1、第 1 章 电视信号产生与发射的基本理论1.1 光和颜色的本质光和颜色的本质 1.2 人眼的视觉特性人眼的视觉特性 1.3 黑白图像的光电变换黑白图像的光电变换 1.4行、场扫描频率的确定与图像信号的频带宽度行、场扫描频率的确定与图像信号的频带宽度1.5 显像管的构造及工作原理显像管的构造及工作原理 1.6 全电视信号与高频电视信号全电视信号与高频电视信号 1.7 彩色图像的光电变换彩色图像的光电变换 1.8 NTSC制编码制编码 1.9 PAL制编码制编码 1.1 光和颜色的本质光和颜色的本质1.1.1 光和颜色的本质光和颜色的本质 光的本质是什么？由光学知识可知:光是以电磁波形式存在的微粒
2、子流,是一种能携带能量的特殊物质。电磁波的波谱很广,包括无线电波、红外光波、可见光波、紫外光波、X光线、宇宙射线等,如图1-1-1所示。其中人眼能看到的(即能引起人眼视觉的)那一部分光谱叫做可见光。可见光的波长范围为380780 nm。图 1-1-1 可见光在电磁波波谱中的位置 颜色的本质是什么？由实验得知:颜色是不同波长的光波通过人眼视觉产生的印象。例如,用700 nm波长的光作用于人眼,人的感觉印象是红色光;用546.1 nm波长的光作用于人眼,人的感觉印象是绿色光;用435.8 nm波长的光作用于人眼,人的感觉印象是蓝色光。光有单色光和复合光之分。单一波长的光叫单色光;由几种波长混合成的
3、光叫复合光。一定成分的复合光有一种确定的颜色与之对应,但一种颜色光的感觉并不对应一种光谱组合,有可能是由多种单色光的复合光谱组合引起的,例如,546 nm波长的绿光与700 nm 波长的红光按一定比例混合后作用于人眼,可得到波长为580 nm的黄光感觉。此时,人眼已分不清是单色黄光还是红、绿两色的混合光。有人说,太阳光只是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的七色光组合。其实这种说法是不妥当的,因为太阳光是多种单色光的组合,不止七色。1.1.2 光源和色源光源和色源 光源有两种。一种是物体自身发光的,例如太阳,通电后的电光,点燃后的蜡烛等;另一种是自身不发光,在发光光源的照射下,由于反射或透射而成为光源
4、,例如,能反射光的平面镜,能透射光的蓝玻璃等。色光源有两种。一种是不发光的物质,它在一定功率波谱的照射下,因反射一定的光谱成分并吸收其余部分而呈现相应的色彩,例如,太阳光照射在树上,树叶反射了绿色光波并吸收其它光谱而成为绿色树叶;另一种是本身发光的色源,它的辐射光谱引起人眼产生一定彩色感觉。1.1.3 标准光源标准光源 对景物的真实视觉程度与选用的光源关系很大。用白光源还是色光源？回答是用白光源。因为人眼对太阳光的感觉是白色,它含有各种光谱。白光源有许多种,为了统一测量标准,国际上选用A、B、C、D、E五种标准白光作为标准光源。这5种标准白光的光谱能量分布如图1-1-2所示。图 1-1-2 各
5、种标准光源所发出光的光谱能量分布 (1)A光源:相当于钨丝灯在2800 K时发出的光,其波谱能量主要集中在波长较长的区域,是带些红色的白光。(2)B光源:相当于中午直射的阳光。(3)C光源:相当于白天的自然光,其波谱能量在4500 nm左右波长处最大,是带些蓝色的白光。(4)D光源:相当于白天直射阳光和散射光混合的光。它可以由彩色显像管所采用的红、绿、蓝三色荧光粉发出的光适当比例混合得到。(5)E光源:是一种理想的等能量的光源。即是说该光源的光谱能量分布是不随波长变化而变化的。这种光源在自然界中是不存在的，仅是科研中的理论光源。1.2 人眼的视觉特征人眼的视觉特征 1.2.1 人眼的亮度视觉人
6、眼的亮度视觉 实验证明,人眼对不同波长的光的灵敏度是不同的。人眼的这种视觉特征常用视觉灵敏度曲线(视敏度曲线)来描述。图1-2-1所示曲线是国际通用的视敏度曲线,也叫相对视敏曲线。图 1-2-1 人眼的视觉灵敏度曲线 由图可知，人眼对不同颜色光的亮度感觉是不一样的,人眼最敏感的光波长为555 nm,呈草绿色。在555 nm处两侧,随着波长的增加或者减小,亮度感觉逐渐降低。在可见光谱之外,即使辐射能量再强,人眼也没有感觉。1.2.2 人眼的色度感觉人眼的色度感觉 实验得知，人眼视网膜上有三种色敏细胞,分别对红、绿、蓝光特别敏感。当它们受到某种光源能量刺激时,根据对三种细胞刺激量比例的不同,使人产
