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1、數(shù)字電視原理,主講：陳澤波 edu_,第一章:彩色電視基礎知識,一、電視系統(tǒng)的基本信號 1、圖像信號：視頻信號 2、聲音信號：音頻信號 將可見光經(jīng)過光學透鏡形成的影像，通過光電效應轉換而成的電信號，稱為視頻信號或圖像信號。 將自然界以及人類發(fā)出的各種聲響，通過聲電轉換而成的電信號，稱為聲音信號或音頻信號。,二、信號的獲取和記錄,視頻信號由攝像機獲取 聲音信號由話筒獲取 視頻信號的記錄由錄像機完成 聲音信號的記錄同時由錄像機完成 視頻信號 光可視圖像信號由顯示器完成 音頻信號 聲波聲音信號由音箱完成。,第一節(jié) 電視的發(fā)展,一、電視是20世紀人類最偉大的發(fā)明之一 1936年11月，世界上第一家
2、電視臺誕生，它是英國國家廣播公司BBC，法國于1938年，美聯(lián)于1939年先后建立電視臺，我國于1958年正式建立。,1920年11月，第一家廣播電臺誕生于美國。 1895年，電影正式出現(xiàn)。（無聲電影） 報紙有上千年的歷史。 電視的發(fā)展速度最快。,二、光電效應,1871年，瑞典科學家白脫萊在一次化學試驗中，發(fā)現(xiàn)了“硒”。 1873年，美國人約瑟夫.梅證實“硒”具有光電效應。,后來，愛因斯坦等人發(fā)現(xiàn)了光電效應的規(guī)律。光電效應的定義:在光的照射下物體的電特性發(fā)生變化，變化的程度與光線的強度成正比。 光電效應的金屬或粉物體有： 銻銫、氧銫、缽銫 硫化銻、氧化鉛、硫化鎘,三、象素電視畫面的最小單元,一
3、幅圖象可以分解為許多單元組成，每一單元稱之為“象素”。 以我國電視為例，電視畫面有625行，因長寬比為4：3，則總共有： 625x x625 =52萬個象素,,4 3,52萬個象素是一個極限數(shù)字，目前的最佳清晰度是水平600條，垂直450條。 ： 450線 600線,1935年，英國科學家休恩伯格領導的研究小組研制出電子掃描電視.電視時代正式開始。 攝像管：光 電 顯象管：電 光,四、電視圖像的電子掃描方式,1、 NTSC彩色電視制式 1953年，美國研制成功NTSC彩色電視制式 National Television System Committee，稱之為正交平衡
4、調幅制。 1954年4月，美國的NBC無線電廣播公司首播彩色電視。 1960年，日本播出彩色電視NTSC。,五、彩色電視的制式,2、 SECAM制式 1967年，法國在NTSC制式的基礎上創(chuàng)立了SECAM制式，稱為順序傳送彩色與儲存制。 3、 PAL制式 同年，德國創(chuàng)立了PAL（Phase Alternation by Line）制式，稱為逐行倒相制。 我國大陸、香港采用PAL制。 美國、日本、臺灣采用NTSC制式。,六、衛(wèi)星傳送,1962年，美國發(fā)射通訊衛(wèi)星成功，開創(chuàng)了電視傳播的新紀元。 衛(wèi)星發(fā)送接收的特點，覆蓋面廣。,七、電視的發(fā)展,1.網(wǎng)絡電視：通過互聯(lián)網(wǎng)傳播電視節(jié)目，主要運用P2P網(wǎng)絡
5、技術。 3.數(shù)字點播電視VOD：（Video on demand）基于數(shù)字CATV網(wǎng)絡和INTERNET兩種不同點播方式。 用戶端和電視是雙向互動，觀眾可以點播。,4.高清晰度電視HDTV 寬高比16：9 , 行掃描數(shù)1125 視角達30， 帶寬20MHZ 5.移動電視 以移動設備為接受終端，如手機。,第二節(jié) 彩色與視覺原理,一、光的性質 光是一種電磁波 波長在380780nm范圍內的電磁波能給人以視覺，稱為可見光。 紅外線、紫外線、X射線、無線電波等為不見光。,太陽光包含全部可見光譜，給人白光的感覺。 不同比例的光譜可以混合出各種顏色的可見光。,圖一、電磁輻射波譜,波長與頻率f的關系: =
