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1、第四章 电视信号的形成、处理,4.1 电视系统概述电视系统包括信号源、信号处理电路、传输线路及终端显示设备等。,4.2 图像信号的产生,在广播电视系统中，电视信号源产生的电视信号称为视频电视信号，而发射机发射的信号称为射频电视信号。在电视台的演播室里，信号源主要有摄像机、飞点扫描仪、电视电影机、磁带录像机(数字/模拟)、测试信号发生器和激光视盘机等。,4.2 图像信号的产生,广播彩色电视摄像机的组成摄像机是电视系统的最重要的信号源，其性能的优劣往往对整个电视系统的质量有着举足轻重的作用。摄像机的性能要求：分辨率要高。好的水平分辩率可达750线，差的也不能小于300线。彩色逼真，轮廓清晰、灰度分
2、明。失真与干扰要小。灵敏度要高。较好的摄像机的灵敏度约在40lx左右。镜头口径及变焦比要高。一般采用115倍的变焦镜头。使用特性要好。调节简单、使用灵活方便、小型轻便等。,4.2 图像信号的产生,广播彩色电视摄像机的组成彩色电视摄像机的基本组成：(1)摄像机头。包括镜头、分光系统、摄像管、预放器、扫描电路、寻像器、电源及附届设备等。(2)视频信号处理部分。主要包括视频放大、增益调整、电缆校正、黑斑校正、轮廓校正、彩色校正、校正、杂散光补偿、矩阵电路及消隐电路等。(3)编码器、同步机。,4.2 图像信号的产生,广播彩色电视摄像机的组成,4.2 图像信号的产生,彩色电视摄像机的光学系统彩色摄像机的
3、光学系统主要由变焦距镜头、分色镜、中性滤光片和色温滤光片组成。有些还有背景光投射装置、光学图像缩小镜。,4.2 图像信号的产生,彩色电视摄像机的光学系统1、变焦距镜头：有变焦距镜头的摄像机，能在拍摄点不动的情况下，缓慢或快速地连续改变摄取场面的大小。使电视图像更加生动活泼。变焦距原理：,公式43和44知，改变焦距也可以改变成像尺寸，可以改变镜头的视场角,H/2,H/2,f,4.2 图像信号的产生,彩色电视摄像机的光学系统1、变焦距镜头：,焦距的连续改变：,根据几何光学原理，由焦距分别为f1、f2的两个透镜组成透镜组，则合成焦距为：,由上式知：f1、f2固定，改变两透镜之间的距离d，也可以改变透
4、镜组的焦距。,若取f11、f21，则凸透镜和凹透镜组成的透镜组的合成焦距f1/d,改变d很容易改变f。,4.2 图像信号的产生,彩色电视摄像机的光学系统1、变焦距镜头：,在使用时，往往固定一个透镜，改变另一个透镜的位置，焦距发生改变，但成像面的位置也改变。因此，增加一组透镜并随着变焦透镜的移动相应的移动，使成像位置不变。两个透镜组成变焦距镜头的合成焦距与两个透镜位置的关系如图44。,4.2 图像信号的产生,彩色电视摄像机的光学系统1、变焦距镜头：,彩色摄像机的变焦距镜头如图43（a）所示，包含了调焦组、变焦组、补偿组及移像组。其光路如图43（b）所示。调整调焦组的位置，可使有任意物距的物体成像
5、在A点。移动变焦组，改变其与调焦组之间的距离，实现连续的焦距变化，连续改变摄取景物场景的大小。但成像位置也变了。移动补偿组，改变补偿组与调焦组之间的距离，使成像位置永远固定在B点。通过移像组，将固定位置B点上的像转换到摄像管的靶面上,4.2 图像信号的产生,彩色电视摄像机的光学系统2、分色棱镜：,分色棱镜的使用目的：为了把镜头射来的光束分解为红、绿、蓝三个基色光束，并将他们分别投射到三个摄像管的靶面上产生红、绿、蓝三路电信号。,4.2 图像信号的产生,分色棱镜由（I）、（II）和（III）三部分粘合组成，其中在Mg和Mb面上分别蒸涂上不同厚度的干涉薄膜。当光线F投射到Mg面上时，能把绿光G反射
6、出来而让其它光透过。反射出来的绿光投射到界面（1）上，因入射角较小，超过临界角而发生全反射，于是G光经Fg射入G摄象管。,透过Mg面上光到达Mb面时能把蓝光B反射出来而让余下的R光透过，反射出来的B光在界面（2）上全反射后穿过Fb而到达B摄象管。透过的R光经（III）部分穿过Fr到达R摄象管。光线在介质中所走的路程与介质折射率的乘积称为光程，R、G、B三路的光程应严格一致。Fr、Fb、Fg来进一步校正。,4.2 图像信号的产生,分色原理：干涉膜Mr和Mb所以会射出某些波长的光而透射其他波长的光图45中折射率为n1、厚度为d的干涉膜涂在折射率为n2的玻璃了。入射光从折射率为n0的空气中进入干涉膜
