描中，第二帧的光栅应该与第一帧的光栅重叠，这就要求TV是TH的整数倍。只有这详才能保证扫完一帧时，电子束恰好又返回到起始扫描的位置，显然场周期和行周期的关系应为第2章 视觉特性与电视显像原理322.扫描电流的非线性对显示图像的影响由于扫描电子束只在扫描正程期间传送图像信号，因此在正程期间要求扫描速度均匀，这就要求流过偏转线圈的电流线性良好，否则重现图像将产生非线性失真。第2章 视觉特性与电视显像原理33图2-13扫描电流与重现图像的关系(a)行、场线性扫描，图像无失真；(b)行扫描非线性，产生左伸、右缩的非线性失真；(c)场扫描非线性，产生上拉、下压的非线性失真第2章 视觉特性与电视

9、显像原理34图2-14扫描电流幅度不足时产生的失真(a)行扫描幅度小；(b)场扫描幅度小第2章 视觉特性与电视显像原理352.3.3隔行扫描在电视技术中，为了压缩电视系统的带宽(在后面图像清晰度中讲述)，而又不降低图像的清晰度，同时还要消除闪烁现象，在电影放映的启示下，人们提出了隔行扫描的办法。第2章 视觉特性与电视显像原理36图2-15隔行扫描重现图像示意图(a)一幅图像；(b)奇数场图像；(c)偶数场图像第2章 视觉特性与电视显像原理371.隔行扫描光栅的形成为了说明隔行扫描的原理，图2-16绘出了隔行扫描光栅构成的示意图。第2章 视觉特性与电视显像原理38图2-16隔行扫描光栅第2章 视

10、觉特性与电视显像原理39图2-17为隔行扫描原理示意图，由图可见，隔行扫描有帧场之分，两者含义不同。场扫描是指每垂直扫描一次，由规定的1/2扫描行组成的称之为场；而帧是由规定的全部扫描行组成的。第2章 视觉特性与电视显像原理40图2-17隔行扫描原理图(a)隔行扫描光栅；(b)隔行扫描行、场电流波形第2章 视觉特性与电视显像原理412.隔行扫描的条件实现隔行扫描的条件是式中,fH为行扫描频率；fV为场扫描频率；Z为一帧光栅总行数；n为整数。212122nnZffVH第2章 视觉特性与电视显像原理423.隔行扫描的优缺点1)优点(1)解决了频带宽度与清晰度的矛盾。(2)电视设备简化。2)缺点(1

11、)产生“并行”现象。(2)视在“并行”。(3)行间闪烁。(4)垂直边沿锯齿化。(5)爬行效率。第2章 视觉特性与电视显像原理43 2.4同 步 和 消 隐2.4.1同步的作用1.频率不同步 当收、发扫描频率不同步时，重现的图像不稳定，甚至不能重现图像。重现图像被破坏的程度，因行、场频率及其不同步的程度而异。第2章 视觉特性与电视显像原理44图2-18场频不同步时的异常画面第2章 视觉特性与电视显像原理45当收、发行频不同步时，屏幕上出现歪斜(粗细不等、方向不一、疏密不同)，而且不稳定的行消隐黑条纹，图像被“撕裂”无法重现。第2章 视觉特性与电视显像原理46图2-19行频不同步时的异常画面(a)

12、fH低；(b)fH高第2章 视觉特性与电视显像原理472.相位不同步当收、发端扫描频率相同，起始相位不一致时，即收、发端扫描对应的行、场起始和终止位置不相同时，会引起图像失真或不稳定现象出现。例如，收、发扫描相差半行时间会造成图像左、右分裂，相差半场时间会造成图像上、下分裂，如图2-20所示。第2章 视觉特性与电视显像原理48图2-20相位不同步时的收发端图像(a)正常图像；(b)行扫描相位相差半行时；(c)场扫描相位相差半行时第2章 视觉特性与电视显像原理492.4.2行、场同步脉冲行同步脉冲是一个矩形脉冲，安排在行消隐期内，行同步脉冲上升沿控制接收端行逆程的起始点，由于此信号只供接收端同步

