电视技术基础知识

第二讲电视技术基础知识

一为什么彩色电视广播只传输Y，R-Y，B-Y三个参量

在发射端把景物的光线通过分光系统分成R、G、B三基色光，三只摄像管分别摄取景物的R、G、B三个基色光，并把它们分别进行光电转换形成E R、E G、E B三个基色电压信号。要求摄像管的光—电转换特性为线性关系，输入的三个基色光与三个基色电压成正比，因为：

E Y=++ （1）

除了景物是黑白图像时这个公式是个常数外，在被摄景物是彩色时，优于E R、E G、E B 三个基色信号电压不再相等，因此公式的左边不再是一个常数而是一个变量，在扫描过程中它们都随着被摄景物的像素的亮度、色调和饱和度的变化而变化。

白光信号电压可以由E R、E G、E B的一定比例混合而成，

若E R=E G=E B=1V

则E Y =++=1

就是说用的E R值的E G值和的E B合成为1V的白光信号电压.

色差信号E R-Y、E B-Y可以由下式计算出来

E R-Y=E R-E Y = E R－（++）

= （2）

E B-Y=E B-E Y=E B-（++）

= （3）

由上式可以看出，E Y、E R-Y和E B-Y三个信号即亮度信号、色差信号、都是三个基色电压的线性组合，当E R=E G=E B时：

E Y=1

E R-Y=0

E B-Y=0

这是传送黑白图像时的情况。

对于E G-Y=E G-E Y这个色差信号，可以通过E R-Y和E B-Y两个色差信号来产生

E Y=++

++=0

（E R-E Y）+（E G-E Y）+（E B-E Y）=0

E G-Y=-（）E R-Y－（）E B-Y

E G-Y=因此，用E Y、E R-Y和E B-Y三个独立参量后，E G-Y就不作为独立参量来使用了。

二什么是色温和相关色温

1.什么是黑体

在日常生活中，我们人眼看到的物体景物的颜色（例如纸是白的，草是绿的等）说成是物体的特征，用来区分物体。在物理学上，我们眼睛看到的景物则是用光谱辐射亮度或彩色刺激函数表示的；正是因为它们在眼睛里造成了白色或绿色的感觉。所有的这些感觉是投射到物体上的光线和物体表面两者相互作用的结果。投射到物体景物上的入射光线可来自一个和多个光源。

任何光源都是物体受热后辐射功率,当物体的温度不同时辐射功率不同,用绝对黑体来描述不同温度时物体的光辐射情况。

所谓黑体就是吸收系数等于一的物体,它能在任何温度下完全吸收具有任何组成的光。黑体不仅能全部吸收外来的辐射能量,而且在黑体的温度升高后也能以电磁波的形式向外辐射能量,温度上升辐射增强,同时辐射光的颜色也发生变化，可由红变到蓝。

2.什么是色温

为了比较和区分各种光源的颜色,可以改变黑体的温度,使它与被比较的光源颜色相同,此时的黑体的温度可用来表示光源的特性,这个用来表征颜色的温度叫做色温,并以绝对温度K来表示。

色温并不是光源本身的实际温度,例如：白炽灯靠电能通过的灯丝而产生的温度（卤钨灯）达2500～3000℃，但是它辐射的是色温为2856K的白光。

如果把黑体不同的温度辐射光的色坐标绘制到国际照明委员会1931年的色度坐标图上，把各点连成一条曲线，如图1所示，称为黑体轨迹（又称为普朗克轨迹）。

图1a 黑体轨迹

图1b u′v′色度坐标图上黑体轨迹图1c在x y色坐标图上黑体轨迹

图1 标准色度图上黑体轨迹（普朗克曲线）

3.相关色温

在图1a和1c 中可以看出，在温度较低时呈现橙黄色，温度较高逐渐为白色；温度到万度以上，则呈蓝色。由此可见，由光的颜色也可以推断出温度的高低。从光的颜色与温度的各种关系，引出“颜色色温”，简称色温。一个光源的色温值，是指这光源所发出的光的颜色与某个温度的黑体所发出的光的颜色相同或最接近，则黑体的这个温度就定义该光源的色温。对于白炽灯光源来说，可以和黑体发的光达到很完善的匹配，白炽灯光源的色坐标几乎落在黑体轨迹上。而对其它类型的光源往往不能落在黑体轨迹上，就要找到这个光源的色坐标点到黑体轨迹的最近距离点所对应的黑体色温，称为光源的相关色温。投影机和电视机屏幕所发出光的颜色的温度都为相关色温。