6、= CT 周期T= C為光速=3x10 m/s 30萬公里圍繞地球一圈0.07秒,,C f,,1,f,8,二、物體的顏色 1、物體分為：發(fā)光體、不發(fā)光體 發(fā)光體:光的顏色由它本身發(fā)出的光譜決定。 不發(fā)光體：其顏色與照射光的光譜和不發(fā)光體的反射、透射特性有關。 紅旗吸收了太陽光中的其他顏色，只反射紅色光。 綠葉在紅光下的顏色是？,,三、標準光源,1、標準光源：彩色電視系統(tǒng)的照明光源。 2、色溫：是絕對黑體的輻射溫度，用來表示光源的光譜性能。 色溫的另一表述：色溫是表示光源顏色的物理量度單位。,,,絕對黑體,3、絕對黑體：是指不反射、不透射，完全吸收入射輻射光的理想物體。 絕對黑體內的光譜：
7、絕對黑體的溫度越高，則黑體的輻射光譜中的藍光成分越多、紅色光的成分越少。 4、光源的色溫：光源的可見光譜與某溫度的絕對黑體輻射的可見光譜相同或接近時，絕對黑體的溫度就稱為光源的色溫。單位：K 開氏度,A/色溫與光源的溫度無關。電視機熒光屏的實際溫度是常溫。其白場色溫是6500K. 5、常用的標準白光有: A光源：色溫為2856K的白光。如白熾燈的光源。 B光源：色溫為4874K的白光。相當中午的直射太陽光。,C光源：色溫為6774K的白光。相當白天的自然光。NTSC制彩色電視的標準白光。 D65光源：色溫為6504K的白光。相當白天的平均光照。PAL制彩色電視的標準白光。 E光源：色溫為550
8、0K的等能量白光。是簡化色度學計算采用的理想光源，實際不存在。,電視演播室的鹵鎢燈光源的色溫：3200K.,,A,200,標準光源 的光譜分布,四、光的量單位,1、光通量： 是按人眼的光感覺來度量的輻射功率。用符號表示。單位為流明lm 1光瓦：當光的波長555nm的單色光輻射功率為1W時，產(chǎn)生的光通量為683lm,稱為1光瓦。 光在其他波長時，由于相對視敏度V()的下降，相同輻射功率產(chǎn)生的光通量隨之下降。,電視演播室的鹵鎢燈發(fā)光效率80100 lm/w,實例：,2、光照度 光照度：1流明的光通量均勻分布在1平方面積上的光的亮度，稱為1個單位的光照度。用E表示，單位勒，符號lx. 室外晴天100
9、00 lx 多云500 lx 傍晚50 lx 月光0.1 lx 黃昏0.01 lx 星光 0.0001 lx,五、人眼的視覺特性,1、視覺靈敏度 人能感覺到圖像的顏色和亮度是眼鏡的生理結構所決定。 不同波長的光，給人的顏色和亮度的感覺是不同的，人眼對不同波長光的靈敏度不同。我們稱為視敏度V(). 光的波長555nm時，視敏度最高。此時光的顏色是草綠色。,標準視敏度曲線,2、彩色視覺 光敏細胞：桿狀細胞、錐狀細胞 桿狀細胞：對黑白很敏感，彩色不敏感。夜間起作用。 錐狀細胞：可辨別光的強弱和色彩。分為：紅敏細胞、綠敏細胞、藍敏細胞。其對光的視敏度分別為VR() 、VG() 、VB()，其峰值分別是
10、580nm、540nm、440nm。 600nm的黃光在VR() 、VG() 曲線下，表示同時刺激人眼的紅敏細胞、綠敏細胞。 不同波長的光對三種細胞刺激量不同，使人眼感覺五光十色的顏色。,3、分辨率 是指人眼在觀看景物時對細節(jié)的分辨能力。 物理定義：眼鏡對被觀察物上相鄰兩點之間能分辨的最小距離所對應的視角的倒數(shù)。分辨力1/ ,人眼的分辨力,人眼的最小視角取決于相鄰兩個視敏細胞之間的距離。 正常人的分辨力是11.5 實驗表明，在某一相同距離的黑白兩條線，人眼能辨別清楚；但換成紅綠兩條線時，不能分辨出來，只能看成一片黃色。 人眼對彩色細節(jié)的分辨力較差。,如果人眼對黑白細節(jié)的分辨力定義為100，那么