7、生不同的色感。例如,当一束黄色光射入人眼时,只对红敏细胞和绿敏细胞产生刺激,引起人的黄色视觉;当一束紫光射入人眼时,对红敏细胞和蓝敏细胞产生刺激,引起人的紫色视觉。不同颜色的光对三种细胞的刺激量是不同的,产生的彩色视觉各异,从而使人眼分辨出五光十色的颜色。在电视技术中正是利用了这一原理,在视觉图像的重现过程中,不是重现原来的景物的光谱分布,而是利用三种相似于红、绿、蓝色敏细胞特性曲线的三种光源进行配色,使其在色感上得到相同的效果。1.2.3 人眼的分辨力人眼的分辨力 当人用眼观看黑白图像中两个点时,在规定的光照下,人边看边后退,当图像中两点将要混成一个点还未混成一点时,人眼和图像中两点之间的夹
8、角称为人眼分辨角,用表示,正常人为12。人眼的分辨力可定义为分辨角的倒数,用M来表示。分辨角越小,分辨力M越大。人眼对黑白图像细节的分辨能力,称为黑白图像分辨力;人眼对彩色图像细节的分辨能力称为彩色图像分辨力。大量实验表明，人眼对图像色彩细节的分辨力远低于对图像黑白细节的分辨力。例如,相隔一定距离观看黑白相间的等宽条子,恰能分辨黑白差别,如果用红、绿相间的同等宽度的条子替换它们,此时,人眼看到的仅是一片黄色,分辨不出红、绿之间的差别。因此,彩色电视系统中传送彩色图像时,只传送黑白图像细节,而不传送彩色图像细节,这样,可减小色度信号的频带宽度。1.2.4 人眼的视觉惰性人眼的视觉惰性 用一个简易
9、的实验可证明人眼有视觉惰性。在黑暗中,用点燃的一支香在空中快速划圈,所看到的不是一个移动的光点,而是一个光圈。这是因为虽然某点上点光源已经移走了,但人眼还觉得它存在,这就是人眼对亮度感觉的惰性。用图1-2-2所示实验进一步分析人眼的视觉惰性。当图1-2-2(a)所示的光脉冲(可用电筒作发射光源)作用于人眼时,眼睛所感觉到的主观亮度如图1-2-2(b)所示。可见,人眼的亮度感觉滞后于实际光脉冲信号,当光脉冲消失之后,亮度感觉需要一段时间才能完全消失,这种现象就是人眼的视觉惰性。通常把图中t2t3时间间隔称为视觉暂留时间，也称为人眼留影时间,正常人眼的暂留时间为0.1s左右。人眼的视觉惰性表示人眼
10、的时间分辨能力是有限的。人眼的视觉特性在电视、电影等技术中都得到了充分的应用。图 1-2-2 人眼的视觉惰性 1.3 黑白图像的光电变换黑白图像的光电变换 1.3.1 像素像素 当仔细观察报纸上一幅清晰完整的黑白图像时,就会发现图像由许多排列有序、深浅不同的小圆点(或小方块)组成。也就是说,一幅清晰图像是由数万个彼此配合,亮度不同或相同的小单元(圆点或方块)组成的。这些小单元是构成图像的基本单元,称为像素。每个像素反映图像的一点信息。显然,像素越多、越密,图像就越清晰、细致。在正常观看距离下,电视屏幕上的一幅清晰图像是由约44万个像素组成的(将在后面说明)。1.3.2 电子扫描电子扫描 大家知
11、道，电子是携带负电荷的微粒子,质量极小,惯性几乎为零。用电子形成振荡,可达到数兆赫兹。一个电子携带的能量是极有限的,一群电子携带的能量则是可观的。一群电子称为电子束。由电磁学可知，电子束在有规律变化的磁场作用下,按一定规律在靶面上或荧光屏上运动的过程称为扫描。电子束在垂直磁场作用下的水平运动称为水平扫描，又叫行扫描;电子束在水平磁场作用下的垂直运动称为垂直扫描。电子束在互相垂直的两个磁场作用下,一方面作水平偏转,一方面作垂直偏转,设计时使电子束水平方向的运动速度远大于垂直方向的运动速度,因此,电子束的运动路径是水平略向右下倾斜。电子束从左到右、从上到下以均匀速度依照顺序一行紧跟一行地进行扫描,
12、称为逐行扫描,如图1-3-1所示。图 1-3-1 逐行扫描原理图 电子束先扫描图像的1、3、5奇数行,再扫描2、4、6偶数行,最后将奇数行和偶数行均匀嵌套，这种方法称为隔行扫描,如图1-3-2所示。电子束移动轨迹的集合体称为光栅。图 1-3-2 隔行扫描原理图 1.3.3 摄像机摄像机 人们之所以能看见景物，是因为太阳光(或灯光等)经空气散射照在景物上,景物各部位不同程度的反射光射入人眼的缘故。射入人眼的光信号称为景物光信号,或称图像光信号,简称图像信号。电视系统的首要任务是将图像光信号转换成图像电信号。这个任务是由摄像机来完成的。摄像机的结构框图如图1-3-3所示。图 1-3-3 摄像机结构