色温表明光源色度信息，而不表明光源的温度信息。色温的单位为开氏度（K）。用色温和相关色温表示颜色，比较直观地反映出该颜色的基本特性。高色温表示冷色调，低色温表示暖色调。

CIE 1931年的x-y色度图是一个非均匀色度空间，所以从某一坐标点到黑体轨迹的最短距离，不是从这点向黑体轨迹所作的垂线，而是一根有一定角度的斜线，如图2所示。这些斜线称为等相关色温线，在每一条线上的相关色温都有一样的数值，即等于它与黑体轨迹的交点上所对应的黑体的色温值。

一般物体是不发光的，只有在一定的光源照射下，才能看见它的形状和颜色。可以说物体的颜色依赖于照明它的光源的颜色。为了确切的描述物体的颜色，必须首先指明在什么光源下呈现的颜色。

光源所发出的光的颜色的温度与黑体轨迹上的温度相同时，则该光源的色温常称谓绝对

色温，也就是说黑体轨迹上任意点的色温都可称谓绝对色温；光源所发出的光的颜色的色温的色坐标点不落在黑体轨迹上，而落在如图2所示的斜线上，把该光源所发出的光的颜色的色温定义为相关色温。图2表示的在x y色坐标图上的相关色温等温线。

由此可见，投影机和电视机屏幕所发出光的颜色的温度都为相关色温。把屏幕显示的白色用6500K或9300K相关色温表示。在CIE 1931年x-y色度图上每个色温值用x、y坐标点表示，在CIE 1976年u＇、v＇色度图上每个色温值用u＇、v＇坐标点表示。

例如

在CIE 1976年u＇、v＇色度图上的6500K的坐标点

6500K u＇=±

v＇=±

在CIE 1931年x-y色度图上6500K的坐标点

6500K X=

Y=

图2 在x y色坐标图上的相关色温

从人眼对颜色的分辨力考虑,利用XYZ色度图中的黑体轨迹(普朗克轨迹),按一定的间隔做出许多条与之相交的斜线,这些斜线都通过临近X=,Y=的色度点。斜线与黑体轨迹(普朗克轨迹)相交的各点,均称为相应斜线上点的相关色温点,与黑体轨迹(普朗克轨迹)相交的斜线称为等相关色温线,如图2所示.

在目前我国市场的电视机、背投影机、家用前投影机或高清晰度显示器出厂时都被设置为较高的色温，尤其是液晶电视机更为明显，高色温能产生略带蓝色色调的白色，类似日光灯发出的“冷白色”。冷白色色温一般9300K左右，在这种情况下，显示的图像较明亮，彩色较鲜艳。但在一些多媒体显示器、照相机和部分电视机中，标准色温设置为6500K，重显图像比较柔和，接近于自然图像颜色，因此各国演播室标准多采用6500K(D65)作为广播标准；而亚洲人喜欢比较鲜艳的图像，多选为9300K作为投影机的标准白色。因此在我国市场上出售的背投影机、家用前投影机，工厂都设置了两种色温即“冷色”9300K和“暖色”6500K供消费者自由选择。

在这里需要说明的是：有的生产厂家把“白色”色温调的较高，甚至达到10000K或更高。这样虽然增加了图像的透亮度，但重显肤色失真较大，给人不真实的感觉。另一方面，根据人眼的视觉特征，长时间观看高色温的图像，造成眼睛的疲劳，影响视力下降，对青少年影响更为严重，因此不提倡使用高色温。

相关色温是考核相同型号背投影机、前投影机、电视机或显示器显示白色时色度坐标的一致性。

为限制生产企业把色温调的过高和保护消费者的健康，在背投影机、前投影机、电视机或显示器的标准中规定了两种相关色温，即9300K和6500K，并给予了适当的误差范围，即：

9300K u＇=±

v＇=±

6500K u＇=±

v＇=±

三．色度图,色域和色域覆盖率表示什么

从色度学上讲，人眼看到的自然界万紫千红的颜色，各种颜色是由不同的波长所决定的。国际照明委员会（CIE）1931年公布了人眼可见光谱从380nm~780nm的色域，如图1所示x，y坐标图。

