知识普及:黑白全电视信号(图)

  电视为了重现图象,必须传送图象信号;为了消去行、场扫描的回扫线,使其不干扰正常的图象,必须传送行、场消隐信号;为了保证扫描的同上,必须传送复合同步信号。为了让这三种信号能用一个通道传送,并在接收端可以方便地将它们分开,必须在发端按一定规律将这三种信号组合起来,这个合成信号称为黑白全电视信号。

  上一节已经介绍了复合同步信号。本节先介绍图象信号和复合消隐信号的特点,然后介绍黑白全电视信号的合成,最后讨论黑白全电视信号的频域的时域特性。

  图象信号是携带着一行行、一场场景物信息的电信号,通常它是由摄象管产生的。怎样画出某些特殊图象的信号波形呢?依据有两点:①摄象管经电子束扫描将一幅图象的亮度分布进行象素分解,使之转变成按逐行逐场时间顺序排列的电信号。②摄象管某时刻输出的电流信号正比于该时刻电子束所扫描象素的亮度大小。例如电视台每天播发的一幅八条从白到黑宽度相等的垂直条图象,如图1.4-1(a)所示,其特点是:只有水平方向变化,而无垂直方向变化,所以它是按行周期变化的。按照信号幅度正比于亮度

  大小的原则画出一行的信号波形如图1.4-1(b)所示。由于图1.4-2(a)所示的只有垂直方向变化,而无水平方向变化,显然它是按场周期变化的。采用类似方法画出一场的信号波形如图1.4-2(b)所示。

  由上两例可见,因为图象亮度只有正值而无负值,所以图象信号也是单极性的。黑色的信号电平对应为零,灰色和白色的信号电平都是正值而无负值。图象信号的极性在电路传送与处理过程中是经常变化的,如电路某处为正极性,经过一次放大倒相后,就变成负极性的了。为了方便起见,有如下规定:若图象越亮,信号电平越高,则称为正极性图象信号。反之若信号电平随着图象亮度的增加而降低,则称为负极性图象信号。上述两例所对应的负极性图象信号分别如图1.4-1(c)和图1.4-2(c)所示。

  前面已经指出:为了消去行、场逆程扫描线(简称回扫线),必须由同步机产生行、场消隐脉冲。行消隐脉冲使摄象管与显象管的电子束在行逆程期间截止,消去行回扫线:场消隐脉冲在场逆程期间使电子束截止,消去场回扫线,从而避免它们对正常图象的干

  扰。按时间顺序将行消隐脉冲序列和场消隐脉冲序列组合在一起称为复合消隐脉冲,如图1.4-3所示。我国广播电视规定:行消隐脉宽为12μs,场消隐脉宽为:25H+12=1,612μs。由于广播电视采用奇数行隔行扫描,相邻两场行消隐的相对位置差半行,所以复合消隐脉冲是按帧(两场)周期重复变化的。

  黑白全电视信号由图象信号、复合同步信号和复合消隐信号组合而成。为了使三者互不干扰,并且在接收端能够方便可靠地进行分离,黑白全电视信号按下列方式组成:

  1. 图象信号安排在行、场扫描的正程,复合消隐和复合同步信号安排在行、场扫描的逆程。

  2.图象信号位于白色和黑色电平之间,复合消陷信号的电平规定比黑色电平稍黑。消隐电平和图象黑色电平之差称为黑色电平提升。黑色电平提升量D等于图象白色电平与消隐电平差值的0~5%,如图1.4-4所示。

  3.复合同步电平比复合消隐电平具有更黑的电平,即“比黑还黑”。这样复合同步信号与图象信号、消隐信号在幅度上有较大的差别,便于在接收端用简单的限幅器(即同步分离级),从全电视信号中分离出复合同步信号。图象信号和复合消隐信号不必要再分开,可以直接送给显象管作为图象信号使用。

  对于图1.4-1(a)所示的图象,图1.4-4画出它一行的全电视信号。从中可见,图象信号、行消隐信号、行同步信号三者在时间与幅度上的差别;黑色电平提升量D等于消隐电平与白色电平差值(70%)的0~5%。

  图1.4-5(a)和(b)分别画出了实际的偶数场和奇数场在场逆程前后的全电视信号波形,图中标出了图象信号、复合消隐信号、复合同步信号、均衡脉冲、槽脉冲之间在时间与幅度上的关系。[Page]

