电视原理课件2.ppt

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1、第第2 2章章 电视传像基本原理电视传像基本原理电子信息工程学院电子信息工程学院电子信息工程学院电子信息工程学院彩电原理彩电原理2.1.1 图像顺图像顺序序传送原理传送原理1.图像的表示法 根据三基色原理彩色图像由红、绿、蓝三个基色图像叠根据三基色原理彩色图像由红、绿、蓝三个基色图像叠加而成。对于彩色电视，每一个平面活动基色图像都可加而成。对于彩色电视，每一个平面活动基色图像都可以表示成空间坐标以表示成空间坐标x x、y y和时间和时间t t 的三维连续函数。的三维连续函数。f fR R(x x,y y,t t)f fGG(x x,y y,t t)f fB B(x x,y y,t t)对于黑白

2、电视，平面活动图象只是亮度图像，表示为对于黑白电视，平面活动图象只是亮度图像，表示为f fL L(x x,y y,t t)2.1 电视系统组成原理电视系统组成原理 电视系统：摄像电视系统：摄像电视系统：摄像电视系统：摄像传输传输传输传输显像显像显像显像 根据人眼对细节分辨力有限的视觉特性，可以把一幅平面图像分解成许许多多小单元。这些组成画面的细小单元具有单一的亮度和色度，称为像素（pixel）。像素越小，单位面积上的像素数目越多，图像就越清晰。根据人眼的视觉惰性可以把时间连续的景物分解成一幅幅时间不连续的画面，只要画面的显示频率高于临界闪烁频率，就可以获得连续活动图像的感觉。1.图像的表示法图

3、像的表示法 对于彩色电视，每一个对于彩色电视，每一个平面活动基色图像平面活动基色图像都可以都可以表示成空间坐标表示成空间坐标x x、y y和时间和时间t t 的的三维离散函数三维离散函数:f fR R(x xm m,y yn n,t tk k)f fG G(x xm m,y yn n,t tk k)f fB B(x xm m,y yn n,t tk k)对于黑白电视，平面活动亮度图像可表示为对于黑白电视，平面活动亮度图像可表示为f fL L(x xm m,y yn n,t tk k)电视图像离散化可以压缩需要传送的信息量。电视图像离散化可以压缩需要传送的信息量。如何用一维时间函数的电视信号传送

4、三维活动电如何用一维时间函数的电视信号传送三维活动电视图像？视图像？1.图像的表示法图像的表示法2.图像的顺序传送图像的顺序传送并行传送：把不同位置上的像素同时转变成相应的电信号，分别用相应信道同时传送出去。根据人眼的细节分辨力，一幅图像要比较清晰，至少要有40万以上的像素，即需40万个信道。不经济，也不可能。并行传送示意图并行传送示意图发送端发送端接收端接收端顺序传送（串行传送）：利用人眼的视觉惰性，将各个像素的光信号利用人眼的视觉惰性，将各个像素的光信号利用人眼的视觉惰性，将各个像素的光信号利用人眼的视觉惰性，将各个像素的光信号按一定按一定按一定按一定的顺序变成电信号传输，接收端再按同样的

5、顺序将的顺序变成电信号传输，接收端再按同样的顺序将的顺序变成电信号传输，接收端再按同样的顺序将的顺序变成电信号传输，接收端再按同样的顺序将电信号变成光信号，只要速度足够快，人眼感觉图电信号变成光信号，只要速度足够快，人眼感觉图电信号变成光信号，只要速度足够快，人眼感觉图电信号变成光信号，只要速度足够快，人眼感觉图像就是完整和连续的。像就是完整和连续的。像就是完整和连续的。像就是完整和连续的。这种将图像分解成像素并按一定的顺序传送图像像这种将图像分解成像素并按一定的顺序传送图像像这种将图像分解成像素并按一定的顺序传送图像像这种将图像分解成像素并按一定的顺序传送图像像素的电视系统称为顺序传送系统。

6、素的电视系统称为顺序传送系统。素的电视系统称为顺序传送系统。素的电视系统称为顺序传送系统。传送顺序：从左到右，从上到下，时间递增传送顺序：从左到右，从上到下，时间递增传送顺序：从左到右，从上到下，时间递增传送顺序：从左到右，从上到下，时间递增 同步：在接收端每个像素的几何位置与发送端一一同步：在接收端每个像素的几何位置与发送端一一同步：在接收端每个像素的几何位置与发送端一一同步：在接收端每个像素的几何位置与发送端一一对应。对应。对应。对应。2.图像的顺序传送图像的顺序传送顺序传送示意图2.图像的顺序传送图像的顺序传送3.扫描扫描将光图像转换成顺序传送的电信号的过程及其逆过程称为将光图像转换成顺