11、實驗測得對各種顏色的相對分辨力是：,4、人眼視覺惰性 人眼的亮度感覺總是滯后于實際亮度，這一特性稱為視覺惰性或視覺暫留。 正常視力的人，中等亮度下的視覺暫留時間是0.1秒。 臨界閃爍頻率：人眼在受到頻率較低的周期性光脈沖的刺激下，有閃爍的感覺。但頻率提高到一定的數(shù)值后，人眼就感覺不到閃爍。這個最低頻率稱為臨界閃爍頻率。,閃爍頻率的相關因素： A/光的亮度、光亮度的變化幅度 B/亮度提高了，則閃爍頻率提高； 亮度變化的幅度越大，閃爍頻率提高。 C/人眼的臨界閃爍頻率是 ：46HZ,第三節(jié) 色度學,一、彩色三要素： 亮度、色調、色飽和度 1、 亮度：反映光的明亮程度。 發(fā)光體：輻射光的功率越大，
12、亮度越大 不發(fā)光體：取決于其反射光的功率大小。,2、色調：反映色彩的顏色。紅、橙、黃綠、青、藍、紫等。 發(fā)光體：由光的波長決定，不同的波長呈現(xiàn)不同的顏色。 不發(fā)光體：由照明光源和該物體的吸收、反射和透射特性決定。,3、色飽和度：反映彩色的深淺程度。同一色調的光，會給人深淺不同的感覺。 深紅色的飽和度高，粉紅色的飽和度低。 彩色光中包含的白光成分越多，飽和度越低。 純色光的飽和度是100；白光的飽和度是,,色飽和度和色調合稱為色度，表示彩色的種類 和彩色的深淺程度。,二、三基色原理 1、三基色光：紅色、綠色、藍色 2、三基色原理：任意彩色光F均可由一定比例的紅、綠、藍三種顏色的光混合而成；混合
13、色的色調和飽和度由三基色光的混合比例決定，混合色的亮度等于三種基色亮度之和。 F=R(R)+G(G) +B(B) (R) 、(G)、 (R) 表示三基色單位，R、G、B表示不同的比例系數(shù)，稱為三色系數(shù)。,R(R) 、G(G) 、B(B)分別代表彩色F中所含的三基色光通量，又稱為彩色分量。 國際照明委員會CIE選定的標準三基色光波長： 紅色700nm、綠色546.1nm、藍色435.8nm,紅色+綠色+藍色=白色 紅色+藍色=紫色 綠色+藍色=青色 紅色+綠色=黃色 紅色 700740 nm 綠色 510550 nm 藍色 430480 nm,3、互補色 紅色青色白色 綠色紫色白色 藍色黃色白色
14、 兩種顏色混合得到白色，稱這兩種顏色為互補色。,3、彩色電視技術中采用的混色方法： A/空間混色法：將三基色分別投射到同一表面上距離很近的三個點上，由于人眼的分辨力有限，能產(chǎn)生三種基色光混合后的色彩感覺。 B/時間混色法：將三基色光輪流投射到同一表面上，只要輪換的速度足夠快，加上視覺特性，人眼看到的是相加的混色效果。,三、XY制色度圖,1、光的配色方程： F=R(R)+G(G) +B(B) (R) 、(G)、 (R) 表示三基色單位，R、G、B表示不同的比例系數(shù)。,2、配色實驗結果： 配成標準白色光E白，所需的紅藍綠三基色光的光通量之比1：4.5907：0.0601 如果分別把1 lm的紅
15、光，4.590 7lm藍光光、0.0601lm綠光記為一個單位，則 FE白1 (R)+1(G) +1(B),3、XYZ計色制。 RGB制的配色方法不利于定量計算，在數(shù)學上假定虛擬的計算三基色X、Y、Z，稱為XYZ三基色計色制。 (X)=0.4185(R)-0.0912(G) +0.0009(B) (Y)= -0.1587(R)+0.2524(G) +0.0025(B) (Z) = -0.0828(R)+010157(G) +0.1786(B),XYZ計色制的配色方程 F=X(X)+Y(Y)+Z(Z) XYZ稱為標準三色系數(shù)，(X)(Y)(Z)稱為標準三基色單位。 合成光的全部亮度由Y的數(shù)值