13、框图 图 1-3-4 氧化铅光电导摄像管结构 电子枪由高压极、聚焦极、加速极、控制栅极、阴极和灯丝等组成。在灯丝通电发热之后,阴极能发射受控的电子束(工作原理在显像管中讲授)。光电靶呈圆薄片状,位于电子枪前端。光电靶由三层不同的物质材料组成。中间较厚的是氧化铅(PbO)本征半导体,它具有光敏特性,其电阻率与光线强弱成反比,在无光照时电阻率可达1010,有强光照射时可迅速降为几十欧姆。靠电子枪一面的是P型半导体,其接受电子束轰击。靠光学镜头一面的是N型半导体,其接受由镜头射入的聚焦景物光线的照射,并与外电路负载RL相连。将图1-3-4中的光电靶想象切割成一根根窄带,带宽与电子束直径近似,由光敏材
14、料PbO颗粒组成,如图1-3-5所示。图中，R1、R2、R3、Rn代表光敏材料颗粒,即像素。由图可得到输出电压uout公式:1)/(LCLCoutnnnRRERRREu若光照使Rn=R2=4RL,则uout=0.8EC；若光照使Rn=R3=RL，则uout=0.5EC；若光照使Rn=R4=RL/2,则uout=0.3EC；若光照很弱,Rn，则uoutEC；若光照很强，Rn0，则uout0。图 1-3-5 光电变换原理图 1.4 行、行、场扫描频率的确定与图像信号的频带宽度场扫描频率的确定与图像信号的频带宽度 图 1-4-1 垂直扫描示意图 图 1-4-2 水平扫描示意图1.4.1 场扫描频率的
15、确定场扫描频率的确定 我们知道，将活动图像照射在光电靶上形成“活动电阻像”,用电子束进行水平扫描和垂直扫描,将“活动电阻像”按时间先后分解成一组组电信号传送出去,经处理之后在显像管上就可还原出活动图像。那么，应该将“活动电阻像”分解成多少幅图像呢？根据人眼的视觉暂留时间为0.1s估计,如果将“活动电阻像”每秒顺序分解为10幅图像信号传送,还原的图像将是一幅幅不动的图像;如果每秒顺序分解为24幅图像信号,还原的图像呈现连续活动图像,但有闪烁感觉;如果每秒顺序分解为48幅图像传送,还原的图像将是逼真的活动图像,但会受到市电50Hz电波的干扰,图像会上下移动,为减小市电50Hz电波的干扰,将“活动电
16、阻像”每秒分解为50幅图像传送,重现的图像受到市电的干扰就大大减小了。在绘画、图片行业中,一幅完整的图像称为一帧,用“Z”表示。可见,垂直扫描帧频fZ=50Hz 时才能逼真稳定地传送活动图像。但当fZ=50Hz时,图像信号的频带变得很宽(将在后面图像频带宽度推导中证明),给图像信号的发送带来一定的困难。为克服这种困难,将帧频fZ减半。帧频fZ减半虽能传送活动图像,但又带来图像闪烁现象。为克服重现图像的闪烁现象,用隔行扫描的方法将一帧图像分成两场图像,由奇数行像素产生奇数场图像,由偶数行像素产生偶数场图像。这样,垂直扫描的场频fV=252=50 Hz。由此,垂直扫描又称为场扫描。因此,可得到场周
17、期TV为 ms205011VVfT 将电子束从图像上端扫到下端的时间称为场扫描正程时间,规定为TVs=18.4ms,将电子束从图像下端回扫到上端的时间称为场扫描回程时间或场扫描逆程时间,规定为TVr=1.6 ms。1.4.2 行扫描频率的确定行扫描频率的确定 图 1-4-3 人眼分辨图像细节能力的示意图 我们假设，人边看两点边后退,当退到距离L时,两点将要混成一点但还未混成一点时的两点入射人眼的射线夹角为,称为分辨角,由图可得出:)(602360Ld设人眼能分辨图像细节的行数为Z,则 LhdhZ260360经实验,正常人的眼分辨角为12，取=1.5。假设人眼的视觉清楚区域的两点射线夹角为，当为
18、15左右时,人的观看距离一般是L=4h,代入上式,可得 行2484.573415.1214.360360Z 我国电视标准取扫描的有效行数Z为575行。这575行是电子束对“电阻像”从上到下的扫描行数(也可以说是电视系统分解图像的行数)。还要考虑到电子束从“电阻像”下端回扫到上端所用的行数,回扫行数一般取50行。这样,电子束对光电靶扫描从上端扫到下端,由下端回扫到上端的一个周期扫描总行数为575+50=625(行)。因为每秒扫描25帧图像,所以行频fH为 fH=62525=15 625 Hz 行周期TH为 sfT646251511HH 将电子束由左端扫描到右端称为行扫描正程THs,规定THs=5
19、2 s;将电子束由右端回扫到左端称为行扫描回程或行扫描逆程THr,规定THr=12s。1.4.3 图像信号的频带宽度图像信号的频带宽度 一幅图像本身是没有什么频带可言的,可是图像信号照在光电靶上形成“电阻像”,用电子束进行行、场扫描摄取每个像素时产生了频带的概念。根据人眼在视觉清楚区水平扫描视角和垂直扫描视角比例为4 3来估计,一幅图像最多能分解成多少像素呢？设对一幅图像有效扫描的行数即为人眼能分辨图像细节的行数Z,一幅图像最多能分解的像素为N,则 23434ZZZN设传送一个像素所需的时间为t,则 Z2Z1431/1fZNfNftZ 最复杂的图像不过于任意相邻两个像素为一黑一白。设一黑一白的