7、序传送的电信号的过程及其逆过程称为扫描扫描。fL(xm,yn,tk)三维图像信号三维图像信号f(t)一维电视信号一维电视信号扫描扫描行扫描行扫描水平扫描水平扫描场扫描场扫描垂直扫描垂直扫描扫描扫描周期重复上述扫描周期重复上述扫描行扫描正程，行扫描逆程行扫描正程，行扫描逆程场扫描正程，场扫描逆程场扫描正程，场扫描逆程2.1.2 2.1.2 光光-电电/电电-光转换原理光转换原理 发端发端 ：光：光-电转换电转换摄像管摄像管 收端收端 ：电：电-光转换光转换显像管显像管1.1.摄像摄像CCDCCDCharge Couple DeviceCharge Couple Device电荷耦合器件电荷耦合器

8、件帧转移帧转移CCDCCD摄像管摄像管光敏成像区光敏成像区存储转移区存储转移区读出移位寄存器读出移位寄存器时序控制电路时序控制电路读出移位寄存器（遮光）读出移位寄存器（遮光）图像信号图像信号感光单元感光单元存存贮贮转转移移区区光光敏敏成成像像区区转转移移移移位位寄寄存存器器（遮遮光光）2.显像显像管阴极射线管Cathode Ray Tube(CRT)主要组成：电子枪、荧光屏、偏转线圈等。来自摄像端的信号加到显像管的栅极，控制电子束的能量，从而控制荧光粉的发光亮度，使荧光屏正确重现发端图像。校正摄像管光电转换特性近似为线性：而显像管电光转换特性为非线性：亮度与栅阴压的次方成正比，显像管重现图像产

9、生失真。需在摄像端进行预失真处理即校正：这样，显示亮度将正比于摄取的图像亮度：2.1.3 彩色图像的摄取与重现1.彩色图像的摄取同时制彩色电视传送示意图2.彩色图像的重现同时投影混色法显像管空间混色法三枪三束荫罩式彩色显像管2.彩色图像的重现显像管空间混色法彩色显像管RGB点阵新型显示器：液晶显示器，等离子显示器2.2.1 2.2.1 逐行扫描逐行扫描逐行扫描光栅逐行扫描光栅2.2 电视扫描原理矩形屏幕匀速单向直线扫描a.只有行扫描时 b.只有场扫描时 c.场正程扫描 d.场逆程扫描 e.消去行场逆程后的扫描光栅 逐行扫描动画逐行扫描动画逐行扫描电流波形：（a）行扫描锯齿波电流（b）场扫描锯齿

10、波电流 行扫描基本参数行正程扫描时间:TH t行逆程扫描时间:TH rTH r TH t行扫描周期TH=TH t+TH r行扫描频率fH=1/TH场正程扫描时间:TV t场逆程扫描时间:TV rTV r TV t场扫描周期TV=TV t+TV r场扫描频率fV=1/TV场扫描基本参数行场扫描关系为获得有效的扫描光栅，电子束水平方向运动速度应远大于垂直方向的运动速度；即：fH fV 正程扫描时间应占整个扫描周期的大部分，即：TH TH r TV TV r TH r/TH=a 称行扫描逆程系数，一般18TV r/TV=b 称场扫描逆程系数，一般8逐行扫描方式中，每场的光栅都应互相重叠。设每场扫描行

11、数为Z，则：TVZTH fHZ fV 即场周期是行周期的整数倍。扫描行数越多，图像越清晰。返回返回2.3.32.2.2 隔行扫描1 1.隔行扫描的提出要达到人眼要求的最高分解力，扫描行数须在要达到人眼要求的最高分解力，扫描行数须在500500以上以上，人，人眼的临界闪烁眼的临界闪烁频率要求场频须在频率要求场频须在48 Hz48 Hz以上。以上。按我国标准为按我国标准为625625行，行，50 Hz50 Hz，按幅型比，按幅型比4/34/3，则每行有，则每行有800800个像素，即个像素，即400400个周期个周期 则：黑白电视信号的最高频率达则：黑白电视信号的最高频率达12 MHz12 MHz

12、，即即:按逐行扫描方式，要求黑白电视信号带宽为：按逐行扫描方式，要求黑白电视信号带宽为：f f=12 MHz=12 MHz电子线路系统、频率资源都很难满足要求。电子线路系统、频率资源都很难满足要求。根据人眼的视觉特性：一帧图像分两次扫描，每次称为一场，两场合为一帧,即采用隔行扫描方式。活动图像25帧/秒=50场/秒临界闪烁频率=48Hz每场扫描行数 312.5行每帧扫描行数 625行即:按隔行扫描方式，要求黑白电视信号带宽为：f=6 MHz 2.2.2 隔行扫描2.隔行扫描光栅的形成 奇数行扫描（奇数场）奇数行扫描（奇数场）一帧图象分两次扫描一帧图象分两次扫描 偶数行扫描（偶数场）偶数行扫描（

