电视基础

广播方式的电视系统（图07-02-1）的目标是：

• 有效地使用带宽；

• 高收视率。

图07-02-1 广播电视系统

电视系统是由发送端、信道和接收端三部分来组成的，其基本组成框图如图所示。 

图07-02-2  电视系统基本组成框图 

电视系统不仅能够传送声音而且能够传送图像。发送端利用摄像器件进行光-电转换，将光图像转换成相应的电信号。信号通道就是传送电信号的通路，可以是无线方式，也可以是有线方式。接收端则利用显像器件将经通道传送过来的图像电信号进行电-光转换，还原光信号，重现图像。

一．图像的顺序传送

1．像素

一幅黑白静止图像是由许多细小单元构成的，构成图像的细小单元称为像素（图07-02-3）。报纸上的传真图片正是这样构成的。对于观察者来说，每一个像素都有它的光学特性和空间位置，并且随时间变化。景物图像中的任意一个像素P均可以用八个物理量来表达，即

    P = f ( x ， y ， z ， L ， H ， S ， R ， t )

其中，( x ， y ， z )代表像素的空间位置，L、H、S 分别代表像素的亮度、色调和饱和度，R 为图像的分辨率（每一像素面积在景物总面积中所占的比例），而 t 则是该像素产生上述物理量的时间。对于现行的彩色电视系统来说，因只能表达图像的二维平面信息而不是三维立体信息，所以还无法将所有八个物理量全部反映出来。

 

显然，一幅图像分解的像素数越多，图像就越清晰。通常，一张35mm电影胶片的图像约有近百万个像素，一幅电视图像约有40万个像素。荧光屏上对于彩色图像，则由许多彩色像素组成。对于彩色电视机，一个彩色像素又是由红、绿、蓝三色点组成的。

图07-02-3 一幅图像由许多像素组成

电视系统中，首先在发送端把图像分解为像素，然后将这些像素的亮度信息(或色彩信息)转换成电信息传送出去，在接收端再将像素复合成图像。

2．静止图像的顺序传送

图像的像素信息是如何传送的呢?显然用同时传送制是不现实的。所谓同时制，是把一幅图像的所有像素信息，同时用各自的信号通道传送至接收端，这种方法是不易实现的，因为同时传送方式所需的信号通道太多。

实际上，在电视技术中常采用顺序传送制，即在发送端把图像上各像素的亮度信息按一定的时间顺序，逐一地转变为相应的电信号，并依次经同一个通道传送，在接收端按相同的顺序，将各个像素的电信号在电视机荧光屏相应位置上转变为不同亮度的光点。只要这种顺序传送的速度足够快，那么由于人眼的视觉惰性和发光材料的余辉特性，会感到整幅图像同时发光。这种顺序传送图像像素的方法构成的电视系统，称为顺序传送制电视系统，如图07-02-4所示。

 

图07-02-4  顺序传送制电视系统示意图 

由图07-02-4可见，假设发送端为由许多个光电管组成的光电板，接收端为由许多个灯泡组成的显示板，两端由一个信号通道连接，构成电视传送系统。如传送“中”字图像，电子笔S从图像左上角开始依次扫划光电板，分解像素的同时完成光-电转换，依次将各像素的电信号通过一个通道传给电子笔S'，S'以同样的顺序依次扫划显示板，复合像素的同时完成电-光转换，重现出图像。发送端和接收端的电子笔S、S'，必须同步工作，即两电子笔S和S'的扫划位置一一对应，扫划速度一致，才能使重现图像准确无误。当然，电子笔的转换速度应足够快，利用人眼的视觉惰性就能看到一幅完整的图像。

实际上，在电视系统中，电子笔S和S'的转换作用是通过电子束扫描来完成的。

3．运动图像的顺序传送

现代电视系统所传送的图像绝大部分是运动图像，如何传输运动图像成为顺序传像系统的重要课题。电影的放映方式给人们以启迪。在放映电影时只要以每秒24幅的速度映出时间相关、内容相近的静止图片，由于人眼的视觉惰性，前幅图像的感觉尚未消失，后一幅图像就已到来，结果使人感觉到图像是连续运动的。

同理，电视也能采用和电影相似的办法，把活动图像按先后分解成一幅幅静止图像来传送，当传送速度足够快时，人眼就会感到是连续的活动图像。我国规定，电视图像传送速度为每秒25幅。

通过电影实践可知，图像传送达每秒24幅时虽可获得连续活动的图像效果，但却有一种使人眼产生疲劳的光闪烁感。为克服这种现象，电影机在映出一幅图像时还要遮光一次，使每幅图像连续投影两次，这样，实际映人人眼帘的图像就有48幅每秒。电视系统中也面临着同样的问题，它采用了隔行扫描技术，将每幅图像分两场进行传送，使电视机实际传送50场次每秒，从而有效地克服了光闪烁现象。

二．扫描

电视技术利用光电转换原理实现光学图像到电视信号变换，这一转换过程通常是在摄像机中完成的。当被摄景物通过摄像机镜头成像在摄像管的光电导层时，光电靶上不同点随照度不同激励出数目不等的光电子，从而引起不同的附加光电导产生不同的电位起伏，形成与光像对应的电图像。

利用人眼的视觉惰性，在发送端可以将代表图像中像素的物理量按一定顺序一个一个地传送，而在接收端再按同样的规律重显原图像。只要这种顺序进行的足够快，人眼就会感觉图像上在同时发亮。在电视技术中，将这种传送图像的既定规律称为扫描。如图07-02-5所示，摄像管光电导层中形成的电图像在电子束的扫描下顺序地接通每一个点，并连续地把它们的亮度变化转换为电信号；扫描得到的电信号经过单一通道传输后，再用电子束扫描具有电光转换特性的荧光屏，从电信号转换成光图像。

图07-02-5电视系统扫描原理

在通常情况下，目前电视系统普遍使用的电真空摄像和显像器件均采用电子束扫描来实现光电和电光转换；而随着CCD摄像机和平板显示器件的投入使用，利用各种脉冲数字电路便可实现上述转换。图07-02-6是阴极射线管（CRT）扫描处理的示意图，其中视频信号由亮度(luma)和色度（chroma）信号分量组成，分量视频分别送出亮度和色度信号。

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