电视信号的形成和传输.docx

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电视信号的形成和传输

第三章电视信号的形成和传输

【教学目的】

⒈知识目标：

掌握彩色电视信号的拍摄及处理形成过程和熟记参数、PAL及NTSC制式的特点。

⒉能力目标：

理解彩色电视信号的拍摄及处理形成过程。

【教学重点】光电转换原理、扫描制式、音视频信号的调制及两种制式彩色电视信号的形成。

【教学难点】音视频信号的调制及两种制式彩色电视信号的形成。

【教学方法】讲述法

【教学时数】15学时

【教学过程】

第一节光电转换与电子扫描

【教学目的】

⒈知识目标：

掌握一幅图像的组成、光电转换的原理及两种扫描体制的参数和特点。

⒉能力目标：

理解光电转换原理及图像在电视屏幕上的显示原理。

【教学重点】光电转换的原理、两种扫描体制的参数和特点。

【教学难点】光电转换原理及图像在电视屏幕上的显示原理。

【教学方法】讲述法、实验法

【教学时数】2学时

【教学过程】

新课导入:

客观世界的事物是怎样形成电信号呢，电视屏幕上的图像又是怎样出现的呢，通过这一节课的学习我们要理解其实质。

听课问题:

1、电视信号的形成和发送经过了那些过程？

2、摄像机的光电转换原理是怎样的？

3、图像的分解于清晰度有什么关系？

4、扫描体制有几种，各有什么特点？

一、电视信号的形成和传送

从图中可以看出：

图像信号：

调幅调制。

伴音信号：

调频调制。

二、摄像机的光电转换

1、摄像机：

是一种将我们眼前景物的光信号转换成电信号的光电转换电子设备。

2、摄像机的光电转换原理如下图

电子束在光电靶上从左到右，自上而下的扫描。

在摄像管前方玻璃内壁上，镀有一层透明的金属膜，作为光的通路和信号的输出电极。

在金属膜后面再敷有一层很薄的光电导层，它由灵敏度极高的光敏材料组成。

光敏材料在光线强弱有微小变化时，它的电阻即随之变化。

光强时电阻减小，光弱时电阻增大。

当电子束扫到强光点时，由于电阻较小，整个回路的电流增大，在Rfz上的压降增大，输出电压小。

相反，当电子束扫到暗点时，回路电流减小，在Rfz上的电压降小，输出电压较高。

从而实现了电视信号的光电转换过程。

三、图像的分解与清晰度

1、观察电视图像我们会发现屏幕上的图像是由很小的点构成的，这些点越小越多图像就越清晰。

2、构成图像上的每一个点我们称之为象素。

四、扫描体制

1、扫描体制指形成图像的扫描制式。

2、电视图像的概念

行：

电子束自左向右扫描一次称之为一行；水平方向的扫描称为行扫描。

场：

电子束一行一行扫描完一幅图像称之为一场。

垂直方向称为场扫描。

一帧：

指一幅完整的静止画面。

电视机的行扫描和场扫描是同时进行的，电子束的扫描稍向右下倾斜。

3、在电视机上我们看到的是连续的画面，其实是由一幅一幅的静止画面连续播放形成的，由于人眼的视觉惰性和屏幕荧光粉的余晖效应才感觉到连续的电视画面，

4、电视技术中要求1秒钟必须播放25帧图像，即帧频fv＝25Hz、帧周期Tv＝40ms；一帧图像625行，则行频fH＝15625Hz，行周期TH＝64µs。

5、常见的扫描体制有逐行扫描制和隔行扫描制。

（1）逐行扫描

电子束从左到右从上到下一行紧接一行扫描称逐行扫描。

电子束在显象管屏幕上的扫描轨迹称为光栅。

电子束从左到右扫描的轨迹称为行正程，从右回到左的轨迹称为行逆程。

消去行逆程，只有行正程光栅。

（2）隔行扫描

由于图像1妙播放25幅图像虽然解决了画面的连续问题，但在电视屏幕上播放出来任有闪烁现象，在隔行扫描中将一帧图像分成两场，即奇数场和偶数场；这时1妙就有50场，即场频fz＝50Hz场周期Tz＝20ms，从而消除了画面的闪烁现象。