16、決定。 合成光的色度由XYZ的相對值決定。與XYZ的絕對值無關。 當X=Y=Z時，配出等能白光E白。,我們用x、y、z表示相對值。則：,m為色模，表示彩色光標準三基色單位的總量，與亮度 有關，與色度無關。,xyz1 z= -x y 只要知道x、y的值，就可以知道z值。 所以，我們用x、y的數(shù)據(jù)畫出一個坐標，這個坐標就是x-y色度圖。 數(shù)據(jù)的點連成一個曲線，稱為光譜色曲線。 一個點表示一種色光。旁邊標明其波長。,4、XY制色度圖：馬蹄形圖,XY制色度圖的意義： 譜色曲線內任意兩點表示了兩種不同的彩色，這兩種彩色的全部混合色都在這兩點的連線上；在譜線內，任取三點所對應的彩色作基色混合而成的所有彩色
17、都包含在以這三點為頂點的三角形內。 E白點的坐標為x=1/3 y=1/3.譜線上任意一點與E白點的連線稱為等色調線。該線上所有的點都對應同一色調的彩色。線上的點離E白點越近，對應的點彩色的飽和度就越小。,四、顯象三基色和亮度公式,1、彩色電視重現(xiàn)圖像的原理： 電視熒屏上的三種熒光粉在電子束轟擊下發(fā)出紅、綠、藍三種基色光混合而得到。這三種基色光稱為顯象三基色。 2、不同電視制式選用的顯象三基色和標準白光不同： PAL: XY色度圖的實線三角形部分 NTSC: XY色度圖的虛線三角形部分,顯象三基色和標準白光的色度坐標,3、亮度公式 經(jīng)過數(shù)學矩陣變換，NTSC制中的顯象三基色Re1Ge1Be1和X
18、YZ之間的關系式為： X0.607 Re10.174 Ge10.200 Be1 Y0.299 Re10.587 Ge10.114 Be1 Z0.000 Re10.066 Ge11.116 Be1 其中Y代表彩色的亮度，由顯象三基色配出的任意彩色光的亮度為： Y0.299 Re10.587 Ge10.114 Be1,亮度公式的物理意義： 由顯象三基色配出的任意彩色光的亮度，可以由這一公式計算而得。,簡化為： Y0.3 R0.59 G0.11 B 這就是亮度公式。PAL制也采用這一公式。,作業(yè)1,一、問答題 1、紅光源照明時白紙、紅紙、綠紙各呈什么顏色？帶上綠色眼鏡再看呢？ 2、若水平方向上可以分
19、辨出40根紅、綠、豎線，對黑白、黑紅、藍綠線的分辨數(shù)是多少？ 3、已知三基色信號RGB的相對電平分別是1、0.5、0.4，求混合后亮度信號的相對電平。 4、黃色、青色和紅色相加混合后是什么顏色？黃色和紫色相加呢？,二、選擇題： 1、下列波長的電磁波不能使人看到的是： a、580nm b、680nm c、780nm d、880nm 2、在白光下呈綠色的紙在紅光下應該是： a、綠色 b、 紅色 c、白色 d 、黑色 3、光照度為10 勒相當于： a 、晴天 b、多云 c、月光 d、星光 4、綠色、紫色、青色相加得到： a 、淺綠 b 、淺紫 c 、淺青 d 、淺黃,1,第四節(jié) 電視圖像的傳送原理,
20、一、電視掃描方式 1、 我國規(guī)定電視畫面每秒傳送25幀。 2、實踐證明，要使人眼不出現(xiàn)閃爍感覺，每秒不少于46幅畫面出現(xiàn)。 3、為了提高幀頻，在電視技術中采用隔行掃描的方式，即每秒掃50幅畫面。技術上稱分兩場掃描，即兩場為一幀。 1幀=2幅,第一場只掃單數(shù)行1，3，5 第二場只掃雙數(shù)行2，4，6 每場掃描：625/2=312.5行 這種方式稱為隔行掃描.,4、隔行掃描,,（a）單數(shù)行掃描 （b） 偶數(shù)行掃描 （奇數(shù)場） （偶數(shù)場）,（c）一幀完整圖象 隔行掃描示意圖,5、場頻、幀頻、行頻、行周期 場頻：fv 50HZ 幀頻：fz 25HZ 行頻： fH 15625
