数字电视原理：第1章 彩色电视基础知识

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1、 数字电视原理 序：电视技术的发展史2/45 1883年，德国电气工程师尼普柯夫（Paul Nipkow）用他发明的“尼普柯夫圆盘”使用机械扫描方法，作了首次发射图像的实验，每幅画面有24行线，且图像相当模糊。“尼普柯夫圆盘”也成了电视的老祖宗。尼普柯夫 第一台真正意义上的电视于第一台真正意义上的电视于19251925年问世，英国年问世，英国发明家约翰发明家约翰贝尔德（贝尔德（John BairdJohn Baird）在）在“尼普柯夫尼普柯夫圆盘圆盘”的基础上，发明了机械扫描式电视摄像机和的基础上，发明了机械扫描式电视摄像机和接收机，并首次在相距接收机，并首次在相距4 4英尺远的地方传送了一个

2、英尺远的地方传送了一个“十十”字影像，宣告了世界首台电视的诞生，贝尔字影像，宣告了世界首台电视的诞生，贝尔德也因此被称为德也因此被称为“电视之父电视之父”。贝尔德和他的电视3/45贝尔德机械电视传输的图像1929年的机械电视机 美国电子学先驱菲洛美国电子学先驱菲洛泰勒泰勒法恩斯沃斯于法恩斯沃斯于19271927年年9 9月月7 7日发明日发明了世界上第一部电子了世界上第一部电子电视电视，并拥有专利。这位时年，并拥有专利。这位时年2121岁的发明家和岁的发明家和许多重要的助手一起，成功地传输了第一幅电视画面许多重要的助手一起，成功地传输了第一幅电视画面。4/45法恩斯沃斯1935年的电视 193

3、11931年，美国科学家年，美国科学家佐里佐里金金（Vladimir Kosma ZworykinVladimir Kosma Zworykin）制造出比较）制造出比较成熟的光电摄像管，即电视摄像机，并在成熟的光电摄像管，即电视摄像机，并在一次试验中将一个由一次试验中将一个由240240条扫描线组成的图条扫描线组成的图像传送给像传送给4 4英里以外的一台电视机，再利用英里以外的一台电视机，再利用镜子把镜子把9 9英寸显像管的图像反射到电视机前，英寸显像管的图像反射到电视机前，完成了使电视摄像与显像完全电子化的过完成了使电视摄像与显像完全电子化的过程。程。5/45佐里金1939年纽约世博会园区，

4、电视机首次出现在这次世博会佐里金的摄像机第1章 彩色电视基础知识n1.1光的特性与光源n1.3色度学概要n1.4人眼的视觉特性n1.5电视图像的传送及基本参量n1.6标准彩条信号1.1光的特性与光源 光是一种电磁波。人眼能看见的可见光谱只集中在 频段内。14(3.857.89)10 Hz1.3色度学概要n1.3.1光的颜色与彩色三要素n1.3.2三基色原理及应用n1.3.3配色方程与亮度公式1.3.1光的颜色与彩色三要素n光的颜色客观因素是它的功率波谱分布主观因素是人眼的视觉特性1.3.1光的颜色与彩色三要素n彩色三要素亮度是光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉。(光功率)色调是指颜色的类别，

5、是决定色彩本质的基本参量。(光波长)色饱和度是指彩色所呈现色彩的深浅程度（或浓度）。色调与色饱和度合称为色度。1.3.2三基色原理及应用n三基色原理 三基色原理是指自然界中常见的大部分彩色都可由三种相互独立的基色按不同的比例混合得到。波长为700 nm的红光为红基色R(红)波长为546.1nm的绿光为绿基色G(绿)波长为435.8nm的蓝光为蓝基色B(蓝)1.3.2三基色原理及应用n相加混色 相加混色是各分色的光谱成分相加，混色所得彩色光的亮度等于三种基色的亮度之和。彩色电视系统就是利用红、绿、蓝三种基色以适当比例混合产生各种不同的彩色。1.3.2三基色原理及应用f红绿黄 黄蓝白 (补色)f绿

6、蓝青 红青白 (补色)f红蓝品红 绿品红白 (补色)f红绿蓝白1.3.2三基色原理及应用实现相加混色的方法：时间混色法 时间混色法是将三种基色光按一定的时间顺序轮流投射到同一平面上，只要轮换速度足够快，由于人眼的视觉惰性，分辨不出三种基色，而只能看到混合彩色的效果。1.3.2三基色原理及应用实现相加混色的方法：空间混色法 空间混色法是将三种基色光分别投射到同一表面的相邻三点上，只要三点相隔足够近，由于人眼的分辨力有限，故看到的不是三种基色，而是它们的混合光。1.3.2三基色原理及应用生理混色法 当两只眼睛同时观看不同的颜色，人们所感觉到的彩色不是两种单色，而是它们的混合色，称为生理混色法。1.