13、偶数场）隔行扫描重现图像示意隔行扫描重现图像示意2.2.2 隔行扫描隔行扫描光栅分析2.2.2 隔行扫描隔行扫描应满足的基本要求（1）每帧起点相同要求每帧必须为整数行（2）相邻奇偶两场光栅均匀镶嵌，且各场扫描锯齿波波形 一样要求每场存在半行，即每帧必须为奇数行Z=2n+1 行频与场频关系：2.2.2 隔行扫描我国隔行扫描的基本参数我国电视扫描标准：隔行扫描，每帧625行，每帧两场，每场312.5行 帧频：fF=25Hz 场频：fv=50Hz 场周期：Tv=20ms(Tvt=18.4ms，Tvr=1.6ms)行频：fH=25(帧)625(行)=15625Hz 行周期：TH=64s (THt=52

14、s，THr=12s)2.2.2 隔行扫描 3.隔行扫描的缺点（1 1）行间闪烁效应）行间闪烁效应在隔行扫描中，整个画面的变化是按场频重复的，它高于在隔行扫描中，整个画面的变化是按场频重复的，它高于临界闪烁频率因而没有大面积闪烁感。但就每行而言，它临界闪烁频率因而没有大面积闪烁感。但就每行而言，它仍是按帧频重复的，即每秒重复仍是按帧频重复的，即每秒重复2525次，这是低于临界闪烁次，这是低于临界闪烁频率的。所以，当我们观看比较亮的细节时，仍会感觉到频率的。所以，当我们观看比较亮的细节时，仍会感觉到行间闪烁。行间闪烁。（2 2）并行现象）并行现象a.a.真实并行真实并行奇偶光栅并行现象奇偶光栅并行

15、现象 b.b.视在并行视在并行如传送图像中的运动物体在垂直方向上有足够大的速度分量，如传送图像中的运动物体在垂直方向上有足够大的速度分量，且每经一场刚好下移一行距离，则后一场传送的细节与前一场且每经一场刚好下移一行距离，则后一场传送的细节与前一场相同。所以当视线随运动物体移动时，看起来好像两行变成一相同。所以当视线随运动物体移动时，看起来好像两行变成一行。行。视在并行视在并行（3）高速水平运动物体出现“锯齿化”现象如传送图象中的运动物体在水平方向上有足够大的速度分量，物体垂直边缘因隔行分场传送，会发生相邻场光栅中左右错开的“锯齿化”现象。隔行因子K i2:1隔行扫描的视在垂直分解力相当于逐行扫

16、描时的分辨力乘上一个隔行因子Ki，其值一般在0.60.7之间。2.2.3 扫描的同步1.扫描的同步同步扫描同步扫描发送端和接收端的扫描运动严格保发送端和接收端的扫描运动严格保 持步调一致，即同频同相持步调一致，即同频同相。行不同频：行频略高 行频略低原图象场不同频：场频略高：图像向下移动；场频略低：图像向上移动待传送图像收、发端扫描相差半行收、发端扫描相差半场行、场不同相：2.2.3 扫描的同步 为了实现同步扫描，电视发送端每当扫描完一行时加为了实现同步扫描，电视发送端每当扫描完一行时加为了实现同步扫描，电视发送端每当扫描完一行时加为了实现同步扫描，电视发送端每当扫描完一行时加入一个行同步脉冲

17、；每当扫描完一场时加入一个场同入一个行同步脉冲；每当扫描完一场时加入一个场同入一个行同步脉冲；每当扫描完一场时加入一个场同入一个行同步脉冲；每当扫描完一场时加入一个场同步脉冲。步脉冲。步脉冲。步脉冲。同步信号同步信号同步信号同步信号控制扫描频率和相位的脉冲信号。控制扫描频率和相位的脉冲信号。控制扫描频率和相位的脉冲信号。控制扫描频率和相位的脉冲信号。2.2.3 扫描的同步 2.2.消隐脉冲与复合同步脉冲消隐脉冲与复合同步脉冲消隐脉冲：消隐脉冲：消隐脉冲：消隐脉冲：扫描逆程期间电子束消隐扫描逆程期间电子束消隐扫描逆程期间电子束消隐扫描逆程期间电子束消隐扫描逆程期间让信号电平为黑扫描逆程期间让信号

18、电平为黑扫描逆程期间让信号电平为黑扫描逆程期间让信号电平为黑电平，电子束截止，屏幕为黑色，起到消隐逆程光栅痕迹的电平，电子束截止，屏幕为黑色，起到消隐逆程光栅痕迹的电平，电子束截止，屏幕为黑色，起到消隐逆程光栅痕迹的电平，电子束截止，屏幕为黑色，起到消隐逆程光栅痕迹的作用。作用。作用。作用。行消隐信号行消隐信号行消隐信号行消隐信号(或称或称或称或称行消隐脉冲行消隐脉冲行消隐脉冲行消隐脉冲)行逆程行逆程行逆程行逆程12s,12s,12s,12s,则行消隐脉冲脉宽为则行消隐脉冲脉宽为则行消隐脉冲脉宽为则行消隐脉冲脉宽为12s12s12s12s，电平为黑电，电平为黑电，电平为黑电，电平为黑电平平平平