13、之用，不能在屏幕上显示出来，所以应在行消隐开始以后发出。第2章 视觉特性与电视显像原理50图2-21一行周期内电视信号波形第2章 视觉特性与电视显像原理51和行同步脉冲信号相似，场同步脉冲也应在场消隐信号出现后发出，且比场消隐信号电平高些，为了与行同步脉冲信号区别，以便接收机能利用微分和积分电路将二者分离开，场同步脉冲信号的高度与行同步脉冲信号相同，但宽度远大于行同步脉冲信号宽度，一般为2.53H。如图2-22所示。通常将行同步脉冲信号与场同步脉冲信号混合在一起称为复合同步脉冲信号。第2章 视觉特性与电视显像原理52图2-22场消隐期间的同步信号第2章 视觉特性与电视显像原理532.4.3槽脉

14、冲和均衡脉冲1.槽脉冲在现代模拟电视系统中，提取行同步信息的方法，是利用鉴相或微分电路提取行同步脉冲的前沿。第2章 视觉特性与电视显像原理54图2-23同步分离原理框图及波形(a)分离电路原理图；(b)各点波形第2章 视觉特性与电视显像原理552.均衡脉冲 由于现代模拟电视系统一般采用隔行扫描，扫描行数为奇数，每场均有半行存在，相邻两场扫描的起点和终点位置都不相同，所以，在接收端用积分电路取出场同步时，奇数场与偶数场的同步在时间上有半行的时间差，这半行之差是由奇数场和偶数场的同步脉冲来保证的，因此奇、偶场的复合同步脉冲的形状是不同的，如图2-24所示。第2章 视觉特性与电视显像原理56图2-2

15、4相邻场同步积分波形误差第2章 视觉特性与电视显像原理57图2-25改进后的复合同步信号及波形第2章 视觉特性与电视显像原理582.4.4消隐的作用 消隐在电视系统中也很重要，它关系到图像能否正常传送。第2章 视觉特性与电视显像原理59图2-26复合消隐脉冲信号第2章 视觉特性与电视显像原理60 2.5全电视信号波形、标准及其调制极性2.5.1黑白全电视信号波形 将图像信号、复合同步、复合消隐、槽脉冲和均衡脉冲等叠加，即构成黑白全电视信号，通常也称其为视频信号，其波形如图2-27所示。第2章 视觉特性与电视显像原理61图2-27黑白全电视信号第2章 视觉特性与电视显像原理622.5.2全电视信

16、号的标准 在图2-27中所示的黑白全电视信号是负极性的信号，也就是说，它是信号电平越高则图像越暗的信号。根据电视标准规定，同步脉冲的峰值电平为100，消隐脉冲与黑色电平为75，白色电平为12.52.5，同步脉冲的幅度占整个信号峰值幅度的25。第2章 视觉特性与电视显像原理632.5.3电视图像信号的基本参数1.亮度亮度通常是指单位面积的光通量。因为单位面积光通量愈大，人眼感觉愈明亮，所以也可以说，亮度是人眼对光的明暗程度的感觉。亮度常以B表示，光通量的单位是烛光(cd)，亮度的单位是尼特(nit)或熙提(sb)，它们之间的关系是：1 nit=1 cd/m2，1 sb=1 cd/cm2由于1 m

17、2=104 cm2，所以1 sb=104 nit。第2章 视觉特性与电视显像原理642.对比度对比度是图像景物的最大亮度Bmax与最小亮度Bmin之比。以字母K表示对比度时，minmaxBBK 第2章 视觉特性与电视显像原理653.灰度经理论分析可知，人眼所能分辨的亮度层次为式中,是人眼对亮度差的分辨力，一般在0.020.05范围内取值，若取0.05，则可算出对比度K50时N=78，K100时N=92。第2章 视觉特性与电视显像原理662.5.4全电视信号调制极性的选择在图像信号的调制中需要考虑的问题是调制极性，即以正极性的还是以负极性的全电视信号来调制图像载波。第2章 视觉特性与电视显像原理