7、的第一界面时反射光为I1；透过的光在第二个界面上又受到第二反射，该反射光透第一界面（也有一部分反射）进入空气的光为I2；如从C点向I1作垂线交于D点，并以C、D两点为基准。光束I1所走的光程n0.AD，显然比光束F2所走的光程n1.（ABBC）短，其光程差,4.2 图像信号的产生,分色原理：,根据光的波动理论，当两束光相位相反时，迭加后相互换消，故合成幅度最小；而相位相同时，合成幅度最大。因此，当式（4-6）中/2时，I1和I2相互抵消，反射光为零，即几乎全部透过；当时，I1和I2加强，反射光幅最大，透射光几乎为零。这样，如n1、n0和i等均固定，则只要选择适当的膜厚d即可达到所需要反射光的要
8、求,4.2 图像信号的产生,三、中性滤光片和色温滤光片,中性滤色片：当摄象管在强光下工作时，应减少光圈。但有时为了达到一定艺术效果，不允许减少光圈，这就需要在光路中加入减少光量的衰减器，即中性滤色片。其常用的透光率有100、25、10、1.5数种；而光谱响应特性应当平直。,4.2 图像信号的产生,三、中性滤光片和色温滤光片,色温滤色片：摄象机的光谱性曲线的设计和白色平衡的调整，都是对一定色温的照明而言的。目前摄象机都是按3200K照明色温设计的，它的白色平衡是按D65白色要求调整的。因此，在摄象机光学镜头中，都加有把3200K转换到6500K的D白色的色温转换。但在实际工作中，照明光源是变化的
9、。如室外自然光照在早、中、晚，阴、晴天时，色温都不一样。这时，如用摄象机去拍摄任意色温照明时的景物，会产生严重的彩色失真。为了使摄象机在不同色温光照时，摄取的景物与3200K光照、平衡于D65白色时一样，必须对由于色温不同而引起的光谱能量分布的变化进行补偿。通常在摄象光学系统中加入色温校正滤色片，它具有一定的光谱特性。它刚好能补偿色温变化引起的光谱特性误差，把不同温的照射光源，转换到3200K色温光源。例如，把4800K的照射光转到3200K的滤色片呈浅桔色。一般摄象机都有几片色温滤色片，以适应不同光照时的色温转换要求,4.2 图像信号的产生,电视摄像管1、氧化铅光导摄像管：,前面我们介绍了视
10、像管，由于视象管的惰性大，暗电流高而不稳定，限制了它在彩色电视中的应用 氧化铅管的结构 氧化铅管除光电靶与视象管不同外，其余结构和工作原理均与视象管相同。氧化铅管的光电靶如图46所示，它在透明导电膜上蒸镀了三层氧化铅薄膜。其中间一层是厚1020um的纯净的PbO本征层，称为I层；在扫描侧是掺有杂质的N型PbO 层，称为N层。P层和N层极薄，光电转换主要在I层进行，这三层构成PIN光敏二极管结构,4.2 图像信号的产生,电视摄像管1、氧化铅光导摄像管：,氧化铅管克服了视像管的惰性大，暗电流不稳定的缺点 由于N层和P层电阻率很低，I层电阻率却很高。靶压通常为45伏，将全部加在I层上，因此I层内部的
11、电场强度很高（45V/15um3106V/m）。I层内受光激发所产生的载流子，在强电场作用下，以极高的速度通过I层，到达靶内侧面，渡越时间越短，复合的机会就减少。因此，在I层中由光激发出来的载流子几乎全部参加导电，故光电转换效率发挥充分，其灵敏度比视象管高。载流子渡越时间短本身就意味着记录惰性小。另外由于I层较厚，使电容性惰性也小，但是靶厚却使其分辨力略低于硫化锑管。,4.2 图像信号的产生,电视摄像管1、氧化铅光导摄像管：,氧化铅管克服了视像管的惰性大，暗电流不稳定的缺点 由于靶上加有45伏电压，对PIN二极管来说是反向偏置，光电导管的暗电流就是通过这个反偏二极管的反向电流。它的数值非常低，
12、只有0.51.5nA。由于暗电流小，所以PbO管的信号杂波比（S/N）高，黑色电平均匀稳定，无黑斑效应。对彩色电视图象的底色调整十分有利，很适于在彩色摄象机中。,4.2 图像信号的产生,电视摄像管1、氧化铅光导摄像管：,氧化铅管的主要性能 灵敏度 由于在PbO管的I层内部形成高达3106V/m的高电场，入射光激的载流子几乎全部参与导电，使光电转换效率得到充分发挥，光电灵敏度可达400uA/lm。1 英寸靶面的摄象管输出0.3uA信号电流时靶面照度只需4LX。光电转换特性 当靶压为定值时，输出电流与靶面照度的关系曲线称为摄象管的光电转换特性。PbO管的值为0.850.95，近似为1。所以其光电转