19、场消隐信号场消隐信号场消隐信号场消隐信号(或称或称或称或称场消隐脉冲场消隐脉冲场消隐脉冲场消隐脉冲)场逆程场逆程场逆程场逆程1.6ms,1.6ms,1.6ms,1.6ms,则场消隐脉冲脉宽为则场消隐脉冲脉宽为则场消隐脉冲脉宽为则场消隐脉冲脉宽为1.6ms1.6ms1.6ms1.6ms，电平为，电平为，电平为，电平为黑电平黑电平黑电平黑电平 2.2.3 扫描的同步黑电平黑电平行消隐行消隐白电平白电平行正程行正程52s12s返回返回返回返回2.4.12.4.1(+12s)场消隐场消隐1600s(25H)行消隐行消隐12s负极性电视信号负极性电视信号行场消隐脉冲波形行场消隐脉冲波形同步脉冲行同步脉冲

20、发送端行扫描正程结束后发出的脉冲信号，控制接收端行扫描逆程的开始。(行同步信号仅起控制行同步作用，不应在屏幕上显示出来，故应叠加在行消隐脉冲之上。)场同步脉冲发送端场扫描正程结束后发出的脉冲信号，控制接收端场扫描逆程的开始。(同理，场同步信号应叠加在场消隐脉冲之上。)4.7s1.6s5.7s行同步信号行同步信号同步电平同步电平100%黑电平黑电平70%12s前肩前肩分离同步脉冲与图像信号：幅度分离方法后肩后肩160s(2.5TH)160s(2.5TH)1600s(25TH)场同步脉冲与场消隐脉冲场同步脉冲与场消隐脉冲行同步行同步场同步场同步312.5行行2.5行行复合同步信号复合同步信号复合同

21、步脉冲分离行同步脉冲与场同步脉冲：分离行同步脉冲与场同步脉冲：微分与积分方法微分与积分方法行同步分离与微分电路：电路参数满足微分条件：RC=1/5 T 入入出出AB（T为行同步脉宽4.7s）即：=0.51s 为解决在场同步期间，行同步失落而造成的行不同步的问题，在场同步脉冲中开槽，对应每行的位置开一个槽，槽宽为：4.7s。开槽脉冲行行行行同同同同步步步步分分分分离离离离波波波波形形形形图图图图 场同步分离与积分电路 积分电路：电路参数满足积分条件：RCT时 (T为输入信号脉宽)出出入入AC行、场同步分离波形3.3.开槽场同步脉冲与均衡脉冲开槽场同步脉冲与均衡脉冲问题：由于最后一个行同步到达奇数

22、场、偶数场的场同步前沿的时间不同，造成积分后积分电容上的起始电压不等，使奇偶相邻两场的积分波形不同。同时，奇偶相邻两场的开槽位置不同也使积分波形不同。造成：奇偶相邻两场到达同一触发电平时刻不同（相差t），使相邻两场的逆程始点相差t 使相邻两场扫描起始位置不同，影响了隔行扫描的准确性。措施：加均衡脉冲、槽脉冲，使相邻两场的复合同步信号通过积分后波形一致。加开槽场同步脉冲与均衡脉冲方法加开槽场同步脉冲与均衡脉冲方法方法：1.在场同步期间加槽脉冲2.在奇偶相邻两场场同步信号的前后2.5行每隔半行加一个均衡脉冲，为使每半行加一个脉冲后积分电容上的电压不增加，要把脉冲宽度减半，即4.7s的一半为：2.3

23、5。前5个脉冲为前均衡脉冲 后5个脉冲为后均衡脉冲 黑白全电视信号黑白全电视信号 作业：作业：2.52.3 电视图像的基本参量概述电视图像基本特征：图像的几何尺寸形状、图像的对比度与亮度、色度（色调与饱和度）、清晰度、图像的连续性。根据基本特征要求确定电视系统的指标和标准：扫描参量帧频、场频、行频、扫描行数系统通频带亮度信号频带、色度信号频带系统校正系数的确定系统各种非线性失真系数的确定荧光粉色度坐标与基准白的确定彩色电视制式的确定2.3.1 图像的几何特征幅型比屏幕尺寸标清电视4：334in.视觉最清楚的范围：垂直夹角视觉最清楚的范围：垂直夹角 V V=15=15 水平夹角水平夹角 H H=

24、20 =20 几何失真行场扫描非线性系数：非线性失真系数10%时，不感到有严重失真非线性失真系数5%时，感觉不到有非线性失真几何失真几何失真枕型畸变枕型畸变桶型畸变桶型畸变QQGG几何畸变系数几何畸变系数1时，暗区域可分辨层次减少，亮区域可分辨层次增加；1时，亮区域可分辨层次减少，暗区域可分辨层次增加。三、彩色的非线性失真三、彩色的非线性失真光电转换和传输后，三基色信号的失真：1时，Rd:Gd:BdRo:Go:Bo，则重现图像产生色度畸变。假设系统非线性系数为假设系统非线性系数为=2=2，k k=1=1（1 1）被摄彩色为基色光被摄彩色为基色光。以。以ReRe为例为例 FR=1Re+0Ge+0