  行消隐信号有1.5μs的前肩,它是为了确保行同步前沿的准确性,使之不受行消隐前面因图象内容不同而对应信号电平也不相同所造成的行同步起始时刻不准确现象。若无消隐前肩,当消隐前沿的前面图象信号近乎黑电平时,在同步脉冲来到时刻从黑电平升到同步脉冲顶的建立时间较短,而当消隐前沿的前面为白电平时,在同步脉冲来到时刻从白电平升到同步脉冲顶的建立时间稍长一点,从而导致在不同图象内容情况下,行同步起始时刻存在时间误差。

  行消隐信号有5.8μs的后肩,它是消隐电平的量测基准,反映了消隐电平的高低。在视频通道中当信号经过耦合电容失去直流后,若要恢复直流分量,通常是对消隐后肩的电平进行钳位而恢复直流分量的。彩色电视还要在消隐后肩上安放作为色度副载波基准的色同步信号。

  综上所述,黑白全电视信号具有三大特征:周期性、单极性和脉冲性。由于电视采用周期性的扫描,所以电视信号具有明显的行、场周期性或准周期性。由于图象亮度只有正值而无负值;所以电视信号是单极性的,这与声音信号不同,声音信号是双极性的。电视信号的脉冲性表面为两点:其一,图象信号本身是一系列象素所产生的电脉冲信号组合而成的。其二,复合消隐和复合同步信号都是周期性的脉冲信号。

  由于电视采用扫描行来分解图象,并按场频或帧频重复,尽管图象内容是随机的,但是电视信号仍具有行、场或帧的准周期性。众所周知,周期性函数的频谱是离散的,非周期函数的频谱是连续的。电视信号(函数)也应该遵守这一规律。欲求出一般活动图象电视信号的频谱结构,应先对最简单的静止图象信号进行分析。

  图1.4-6(a)所示图象只有水平方向变化,相应信号以行周期重复变化的,如图1.4-6(b)所示。将此信号用傅氏级数展开:

  上式中,是行角频率;为复振幅,n为行频的谐波次数,它由电视信号的带宽Δf决定,n≤f/fH。此信号的频谱是离散的,如图1.4-6(c)所示。

  图1.4-7(a)所示图象只有垂直方向变化,其图象信号是按场周期变化的。如图1.4-7(b)所示并用傅氏级数展开:

  上式中,是场角频率,为复振幅,m为场频的谐波次数,此信号的频谱也是离散的,如图1.4-7(c)所示。

  图1.4-8(a)所示图象既有水平方向也有垂直方向的变化,对应信号波形如图1.4-8(b)所示。不难看出,它是前面两例中信号相乘的结果,即

  等频率点上,如图1.4-8(c)所示。由此,我们取出极其重要的结论:上述电视信号的频谱是由行频的基、谐波为主频谱线和分布于它们两侧的以场频的基、谐波为副频谱线的离散频谱群组成的。

  式(1.4-3)及其结论虽然是从最简单的静止图象分析得到的,但是可以推广到一般静止图象。因为任意一幅静止图象的信号u(t)均可以分解成有限个行周期函数uH(t)和场周期函数uV(t)乘积之和,而每个子积都具有式(1.4-3)所示的频谱结构,故一般静止图象信号仍具有上述频谱结构,如图1.4-9所示。通常,当图象内容在垂直方向变化缓慢的情况下,副谱线将很快衰减。例如,不超过几十对。这样,粗略地看,就构成以行频为间隔的一簇簇谱线群,每一谱线(b)所示。

  在隔行扫描情况下,重复周期应该是帧频。按理说,副谱线应以帧谱为间隔重复。但是,由于行间相关性,相邻行变化大体相同,所以一幅图象可以认为主要是按场频重复变化,但是奇、偶两场稍有差别。因此隔行扫描的频谱结构应为:副谱线仍然以场频为主重复,在场频谐波中间夹着幅度较小的帧频谐波,如图1.4-9(b)所示。

  对于活动图象,频谱将成为连续的,但是只要动作速度较慢,每幅画面内容变化不大,则仍将具有上述频谱的大致特点。

  从图1.4-9可见:①黑白电视图象信号(亮度信号)的能量评分分布在行频及其各次谐波频率为中心的较窄范围内,统计分析表明空隙约占[Page]46%,因而可以用来传送彩色信息,这就为在不扩展频带的情况下,实现彩色电视信号的传输提供了理论依据。②傅氏分析表明:谐波次数越高,幅度愈小,因此,亮度信号的能量主要集中在视频低端。为了减轻亮度信号和色度信号因共用频带而产生的相互干扰,通常将色度信号安排在视频高端传送。

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