为了不使奇数场和偶数场的扫描重合，要求每场必须有个半行，所有总行数必须是奇数，使两场的图像正好相补，原理如下图所示，我国电视制式规定一帧行数为625行，帧正程575行、帧逆程50行；因为一帧分成两场，即每一场是312.5行，场正程287.5行，场逆程25行。

【小结】回答课前问题

【作业布置】

1、完成光电转换的电子设备是，构成图像的每一个点称为，在电视技术中一幅图像指，场频是、行频是，常见的两种扫描制式是和；为了消除图像的闪烁感一帧图像被分成场和场。

2、摄像机是怎样实现光电转换的？

【本节反思与作业批阅情况记载】

第二节视频信号

【教学目的】

⒈知识目标：

掌握全电视信号包括那些，各有什么作用，熟记它们的参数。

⒉能力目标：

能熟练的画出全电视信号的波形，并能进行说明。

【教学重点】全电视信号包括那些，各有什么作用，它们的参数。

【教学难点】熟练的画全电视信号的波形，并能进行说明。

【教学方法】讲述法

【教学时数】2学时

【教学过程】

【复习】一幅图像多少行，其中正程多少行，逆程多少行，在隔行扫描中，一场共扫描多少行，正程多少行，逆程多少行？

新课导入:

我们从电视机屏幕上看到五彩缤纷的图像，但我们知道它的信号是怎样的吗？

通过这一节课的学习我们就能清楚这个问题。

听课问题:

1、视频信号包括那些部分，它们各有什么作用？

2、能画出全电视信号的波形。

3、全电视信号各部分的参数有那些？

一、视频信号的构成及波形

1、全电视信号的波形如下图所示

2、全电视信号包括图像信号、消隐信号、同步信号和辅助信号。

（1）图像信号：

包含我们看到的电视机屏幕上的所有内容。

（2）消隐信号：

使电子束在行场扫描逆程期间截止。

（3）同步信号：

使电视机的播放与发射完全同步。

（4）辅助信号：

保证扫描的准确稳定。

3、从图中可以看出全电视信号有以下特点：

（1）脉冲性：

全电视信号含复合同步和复合消隐脉冲。

（2）周期性：

行场脉冲是周期重复的，而且两行间，两场间的信号有相似性。

（3）单极性：

正极性，白电平高，黑电平低。

负极性，白电平低，黑电平高。

二、图像信号

1、图像信号（负极性）的位置及特点（负极性）

从图中可以看出

（1）行周期64µs，其中正程52µs、逆程12µs。

（2）图像信号的幅度相对值只能在10％－75％之间变化。

2、图像信号的频率范围（带宽）：

0——6MHz

（1）最小频率：

图像全黑或全白时，即一幅图像内无变化，则频率为0。

（2）最高频率：

图像垂直方向有575各象素，电视机的宽高比为4：

3，则水平方向的象素为766个；那么图像信号的最高频率为6MHz。

3、在图像信号中低频代表轮廓，高频代表细节。

三、消隐信号（如右图）

1、行消隐信号：

保证行消隐期间电子束截止，脉宽为12µs，频率是15625Hz。

2、场消隐信号：

保证行消隐期间电子束截止，脉宽为1.6ms，一般以25个行周期。

四、同步信号（如下图）

1、行同步信号：

保证电子扫描在水平方向与摄像是严格同步，其脉冲宽度为4.7µs，必须在行扫描正程结束后的1.3µs发出。

2、场同步信号：

保证电子扫描在垂直方向与摄像是严格同步，其脉冲宽度为160µs，距前肩2.5个行周期，其前后肩均有5个均衡脉冲，用以保证隔行扫描的准确性；且场同步头上还开有5个槽，槽宽度为4.7µs，用以防止图像顶部的扭曲现象。

【小结】回答课前问题

【作业布置】

1、全电视信号包括信号、信号、信号和辅助信号，其中图像信号的幅度相对范围是；行周期，正程、逆程；场周期，正程、逆程；行同步脉宽是，距前肩；场同步脉宽是，距前肩。

2、画出全电视信号的波形，说出均衡脉冲和场同步信号头上所开5个槽有什么作用？

【本节反思与作业批阅情况记载】

第三节高频电视信号

【教学目的】

⒈知识目标：

掌握视频、音频信号的调制原理及各种传输方式的特点。

⒉能力目标：

理解图像信号的残留边带发射和音频的全频带发射。

【教学重点】视频、音频信号的调制原理及各种传输方式的特点。

【教学难点】图像信号的残留边带发射及电视频道带宽的计算，频道的划分。

【教学方法】讲述法

【教学时数】2学时

【教学过程】

【复习】全电视信号包括那些部分，它们各有什么作用？

新课导入:

经过摄像机光电转换的信号和音频电信号能直接进行发送吗？

那么还要进行怎样的处理，学了这一节的内容我们就能掌握这个问题。

听课问题:

1、全电视信号中的视频信号是怎样处理和发送的？

2、全电视信号中的音频信号是怎样处理和发送的？

3、电视信号有几种传输方式，各有什么特点？

一、视频信号的调制与残留边带发射

1、视频信号的调制采用调幅调制：

可以节省频带。

调频电视信号的形成（如下图）

调幅：

指载波信号的幅度随调制信号幅度变化的调制方式，视频信号的调制采用调幅调制。

我国图像信号的调制采用负极性调制，负极性调制具有以下特点

（1）平均功率小（一般图像亮的部分多）；

（2）脉冲干扰为暗点（不明显）；（3）便于自动增益控制。

2、视频调幅波的频谱（如右图）

0——6MHz的视频信号对高频载波fp调制后，调幅波的幅度随调制信号的幅度变化。

调制信号的频率为0——6MHz,载波频率为fp,调幅信号既含有载波，又含有上边频（fp+6）和下边频（fp-6），称为双边带。

上、下边频都包含了原来被传送信号的信息。

视频信号带宽6MHz，双边带宽为12MHz。

3、由于双边带中，上边带或下边带已包含了所有调制信号的信息，因此可以只传送上边带或下边带，压缩电视信号的带宽。

但是目前所做的滤波器很难把上、下边带分开，因此只传送上边带，下边带只保留一部分，称为残留边带调幅。

至于高低频频率成分的不一致，利用电视接收机采用滤波电路解决。

二、伴音信号的调制

1、音频信号采用调频，因为调频方式具有较强的抗干扰能力,（调频原理如右图）

2、音频调频波的频谱：

调频波的频谱除了上下边频（fc+F）和（fc-F）以外，还有（fc+2F）和（fc-2F）、（fc+3F）和（fc-3F）等，一般情况下按下式计算B＝2（△f＋Fmax），△f为频偏，我国规定最大为50KHz，Fmax为音频最高频率，电视伴音中可取15KHz，因此可计算出声音调频波的带宽为B＝130KHz。

3、高频伴音信号

（1）伴音载波比图像载波高6.5MHz，高频伴音载波的频谱带宽为每边0.25MHz即250KHz，与130KHz相比留有充分的余量，使图像信号和伴音信号互不干扰，可以很好的分开。

（2）从图中可以看出一个频道的频带宽度为8MHz，如中央一台的频带宽度也是8MHz。

4、各频道电视节目之间的关系如下图

三、电视频道的划分及多种传输方式

理解：

各种传输方式就好比人乘坐不同的交通工具。

1、无线电视广播：

一般电视台采用无线广播的方式传输电视节目，即利用电视塔发射，一个电视塔只安装几幅发射天线，一幅天线只能发射一套电视节目；高频图像信号和高频伴音信号经过功率放大器后送到天线用电磁波的形式辐射出去，再利用电视接收天线接收。

可供选择的正规电视频道有68个，如22页表2－1所示。

2、有线电视广播：

有线电视台采用有线电视网络传输电视节目，每套节目的视频信号和音频信号同时输入一台电视调制器，带宽任为8MHz，一个电视台可以同时传输许多套电视节目，其图像载波不仅可以在表2－1中进行选择，而且可以在表2－2中进行选择。

3、卫星电视广播：

这种传输方式传输距离远，覆盖面大；主发射站将14GHz的上行信号发送给广播电视卫星，广播电视卫星接收后将其变频为12GHz的下行信号发回地面的服务区，由卫星接收器接收并解调后送到电视机上。