25、Be即被摄彩色的色系数之比为：1:0:0,重现彩色的色系数之比为12:0:0=1:0:0,色度不变。同样，被摄彩色为基色GeBe也不变。（2 2）被摄彩色为白光被摄彩色为白光C C白白。F白=1/3Re+1/3Ge+1/3Be即被摄彩色的色系数之比为：1/3:1/3:1/3,重现彩色的色系数之比为(1/3)2:(1/3)2 :(1/3)2 =1:1:1,色度不变,仍为C白。（3 3）被摄彩色为三基色之补色光被摄彩色为三基色之补色光。以黄色光为例。以黄色光为例 F黄=1/2Re+1/2Ge+0Be即被摄彩色的色系数之比为：1/2:1/2:0=1:1:0,重现彩色的色系数之比为(1/2)2:(1/

26、2)2:0=1:1:0,色度不变,仍为黄色。同样，被摄彩色为其他补色也不变。三、彩色的非线性失真三、彩色的非线性失真（4 4）被摄彩色为色三角形内任意一点的彩色。被摄彩色为色三角形内任意一点的彩色。如饱和度为如饱和度为50%50%的黄色：的黄色：F黄5=1/2 FC 白+1/2F黄=5/12Re+5/12Ge+1/6Be即被摄彩色的色系数之比为：重现彩色的色系数之比为:蓝色分量减少，坐标点向黄色偏移，饱和度增大三、彩色的非线性失真三、彩色的非线性失真结论：1、三基色及其三补色的色度不受传输系统非线性系数的影响，重现彩色在色三角形中的坐标位置不变。2、C白的色度坐标不受的影响，即重现C白坐标位置

27、不变。3、其它各种彩色经1时的系统传输后，色度坐标将向三角形的三边或顶点方向移动饱和度 而1时，移动方向恰好相反，即向三角形中心或三边中心靠近饱和度结论：2.4 视频图像信号2.4.1 2.4.1 黑白图像信号黑白图像信号2.4.2 2.4.2 亮度信号、色差信号及其组成原理亮度信号、色差信号及其组成原理2.4.3 2.4.3 标准彩条信号标准彩条信号 2.4.1 黑白图像信号一、黑白图像信号波形黑白图像信号波形黑白图像信号波形黑白图像信号波形黑白图像信号波形视频图像信息单极性正极性图像信号负极性图像信号(a)被传送图像 (b)行扫描电流波形(c)摄像管输出图像(d)负极性视频信号(a)(a)

28、i iH H0 0t t(b)(b)u uH H0 0t tu uH H0 0t t（d d）二、黑白图像信号频谱二、黑白图像信号频谱电视图像信号为0-6MHz变化随机信号，但它是按行频、场频频率重复变化的相似信号，故其频谱是按行频、场频规律变化的梳状频谱。静止图像的频谱 只在水平方向有亮度变化的静止图像这种情况下，每个行扫描得到的图象信号都是一样的（以行频重复的周期性）。为了方便讨论，我们忽略了行逆程。根据傅立叶分析，频谱是线状谱，位于行频fH及其谐波n fH上。且n越大，能量（幅度）越小（对于我国，6MHz带宽最高谐波次数n=384）。H：行频角频率Cn：复振幅 在垂直方向也有亮度变化 信

29、号是以行频和场频重复的，用二维傅立叶级数分解，可得频谱分布图。频谱成份为n fH m fV，其频谱分布是离散谱线簇(谱线群)，主谱线为n fH。特点是信号能量集中在行频fH及其各次谐波n fH的主谱线上，一般能量随n增大而衰减。在每个主谱线两旁存在着场频及其谐波的许多副谱线。一般能量随m增大副谱线能量很快衰减。垂直方向有细节变化 垂直方向有精细细节变化时，两场信号会有差异，其信号波形以帧为周期重复，故频谱应为n fHm fF（fF为帧频，25Hz）。由于垂直方向内容有不小的相关性，所以，帧间差引起奇数倍成份相对较小。运动图象信号的频谱运动图象信号的频谱 对于一般速度运动的物体，形成的帧周期信号

30、波形表现为随对于一般速度运动的物体，形成的帧周期信号波形表现为随运动情况在副谱线两侧的连续频谱。因电视图像相邻行间相关较运动情况在副谱线两侧的连续频谱。因电视图像相邻行间相关较大，因此以行频及其各次谐波为中心的相邻群之间有信号能量的大，因此以行频及其各次谐波为中心的相邻群之间有信号能量的空白区。空白区。频谱交错原理利用电视信号的频谱空隙，在不扩展频带的情况下插入彩色信号。返回返回返回返回f fscsc选择选择选择选择结论：全电视信号具有在06MHz范围内、离散分布的频谱结构。各群谱线间存在着很大的空隙。2.4.2 亮度信号、色差信号及其组成原理彩色图像信号传输三个视频基色信号三视频基色信号编码