20、像素的周期为T,则 Z2Z2234322fZfZtT由此可得出一幅最复杂的图像电信号频率fmax为 ZfZTf2max321 一幅最简单的图像是像素全为黑或全为白,这时fmin=0,则一幅图像变换成电信号的频带宽度fB为 ZBfZfff2minmax32 这是各国电视广播系统图像信号频带宽度公式,读者务必熟记。例如,我国电视广播系统:MHz6MHz51.51051.567.4165105255753232622ZBfZf又例如,日本电视广播系统:MHz51.51051.55005125305253232622ZBfZf1.5 显像管的构造及工作原理显像管的构造及工作原理1.5.1 黑白显像管的
21、构造黑白显像管的构造 黑白显像管是一种特殊的电真空器件，其结构如图1-5-1(a)所示。它主要由电子枪和荧光屏两大部分组成。显像管管颈外套行、场偏线圈。电子枪如图1-5-1(b)所示,由灯丝(钨丝)、阴极(金属圆筒,顶上涂有氧化钡、氧化锶等材料,在高温下能大量逸出电子)K、栅极(又叫控制极)G、第一阳极(又叫加速极)A1、第二阳极(又叫高压极)A2、第三阳极(又叫聚焦极)A3、第四阳极(又叫高压级)A4组成。第二阳极和第四阳极由金属线相连。荧光屏如图1-5-1(a)所示,最外层是玻璃,玻璃内表面均匀沉积10m左右厚的荧光粉。荧光粉是由银激活的硫化锌镉和硫化锌混合物,在高速电子轰击下能发出荧光。
22、在荧光粉附着表面蒸发制成厚约1m的铝膜。铝膜具有4种功能：(1)便于在荧光屏上均匀地加上高压以便吸引电子束；(2)高速电子束轰击荧光粉发光时,可将射向反方向的光反射向观众,提高亮度；(3)能吸收高速电子束轰击荧光粉时产生的二次电子；(4)能阻挡管内负离子撞击荧光屏,延长荧光屏寿命。电子枪和荧光屏制成后一起封装在玻璃壳内,在玻璃壳锥体部位内、外涂上石墨粉层,然后抽成真空。石墨粉层的作用有两个:一是防止管外杂散磁场干扰电子束,另一个是内、外石墨层和玻壳制成耐高压的电容器。电容器容量视石墨层面积大小而定,一般在1300 pF左右,用于对阳极高压进行滤波。显像管制成后在管颈部位套上行、场偏转线圈。图
23、1-5-1 显像管(a)黑白显像管内部结构;(b)四极电子枪构造剖面示意图 图 1-5-1 显像管(a)黑白显像管内部结构;(b)四极电子枪构造剖面示意图 1.5.2 黑白显像管工作原理黑白显像管工作原理 黑白显像管的工作原理如下：(1)将显像管各极上加上适合的电压后,管内形成电子束流轰击荧光屏,屏上产生一个亮点。此时,栅极与阴极之间是直流电压,电子束电流保持恒定,亮度不变。(2)在偏转线圈中通上合适的行、场锯齿波电流,在管颈部位产生线性变化的磁场。当电子束通过磁场时,由于电磁力的作用,控制电子束左右、上下高速扫描荧光屏,形成亮度均匀的“光栅”。(3)在显像管的阴极K与栅极G之间叠加上图像电压
24、信号,控制电子束中的电子数量,使电子束流的变化与发送端被摄景物的亮度变化一致,保证电子束以与电视摄像管中相同的规律扫描荧光屏(即同步),这样，荧光屏上的像素信息与发送端对应像素的信息一致,由此即可重现电视图像。特别提醒,在摄像机中各种扫描的概念都适用于显像管。1.5.3 彩色显像管结构彩色显像管结构 彩色显像管和黑白显像管在结构上有三点不同,其余相同。不同点是:(1)黑白显像管电子枪射出的是一注电子束,而彩色显像管电子枪射出的是三注电子束。(2)黑白显像管荧屏上涂的是一种荧光粉,在高速电子束轰击下发白光,而彩色显像管荧屏上涂的是红、绿、蓝三种荧光粉,在三注电子束分别轰击下显示红、绿、蓝三种基色
25、光。(3)彩色显像管在荧光屏后面约10 mm处设置一块金属板,金属板上有规律地打满小孔这种金属板称为荫罩板,又叫分色板,而黑白显像管内不设此板。荫罩板的作用是使红、绿、蓝三注电子束只能轰击与之对应的荧光粉。下面以自会聚彩色显像管为例介绍彩色显像管结构的特点。图 1-5-2 自会聚彩色显像管结构 1.采用一字形一体化电子枪采用一字形一体化电子枪 一字形是指R、G、B阴极排列成水平一字形;一体化是指除电子枪的R、G、B阴极各自独立外,其余电子极都三个连成一体形成一个整体结构。电子枪的公共控制栅极、加速极、聚焦极和高压极构成大口径电子透镜,保证电子束有良好的会聚,如图1-5-3(a)所示,图1-5-