7、3.2三基色原理及应用n相减混色 在彩色印刷、彩色胶片和绘画中的混色采用相减混色。相减混色是利用颜料、染色的吸色性质来实现。混合颜料时，每增加一种颜料，都要从白光中减去更多的光谱成分，因此，颜料混合的过程称为相减混色。1.3.2三基色原理及应用f青白红 黄品红白蓝绿红f品红白绿 黄青白蓝红绿f黄白蓝 品红青白绿红蓝f黄青品红白红绿蓝黑1.3.3配色方程与亮度公式n配色方程 假定三个基色采用NTSC制显像三基色，则配出光通量为1 lm(流明)的C白光时，需要红基色光0.299 lm，绿基色光0.587 lm，蓝基色光0.114 lm。当规定红、绿、蓝三个基色单位为R、G、B，它们分别代表0.29

8、9 lm红基色光、0.587 lm绿基色光、0.114 lm蓝基色光，则1 lm的C白光可表示为：F1C=1R+1G+1B 对于任意给定的彩色光F，可表示为：F=R R+G G+B B 1.3.3配色方程与亮度公式n亮度公式 在色度学中，通常把由配色方程式配出的彩色光F的亮度用光通量来表示，即：Y=0.299 R+0.587 G+0.114 B 1.4人眼的视觉特性n人眼的分辨力 人眼的分辨力是指人在观看景物时人眼对景物细节的分辨能力。人眼对被观察物体上刚能分辨的最紧邻两黑点或两白点的视角的倒数称为人眼的分辨力或视觉锐度。1.4人眼的视觉特性或dL2360 60dL57.3 603438ddL

9、L1.4人眼的视觉特性n人眼的分辨力 实验表明，人眼对彩色细节的分辨力要低于对黑白细节的分辨力。由于人眼对彩色细节的分辨力低，所以在彩色电视系统传送彩色图像时，对于图像的细节，可只传黑白的亮度信号，而不传彩色信息。这就是所谓的彩色电视大面积着色原理。利用这个原理可以节省传输的频带。1.4人眼的视觉特性n视觉惰性 视觉惰性是人眼的重要特性之一，它描述了主观亮度与光作用时间的关系。人眼亮度感觉变化滞后于实际亮度变化，以及光线消失后的视觉残留现象（称为视觉暂留或视觉残留），总称为视觉惰性。1.4人眼的视觉特性n临界闪烁频率 当人眼受周期性的光脉冲照射时，如果光脉冲频率不高，则会产生一明一暗的闪烁感觉

10、。如果将光脉冲频率提高到某一定值以上，由于视觉惰性，眼睛便感觉不到闪烁，感到是一种均匀的连续的光刺激。刚好不引起闪烁感觉的最低频率，称为临界闪烁频率，它主要与光脉冲的亮度有关。1.5电视图像的传送及基本参量n1.5.1图像分解与顺序传送n1.5.2电视扫描方式n1.5.3电视图像的基本参量n1.5.4图像显示格式及扫描方式表示方法1.5.1图像分解与顺序传送K组成图像的基本单元称为像素。1.5.1图像分解与顺序传送1.5.2电视扫描方式 在电视系统的接收端，显像管外部都装有水平和垂直两组偏转线圈。当水平和垂直偏转线圈中同时加入锯齿波电流时，电子束既作水平扫描又作垂直扫描，而形成直线扫描光栅，这

11、称为直线扫描。1.5.2电视扫描方式n隔行扫描 隔行扫描是将一帧电视图像分成两场进行交错扫描。1.5.2电视扫描方式隔行扫描的缺点：行间闪烁现象并行现象引起垂直清晰度下降易出现垂直边沿锯齿化现象隔行扫描产生的视频信号对于压缩处理和后期视频制作带来困难1.5.2电视扫描方式n逐行扫描 电子束从屏幕左上端开始，按照从左到右、从上到下的顺序以均匀速度一行接一行的扫描，一次连续扫描完成一帧电视画面的方式称为逐行扫描。1.5.3电视图像基本参量n宽高比 根据人眼视觉特性，视觉最清楚的范围是在垂直视角约15、水平视角约20的矩形面积之内。因此，电视机屏幕一般都设计成矩形。我国原来的模拟电视图像宽高比为4

