電視掃描技術(shù)原理簡介

電視技術(shù)利用光電轉(zhuǎn)換原理實(shí)現(xiàn)光學(xué)圖像到電視信號變換，這一轉(zhuǎn)換過程通常是在攝像機(jī)中完成的。當(dāng)被攝景物通過攝像機(jī)鏡頭成像在攝像管的光電導(dǎo)層時(shí)，光電靶上不同點(diǎn)隨照度不同激勵(lì)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，形成與光像對應(yīng)的電圖像。

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(gè)一個(gè)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(jìn)行的足夠快，人眼就會感覺圖像上在同時(shí)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07-02-5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(gè)點(diǎn)，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。

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圖07-02-5電視系統(tǒng)掃描原理

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(shí)現(xiàn)光電和電光轉(zhuǎn)換;而隨著CCD攝像機(jī)和平板顯示器件的投入使用，利用各種脈沖數(shù)字電路便可實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換。圖07-02-6是陰極射線管(CRT)掃描處理的示意圖，其中視頻信號由亮度(luma)和色度(chroma)信號分量組成，分量視頻分別送出亮度和色度信號。

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圖07-02-6 陰極射線管(CRT)掃描處理示意圖

掃描方式有逐行掃描和隔行掃描兩種。

電子束從左至右、從上而下逐行依次掃描的方式稱為逐行掃描。電子束順序掃描屏幕所形成的直線狀亮點(diǎn)軌跡稱為光柵，逐行掃描形成的光柵示意圖如圖07-02-7所示。

(1)行掃描：電子束沿水平方向的掃描稱為行掃描。其中從左至右的掃描稱為行掃描正程，簡稱行正掃，如圖07-02-7(a)圖中實(shí)線所示。從右至左的掃描稱為行掃描逆程，簡稱行回掃。如圖07-02-7(a)中虛線所示。行掃描正程時(shí)間長，逆程時(shí)間短。顯然，對于每一幅圖像來說，掃描行數(shù)越多，對圖像的分解力越高，圖像越細(xì)膩;但同時(shí)電視信號的帶寬也就越寬，對信道的要求也越高。

(2)幀掃描：電子束沿垂直方向的掃描稱為幀掃描。其中從上至下的掃描稱為幀掃描正程，簡稱幀正掃，從下至上的掃描稱為幀掃描逆程，簡稱幀回掃。圖07-02-7(a)所示為幀掃描正程的掃描軌跡，圖07-02-7(b)為幀掃描逆程的回掃軌跡。同樣，幀掃描正程時(shí)間遠(yuǎn)大于幀掃描逆程時(shí)間。

實(shí)際上，行掃描和幀掃描是同時(shí)進(jìn)行的，即電子束在進(jìn)行水平方向掃描的同時(shí)又在垂直方向L移動，則電子束的運(yùn)動軌跡為水平和垂直兩個(gè)方向的合運(yùn)動。由于電子束水平方向的掃描速度遠(yuǎn)大于垂直方向的速度，這樣在熒光屏上形成了一條條略微斜向下的水平亮線，幾百行密集的掃描亮線構(gòu)成一個(gè)均勻柵狀發(fā)光面，就是所謂的光柵。逐行掃描一幀即為一場。

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(a)(b)

圖07-02-7 逐行掃描光柵示意圖

逐行掃描存在的缺點(diǎn)：要使圖像連續(xù)而不產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象，則需每秒換幀50次，即幀頻為50Hz，但圖像信號的頻帶寬度太寬，使電視設(shè)備復(fù)雜化。為了壓縮圖像信號的帶寬，同時(shí)又能克服閃爍現(xiàn)象，借鑒電影技術(shù)，人們提出了隔行掃描方式。目前的廣播電視采用隔行掃描。

2.隔行掃描(interlaced scanning)

隔行掃描是將一幀圖像分成兩場來掃描，第一場掃奇數(shù)行，稱為奇數(shù)場，第二場再掃偶數(shù)行稱為偶數(shù)場。奇數(shù)場和偶數(shù)場圖像鑲嵌在一起形成—幅完整的圖像，如圖07-02-8所示。

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圖07-02-8 隔行掃描重現(xiàn)圖像示意圖

隔行掃描的光柵如圖07-02-9所示，電子束掃完第1行后回到第3行開始的位置接著掃，如圖07-02-9(a)所示，然后在第5、7、……，行上掃，直到最后一行。奇數(shù)行掃完后接著掃偶數(shù)行(圖07-02-9(b))，這樣就完成了一幀(frame)的掃描(圖07-02-9(c))。由此可以看到，隔行掃描的一幀圖像由兩部分組成：一部分是由奇數(shù)行組成，稱奇數(shù)場，另一部分是由偶數(shù)行組成，稱為偶數(shù)場，兩場合起來組成一幀。因此在隔行掃描中，無論是攝像機(jī)還是顯示器，獲取或顯示一幅圖像都要掃描兩遍才能得到一幅完整的圖像(圖07-02-8)。

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(a)奇數(shù)場 (b)偶數(shù)場

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(c)隔行掃描的一幀

圖07-02-9 隔行掃描光柵示意圖

在隔行掃描中、掃描的行數(shù)必須是奇數(shù)。如上所述，一幀畫面分兩場，第一場掃描總行數(shù)的一半，第二場掃描總行數(shù)的另一半。隔行掃描要求第一場結(jié)束于最后一行的一半，不管電子束如何折回，它必須回到顯示屏頂部的中央，這樣就可以保證相鄰的第二場掃描恰好嵌在第一場各掃描線的中間。正是這個(gè)原因，才要求總的行數(shù)必須是奇數(shù)。

隔行掃描為使傳送活動圖像有連續(xù)感而不產(chǎn)生閃爍，需每秒掃描50場，即場頻為50Hz。而兩場為一幀，則每秒掃描25幀畫面，即幀頻為25Hz，從而降低了幀頻，壓縮了圖像信號頻帶寬度，并克服了閃爍現(xiàn)象。

每秒鐘掃描多少行稱為行頻fH;每秒鐘掃描多少場稱為場頻fc;每秒掃描多少幀稱幀頻fF。fc和fF是兩個(gè)不同的概念。

黑白電視和彩色電視都用隔行掃描，而計(jì)算機(jī)顯示圖像時(shí)一般都采用非隔行掃描。