21、HZ 已知每秒掃描25幀畫面，每幀掃描625行，則行掃描頻率為25x625=15625HZ。稱行頻為15625HZ 行周期： TH=1/15625 = 64S 表示掃描一行所需的時間。,6、逐行掃描： 電子槍依次從左到右，從上到下均勻一行緊跟一行地掃描一幀完整畫面地方式。 要求的帶寬比隔行掃描大一倍。 每秒掃50幀。 1幀1場,二、同步信號,攝像管：實現(xiàn)從光 電信號 顯像管：實現(xiàn)從電信號 光信號 同步信號： 控制攝像管與顯像管中電子束同步掃描的信號，稱為同步信號，分行同步、場同步信號。,,,1.行同步信號的寬度: 0.0734H=0.0734x64S （H為行周期） = 4.7S
22、（微秒） 2.場同步信號的寬度: 2.5H=2.5x64=160S 3.開槽脈沖信號：場同步信號出現(xiàn)時， （寬度2 .5H），為了不使行同步信號丟失，在場同步信號上挖出五個小槽，這些槽脈沖起到行同步信號的作用， 槽脈沖寬度也為 4.7微秒（0.0734H),間隙為1/2H。,4 .均衡脈沖信號： 為了保證在隔行掃描時，奇偶場的信號能準確地“套嵌”在一起，即兩場掃描不重疊，還要在同步信號前后各加入五個槽脈沖，稱為前后均衡脈沖，其寬度為0.0367H，間隔為1/2H。（寬度2.5H）,,(a)行同步信號,三、消隱信號,電子束從左 右掃描，進行另一行時迅速回到左端，為了不使電子速出現(xiàn)痕跡，需要一個
23、關閉電子槍的信號，這就是消隱信號。 消隱信號分：行消隱信號、場消隱信號、分別負責行、場逆程期間關閉電子束。 一個行周期H=64S 行正程=52S 行逆程=12S,,行消隱信號+場消隱信號=復合消隱信號,四、黑白全電視信號,1.黑白全電視信號包括: 圖像信號、行同步脈沖、行消隱脈沖、場同步脈沖、場消隱脈沖、槽脈沖、前后均衡脈沖。,2.一行視頻信號的波形,一個行周期的電子束掃描軌跡,從信號電平可以看出，電平越高圖像越黑，電平越低圖像越亮，電平的高低與圖像的亮暗成反比，這種視頻信號稱為負極性信號。,第五節(jié) 彩色電視信號的傳輸,1 .兼容：黑白電視和彩色電視必須相互兼容,即彩色電視機能收看黑白電視節(jié)
24、目，而黑白電視機又能收看彩色電視節(jié)目。 兼容條件： A：頻帶相同6MHZ。 B：同步信號相同。 C：彩色信號中必須包含易于分開的亮度信號和色度信號。 D:相同的圖像載頻和聲音載頻。,一、 黑白與彩色電視信號的兼容,2 .彩色電視信號的組成： 黑白電視信號+色差信號+色同步信號 用黑白電視機收看彩色電視節(jié)目時，色差信號+色同步信號這兩個信號不起任何作用。 色差信號和亮度信號最終在接收端的解碼器中分離出紅、綠、藍三基色的電信號，分別送往三個相應的電子槍，顯示彩色圖像。 色同步信號控制解碼器準確分離色差信號。,3 .色差信號 亮度信號方程：Y=0.30R+0.59G+0.11B 色差信號 ：是指由基
25、色信號和亮度信號 之差組成的信號。 R-Y=R-（0 .30R+0 .59G+0 .11B） =0 .70R-0 .59G-0 .11B B-Y=B-（0 .30R+0 .59G+0 .11B） =-0 .3R-0 .59G+0 .89B G-Y=G-（0 .30R+0 .59G+0 .11B） =-0 .30R+0 .41G-0 .11B,Y=0.30Y+0.59Y+0.11Y =0.30R+0.59G+0.11B 0.30（R-Y）+0.59（G-Y）+0.11（B-Y）=0 G-Y=- (R-Y)- (B-Y) =-0.51(R-Y)-0.19(B-Y),在