图1 CIE1931x，y色度坐标图

CIE1931色度坐标图是非均匀的色度坐标空间，因该坐标系统对颜色误差的分辨力有较大的缺陷。经过几十年研究，1976年，国际照明委员会又公布了以u′v′色度坐标图，即1976 u′v′色度坐标图，如图2所示。该色度坐标是均匀色度坐标空间。

图2 CIE 1976 u′v′色度坐标图

上述两个色度坐标空间系统，分别表示了在不同色度坐标系统中人眼在自然界中所能看到可见光谱轨迹图。在不同的色度坐标（x y）或（u′v′）中可见全部人眼可见光谱轨迹所对应的面积，即为人眼所能看到可见光最大色域。该色域为一多边形面积，即为光谱的波长从380nm~780nm光谱的光的色域，经过计算，该色域面积为。

在目前不同的成像原理的显示器或投影机中，如LCD、PDP或LCD、DLP、Lcos投影机，在说明书的资料中，都宣传显示的彩色数可达百万彩色数，亿多彩色数，甚至更大。这些彩色数是对色度信号进行数字化处理的概念，如对红、绿、蓝信号各8bit量化，则表示彩色数为28×3=2563≈百万，若对红、绿、蓝信号各10 bit量化的系统，则表示彩色数为210×3=10243≈亿，若对红、绿、蓝信号各12bit的系统，则表示彩色数为212×3=687亿彩色，若对红、绿、蓝各16bit的系统，则彩色数更大。从理论上讲CRT模拟系统不进行数字量化，彩色数将是无穷大。因此在所有的投影机或显示器中，显示的彩色的色域不是由彩色数的多少来决定的，而是由投影机或显示器重现还原的红、绿、蓝三基色在CIE 1976 u′v′色度坐标图中的R、G、B的色度坐标构成的三角形面积大小来决定的。在演播室的数字信号处理一般采用10bit量化，但传输仍是8bit量化的数字信号。根据人眼对色彩敏感的视觉特性，8bit的量化已经足够了。

对于市场上以不同成像原理的各种投影机、显示器和彩色电视机无论有多少数量的彩色，但是对它重显彩色的能力都用色域覆盖率来度量。即在CIE1976 u′v′色度空间坐标中，还原的三基色（R、G、B）所包围的三角形的面积，即为显示系统重现还原的彩色最大色域。

色域覆盖率定义为：在CIE1976均匀色度空间（u′v′），显示终端显示的色域面积（即三基色R、G、B三角形的面积）占u′v′色度空间全部人眼可见光谱（从380nm~780nm）面积的百分数。该百分数值越大，说明重现还原的彩色越多，彩色越鲜艳。图3是不同型号投影机、LCD电视机、PDP电视机和CRT电视机色域覆盖率的示例。

图3 投影机、LCD电视机、PDP电视机

和CRT电视机色域覆盖率的示例

四.光栅的会聚

1.什么叫会聚

2.如何实现会聚

五.γ校正

1.什么是γ校正

2.为什么会产生γ失真

3.γ失真的影响

4.γ失真的校正

γ校正

1．什么是γ校正

γ校正技术是源自于电视发射端的电视中心设备，它的作用是保证整个电视广播系统的传输电视信号，也就是说γ校正保证电视信号从发送端发送出来，经过信号传输系统到接收机显示器屏幕上重显出来的图像没有失真。重显图像的L d应正比于发射端被摄图像的L0，即

L d=KL0 K为比例常数

2．为什么会产生γ失真

一个电视信号的传输要经过光—电转换（摄像管），传输通道和电—光转换（显示器）三个过程。有些环节不可避免会出现非线性特性，接收机的显像管的调制特性就是非线性的，它的亮度Ld与控制电压U2的γ次方成正比。

L d∝U2γ

显像管的γ一般在~之间。

摄像管的光—电特性一般为线性，其输出的电压U1与被报图像的光亮度L0成正比，一般来说信号传输通道是线性的，这样，从整个电视系统来说，输出的光亮度Ld便与输入光亮度L0的γ次方成正比。