26、3(b)为电极排列图。图 1-5-3 一字形一体化电子枪结构(a)电子枪的构造；(b)电极排列 2.选色机构采用开槽式荫罩板选色机构采用开槽式荫罩板 在荧光屏后面的10 mm处设置一块荫罩板,如图1-5-4所示。荫罩板由0.15 mm厚的薄钢板制成,上面有规律地排列着约44万个槽孔(荫罩孔),每个荫罩孔对应着一组R、G、B三基色荧光粉点。荫罩孔按“品”字规律交错排列,使荫罩板的机械强度及抗热变形性能增强。荧光粉为条状点,可改善色纯度(单色光的纯净程度叫色纯度),减小磁场的影响。在没有荧光粉的空隙处涂上黑色石墨,以吸收杂散光,提高图像对比度。这一技术称为黑底技术。图 1-5-4 自会聚管的荫罩板
27、和荧光粉排列 图1-5-5 色纯度调节磁环 3.采用快速启动阴极采用快速启动阴极 灯丝与阴极间距离缩短,并改进了阴极材料,灯丝加热阴极速度快,开机后5秒之内出现图像。4.采用精密特殊磁场偏转线圈采用精密特殊磁场偏转线圈 自会聚彩色显像管的偏转线圈是特制的环形精密偏转圈,其中行偏转线圈产生枕形分布磁场,场偏转线圈产生桶形分布磁场,这种特殊扫描磁场可实现R、G、B电子束在整个屏幕上的良好会聚。在生产自会聚彩色显像管时,厂家将偏转线圈和一些调整用的磁环套在显像管管颈外面,经过调整,用橡皮楔子、固定胶带和锁紧环一起将它固定住,形成一个整体,这样就免去了使用中的会聚调整。1.5.4 彩色显像管色纯度及会
28、聚调整彩色显像管色纯度及会聚调整 1.色纯度调整色纯度调整 色纯度是指单色光栅的纯净程度,也就是要求红、绿、蓝三注电子束只能分别轰击与其对应的红、绿、蓝三种荧光粉。因此,要达到色纯度好的必要条件是三注电子束的每一个偏转中心必须与相应的彩色中心(即曝光中心)重合。当彩色显像管制成后,彩色中心的位置已经被精确地确定了。但由于显像管制造工艺的误差,会造成三注电子束位置不准确,以致色纯度不良。解决色纯度不良的办法是调整色纯度调节磁环的位置。圆环的凸耳作为极性的标志,一个表示N极,一个表示S极。改变两片凸耳的相对位置,就可以改变这两片圆环在管颈内产生合成磁场的方向和大小。当两个磁环的不同磁极相互重叠时,
29、其合成磁场为0,对电子束不起作用;当两个磁环的相同磁极相互重叠时,其合成磁场强度为最大,使电子束的偏移也最大;如果两个磁环同极性重合后相对转动,其合成磁场由大变小,而磁场方向不变;当两个磁环的相对位置不变而作同方向转动时,其合成磁场的大小不变,而方向发生变化。电子束通过此合成磁场会发生偏转,所以调整色纯度调节磁环可以调整电子束偏转中心的位置,使偏转中心与相应的彩色中心相重合,以保证色纯度的良好。2.会聚调整会聚调整 将三注电子束会合在一起,使它们同时分别击中荧光屏上同一组三个相应的荧光粉的方法称为会聚。会聚又分为静会聚和动会聚两种。在无偏转情况下的会聚称为静会聚;偏转过程中的会聚称为动会聚。静
30、会聚也即荧光屏中心部位会聚。静会聚不良是由于电子枪在管内安装有偏差造成的。通常采用静电场和静磁场使电子束产生位移来实现屏幕中心区域的会聚。动会聚指屏幕中心以外的会聚，它主要是由电子束偏转扫描引起的。当三注电子束在公共偏转磁场的作用下进行扫描时,由于其会聚点轨迹的曲率半径小于荫罩板的曲率半径,如图1-5-6所示，将会产生动会聚。动会聚调整是采用非均匀磁场分布的方法来实现的,即采用特殊的偏转线圈,使行偏转线圈产生枕形磁场,场偏转线圈产生桶形磁场,它们的合成磁场能使三注电子束在荧光屏上自动会聚。图 1-5-6 产生动会聚误差的原因及失聚情况 图 1-5-7 静会聚调整用四极、六极磁环 1.6 全电视
31、信号与高频电视信号全电视信号与高频电视信号 1.6.1 黑白全电视信号分析黑白全电视信号分析 1.图像信号图像信号 什么叫图像信号？图像光信号经摄像机变换成的图像电压信号,用于传送图像信息的信号称为图像信号,在行扫描正程52 s期间内摄取和发送。其幅度为全电视信号相对幅度的10%75%,10%的电平称为白电平,75%的电平称为黑电平,如图1-6-1所示。图 1-6-1 图像信号 2.行消隐信号行消隐信号 电子束在对准光电靶(或显像管荧光屏)进行行扫描的逆程期间是不传送图像信号的,但会在屏幕上留下亮度痕迹,影响图像清晰度。为了消除行扫描逆程期间在屏幕上的亮度痕迹,电视台在行扫描逆程期间发送一个宽
