通信工程師設(shè)備環(huán)境考試視頻技術(shù)基礎(chǔ)

  1.視頻技術(shù)基礎(chǔ)
  視頻技術(shù)是利用光電和電光轉(zhuǎn)換原理，將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號進行記錄或遠距離傳輸。然后還原為光圖像的一門技術(shù)。
  (1)視頻信號與圖像掃描
  視頻技術(shù)中實現(xiàn)光學(xué)圖像到視頻圖像信號轉(zhuǎn)換的過程通常是在攝像機中完成的，當(dāng)被攝讀物通過攝像機鏡頭成像在攝像器件的光電導(dǎo)層時，光電靶上不同點隨照度不同激勵出數(shù)目不等的光電子.從而引起不同的附加光電導(dǎo)產(chǎn)生不同的電位起伏，形成與光像相對應(yīng)的電圖像。該電圖像必須經(jīng)過掃描才能形成可以被處理和傳輸?shù)囊曨l信號。
  客觀錄物圖像對于人眼的感覺來說，可以被看成是由很多有限大小的像素組成的，每一個像素都有它的光學(xué)特性和空間位置，并且隨時間變化。根據(jù)人眼對于圖像細節(jié)的分辨能力和對圖像質(zhì)錄的要求，要得到較高的圖像質(zhì)量，每幅圖像至少要有幾十萬個以的像素。顯然，要用幾十萬個傳輸通道來同時傳送圖像信號是十分困難的，因此必須采用某種方式完成對圖像的分解與變換，使代表像素信息的物理量能夠用時間的一維函數(shù)來表示。在電視系統(tǒng)中，對景物圖像的像素分解與合成以及圖像的時空轉(zhuǎn)換是由掃描系統(tǒng)完成的。
  利用人眼的視覺惰性，在發(fā)送端可以將代表圖像中像素的物理量按一定順序一個個地傳送，而在接收端再按同樣的規(guī)律重顯原圖像。只要這種順序進行得足夠快，人眼就會感覺圖像上的所有像素在同時發(fā)亮。在電視技術(shù)中，將這種傳送圖像的既定規(guī)律稱為掃描。如圖2.1所示，攝像管光電導(dǎo)層中形成的電圖像在電子束的掃描下順序地接通每一個點，并連續(xù)地把它們的亮度變化轉(zhuǎn)換為電信號；掃描得到的電信號經(jīng)過單一通道傳輸后，再用電子束掃描具有電光轉(zhuǎn)換特性的熒光屏，從電信號轉(zhuǎn)換成光圖像。在通常情況下。目前電視系統(tǒng)普遍使用的電真空攝像和顯像器件均采用電子束掃描來實現(xiàn)光電和電光轉(zhuǎn)換而隨著CCD/CMOS攝像機和平板顯示器件的投人使用，利用各種脈沖數(shù)字電路便可實現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換。對每一幅圖像，電視系統(tǒng)是按照從左至右、從上到下的順序一行一行地來掃描圖像的。對于每--幅圖像來說，掃描行數(shù)越多，對圖像的分解力越高圖像就越細膩,但同時視頻信號的帶寬也就越寬，對信道的要求也越高。