L d=kL0γ k为比例常数，γ为传输系统的非线性系数。

若γ=1，表示显像管上的显示图像亮度就等于被摄图像的亮度L0，传输系统为线性特性，如图a）所示，此时亮度转换特性曲线为45o的直线，这是理想的状态。

若γ不等于1，表示电视广播系统的亮度传输会产生非线性失真，这种失真又称γ失真。

当γ＞1，亮区的图像对比度增大，暗区的图像对比度减小，图像的色饱和度增强。

当γ＜1，亮区的图像对比度减小，暗区的图像对比度增大，图像的色饱和度减小。

引起γ失真的原因主要是接收机显像管显示特性的非线性。

3．γ失真的影响

电视传输系统若存在非线性特性，必然会引起γ失真。

1）黑白电视机：使得图像的灰度畸变，

2）彩色电视机：使得图像的亮度和对比度发生畸变。

图像的色饱和度和色调失真。人眼对色调失真敏感。

4．γ失真的校正

在电视广播中心采用预失真的方法，就叫γ校正。

使传输通道的非线性系数γs=显像管的非线性系数γ。这样整个电视广播系统的传输系数就等于1。

γs=1/γ

校正后的曲线就是γ=1时的45°直线。

5．平板电视的γ校正

目前电视广播中心系统和数字电视广播中心系统，仍采用阴极射线管（CRT）型显示器γ系数进行γ预校正，PDP、LCD、DLP等的电—光转换特性与CRT不一样，因此在显示端必需采用去γ校正电路，才能保证电视广播系统传输的线性特性。

LCD电—光转换是非线性的，即输入信号与LCD的光强度之间控制特性是非线性的，但是它又与CRT的非线性特性不同，所以必须采用去γ校正电路，保证电视广播传输特性的线性，保证重显图像质量。

实践证明当电视广播系统总传输特性的γs=时，能提高图像质量，但CRT γ=，摄像管光—电特性为线性，则传输通道的γs==。

为了使γ校正之前对图像信号钳位，使行与行之间黑电平一致。

为了使传输通道的γs=,在摄像端的摄像机中储存有几个γ表，通过调用γ表来实现γ预校正。首先对不同的将被数字化的输入信号电平E 计算出E γ,将各种典型的γ值吓得计算结果生成γ表写入存储器中,当摄像机工作时用输入信号作地址,用查表的方法读出计算结果,因此,数字 γ表预校正电路也称γ表校正。

为了在LCD 显示器端实现数字γ去校正,也采用查循表（LUT ）的方法，通过调用查询表的数据来实现去γ校正。首先要生成一个γ校正系数等于1/＝的校正表，即对不同的数字化的输入电平E,计算出去γ校正值,模拟出一个非线性的特性曲线,用模拟出的这个非线性的特性曲线去补赏发射端的彩色中心的非线性的γ预校正曲线。由于各种不同类型的显示器具有不同的电—光转换特性,因此,应将各种显示器典型1/γ值下的计算结果,生成各种γ表。当显示器工作时,用输入信号作地址,用查表的方法读出计算结果,因此,数字γ去校正电路也称彩色查询表（LUT ）校正。

数字信号的γ校正精度高,电路调整方便,能使RGB 三路基色信号的校正精度一致,重显的彩色质量大大提高。

六.白平衡和白平衡误差

1.什么是白平衡和误差

投影机的白平衡是表示在显示不同亮度的彩色图像时，显示图像的相关色温保持不变，不出现附加的颜色。当白平衡不好时，会产生色调畸变，重显不同亮度的黑白图像时，出现附加的颜色，重显图像会偏向某一基色或二基色的合成色。白平衡的好与不好用白平衡误差表示。

白平衡误差是考核彩色电视机或显示器重显不同亮度时白色色度坐标的一致性。用色度坐标误差u '?v '?表示。

在评价或考核投影机的白平衡时，采用图35所示的白窗口信号， 以10%为步进，从0%～100%改变窗口信号的电平，测量每个电平下的白色窗口中心点的色度坐标（u '，v '），并计算每个电平的色度坐标与50%灰电平时的色度坐标之差u '?和v '?。u '?v '?的绝对值越大，则白平衡越差。

图 白窗口信号

2.如何实现白平衡

显象管电视机:

液晶电视机

调整RGB 视频信号的幅度

3.白平衡误差

△u ′不劣于±

△v ′不劣于±

七.色度信号的有关问题路

1.色度信号的带宽

2.频谱交错原理

3.色副载波频率的选定