32、度为12 s、相对幅度为75%的脉冲信号。这种信号称为行消隐信号，如图1-6-2所示。图 1-6-2 复合消隐信号 3.场消隐信号场消隐信号 电子束在对准光电靶(或荧光屏)进行场扫描的逆程期间,也会在屏幕上留下回扫亮线,干扰图像。为了消除场扫描逆程期间在屏幕上的回扫亮线,电视台在场扫描逆程期间发送一个宽度为1612 s、相对幅度为75%的脉冲信号。这种信号称为场消隐信号,如图1-6-2所示。行消隐信号和场消隐信号合称为复合消隐信号。4.行同步信号行同步信号 要使电视接收机(即电视机)的荧光屏上稳定地重现图像,就必须使摄像机的光电靶上的像素和显像管荧屏上的像素(接收端)一一对应。要达到此目的,摄
33、像管中的电子束扫描与电视机中电子束必须严格同频同相,称为同步。如果接收端的行扫描初相位与发送端不同步,就会出现图像左右分裂现象,如图1-6-3(b)所示;如果接收端行频和发送端行频稍有不同,就会出现图像向左下方倾斜(接收端行频低于发送端行频)和向右下方倾斜(接收端行频高于发送端行频)现象,同时在屏幕上出现左斜和右斜的行消隐黑条,如图1-6-3(c)所示。图 1-6-3 收送不同步造成接收图像异常 为了使千家万户的电视机和电视台行扫描同步(同频同相),电视台在行扫描回程1.3s 的时候发送一个宽度为4.7s、相对电平为100%、周期为64 s的脉冲信号,称为行同频信号,如图1-6-4所示。图 1
34、-6-4 行、场同步信号 为了使千家万户的电视机和电视台场扫描同步(同频同相),电视机在场扫描回程160s 的时候发送一个宽度为160s(即2.5TH)、幅度相对电平为100%的脉冲信号,称为场同步信号,如图1-6-4所示。行同步和场同步合称为复合同步。5.场同步信号场同步信号6.槽脉冲信号槽脉冲信号 图 1-6-5 改进后的复合同步脉冲及其波形(a)偶数场向奇数场过渡;(b)奇数场向偶数场过渡;(c)对应的积分波形 为什么要有凹槽脉冲？由前面可知，行同步脉冲幅度相对电平为100%,行周期TH=64 s,而场同步脉冲幅度相对电平也为100%,宽度却为160 s,可见,在场同步期间有3个(奇数场
35、向偶数场过渡)或2个(偶数场向奇数场过渡)行同步脉冲被掩盖掉,如图1-6-6 所示的实线凹槽脉冲,引起行扫描瞬间失步。为了使场同步期间行扫描不失步,在场同步顶部向下开凹槽,以便在同步分离时弥补被丢失的行同步脉冲。图 1-6-6 场过渡时的同步脉冲及积分波形(a)偶数场向奇数场过渡时同步脉冲波形;(b)奇数场向偶数场过渡时同步脉冲波形;(c)复合同步脉冲波形;(d)并行现象(图中实线为奇数场，虚线为偶数场)7.前均衡脉冲前均衡脉冲 什么叫前均衡脉冲？在场消隐脉冲前沿至场同步脉冲前沿之间的160 s时间内,电视台均匀地发送五个脉宽为2.35 s、幅度相对电平为100%、周期为32 s的窄脉冲，这五
36、个脉冲就称为前均衡脉冲。电视台为什么要发送前均衡脉冲？根据对人眼视觉特性的研究,用电子束分解一幅图像的有效行数为575行为宜(适合一般人眼视觉反应),加上回扫50行,对一帧图像扫描总行数为625行。为什么扫描总行数不取620、622、624等偶数行呢？因为,如果扫描总行数取偶数,奇数场开始和偶数场开始在垂直方面有时间差(64s左右)和幅度差,给行振荡器设计带来很大困难,造价也大,所以扫描总行数取奇数。再者,图像信号的最高频率 Z2max32fZf要逼真传送活动图像,fZ=50 Hz为宜,这样 MHz1150575322maxf使电视系统技术难度加大,设备造价升高。为降低电视系统技术难度和设备造
37、价,电视系统采用隔行扫描方法(前面介绍过)将帧频fZ降为25 Hz,fmax降为5.51 MHz。一帧图像分成了两场(奇数场和偶数场)发送,每场的扫描行数为6252312.5行。可想而知,奇数场向偶数场过渡是半行交接,第625行的前半行属奇数场的,后半行属偶数场的;偶数场向奇数场过渡是整行交接的,如图1-6-6(a)、(b)所示。电视接收机中处理复合同步脉冲的方法,是先用幅度分离电路从全电视信号中切割出复合同步头，再用积分电路从复合同步头中分离出近似的场同步脉冲,如图1-6-6(c)所示,然后用场同步脉冲去触发控制场振荡器,使其与电视台同步。8.后均衡脉冲后均衡脉冲 为有效保证奇数场和偶数场扫