12、3。生理和心理测试表明，图像宽高比达16 9以上的宽幅图像利于建立视觉临场感。为此，我国高清晰度电视的图像宽高比已确定为169。1.5.3电视图像基本参量n亮度 亮度是表征发光物体的明亮程度，是人眼对发光器件的主观感受。在电视机或显示器中，亮度是表征图像亮暗的程度，是指在正常显示图像质量的条件下，重显大面积明亮图像的能力。1.5.3电视图像基本参量n对比度 对比度是表征在一定的环境光照射下，物体最亮部分的亮度与最暗部分的亮度之比。电视机或显示器的对比度(C)是指在同一幅图像中，显示图像最亮部分的亮度(Bmax)和最暗部分的亮度(Bmin)之比，即：CBmax/Bmin。当计及环境亮度B时的对比

13、度为:maxminBBCBB1.5.3电视图像基本参量n图像分辨力 数字电视图像分辨力是数字电视系统或图像信号源或信号处理过程或显示器件（屏）等客观上转换、处理、传输或重显图像细节的能力，是数字电视系统、设备或器件的物理性能指标。我国的SDTV和HDTV的图像分辨力分别为720576像素和19201080像素。1.5.3电视图像基本参量n图像清晰度 电视图像清晰度是人眼能察觉到的电视图像细节的清晰程度。按图像和视觉的特点，图像清晰度一般从水平和垂直两个方向描述，有时还增加斜向清晰度指标。图像清晰度用“电视线”作单位。1电视线与垂直方向上1个有效扫描行的高度相对应。1.5.3电视图像基本参量n图

14、像清晰度 图像清晰度既与电视系统本身的图像分辨力有关，也与观察者的视力状况有关。如果人眼最小分辨角（即视敏角）为，在分辨力最高的垂直视线角15内所能分辨的线数应为：Z15/1.5.3电视图像基本参量n图像清晰度 视力正常的人一般能分辨的视角约为11.5，对应的线数为900 600线。按我国数字电视标准，SDTV画面的有效扫描行数为576，HDTV画面的有效扫描行数为1080，观看SDTV和HDTV电视图像时，距电视屏的距离分别约为屏幕高度的5倍和3倍时，1个有效扫描行的视角即约为11.5。1.5.4图像显示格式及扫描方式表示方法 数字电视画面的图像显示格式一般指图像水平方向和垂直方向的有效像素

15、数。图像显示格式描述了组成一幅图像的像素点阵数。我国SDTV图像显示格式为720576，一帧图像在水平和垂直方向上的有效像素数分别为720和576，扫描方式为隔行扫描，这种电视系统或显示方式通常用720576i表示，其中i表示隔行（interlaced）扫描；HDTV图像用19201080i表示。1.5.4图像显示格式及扫描方式表示方法 在图像显示格式及扫描方式的表示方法上，目前国际上并没有统一。1080/50i 720/60p 1080/50/2:1 720/60/1:1 108050i 72060p 1.6标准彩条信号 标准彩条信号是一种常用的测试信号，用来对电视系统的传输特性进行测试和调

16、整。1.6标准彩条信号1.6标准彩条信号 彩色电视为了与黑白电视兼容，必须传送一个亮度信号，以便黑白电视机接收。在彩色电视中，常用两个色差信号(B-Y)和(R-Y)来代表色度信息，它们与彩色摄像机输出的R、G、B三基色信号存在下列关系：0.2990.5870.1140.7010.5870.1140.2990.5870.886YRGBRYRGBBYRGB 1.6标准彩条信号1.6标准彩条信号 彩条中所对应的彩色全为饱和色，称为100饱和度，100幅度(最大幅度)的彩条信号。标准彩条还以4个数码表示方法来命名。例如，100-0-100-0彩条、100-0-100-25彩条、100-0-75-0彩条。1.6标准彩条信号1.6标准彩条信号0.493UBY0.877VRY色度信号:CscscsincosetUtVt 幅度:22CUV 相位:arctanVU 彩色全电视信号:YCe tetet 1.6标准彩条信号幅度：1.6标准彩条信号相位：全球模拟电视制式分布全球模拟电视制式分布