【小结】回答课前问题

【作业布置】

1、一个频道的电视节目中视频采用发送发射，其带宽是，我个采用极性的调制；伴音采用发送方式，其带宽为，伴音载频比图像载频高，一套电视节目的带宽是MHz。

2、电视信号有几种传输方式，各有什么特点？

【本节反思与作业批阅情况记载】

第四节彩色电视信号

【教学目的】

⒈知识目标：

掌握兼容性和逆兼容性的意义，基色信号、色差信号的形成。

⒉能力目标：

理解基色信号、色差信号的形成、彩条信号的意义。

【教学重点】兼容性和逆兼容性、亮度方程及色差的计算。

【教学难点】兼容性和逆兼容性、亮度方程及色差的计算。

【教学方法】讲述法

【教学时数】2学时

【教学过程】

【复习】电视信号中的视频和音频各采用什么调制方式，它们有什么关系；电视信号有几种传输方式，各有什么特点？

新课导入:

前面我们学习过的只是黑白电视信号的转换与处理，而我们现在见到的大部分是彩色电视机，那么彩色电视节目又是怎样产生和传输的呢，这一节的内容将解决这个问题。

听课问题:

1、彩色电视的图像信号是怎样形成的？

2、什么是兼容性和逆兼容性，为了实现兼容彩色电视信号应具备那些要求？

3、亮度信号和色差信号是怎样形成和选取的？

4、彩条信号有那些实际意义，两种彩条信号各用在那些场合，为什么？

一、彩色图像的分解和三基色电信号的形成

彩色景物（如彩条）的光通过透镜聚焦，经过分色镜AB，反射的蓝光通过反射镜至B摄象管上；透过分色镜AB的绿光在透过分色镜BC到达G摄象管上；红光透过分色镜AB，在经过分色镜BC反射后，通过反射镜加到R摄象管上。

其光电转换的原理与前面讲过的是相同的，不同的是产生三个基色的电信号。

二、兼容性和逆兼容性

1、兼容性：

指黑白电视机能够接收彩色电视节目，呈现黑白图像，即彩色电视制式对黑白电视机要有兼容性。

2、逆兼容性：

彩色电视机收看黑白电视节目时也呈现黑白图像。

3、为了实现兼容，要求彩色电视信号具有以下特点：

（1）彩色全电视信号由亮度信号和色差信号两部分构成，并且易于分开。

（2）彩色电视信号在参数上应该与黑白电视信号一致。

（3）传输时彩色电视节目应该与黑白电视节目的带宽相同。

三、亮度信号和色差信号

1、亮度信号

亮度方程：

Y＝0.30R＋0.59G＋0.11B，它表明三基色与合成亮度之间的关系。

亮度电压方程：

VY＝0.30VR＋0.59VG＋0.11VB，它为亮度电信号的产生提供依据。

亮度电信号的形成如右图所示，只要使

＝0.30、

＝0.59、

＝0.11成立，就可以产生亮度电信号。

2、色差信号

在彩色电视机中，除了传输亮度信号外，还要传输色度信号，根据兼容的要求，色度信号中只包含色度信息，不再包含亮度信息，把这种信息称为色差信号。

根据亮度方程Y＝0.30R＋0.59G＋0.11B可以推导出

0.30（VR－VY）＋0.59VG－VY）+0.11VB－VY）

可以看出一种色差信号可以由另外两种色差信号求得，由于绿基色信号的系数较小，相对应信号幅度也较小，易受干扰，所以只传送红色差信号和蓝色差信号。

四、彩条信号

1、彩条信号是一种常用的标准彩色测试信号，用来测试、调整电视机的显示效果，还可以坚定彩色电视机的性能。

2、100％彩条信号及电压对应波形如右图。

3、从图中可以看出：

三种色差信号中绿色差信号EG－Y幅度最小，容易受到外界的干扰，因而不易传输，实际采用红色差信号ER－Y和蓝色差信号EG－Y。

4、100％的彩条信号用在测试设备中，由于和实际的差距，100％的彩条信号对电视机进行调节后，收看效果并不好，因而产生75％的彩条信号用在实际的电视信号的传输中。