38、描线均匀嵌套,在场同步脉冲后沿外160 s的时间内,电视台也发送五个宽度为2.35 s、幅度相对电平为100%、周期为32 s的窄脉冲，这种脉冲称为后均衡脉冲,其作用是进一步克服奇数场和偶数场扫描线嵌套时的并行现象。有的后均衡脉冲也起行同步作用。1.6.2 黑白全电视信号波形黑白全电视信号波形 图 1-6-7 黑白全电视信号 由图可分析出这些信号成分的三个特点:(1)脉冲性。辅助信号都为脉冲性质,图像信号是随机的,既可以是边缘渐变的,也可以是脉冲跳变的,所以全电视信号是非正弦的脉冲信号。(2)周期性。由于采用了周期性的扫描方法,使全电视信号成为行频或场频周期性重复的脉冲信号。(3)单极性。全电
39、视信号数值总是在零值以上(或以下)的一定电平范围内变化,而不会同时跨越零值上下两个区域,这称为单极性。全电视信号的主要参数小结如下:行频fH=15 625 Hz 行周期TH=64s 行扫描正程时间THs=52 s 行逆程时间THr=12s 行消隐脉冲=12 s 行同步脉宽=4.7 s 场频fV=50 Hz 场周期TV=20 ms 场扫描正程时间TVs=18.4 ms 场逆程时间TVr=1.6 ms 场消隐脉宽=1612 s 场同步脉宽=160 s 槽脉冲宽度=4.7 s 均衡脉冲宽度=2.35 s 1.6.3 高频电视信号高频电视信号 由1.4节可知,图像信号频率可以在06 MHz内变化,直接
40、发送是不可能的,必须用特殊的工具载波携带出去。将全电视信号用调幅的方法调制到载波上,调幅后的全电视信号波形如图1-6-8(a)所示,其频谱如图1-6-8(b)所示,频带宽度为12 MHz,图中的fp为图像载频。在全电视信号频谱中,上边带与下边带携带的信号内容是相同的。为减小信号的频带宽度,采用残留边带发送方式。什么叫残留边带发送方式？就是发送调幅后全电视信号频谱上边带的全部信号和下边带的一部分信号的方式。图 1-6-8 全电视信号调幅波的波形与频谱 图 1-6-9 伴音调频信号的波形与频谱图 1-6-10 高频电视信号的频谱 1.6.4 电视频道的划分电视频道的划分 根据载频要大于调制信号频率
41、7倍以上的原则,和我国地域广宽的需要以及多种因素,我国将电视频道划分为68个,采用甚高频段(VHF)与超高频段(UHF)来传送。VHF频段有112频道,UHF频段有1368频道,如表1-6-1和表1-6-2所示。表表1-6-1 VHF频段电视频道的划分频段电视频道的划分 电视频道 频率范围（MHz）图像载频（MHz）伴音载频（MHz）本机振荡频率（MHz）频道中心频率（MHz）频道中心波长（MHz）1 2 3 4 5 48.556.5 56.564.5 64.572.5 7684 8492 49.75 57.75 65.75 77.25 85.25 56.25 64.25 72.25 83.7
42、5 91.75 87.75 95.75 103.75 115.25 123.25 52.5 60.5 68.5 80 88 5.72 4.96 4.38 3.7 3.41 6 7 8 9 10 11 12 167175 175183 183191 191199 199207 207215 215223 168.25 176.25 184.25 192.25 200.25 208.25 216.25 174.75 182.75 190.75 198.75 206.75 214.75 222.75 206.25 214.25 222.25 230.25 238.25 246.25 254.25 1
43、71 179 187 195 203 211 219 1.76 1.68 1.60 1.54 1.48 1.42 1.37 表表1-6-2 UHF频段电视频道的划分频段电视频道的划分 电视频道 频率范围（MHz）电视频道 频率范围（MHz）电视频道 频率范围（MHz）13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 470478 478486 486494 494502 502510 510518 518626 526534 534542 542550 550558 558566 566614 614622 622630 6306
44、38 638646 646654 654662 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 662670 670678 678686 686694 694702 702710 710728 718726 726734 734742 742750 750758 758766 766774 774782 782790 790798 798806 806814 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 814822 822830 830838 838846 8468