13、换特性为一条45的直线，如图49所示。由于这一特性，因而使得在彩色摄象机易于满足不同电平的彩色平衡。,4.2 图像信号的产生,电视摄像管1、氧化铅光导摄像管：,氧化铅管的主要性能 光谱特性 摄象管的光谱特性表示输出信号电流与入射光波长之间的函数关系，而光谱特性决于靶材料和结构。不同波长光的光电转换特性是不一样的，光电转换失去效应的波长称为截止波长，而hC/Eg（h为普朗克常数，C为光速，Eg为光电材料的禁带宽度）。因PbO的Eg2.0电子伏特，故620nm。显然，对红色管来说是不够的（应为700nm）。为此在I层内掺入禁带宽度仅为0.4电子伏特的PbS使红管的截止波长得以扩展，这种摄象称红色增
14、强管，如摄象管XQ1025R。,4.2 图像信号的产生,电视摄像管1、氧化铅光导摄像管：,氧化铅管的主要性能 光谱特性 波长较短的蓝光，因受靶中N层的吸收，进入I层时已较弱。为了不致过多的影响灵敏度，蓝管的N层应做得较薄。彩色摄色机对红（R）、绿（G）、蓝（B）三种管子的光谱特性有不同的要求，所以PbO管的R、G、B管是专用的，在管脚都有注明，使用时应予注意。图47中示出红、绿、蓝三种PbO管的光谱特性。,4.2 图像信号的产生,电视摄像管1、氧化铅光导摄像管：,氧化铅管的主要性能 分解力 摄象管对景物细节的光电转换能力称为管子的分解力。它不仅与光电靶的材料、结构有关，而且与扫描电子束的聚焦有
15、关。通常用调制特性来表示电视摄象管的分解力。如果被摄图象为黑白线条，且每对线条的亮度变化幅度都一样，则管子输出信号幅度变化的相对值（或称调制深度）与线条对数（也就是黑条与白条数，或称线数）的关系曲线即为调制特性。（625行扫描标准中，5MHz对应为400线）。调制特性也可以表示为调制深度与频率的关系曲线,4.2 图像信号的产生,电视摄像管1、氧化铅光导摄像管：,氧化铅管的主要性能 分解力 图47为一组1英寸氧化铅管的调制特性曲线。图中曲线表明，随着频率或线数的增加，调制深度将降低。还可以看出，蓝管的调制大于绿管，红管为最低。因为，光电层对短波长的光吸收得快，这样波长最长的红光因吸收得最差，便扩
16、散得厉害，散射造成了分解力的降低。,4.2 图像信号的产生,电视摄像管1、氧化铅光导摄像管：,低照度下的惰性与背景光的加入 尽管氧化铅管靶中I层较厚，相对于视象管而言，电容惰性较小，但是由于I层的电阻率高，介电系数大，其电容惰性仍较严重。在低照度下，靶内侧面形成的电位起伏较低，几乎与摄象管极电位接近，故靶内侧电位对着靶的电子束具有一定的排斥力。加上氧化铅管也采用了慢电子束扫描，电子束到在靶面时的速度已接近零，因此多数电子不能上靶，只有少数能量较高的电子能够上靶。这样，一次扫描不能把靶面上的电位抹平，需要多次扫描才行，从而造成余象或运动物体后面出现拖尾。,4.2 图像信号的产生,电视摄像管1、氧
17、化铅光导摄像管：,低照度下的惰性与背景光的加入 为了克服照度下的惰性，常用的方法是加入背景光，即向靶面投射一层均匀的光，人为的提高靶面电位，使电子束容易上靶，从而使余象得以消失。加入均匀的背景光，相当于增加了输出图象信号中的直流分量，这很容易从图象信号中去掉。,4.2 图像信号的产生,电视摄像管1、氧化铅光导摄像管：,高照度下的惰性与抗彗尾电子枪：对应于高亮度的物体，氧化铅管的电容性则以另外一种形式表现出来。在高照度下，靶面内侧出现很高的电位。由于扫描电子束不足，一次扫描不能抹平这些高电位，结果，在每次扫描后都有一部分高电位残存下来，从而造成余象。另外，在靶面内侧，这些高亮度象素点的电位很高，
18、将吸引周围的电子，其作用相当于高电位向外扩散。所以，从静止物体的图象来看，就会出现高度面积向外扩展、渗透的所谓“开花现象”。若为运动物体，则在高亮度部分的后面出现一条扩展的彩色拖尾，称为彗星尾,4.2 图像信号的产生,电视摄像管1、氧化铅光导摄像管：,高照度下的惰性与抗彗尾电子枪：采用抗彗尾电子枪ACT（Anti Comet Tail）和自动电子束最佳（ABC）电路可以克服上述现象。前者是采用特殊结构的电子枪，能在扫描逆程期发射出很强的电子束，从而能把经正程扫描后在靶面上残存的电位全部抹平；后者则是利用摄象管外的电子束控制电路，根据入射光通量来控制摄象管的栅极，将电子束的电流控制在适当的数值范
19、围内，保证一次扫描能将靶面内侧的电位全部抹平,4.2 图像信号的产生,电视摄像管2、电荷耦合器件CCD：,CCD是电荷耦合器件（Charge Coupled Device）的简称，它是一种金属氧化物半导体（MOS）集成电路器件。与光电导摄像管相比，具有以下特点：,4.2 图像信号的产生,电视摄像管2、电荷耦合器件CCD：,CCD的单元结构：CCD摄像器件是由几十万个单元按一定排列制成的有序阵列，每个单元的核心结构如下：,在P型（或N型）硅单晶衬底上采用氧化工艺在表面上形成一层很薄的优质二氧化硅（SiO2）,再在其上蒸发一层间距很小的金属电极，形成金属氧化物半导体结构。在电极上加适当的正（或负）