26、彩色電視技術中，因為 G-Y數(shù)值較小，對改善信噪比不利，所以選取R-Y、B-Y作為代表色度的色差信號。 （i）當黑白圖像時 R=G=B R-Y=0 B-Y=0 這時電視只傳送黑白圖象,（ii）電視機顯像管端的解碼重現(xiàn) R=（R-Y）+Y B=（B-Y）+Y G=（G-Y）+Y 這樣就可以還原出三基色信號，從 而重現(xiàn)景物色彩。,（iii）亮度恒定原理： 在彩色電視技術中，Y只含亮度信息， 不含色度信息，R-Y、B-Y只含色度信息，不含亮度信息。如R增大時所增加的亮度正好等于B、G減小時降低的亮度，這樣彩色電視信號的亮度保持恒定不變。,（iV）在我國PAL制彩色電視制式中（平衡正交調
27、制） 色差信號用V，U表示。 V=R-Y U=B-Y 為了避免某些高飽和度顏色的信號動態(tài)范圍過大而導致發(fā)射機的過調制，要乘以小于1的系數(shù)，最后在接收端再恢復。 V=0 .877（R-Y） U=0 .493（B-Y）,（V）NTSC彩色制式中，用I、Q表示色差 信號。 I=0.74（R-Y）-0.27（B-Y） Q=0.48（R-Y）+0.41（B-Y）,4 .大面積著色原理： 根據(jù)人眼的視覺特性，人眼對彩色差別的分辨力遠比對亮度差別的分辨力要差。所以，在傳送彩色電視信號時，只傳送一個粗線條（大面積）的彩色圖像，并配以亮度細節(jié)。這一原理稱為大面積著色原理。 頻帶壓縮：實踐證明，色差
28、信號的頻帶壓縮到11.5MHZ，已能滿足人們對彩色的要求。 我國色差信號標準帶寬為1.3MHZ。 01.3MHZ包含色度信號、 1.36MHZ包含亮度信號。 高頻混合原理：用亮度信號中的高頻分量來代替基色信號中未被傳送的高頻分量。,5 .頻譜間置 頻譜：電視信號的波形是由許許多多的正弦波組成，每一頻率的波形振幅各不相同，這些不同頻率的振幅就組成了頻譜。頻譜上的每一條線稱為譜線。 亮度信號是周期性地逐行、逐場、逐幀掃描形成的，其頻譜能量集中分布在行頻及其各次諧波附近。頻譜在這些頻率點處呈現(xiàn)出譜線群的形式。,在整個亮度信號頻譜中，約有5060%的頻率范圍是空白的。把色差信號安插在亮度信號的這些頻譜
29、空隙處，就解決了亮度和色差信號共用頻帶的難題。 把色差信號的頻譜和亮度信號的頻譜交錯相間地編織在一起，就叫做頻譜間置。,6 .彩色副載波fsc 亮度信號與色差信號是由一幅彩色圖象變換而來的，具有完全相同的頻譜分布特性。如果將兩者簡單地混合在一起，會出現(xiàn)信號的互相重疊、無法將其分開而產(chǎn)生嚴重干擾。 所以，必須選取一個合適的載波頻率fsc，使色差信號的頻譜剛好落在亮度信號Y的各譜線之間，這個載波稱為彩色副載波fsc。,對于不同的彩色電視制式，彩色副載波的頻率fsc各不相同： PAL制式取fsc=4.43MHZ NTSC制式取fsc=3.58MHZ,7 .色同步信號 為了正確還原圖象的色彩，在接收端需要恢復與發(fā)送端完全相同的彩色副載波。為此，需要在傳送電視信號的同時再傳送一個附加的基準信號，這個信號就是色同步信號。 色同步信號是由一小串彩色副載波群組成的，約911個周期。色同步信號的頻率等于彩色副載波的頻率fsc，被疊加在行消隱脈沖信號的后肩，作為彩色全電視信號的一部分。,其波形如下：,4.7,S,1.5,2.25S,
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