31、传输与黑白电视实现兼容彩色信号的传输与兼容制问题（将在3 继续分析）兼容制彩色电视系统恒定亮度原理、混合高频原理 亮度信号、色差信号三基色信号：ER0、EG0、EB0以后简化写：R0、G0、B0经校正后的电压信号：R、G、B一、恒定亮度原理与高频混合原理兼容 性与逆兼容 性要求：彩色电视图像信号中要有代表黑白图像的亮度信号。另外再用两个信号传送色度信息。亮度信号不受传送色度信息的信号的影响，即后者的变化不影响亮度信号，重现图像的亮度只由亮度信号决定恒定亮度原理。混合高频原理人眼的视觉特性亮度分辨力高，色度分辨力低。只需传送大面积彩色，并配以亮度细节 大面积着色原理从信号频带看，亮度用全部视频带

32、宽，色度只用较窄带宽。接收端恢复的三个基色信号的低频部分是亮度和色度信号共同传送的，而高频部分都用同一个亮度信号的高频部分补充。混合高频原理实验发现，色度信号的带宽只需12MHz就使人感到满意。我国电视标准：色度信号带宽：1.3MHz即：彩色信号：0 1.3 MHz 亮度信号Y：0 6 MHz相加后的彩色视频信号为：0 6 MHz 二、亮度信号和色差信号 根据兼容制要求彩色电视系统中所选用的传输信号并非三个基色信号，而是经转换并代表彩色三个基本参量的新的传输信号。它们应满足以下要求。(1)为获得兼容性，须传送一个与黑白电视相同的亮度信号。彩色全电视信 号应保持与黑白电视信号相同的频带宽度。(2

33、)需要传送两个代表色度的信号，根据恒定亮度原理，它们不应含有亮度 信息；同时跟据混合高频原理，色度信号可以采用窄带传输。(3)在传输黑白图像时，三个基色信号相等，RGB，根据上一条件，这 时两个代表色度的信号应当等于零。(4)代表色度的两个信号是互相独立的。(5)三个基色信号与三个传输信号之间的转换关系要简单。根据上述要求：由亮度方程Y=0.30R+0.59G+0.11B可知：Y、R、G、B中只需送一个Y信号和其中二个基色信号即可。由于每个基色信息中都含有亮度信息，如果直接传送基色信号，已传送的亮度信号Y(为各基色亮度总和)与所选出的两个基色所包含的亮度参量就重复了，因而使得基色与亮度之间的相

34、互干扰也会十分严重（带宽不同）。所以通常选择不反映亮度信息的信号传送色度信息。在基色信号与亮度信号相减所得到的色差信号(R-Y)、(G-Y)和(B-Y)中选取两个代表色度信息。二、亮度信号和色差信号由（NTSC制）亮度方程：Y=0.30R+0.59G+0.11B 得色差信号：R-Y=R-（0.30R+0.59G+0.11B）=0.70R-0.59G-0.11B G-Y=G-（0.30R+0.59G+0.11B）=-0.30R+0.41G-0.11B B-Y=B-（0.30R+0.59G+0.11B）=-0.30R-0.59G+0.89B 三个色差信号中只有二个是独立的，常选用(R-Y)和(B-

35、Y)两个色差代表色度信号。这是因为对大多数彩色来说，(G-Y)比(R-Y)和(B-Y)数值要小，如选择(G-Y)对改善信噪比不利。在已知(R-Y)和(B-Y)的情况下，可以容易地求得(G-Y)。令：Y=0.30Y+0.59Y+0.11Y，并与亮度方程相减：0.30（R-Y）+0.59（G-Y）+0.11（B-Y）=0 得：只传送只传送Y、(R-Y)、(B-Y)在接收端根据上式先用矩阵电路解出(G-Y)，再运算：(R-Y)+Y=R，(G-Y)+Y=G，(B-Y)+Y=B，可恢复出基色信号。二、亮度信号和色差信号 恒定亮度原理的实现 以Y=0.30R0+0.59G0+0.11B0=Y0表示摄像端获

36、取的原景物亮度；用Yt、(R-Y)t、(B-Y)t分别表示传输后的亮度信号和色差信号（相对于发端而言，可能幅度有所变化或混入了某种干扰）。用于重现彩色图像的三基色 Rd=(R-Y)t+Yt Bd=(B-Y)t+Yt Gd=-0.51(R-Y)t-0.19(B-Y)t+Yt 不考虑显像管的非线性电/光转换特性(即=1，不进行校正)的情况显示的亮度Yd为Yd=0.30Rd+0.59 Gd+0.11Bd =0.30(R-Y)t+Yt +0.59-0.51(R-Y)t-0.19(B-Y)t+Yt+0.11(B-Y)t+Yt =Yt 可见重现的亮度Yd只与所传送到接收端的亮度信号Yt有关，色色差信号变化