20、偏压，它所形成的电场穿过SiO2层排斥衬底里的多数载流子 空穴（或电子），从而在电极下形成一个电荷耗尽层。这个耗尽层又会利用形成的电场把少数载流子吸引并储存到SiO2-Si的界面附近，因此，常把这个耗尽层称为“势阱”。偏压越高，势阱越深。,4.2 图像信号的产生,电视摄像管2、电荷耦合器件CCD：,CCD的工作原理：A：光电转换和电荷积累 当硅晶体受到光照射时，半导体由于光激发，在晶体内部会产生电子空穴对。由此产生的电子会在电场的吸引下落入势阱内而储存起来，形成电荷包。势阱内储存的电荷的数目与该处所受光照的强弱和积累时间成正比。B：信号电荷的转移 势阱内电荷包转移是通过相邻MOS单元结构上Vg
21、的变化来实现的。相邻的上Vg所加的有规律的脉冲电压，称之为时钟驱动。利用势阱内电荷包有向势阱更深处移动的属性，有规律的改变驱动电压的高低，可使电荷包按要求转移。通常有三相时钟驱动、二相时钟驱动和四相时钟驱动等几种方式，都是依靠相应的时钟脉冲序列控制电压高低来实现。,4.2 图像信号的产生,电视摄像管2、电荷耦合器件CCD：,CCD的工作原理：三相时钟驱动：,每三个势阱为一组，对它们的Vg加上三相时钟脉冲。由于每个时刻上三个栅压只有一个Vg为高电平，其余两个为低电平，所以只有一个为深势阱，其余两个为浅势阱。浅势阱中的电荷包向深势阱中转移。随着时钟脉冲的推移，深势阱中的电荷包随之向前移动。每经过一
22、个半时钟周期，电荷包便顺序转移三个势阱。如果改变三个电压的高低顺序，可以改变电荷的移动方向，所以三相时钟驱动可以实现电荷包的双向移动。,4.2 图像信号的产生,电视摄像管2、电荷耦合器件CCD：,CCD的工作原理：C：信号电荷的输出,V3为转移的最后一个电极，电极上所加为时钟驱动电压。Vog是由时钟电路形成的输出栅，所加电压为固定值，等于时钟驱动高低电压的平均值。输出栅之后为对绝缘层开一个窗口，并扩散入n，使与P型衬底间构成一个PN结，作为输出二极管。N上加正电压，P衬底接地，故工作于反偏状态。V为直流电源，是一高电压，K也是集成工艺生成的MOS场效应管，工作于开关状态，也称复位管。K闭合时，
23、输出二极管反偏，在P衬底中，形成很深的势阱。,4.2 图像信号的产生,电视摄像管2、电荷耦合器件CCD：,CCD的工作原理：C：信号电荷的输出,电荷包输出过程为：当V3时钟电压由高变低时，V3下势阱变浅，电荷包通过Vog流向反偏二极管n+的势阱中，并通过电容C流向电源，在C下端输出一个负尖脉冲。脉冲幅度正比于电荷包中电荷数量，即相应像素的光通量。输出每个负脉冲后，复位开关K受控闭合，电容C放掉下端所充电荷，使电位回复，等待下一次的电荷包输出。,4.2 图像信号的产生,电视摄像管2、电荷耦合器件CCD：,面阵CCD摄像器件：面阵CCD摄像器件有行间转移式（IT）、帧间转移式（FT）和行帧间转移式
24、（FIT）三种,A、行间转移式IT式CCD中一列列感光单元与一列列垂直移位寄存器相间的排列，最下面是一个水平移位寄存器。,4.2 图像信号的产生,电视摄像管2、电荷耦合器件CCD：,A、行间转移式 场消隐期间电荷包从各个感光单元受时钟信号控制在很短时间内转移到垂直移存器，场正程期间感光单元重新积累电荷包。在场正程期内的行逆程期间垂直移存器将电荷包向下转移一个单元，最下一行电荷包进入水平移存器，而场正程内的行正程期间水平移存器将一行的电荷包顺序移至输出端，形成一行行的图像信号输出。其缺点是倾斜射入的光线容易漏进垂直移存器内，影响垂直清晰度。尤其是高亮度像点时，会造成垂直拖尾亮条；另外由于垂直移存
25、器占去一多半感光面积，降低了器件的灵敏度。,4.2 图像信号的产生,电视摄像管2、电荷耦合器件CCD：,B、帧间转移式 FT式CCD有一个成像部分和一个与之大小相同和单元数目相同的存储部分，以及一个水平移存器,场消隐期间成像部分中各个电荷包一一对应的移入存储部分各势阱内，然后，场正程期间电荷包的转移和输出像ITCCD一样。主要缺点是在场消隐期间内，电荷包转移的距离较长，且在该期间内仍有光线照射在成像部分上，会造成图像垂直方向有些模糊。需加一个机械快门，使之在场消隐期间用叶片挡住光，因此增加了整体结构的复杂性。,4.2 图像信号的产生,电视摄像管2、电荷耦合器件CCD：,C、帧行间转移式,电荷包
