電視掃描技術(shù)原理

電視技術(shù)利用光電轉(zhuǎn)換原理實現(xiàn)光學圖像到電視信號變換，這一轉(zhuǎn)換過程通常是在攝像機中完成的。當被攝景物通過攝像機鏡頭成像在攝像管的光電導層時，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產(chǎn)生不同的電位起伏，形成與光像對應的電圖像。

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一個地傳送，而在接收端再按同樣的規(guī)律重顯原圖像。只要這種順序進行的足夠快，人眼就會感覺圖像上在同時發(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07-02-5所示，攝像管光電導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。

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現(xiàn)光電和電光轉(zhuǎn)換；而隨著CCD攝像機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。

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。行掃描正程時間長，逆程時間短。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，圖像越細膩；但同時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，幀掃描正程時間遠大于幀掃描逆程時間。

實際上，行掃描和幀掃描是同時進行的，即電子束在進行水平方向掃描的同時又在垂直方向L移動，則電子束的運動軌跡為水平和垂直兩個方向的合運動。由于電子束水平方向的掃描速度遠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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圖07-02-7? 逐行掃描光柵示意圖

逐行掃描存在的缺點：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)備復雜化。為了壓縮圖像信號的帶寬，同時又能克服閃爍現(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。

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）。

（a）奇數(shù)場????????????????? （b）偶數(shù)場

（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f_H；每秒鐘掃描多少場稱為場頻f_c；每秒掃描多少幀稱幀頻f_F。f_c和f_F是兩個不同的概念。

黑白電視和彩色電視都用隔行掃描，而計算機顯示圖像時一般都采用非隔行掃描。