37、或受到干扰，不影响亮度，差信号变化或受到干扰，不影响亮度，即实观了恒定亮度传输。考虑显像管的非线性电/光转换特性(即1，进行校正的情况)此时只有传送黑白图像恒定亮度才能满足，否则虽然现显示的亮度是正确的，但显示的亮度既与亮度信号有关，又与色差信号有关，恒定亮度原理将不再满足。恒定亮度原理的实现 对于同一色调的彩色，饱和度越高恒定亮度指数越小，恒定亮度误差越大。对于黑白电视机接收彩色电视，恒定亮度指数是显示亮度与正确亮度之比，对于彩色电视机，恒定亮度指数是亮度信号提供的显示亮度与正确亮度之比。恒定亮度指数对于黑白电视的亮度重现有影响，当色差信号受到传输中的噪波干扰时，对彩色电视的亮度重现有一定的

38、影响，但影响不大。恒定亮度原理的实现 三、亮度信号和色差信号举例（1）饱和品红色设：R=E、G=0、B=E 则 Y =0.30E+0.11E=0.41E(R-Y)=E-0.41E=0.59E(B-Y)=E-0.41E=0.59E重现端为彩色接收机时，恢复的三基色电压：R=(R-Y)+Y=0.59E+0.41E=EG=0.51(R-Y)0.19(B-Y)+Y=0.70.59E+0.41E=0B=(B-Y)+Y=0.59E+0.41E=E若对于白色：R=E、G=E、B=E，Y=E，Y=0.41E表示亮度比白色暗，故品红色在黑白电视机上显示为暗灰色。（2）未饱和品红色（R、G、B都不为零是未饱和色）

39、设：R=E、G=0.2E、B=E 则 Y =0.30E+0.590.2E+0.11E=0.53E(R-Y)=E-0.53E=0.47E(B-Y)=E-0.53E=0.47E重现端为彩色接收机时，恢复的三基色电压：R=(R-Y)+Y=0.47E+0.53E=EG=0.51(R-Y)0.19(B-Y)+Y=0.70.47E+0.53E=0.2EB=(B-Y)+Y=0.47E+0.53E=E可见亮度信号比饱和品红色的大，在黑白电视上显示更浅一些的灰色。三、亮度信号和色差信号举例（3）未饱和黄色设：R=E、G=E、B=0.2E 则 Y =0.30E+0.59E+0.110.2E=0.91E(R-Y)=

40、E-0.91E=0.09E(B-Y)=0.2E-0.91E=0.71E重现端恢复的三基色电压：R=(R-Y)+Y=0.09E+0.91E=EG=0.51(R-Y)0.19(B-Y)+Y =0.510.09E+0.19 0.71E+0.91E=EB=(B-Y)+Y=0.71E+0.91E =0.2EY=0.91E，在黑白电视上显示接近峰值白色的浅灰色。三、亮度信号和色差信号举例 2.4.3 标准彩条信号1、标准彩条信号 白黄青绿品红蓝黑 彩条百分比表示法：彩条百分比表示法：100%100%饱和度饱和度100%100%幅度彩条幅度彩条彩条最小幅度为彩条最小幅度为0 0，最大幅度为，最大幅度为1 1

41、 95%95%饱和度饱和度100%100%幅度彩条幅度彩条彩条最小幅度为彩条最小幅度为0.050.05，最大幅度，最大幅度为为1 1100%100%饱和度饱和度 75%75%幅度彩条幅度彩条最小幅度为最小幅度为0 0，彩条最大幅度为，彩条最大幅度为0.75 0.75 幅度是指彩条信号中，彩条信号电压幅度是指彩条信号中，彩条信号电压幅度幅度相对于白条信号电压相对于白条信号电压幅度的相对值。幅度的相对值。彩条百分比表示法的三基色信号均指未经彩条百分比表示法的三基色信号均指未经 校正校正 2.4.3 标准彩条信号彩条信号由百分比表示时，其百分比幅度和饱和度的彩条信号由百分比表示时，其百分比幅度和饱和

42、度的计算：计算：幅度幅度 =E=EmaxmaxE EWW100%100%饱和度饱和度 =(1-E=(1-EminminE Emaxmax)100%)100%式中，式中，E Emaxmax 和和E Eminmin为彩条信号电压为彩条信号电压R R0 0、G G0 0和和B B0 0中的最中的最大值和最小值；大值和最小值；E EWW为白条所对应的为白条所对应的R R0 0、G G0 0、B B0 0电压值电压值。2.4.3 标准彩条信号 彩条四数码表示法：彩条四数码表示法：第一、第二表示组成白条和黑条的第一、第二表示组成白条和黑条的R R、G G、B B的最大值的最大值(%)(%)和最小值和最小值

43、(%)(%)；第三、第四表示组成彩色条的第三、第四表示组成彩色条的R R、G G、B B的最大值的最大值(%)(%)和最小值和最小值(%)(%)；以上幅度是指以上幅度是指 校正后的信号校正后的信号 ，并且以白条的基色幅，并且以白条的基色幅度作为度作为100100（）。（）。如如:100-0-100-0:100-0-100-0彩条彩条 100-0-75-0100-0-75-0彩条彩条彩条信号由四数码命名时，其百分比幅度和饱和度的彩条信号由四数码命名时，其百分比幅度和饱和度的计算：计算：饱和度饱和度 =1-(E=1-(EminminE Emaxmax)100%100%幅度幅度 =E=Emaxmax