26、从垂直移存器转移入存储部分从20ms缩短为20us，其速度比IT式快上千倍，故拖道电平可减少60db。FIT工作原理是，场消隐期间感光区电荷包瞬间转移至遮光的垂直移位寄存器-IT方式。而后像FT一样设置遮光的存储部分，很快20us将垂直移存器的电荷包逐个转移至存储部分并像FT一样再从水平移存器一行行输出信号。,4.2 图像信号的产生,电视摄像管2、电荷耦合器件CCD：,电子快门：当CCD摄像器件有附加有电子快门时，可以拍摄高速运动的物体，并给出较为清晰的运动图像。其工作原理是将一场内积累电荷包的时间分为两段，前一段积累的电荷包通过溢流沟道舍弃掉，后一段积累的电荷包正式用于读出。后一段时期越短，
27、相当于电子快门速度越快,4.3 图像信号的处理,摄像器件输出的信号非常微弱，在进行传输和记录之前要进行放大、补偿等处理,4.3 图像信号的处理,4.31 反噪波校正预放器输入电路,输入电路的总电阻：Ri输入电路总电容：Ci输入电路阻抗Zi：Zi的模为：频率特性（如图b）：,随频率的增加而降低,4.3 图像信号的处理,4.31 反噪波校正预放器输入电路,把摄像管像当作信号源，由于其内阻大，故可看作恒流源：,输入电路引入的噪波：,4.3 图像信号的处理,4.31 反噪波校正反噪波校正放大器,为了使从摄像管到预放器输出的总频率特性平坦，则放大器的频率特性与输入电路的频率特性的乘积在信号频带内为一常数
28、K0。,放大器的增益应随频率增加而增大，故称高频补偿放大器或反噪波校正放大器。,1）经过放大器后输入电路电阻引入的噪波,4.3 图像信号的处理,4.31 反噪波校正反噪波校正放大器,2）放大器引入的噪波,第一级采用场效应管，场效应管引入的噪波：,经过放大器后，场效应管引入的噪波为：,整个频段，场效应管引入的噪波功率为：,4.3 图像信号的处理,4.31 反噪波校正反噪波校正放大器,2）放大器引入的噪波,当 较大时，,整个频段，场效应管引入的噪波功率可写为：,所以，放大器输出的总的噪波电压有效值为：,4.3 图像信号的处理,4.31 反噪波校正反噪波校正放大器,信噪比分析：,输出端有效电压：,信
29、噪比为：,分贝表示为：,4.3 图像信号的处理,4.32 图像信号中直流分量的恢复,引入直流分量恢复的原因：,图像信号的最低频率分量反映景物亮度的缓慢变化，是直流分量；但传输通道中多采用交流耦合，是直流分量丢失，引起亮度畸变。故有必要恢复图像信号中的直流分量。,电视图像信号是单极性信号，同步信号固定与某一黑色电平，经交流耦合后，同步信号的电平处于不同的电平值。因此，设法将同步信号钳位在原来的黑色电平。则图像信号的分量可以恢复。,直流分量恢复的思路：,4.3 图像信号的处理,4.32 图像信号中直流分量的恢复,钳位电路的作用：,1）直流分量的恢复，如图415。2）低频干扰叠加的消除，如图416。
30、,4.3 图像信号的处理,4.32 图像信号中直流分量的恢复,钳位电路的工作原理：,1）二极管钳位电路，如图417 正脉冲到来时，二极管导通，RL上端电位为0，C充电（左正右负）。正脉冲过后，电容C上的电压反加到二极管，使其截止。电容C通过RL放电，输出电压为负。下次脉冲带来，重复上两步，每次脉冲到来，输出电位为0，故将一序列不平的脉冲顶部钳位在零电平。缺点：充放电时间常数选取较困难，抗干扰性差。,4.3 图像信号的处理,4.32 图像信号中直流分量的恢复,钳位电路的工作原理：,2）强制钳位电路，如图418 V2为钳位三极管，在V2的基极强制性输入一系列行消隐期间的行同步脉冲（钳位脉冲）。则当
31、V2基极有钳位脉冲时，V2饱和导通。前级输入信号对C迅速充电。此时输入信号脉冲被钳位在V2的集电极（钳位电平）。V2钳位脉冲之后，V2截止，C通过前级输出阻抗和下级输入阻抗放电。,4.3 图像信号的处理,4.33 电缆校正,摄像机头离控制台往往比较远，从机头到控制台传输电缆的分布参数会使图像信号的高频分量跌落，影响图保清晰度。所以，在控制台要进行高频分量的提升处理，使衰减的高频分量得到补偿；完成这一功能的电路是电缆校正放大器。,某同轴电缆的特性,4.3 图像信号的处理,4.34 黑斑校正,黑斑效应：由于多种原因，如摄像机镜头各区域亮度不均匀，投射在光电靶面的背景光不均匀及电子束在靶面边缘不能垂