  和在電影中一樣，為丫能夠得到連續(xù)的、沒有跳躍感的活動圖像，視頻系統(tǒng)也必須在每秒內(nèi)傳輸20幀以上的圖像，以滿足人眼對圖像連續(xù)感的要求。由于歷史上的原因，目前國際上存在著25幀/秒和30幀,/秒兩種幀頻制式。然而，每秒20-30幀的圖像顯示速率尚不能滿足人眼對圖像閃爍感的要求。為了在不增加電視系統(tǒng)傳輸幀率和帶寬的條件下減小閃爍感，現(xiàn)有各種制式的電視系統(tǒng)均采用了隔行掃描方式。隔行掃描方式將一偵電視圖像分成兩場，第一場傳送奇數(shù)行,稱為奇數(shù)場；第二場傳送偶數(shù)行，稱為偶數(shù)場。隔行掃描方式的采用較好地解決了圖像連續(xù)感、閃爍感和電視信號帶寬的矛盾。
  在電視系統(tǒng)中除圖像信號本身以外，還需要傳送同步信號來標(biāo)記圖像行、場掃描的開始與結(jié)束；另外，在重構(gòu)圖像過程中，在行、場掃描的逆程需要消隱脈沖來關(guān)閉電子束。圖像信號、同步信號和消隱信號經(jīng)過合成，構(gòu)成復(fù)合電視信號。
  (2)彩色電視系統(tǒng)
  根據(jù)人眼的彩色視覺特性，在彩色重現(xiàn)過程中并不要求還原原景物的光譜，重要的是獲得與原景物相同的彩色感覺。彩色電視系統(tǒng)是按照三基色的原理設(shè)計和工作的。三基色原理指出，任何一種彩色都可由另外的三種彩色按不同的比例混合而成。這意味著，如果選定了三種標(biāo)準(zhǔn)基色，則任何一種彩色可以用合成它所需的三基色的數(shù)謾來表示。彩色電視系統(tǒng)正是基于人眼機能和三基色原理，設(shè)計出了彩色攝像機和顯示器。
  在通常的彩色電視攝像機中，模仿人眼中的三種錐狀細胞利用三個攝像管分別拾取錄物光學(xué)圖像中的紅、綠、藍分ft,形成彩色電視信號中的紅、綠、藍三個基色分量。加性混色法則構(gòu)成了顯示器彩色顯示的基本原理。在彩色熒光屏的內(nèi)表面涂有大童的由紅、綠、藍三種顏色為一組組成的熒光粉點。熒光粉是一種受電子轟擊后會發(fā)光的化合物.其發(fā)光強度取決于電子束的強度。圖像重現(xiàn)時，將接收到的彩色電視信號中的紅、綠、藍分量分別控制三個電子槍轟擊相應(yīng)顏色的熒光粉點發(fā)光。由于熒光粉點很小，在一定距離觀看時，三種基色發(fā)出的光經(jīng)過人眼的混合作用，使我們看到均勻的混合色。最終人眼所看到的顏色，則是由三種基色的比例所決定的。在混色原理方面，主動發(fā)光型的平板顯示器件（如等離子顯示）大致與彩色熒光屏相同；但被動發(fā)光型的平板顯示器件（如液晶顯示），其三種基色是由三種顏色的濾光片在白色背光的照射下發(fā)出的，三種基色信號通過控制每種顏色濾光片的通光量實現(xiàn)混色。平板顯示器件中圖像重建過程的掃描功能，通常是在脈沖數(shù)字電路作用下完成的，不再需要電子束的聚焦偏轉(zhuǎn).非常容易由集成電路加以實現(xiàn)。
  在彩色電視發(fā)展的初期，由于巳經(jīng)存在了相巧數(shù)量的黑白電視機和黑白電視臺，為了保護消費者和電視臺的利益并擴大彩色電視節(jié)目的收視率，要求彩色電視系統(tǒng)的設(shè)計必須考慮與已有黑白電視的兼容。為此，在彩色電視系統(tǒng)屮不是傳送彩色電視信號屮的紅、綠、藍三個基色分量，而是傳送一個亮度分量和二個色差分量。在發(fā)送端，亮度分量和二個色差分量通過對紅、綠、藍三個基色分量的矩陣變換得到；接收端再通過矩陣逆變換還原成三個基色分量顯示。當(dāng)黑白電視機接收到彩色電視信號時，它只利用其亮度分請實現(xiàn)黑白圖像顯示；而彩色電視機接受黑白電視信號時，它將黑白電視信號當(dāng)做其亮度信號，同樣實現(xiàn)黑白圖像顯示，進而實現(xiàn)彩色電視與黑白電視的上下兼容。在彩色電視中由三種基色k，g，b構(gòu)成亮度信號y的比例關(guān)系如下：

  從數(shù)據(jù)壓縮的角度來看，也希望傳送的是Y，U，V而不是因為Y，t，V之間是解除了一定相關(guān)性的三個最。電視系統(tǒng)中的一個重大問題就是如何用一個通道來傳送上述三個信號Y，l，V。在模擬電視階段，對于這三個信號的不同傳輸方式形成了三個不同的彩電制式：PAL制、NTSC制和SECAM制。這三種制式之間的不同之處在于對色度信號傳送所采取的不同處理方式。
  為滿足彩色電視與黑白電視的兼容性，則需在原有黑白電視信道帶寬的條件下，同時傳送亮度信號y和兩個色差信號由于人眼對于彩色細節(jié)的分辨力低于對亮度細節(jié)的分辨力，因此色差信號U和VnJ以用比亮度信號窄的頻帶來傳送，在我國的PAL-D制彩電標(biāo)準(zhǔn)中，亮度y的帶寬為6MHz.L；和V的帶寬為1.3MHz。
  (3)視頻信號頻譜特點
  電視系統(tǒng)是通過行、場掃描來完成圖像的分解與合成的，盡管圖像內(nèi)容是隨機的，但視頻信號仍具有行、場或幀的準(zhǔn)周期特性。通過對靜止圖像電視信號進行頻譜分析可知，它是由行頻、場頻的基波及其各次諧波組成的，其能量以幀頻為間隔對稱地分布在行頻各次諧波的兩側(cè)。而對活動圖像的電視信號,其頻譜分布為以行頻及其各次諧波為中心的?簇簇連續(xù)的梳狀譜。對于實際的視頻信號，諧波的次數(shù)越高，其相對于基波振幅的衰減越大。
  在整個視頻信號的頻帶中，沒有能童的區(qū)域遠大于有能量的區(qū)域。根據(jù)這一性質(zhì)，模擬彩色電視系統(tǒng)利用頻譜交錯原理將亮度信號和色差信號進行半行頻或1/4行頻間置，完成彩色電視中亮度信號和色度信號的同頻帶傳輸。我國采用的PAL-D制彩色電視信號中亮度信號帶寬為6MHz；在美、日等國采用的NTSC制電視系統(tǒng)中亮度信號帶寬為1.2MHz。由于人眼對于色度信號的分辨率遠低于對亮度信號的分辨率，因此在彩色電視系統(tǒng)中色度信號的帶寬一般均低于1.3MHz,且調(diào)制在彩色副載頻上置于亮度信號頻譜的高端，以減少亮色信號之間的串?dāng)_。

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