18、672.6电视图像信号及其频谱2.6.1图像及其电信号图像信号是由摄像管经电子束扫描，将明暗不同的各像素的亮度按时间顺序转变为电信号，因此图像的电信号是时间的函数。由于图像亮度只有正值没有负值，因此图像信号是单极性的信号，其幅度与对应像素的亮度成正比，其宽度与图像的内容相对应，粗大的轮廓对应于较宽的脉冲，细微的细节对应于较窄的脉冲。第2章 视觉特性与电视显像原理68图2-28单方向突变的电视图像亮度信号波形及频谱第2章 视觉特性与电视显像原理692.6.2图像信号的频谱例如传送一幅亮度在水平方向突变的简单图像，如图2-29(a)所示，所得到的电信号便是按行频fH重复的周期性方波，即周期为TH的

19、行频脉冲，它可以用行频的基波及各次谐波的总和来表示。其复数形式的傅里叶级数表示式为式中，为复振幅，包括振幅和相位；H为行频角频率。所得的振幅频谱是离散的线状频谱，相邻谱线间距为行频fH。nC第2章 视觉特性与电视显像原理70图2-29两种简单图像及其电信号第2章 视觉特性与电视显像原理71复数形式的傅里叶级数表示式为式中为复振幅，包括振幅和相位；V为场频角频率。)(mC第2章 视觉特性与电视显像原理72如果图像亮度在水平及垂直方向均有变化，经行、场扫描形成的电视图像信号，则可视为场频信号对行频信号的幅度调制。虽然实际的图像亮度分布是不规则的，但不外乎是这些简单分布的复杂组合，它具有二维傅里叶级

20、数形式，则第2章 视觉特性与电视显像原理73图2-30图像信号的频谱分布第2章 视觉特性与电视显像原理74 2.7人眼视觉特点与电视标准的关系2.7.1宽高比宽高比是指屏幕宽度和高度的比例关系，设屏幕的宽度为W，高度为H，则宽高比为。3:4HWK第2章 视觉特性与电视显像原理75图2-3116 宽屏幕广角模式第2章 视觉特性与电视显像原理762.7.2场频的选择 在广播电视中，选择场频时应考虑到不出现光栅闪烁，不易受干扰，传送活动图像时有连续感觉和图像信号占用频带不至太宽等因素。第2章 视觉特性与电视显像原理772.7.3扫描行数的选择1.垂直分解力图像垂直方向的分解力取决于电视系统沿垂直方向

21、所能分解的像素数(或黑白相间的横条数)，如图2-32所示。第2章 视觉特性与电视显像原理78图2-32像素数目估计示意图第2章 视觉特性与电视显像原理791)消隐时间根据图2-33所示，可以这样想象扫描中场消隐的影响，即图像上原来可以分得的扫描行数减少了8，因而图像分解力也下降了8，频带宽度也将相应地减少了8。第2章 视觉特性与电视显像原理80图2-33考虑消隐时间后的扫描面第2章 视觉特性与电视显像原理81图2-34垂直分解力与扫描电子束位置的关系第2章 视觉特性与电视显像原理822)行数选择为了兼顾设备的经济性，我国规定，选取Z625行，用6 MHz的视频带宽来传送电视信号，因此电视信号的

22、频率范围为06 MHz。扫描行数确定以后，行频也就确定了，按我国电视标准，即fH=fFZ=25625=15 625 Hz第2章 视觉特性与电视显像原理832.水平分解力电视系统的图像沿着水平方向所能分解的黑白相间的条纹数，称水平分解力(或水平清晰度)。显然，沿水平方向的条纹数愈多，或者说沿水平方向图像细节变化越快，则一行内信号的变化次数也就越多，因而信号占用频带也越宽。传送相应信号所需系统的通频带也必须很宽；否则，信号将产生失真。可见，传输通道的带宽将限制图像的水平分解力。第2章 视觉特性与电视显像原理84图2-35垂直条纹及相应信号波形(a)垂直条纹图像；(b)电子束截面积相对可忽略的情况(c)电子束截面积与条纹宽度可比拟的情况第2章 视觉特性与电视显像原理85图2-36电子束孔径对图像细节的影响(a)边界效应；(b)图像细节及电压波形