32、直上靶等，会使重现图像出现黑取或色斑的现象,黑班效应有两种形式,即叠加型黑斑和乘积型黑斑。叠加型黑班是在没有发生畸变的图像信号上叠加了一个不均匀的附加倍号，对此类黑班，只要在电路中产生一 个与附加信号波形相反的校正信号即可完成校正;乘积型黑斑是图像信号受到附加信号的调制而产生的,对此类黑班，只要用与附加倍号波形相反的信号对有畸变的图像信号进行再调制即可完成校正。,所有校正信号有四种，行场消隐脉冲积分而得到的锯齿波和再一次积分而形成的行频场频抛物线信号。随机性的黑斑无法通过电路校正。,4.3 图像信号的处理,4.34 黑斑校正,4.3 图像信号的处理,4.35 校正,由于显像管和摄像管光电转换特
33、性（调制特性）的非线性，会引起受、发图像的亮度失真，从而引起图像灰度畸变（畸变）。为了消除畸变，通常设置校正电路，目前，常用二极管电路构成校正电路。,4.3 图像信号的处理,4.35 校正,1、折线性校正放大器 如图422，放大管发射极电阻Re并联三个二极管电阻分支，并对三个二极管给以递增的偏压。当输入信号小时，三个二极管导通，较小的射极电阻使放大管的增益较大。当信号增大时，射极电压增高，三个二极管依次截止，使放大管的增益逐渐缩小。2、渐变性校正放大器如图422b，两个射随器之间接一个二极管、电阻组成的分压器。输入小信号时，二极管导通电阻小，V2基极所得的分压比较大，放大器增益比较大。输入大信
34、号时，反之。,4.3 图像信号的处理,4.36 彩色校正,为了正确重视被摄景物的彩色，摄象机的光谱响应特性应与接收端显象三基色的混色曲线相一致。但显象管的三条混色曲线中，每条曲线包含负值区域。而摄像机从镜头到摄像管都只有正值，会带来彩色失真，因此有必要进行彩色补偿。,1、修正法 丢掉负区面积的同时，去掉大致相同相邻正区面积，使视觉上获得较满意的传色效果。2、合成法由于RGB三条光谱响应曲线是相互重叠的，即每条曲线的负区都对应另一条曲线的正区。所以，某一基色的负区可以通过线形矩阵由另外的两种基色反相以适当的幅度合成。,4.4 PAL制彩色电视信号的形成,4.41 PAL制彩色全电视信号的形成方案
35、,PAL制彩色全电视信号由亮度信号、色度信号、色同步信号、复合消隐信号、复合同步信号组成。因色度信号有不同的形成方法，故PAL信号有不同的编码方案。,1、副载波逐行倒相的PAL编码方案 先形成逐行倒相副载波esc，然后送如平衡调幅器，由V色差信号调制而得到PAL色度信号中的逐行倒相的v分量。,4.4 PAL制彩色电视信号的形成,4.41 PAL制彩色全电视信号的形成方案,1、副载波逐行倒相的PAL编码方案,分析亮度信号、同步消隐信号、色差信号、色同步信号、色度副载波的形成过程。,4.4 PAL制彩色电视信号的形成,4.41 PAL制彩色全电视信号的形成方案,2、数字电路预制副载波的PAL编码方
36、案 为了进一步提高esc频率相位的准确性和稳定性，采用数字电路预制电路。如图426 色度副载波esc经0360度移相并变成方波后送入相位比较器和90度相移粗调。被比较的信号来自平衡调幅器，比较的结果控制四倍副载频的频率和相位。四倍副载频经数字分频，输出四路相位分别为0、90、180、270的副载波信号，他们之间相位关系稳定精确。逐行切换0、180或90、270即可输出逐行倒相的副载波。,4.4 PAL制彩色电视信号的形成,4.41 PAL制彩色全电视信号的形成方案,3、PAL制色同步信号,因K脉冲在行逆程，故可以直接插入色差信号BY、RY。U通道中副载波180相位，V通道中副载波逐行90、27
37、0，合成后相位分别为135。,4.4 PAL制彩色电视信号的形成,4.41 PAL制彩色全电视信号的形成方案,3、PAL制色同步信号,在场消隐脉冲的场同步脉冲期间，色同步信号叠加在齿脉冲上，如上图，齿脉冲上色同步信号的负半周向下超出行同步脉冲电平，造成发射机的过调制。在均衡脉冲期间的色同步信号还会干扰场扫描同步电路的正常工作。所以，应抑制场同步及均衡脉冲期间的色同步信号。,4.4 PAL制彩色电视信号的形成,4.41 PAL制彩色全电视信号的形成方案,3、PAL制色同步信号,同步及均衡脉冲期间对色同步信号其抑制有两点要求：第一，只抑制前、后均衡脉冲和场同步脉冲期间的色同步信号；第二，使得抑制前