45、54 854862 862870 870878 878886 886894 894902 902910 910918 918926 926934 934942 942950 950958 由图1-6-10和表1-6-1可知:(1)各频道的伴音载频总比图像载频高6.5 MHz。(2)频道带宽的下限总比图像载频fp低1.25 MHz,上限总比伴音载频fsc高0.25 MHz。(3)各频道的本机振荡频率总比图像载波高38 MHz,比伴音载频高31.5 MHz。(4)表中没有下列波段,这些波段的作用如下：72.576 MHz为避2倍中频干扰；92167 MHz供调频广播使用；223470 MHz和56
46、6606 MHz供无线电通信等使用，不安排电视频道,但在有线电视中可安排增补频道38个。(5)每个频道中心频率及其对应的波长可作为天线尺寸和调试电视机的参数。1.7 彩色图像的光电变换彩色图像的光电变换 1.7.1 彩色三要素彩色三要素 1.亮度亮度 亮度是指彩色光作用于人眼时引起人眼视觉的明暗程度。亮度与光线的强弱和波长的长短有关。在可见光的范围内,同一波长的光,当光的强度不一样时,给人眼的亮度感觉也不相同,光线越强,亮度越亮。对于相同强度而波长不同的光,给人眼的亮度感觉也是不同的,图1-2-1给出了人眼对等强度不同波长光线的亮度响应曲线(也叫人眼视觉灵敏度曲线)。2.色调色调 色调表示彩色
47、种类。例如,黄色、青色、绿色、紫色、红色、蓝色等都是指不同的色调。色调决定于彩色光的光谱成分。3.色饱和度色饱和度 色饱和度表示颜色的深浅程度。对于同一色调的彩色,其饱和度越高,颜色越深。在某一色调的彩色中掺入白光,会使彩色光的饱和度下降。掺入的白光越强,彩色光的饱和度越低。1.7.2 混色效应混色效应 由前面讲授已知,人眼的彩色视觉随光的波长不同而不同。具有某一波长的单色光引起人眼的彩色感觉是惟一的,那么,是不是人眼的某一色调感觉就对应着惟一的某单色光呢？不是的,实践中发现,几个单色光的混合也可以引起人眼产生与单色光相同的彩色感觉。例如,以适当比例混合红光和绿光,也可以使人眼产生与黄色光相同
48、的彩色感觉。又例如,太阳光是白光,它具有全部可见光的光谱,而这种白光也可以用一定比例的红、绿、蓝三种光合成得到。单色光可以用几种颜色的混合光来等效,几种颜色的混合光可以用其它几种颜色的混合光来等效的现象叫做混色效应。1.7.3 三基色原理三基色原理 人们在进行混色实验时发现:只要用三种不同颜色的单色光按一定的比例混合就可以得到自然界中绝大多数的彩色。具有这种特性的三个单色光叫做基色光,这三种颜色叫做三基色。什么叫三基色原理？就是选用相互独立的三基色,按一定比例混合出自然界中绝大多数的彩色,其亮度等于三基色之和,其颜色取决于三基色的比例的方法叫三基色原理。这是彩电技术的基本原理,为彩色电视技术奠
49、定了基础。彩色电视系统选取哪三基色呢？根据实践,世界各国都选择红色(波长为700 nm,代号R)、绿色(波长为546.1 nm，代号G)、蓝色(波长为435.8 nm,代号B)三种颜色作为三基色。为什么选择红、绿、蓝作为三基色呢？这是因为:红、绿、蓝三基色是互相独立的;人眼对这三种颜色光最敏感;用红、绿、蓝三基色几乎可以混成自然界中所有的颜色。1.7.4 混色法混色法 什么叫混色法？利用三基色按不同比例混合来获得彩色的方法叫混色法。将三基色按一定比例直接相加混色而得到各种彩色的方法叫直接相加混色法。例如,将三束圆形截面积的红、绿、蓝三种基色光同时投在白色屏幕上,可呈现出一幅品字形图案,如图1-
50、7-1所示。图 1-7-1 直接相加混色的图案 由图可知:红色绿色黄色;绿色蓝色青色;蓝色红色紫色;红色绿色蓝色白色;红色青色白色;绿色紫色白色;蓝色黄色白色;黄色青色红色绿色绿色蓝色白色绿色浅绿色。其中凡两种颜色相加混色得白色的称这两种颜色为互补色。例如,红色与青色;绿色与紫色;蓝色与黄色。除了直接相加混色法,还有间接相加混色法，它又可分为两种。(1)空间混色法。这种方法是利用人眼空间细节分辨力有限的特性,将三种基色的光点放在同一表面的相邻处,只要这三个基色光点足够小,相距足够近,当人眼离它们有一定距离时,将会看到三种基色光混合后的彩色光。这是目前彩色电视机常用的方法。(2)时间相加混色法。