【小结】回答课前问题

【作业布置】

1、兼容性指、逆兼容性指：

在三种色差信号的传输中信号和信号。

2、为了实现兼容，要求彩色电视信号具有那些特点？

3、彩条信号有几种，在实际的广播电视信号的传输中为什么不采用100％的彩条信号？

【本节反思与作业批阅情况记载】

第五节色差信号的频带压缩与频谱交错

【教学目的】

⒈知识目标：

掌握大面积着色的根据、亮度信号的频谱特点及色副载波的频率。

⒉能力目标：

理解大面积着色原理和频谱间置原理。

【教学重点】大面积着色原理和频谱间置原理。

【教学难点】色差信号频带的压缩、色副载波频率的选择。

【教学方法】讲述法

【教学时数】2学时

【教学过程】

【复习】亮度信号和色差信号是怎样形成和选取的？

新课导入:

前一节课中我们说明了彩色电视信号中所要传输的三种信号及其形成的过程，但这三种信号怎样才能6MHz的带宽中一起发射又不致相互干扰呢？

听了这一节课后，我们就会清楚这个问题。

听课问题:

1、什么是大面积着色原理，它有什么实际意义？

2、为什么要对色差信号进行频带压缩？

3、亮度信号的频谱有什么特点？

4、什么是频谱间置原理？

5、色副载波频率的选择有什么依据

一、大面积着色原理与色差信号的频带压缩

1、电视信号中，高频代表细节，低频代表轮廓。

2、大面积着色原理的内容：

在人眼的视觉特性上，对彩色的细节不敏感，可以只对彩色图像的轮廓进行着色，即大面积着色，但不致引起视觉上的失真，这种原理我们称为大面积着色原理。

3、色差信号的频带压缩即大面积着色原理的意义：

可以将带宽0－6MHz的色差信号压缩至0－1.3MHz，使色差信号的带宽大大压缩，从而可以穿插在亮度信号中。

二、亮度信号的频谱

从亮度信号的频谱图上可以看出有以下特点：

1、fH称为行谱线，行谱线两边排列这场谱线，它们呈三角形谱线族。

2、频谱是分立谱或称线状谱，谱线之间有很大的间隔。

3、频率越高，幅度越小，谱线越低，谱线之间的空隙也越大。

4、电视图像的谱线族之间的间隔也在60％以上。

三、频谱间置与色副载波频率的选择

1、从上面的图中可以看出色差信号的频谱结构与亮度信号的频谱结构类似。

2、频谱间置原理：

亮度信号和色差信号频偏图的谱线族间都存在着大量的空隙，它们的结构又类似，利用调幅调制移动色差信号的频谱，然后将其穿插在亮度信号谱线的空隙里，保证亮度信号和色差信号互不干扰。

3、在调幅过程中，选择的载波即色副载波，其频率必须遵循以下原则：

（1）应为半行频的奇数倍。

只有选择半行频的奇数倍，才能使色差信号插入亮度信号的空隙里。

（2）应选在亮度信号频带的高端。

因为亮度信号频带高端的能量小，空隙大，穿插后，其亮色干扰小。

（3）频率不能高于6MHz，否则达不到兼容的目的。

（4）综合以上原则，色副载波的频率确定为4.43MHz。

【小结】回答课前问题

【作业布置】

1、根据大面积着色原理可以将色差信号的带宽从压缩到，从亮度信号的频谱图可以知道电视图像的谱线族之间的间隔也在％以上；经过确定色副载波的频率为。

2、什么是大面积着色原理，它有什么实际意义？

3、什么是频谱间置原理，色副载波频率的选择有什么依据？

【本节反思与作业批阅情况记载】

第六节正交平衡调幅制（NTSC制）

【教学目的】

⒈知识目标：

掌握平衡调幅及正交平衡调幅的特点，色差信号的压缩特点及NTSC

制的主要性能。

⒉能力目标：

理解U、V信号的形成过程和彩色矢量图。

【教学重点】平衡调幅及正交平衡调幅的特点，色差信号的压缩特点及NTSC制的主

要性能。

【教学难点】U、V信号的形成过程和彩色矢量图。

【教学方法】讲述法

【教学时数】3学时

【教学过程】

【复习】什么是大面积着色原理和频谱间置原理，其有什么实际意义？

新课导入:

我们前面说过，色差信号传输红色差和蓝色差，但副载波只有一个，而色差信号有两个，解决方案有几个，这一节课我们来看其中的一种，正交平衡调幅制，即NTSC制。

听课问题:

1、平衡调幅波具有那些特点，有那些优点？

2、两个色差信号是怎样形成色度信号的；在色度矢量图中，矢量的幅度表示什么，相位角表示什么？

3、为什么要对色度信号进行压缩，其压缩系数是多少？

4、彩色矢量图表示了什么？

5、NTSC制有那些优点，有什么缺点，缺点如何来改善？

一、平衡调幅

1、平衡调幅是调幅的一种，又叫抑制载波调幅，简称抑制调幅，波形图如右图所示。

2、平衡调幅波具有以下特点：

（1）不含载波分量。

（2）其幅值正比于调制信号振幅的绝对值

（3）其极性由载波和调制信号共同决定，如

二者反相，平衡调幅波的极性就翻转。

（4）其包络不再是原调制信号。

（5）在载波的正峰点对平衡调幅波取样就可

得到原调制信号。

3、平衡调幅的优点：

抑制掉载频分量后，有用的边带信号就可以有更大的输出幅度，有利于提高信噪比；从另一个角度说，载波分量多少会对亮度信号有一定的干扰，因此必须抑制。

二、正交平衡调幅

1、正交平衡调幅制（即NTSC制）：

将两个色差信号分别调制在频率相同，相位相差90〇的两个色副载波上，在将两个调幅信号相加输出。

这种技术由美国国家电视制式委员会研制成功。

2、色差信号的正交平衡调幅处理过程如下图。

3、B－Y色差信号由Sinωt的副载波调制，形成VB-YSinωt；R－Y信号由Cosωt的副载波调制，形成VR-YCosωt；这两个信号在线性加法器中合成色度信号：

F＝VR-YCosωt＋VB-YSinωt

4、色度矢量图如最右图所示，说明色度信号既是调幅波又是调相波，其幅度值反映色饱和度:

┃F┃＝

其相位角Φ反映色调:

Φ＝arctan

在传输彩色图像时，色度信号的幅度和相位随画面上各象素彩色色饱和度和色调的变化而变化的。

三、色差信号的压缩——Y、U信号

1、在亮度信号Y与色度信号F叠加所形成的复合视频信号出现了幅度问题。

由右图可见，色度信号的最大、最小幅度超出黑白电平太多，会使发射机产生过调幅失真，因此色度信号要进行压缩。

2、把彩条的色度信号最大、最小电平由±1.79压缩到±1.33可得到压缩后的色差信号，如右图所示。

压缩后的色差信号分别为：

V＝0.877VR－Y

U＝0.493VB－Y

U、V合成压缩的色度信号为：

F’＝VCosωt＋USinωt＝FV＋FU

幅度为┃F’┃＝

相位角Φ’＝arctan

四、彩条信号的彩色矢量图

不同彩色时U、V信号不同，可根据计算得出正交平衡调幅彩条色度信号的相位和幅度，由此可画出彩条色度信号矢量图。

由图可见：

1、色度信号矢量图的横轴为相位基准轴，正方向φ=0。

2、纵轴是V信号轴，也就是90〇副载波轴。

3、各矢量的相位φ代表色调,而各矢量的模|Fm|代表色饱和度。

4、互补色矢量长度相等，相位相差180〇，矢量和为零。

5、彩条信号的矢量图可用矢量示波器显示，用来测试色度信号通过被测设备的失真情况。

五、NTSC制的主要性能

1、NTSC制的色副载波频率为：

4.4296875MHz≈4.43MHz。

2、优点：

（1）NTSC制色度信号的处理过程最简单，便于集成化。

（2）亮色信号的频谱以最大的间距错开，兼容性好，亮色串扰小。

3、缺点：

正交平衡调幅的相位敏感性，即色差信号的相位失真对重现彩色的色调

有明显影响，这是由微分相位失真引起的。

4、解决色调失真的方法：

（1）提高传输技术。

（2）改进彩色电视制式。

【小结】回答课前问题

【作业布置】

1、压缩后的色差信号分别为V＝VR－Y，U＝VB－Y；色度矢量图说明色度信号既是波又是波，矢量图中各矢量的相位φ代表,而各矢量的模|Fm|代表。

2、NTSC制有那些优点，有什么缺点，缺点如何来改善？

【本节反思与作业批阅情况记载】

第七节逐行倒相制（PAL