38、出现的最后一个色同步信号和抑制结束后出现的第一个色同步信号相位应均为135。按此要求需抑制9个色同步信号，且抑制位置必须按第四、一、二、三场的次序逐场左移半行，称为色同步的迂迴消除。,4.4 PAL制彩色电视信号的形成,4.42 基色信号的矩阵变换,1、亮度信号的矩阵变换,1）电阻矩阵电路2）运算放大器矩阵电路,4.4 PAL制彩色电视信号的形成,4.42 基色信号的矩阵变换,2、色差信号的矩阵变换,可以根据如下公式，设计相应的矩阵电路,由三极管完成倒相与相加的运算,4.4 PAL制彩色电视信号的形成,4.42 色度信号的形成,色度信号的形成是通过刚才列举的矩阵电路得到色差信号，经过频带压缩、
39、钳位后变成合适的U、V信号，对相位相差90 的副载波进行平衡调幅，混合起来得到U、V正交调制的色度信号,平衡调幅器：1）差分放大器实现平衡调幅原理2）实用平衡调幅电路分析,4.5 射频电视信号的形成,电视广播信号由全电视信号（也称视频信号或图像信号）和伴音信号组成，也称为视、音频基带信号(未调制前的信号通常称为基带信号）。视频信号频带为06MHz、音频信号的频带为40Hz15KHz。基带信号必须调制在射频载波上，才能以无线电波的形式通过空间或媒体传播。地面广播选在超短波范围，所以我国规定的甚高频段（VHF）48223MHZ、超高频段（UHF）470960MHZ,4.5 射频电视信号的形成,一、
40、图像信号的残留边带调幅1一般调幅模拟信号调制传输最常用的调制方式为一般调幅方式，也称双边带调幅。设调制信号为：，载波信号为：，一般调幅信号的表示式为：一般调幅的波形及频谱给出波形和频谱。一般调幅信号的主要特点为包络(指已调信号高频振荡振幅的变化规律)反映调制信号，故接收端可用包络检波器解调，电路简单。但是已调波频带太宽，为2f,其中f为调制信号频率，在电视地面广播中不予采用。,4.5 射频电视信号的形成,一、图像信号的残留边带调幅2单边带调幅从信息角度看，调幅信号可以只保留一个边带，将只保留载频和一个边带的调幅方式称为单边带调幅方式。只保留上边带时单边带调幅信号的表示式为 单边带调幅的波形及频
41、谱给出单带调幅的波形、频谱图，可见带宽减小一半。,从ussB看出不再反映调制信号，所以对单边带调幅信号不宜用包络检波器检波，会造成解调信号波形失真，必须用同步检波器解调。加之在发射端完全抑制掉一个边带又保留载频在电路上实现困难。因为滤波器截止边沿不易十分陡峭，且相频特性也不可能理想，因此在电视广播中不予采用。,4.5 射频电视信号的形成,一、图像信号的残留边带调幅3残留边带调幅为兼顾较窄带宽、解调电路简单、解调后信号基本不失真的要求，实际中电视信号采用残留边带调幅方式发射。在电视即保留调幅信号一个完整的边带（例如上边带）和部分另一边带（如下边带），即残留了部分边带。,残留副载波产生过程：,4.
42、5 射频电视信号的形成,一、图像信号的残留边带调幅3残留边带调幅 残留边带调幅幅频特性：,我国标准规定残留边带幅频特性如图所示，保留上边带和部分下边带，伴音载频fS比图像载频fP高6.5MHz，距fP为-1.25MHz处的最小衰减量为20 dB。考虑到保留载频及部分下边带时留有0.5MHz渐降过渡区的边带滤波器容易实现,故实际中采用残留边带调幅。残留下边带的截止频率（幅频特性为时）在0-1.25MHz处。这种残留边带调幅信号接收端可用普通的幅度检波电路，理论分析其失真量不大。而目前集成视频检波器已采用同步检波方式，有抑制正交分量的能力，使检波出信号不存在这方面的失真。,4.5 射频电视信号的形
43、成,4.51 图像信号的调制一、残留边带调制方式 接收机中频特性：残留边带调制是一种不均衡调制，对图像信号中低于0.75MHz的频率成分，具有双边带特性，经峰值包络检波后输出信号的振幅较大。对于图像信号中的1.256MHz的频率成分，具有单边带特性，经解调后输出信号振幅减半。这样，低频分量振幅较大，使图像对比度增加，但高频分量跌落会使图像清晰度下降。,4.5 射频电视信号的形成,4.51 图像信号的调制一、残留边带调制方式 接收机中频特性：为了无失真的传送图像信号，即在接收端恢复出的视频信号中各频率分量保持正确的比例关系。现在的接收机都是超外差式的(中频通频带高低频率发生倒置)，即接收射频信号
44、后先经过高频放大，再和本机振荡器的信号混频，而后得出固定频率范围的中频电视信号，我国规定图像中频为：fPI38MHz。接收机中频网络必须具有下图所示幅频特性。,其特点为：fpi的增益为：Kvi/2；fpi-(0.756MHz)中放增益为Kvi；fpi的中放增益从0到Kvi(中放增益)线性变化。使得在图像信号中同一调制信号频率的下边频带与上边频带增益之和为Kvi。从而使检波输出图像信号06MHz的幅频特性平直。,4.5 射频电视信号的形成,4.51 图像信号的调制一、残留边带调制方式 接收机中频特性：,良好视频信号传输特性的获得与电视接收机中频特性的调整有很大关系：1）只有当图像中频准确地调在中