44、E EWW100%100%式中，式中，E Eminmin和和E Emaxmax分别对应彩条信号分别对应彩条信号R R、G G、B B的最大的最大值值(%)(%)和最小值和最小值(%)(%)；E EWW为白条所对应的为白条所对应的R R、G G、B B的信的信号幅度号幅度(%)(%)。2、100-0-100-0标准彩条三基色信号电压波形 彩条三基色：标准彩条标准彩条标准彩条标准彩条 标准彩条红基色标准彩条红基色标准彩条红基色标准彩条红基色 标准彩条绿基色标准彩条绿基色标准彩条绿基色标准彩条绿基色 标准彩条蓝基色标准彩条蓝基色标准彩条蓝基色标准彩条蓝基色 彩条三基色系数：白白 黄黄 青青 绿绿 紫

45、紫 红红 蓝蓝 黑黑R R 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0GG 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0B B 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0100-0-75-0标准彩条三基色信号电压波形 2.5 2.5 视频图像信号的数字化与分量编视频图像信号的数字化与分量编码码2.5.1 2.5.1 电视信号数字处理的优点电视信号数字处理的优点2.5.2 2.5.2 数字电视信号的产生和复原数字电视信号的产生和复原2.5.3 2.5.3 分量编码分量编码2.5.1 电视信号数字处理的优点抗干扰、抗非线性失真能力强。便于存

46、贮。便于实现包括时间轴的三维数字处理，实现模拟电视不能实现的功能。大规模集成。易于调整，体积小，寿命长。便于与其他数字设备接口。电视信号数字处理简要框图A/D转换器转换器D/A转换器转换器数字处理器数字处理器模拟信号输入模拟信号输出（编码器Encoder）（解码器Decoder）2.5.2 数字电视信号的产生和复原 全信号编码采样频率采样频率 满足采样定理满足采样定理 彩色副载波的整数倍（彩色副载波的整数倍（3-43-4倍）倍）逐帧固定的正交空间点阵逐帧固定的正交空间点阵副载波：副载波：NTSC 3.57954506MHzNTSC 3.57954506MHzPAL 4.43361875MHzP

47、AL 4.43361875MHz量化等级量化等级 8bit 10bit 11bit8bit 10bit 11bit 过载保护带过载保护带 2.5.3 分量编码一、采样频率三种制式并存使节目制作、节目交换、设备生产带来不便。希望统一遵循采样定理电视信号具有正交结构即第二行采样点在第一行正下方一、采样频率对于525行系统，带宽约为4.2MHz对于625行系统，带宽约为5.6MHz如何选择采样频率以满足正交结构？采样频率应为行频的整数倍ITU-RBT.601规定亮度信号采样频率13.5MHz色度信号采样频率6.75MHz，且空间同位 2.5.3 分量编码4：2：2标准标准/625行制行制4：2：0标

48、准标准/625行制行制4：1：1标准标准/625行制行制4：2：2标准标准/525行制行制4：2：0标准标准/525行制行制4：1：1标准标准/525行制行制每帧每帧有效有效行数行数亮亮度度色色度度576576576480480480576288576480240480每行每行有效有效像素像素亮亮度度色色度度720720720720720720360360180360360180帧频帧频/Hz252525303030幅型比幅型比4：34：34：34：34：34：3分量编码采样标准 采样结构4：2：2采样结构4：2：0采样结构代表亮度样点代表色度样点二、量化等级电视信号一般采用电视信号一般采用8

49、bit8bit量化，即有量化，即有256256个量化等级个量化等级亮度亮度Y Y幅度：幅度：01V01V，R-YR-Y幅度：幅度：-0.7010.701V-0.7010.701V，B-YB-Y幅度：幅度：-0.8860.886V-0.8860.886V，动态范围不一致，动态范围不一致引入压缩系数：将动态范围限制为引入压缩系数：将动态范围限制为1V1VC CR R=K=KR R（R-YR-Y），则），则K KR R=0.5/0.701=0.5/0.701C CB B=K=KB B（B-YB-Y），则），则K KB B=0.5/0.886=0.5/0.886动态范围为：动态范围为：-0.50.5V

50、-0.50.5V 2.5.3 分量编码Y=0.299R+0.587G+0.114BY=0.299R+0.587G+0.114BC CR R=K=KR R（R-YR-Y）=0.500R-0.419G-0.081B=0.500R-0.419G-0.081BC CB B=K=KB B（B-YB-Y）=-0.169R-0.331G+0.500B=-0.169R-0.331G+0.500B 亮度信号采用自然二进制码，色差信号采用偏移二亮度信号采用自然二进制码，色差信号采用偏移二进制码。进制码。为了防止量化过载，预留过载保护带。为了防止量化过载，预留过载保护带。2.5.3 分量编码三、数字接口ITU-R