45、频幅频特性曲线斜边中点A点，fpi、fpifpi0.75MHZ、fpi0.75MHZfpi+6MHZ各处图像中频传输特性平直。2）当图像中频调得高于斜边中点，（相当于曲线右移）故低频端增益增大，高频端增益减小，引起图像清晰度下降，对比度增强。3）当图像中频调得低于斜边中点，（相当于曲线左移）故低频端增益变小，高频端增益增强，引起图像缺少层次感，出现浮雕现象,4.5 射频电视信号的形成,4.51 图像信号的调制一、残留边带调制方式 接收机中频特性：,正交失真：对于0.756MHZ频带内为单边带传输，一般检波器检波输出中有正交失真分量如图436c和式430。由图可知，调制信号与载波信号比越小，即m
46、越小，正交失真分量的幅度也小，如果载波幅度比调制信号大很多，则基本不影响图像质量。每一对边频分量的上下边频幅度不相等，实际上也存在正交失真分量，但是理论分析表明，其失真量值比单边带调幅时小，对图像重现质量也基本无影响，若用同步检波器，效果更理想。,4.5 射频电视信号的形成,4.51 图像信号的调制一、残留边带调制方式,残留边带相位失真：一个包络不产生失真得传输系统的理想相频特性为：()=(-c)gc即载波高频相移c，包络延时g，又：gd（()）/d故，只要系统相频特性为线性，则g为恒量。要使调幅信号通过系统后，检波不产生失真，要求系统在信号的频率范围内群延时为恒值。,4.5 射频电视信号的形
47、成,4.51 图像信号的调制一、残留边带调制方式,残留边带相位失真：电视发射机中，幅频特性和群延时特性如图438a、b。电视接收机中，幅频特性和群延时特性如图438c、d。系统中群延时不均匀，会引起图像细节出亮度和彩色重合不好，产生彩色镶边。为了保证从发射极到接收机，彩色全电视信号不产生相位失真，一般在发射机里进行总预校正。如图439,4.5 射频电视信号的形成,4.51 图像信号的调制二、调制极性,用正极性全电视信号对射频载波进行调幅，称为正极性调制。其特点是白电平调制载波幅度最大，同步电平调制载波幅度最小。用负极性全电视信号对射频载波进行调幅，称为负极性调制。其特点是白电平载波幅度最小，同
48、步电平载波幅度最大。此时规定，同步电平载波的幅度为100，消隐电平载波幅度75，白电平载波幅度（1012.5）。,白电平之所以不是0，是为了让内载波式电视接收机的检波器里总能差拍出6.5MHz的第二伴音载波，保证伴音接收正常。,4.5 射频电视信号的形成,4.51 图像信号的调制二、调制极性,我国选用负极性调制的原因：1、一般图象中明亮部分总比黑暗部分占的面积大，因此，负极性调制时调幅信号的平均功率要比峰值功率小，通常小23倍。因此从发射机输出功率的效率上看，负极性调制必大大优于正极性调制。另外，在负极性调制时，调制级中同步脉冲可以增大到进入调制特性曲线的上部弯曲部分，因而可充分利用调制特性曲
49、线的动态范围，使已调波的功率输出尽量大；正极性调制则不能利用调制特性曲线的上部弯曲部分，否则，就会引起图象的灰度畸变而较难弥补。因此，负极性调制所能发送的最大功率可比正极性调制提高1.5倍。,4.5 射频电视信号的形成,4.51 图像信号的调制二、调制极性,我国选用负极性调制的原因：2、负极性调制时，同步电平就是信号的峰值电平，便于用作基准电平进行信号的自动增益控制。3、干扰的影响：射频信号受外来杂散电磁场干扰时，干扰电压是迭加在调幅波电压上的。脉冲性干扰将向已调波方向伸出，经检波后在屏幕上形成干扰光点，负极性调制时为暗点，正极性调制时为亮点，显然亮点干扰比暗点干扰易为人们所察觉，虽然，这种脉
50、冲性干扰可能影响电视机的同步扫描电路，但现在的扫描电路都有良好的抗干扰措施。,4.5 射频电视信号的形成,4.51 图像信号的调制三、伴音调制方式,伴音信号与图象信号一样，也必须调制在载频上，才能发送出去。为了图象信号共用一付天线和尽量压缩电视信号的频带，伴音载频应可能地靠近图象载频。对于6Mhz视频带宽的电视标准，伴音载频规定比图象载频高6.5Mhz。伴音通常采用调幅或调频方式。我国电视规定采用调频方式，并且规定伴音调频信号的最大频偏50KHZ。设伴音信号最高频率15KHZ，则调频信号带宽一般取f=2(50+15)KHZ=250300kHz。因此，伴音载频比图象载频高6.5Mhz时，不会产生
