电视扫描技术原理

电视扫描技术原理

电视技术利用光电转换原理实现光学图像到电视信号变换，这一转换过程通常是在摄像机中完成的。当被摄景物通过摄像机镜头成像在摄像管的光电导层时，光电靶上不同点随照度不同激励出数目不等的光电子，从而引起不同的附加光电导产生不同的电位起伏，形成与光像对应的电图像。

利用人眼的视觉惰性，在发送端可以将代表图像中像素的物理量按一定顺序一个一个地传送，而在接收端再按同样的规律重显原图像。只要这种顺序进行的足够快，人眼就会感觉图像上在同时发亮。在电视技术中，将这种传送图像的既定规律称为扫描。如图07-02-5所示，摄像管光电导层中形成的电图像在电子束的扫描下顺序地接通每一个点，并连续地把它们的亮度变化转换为电信号；扫描得到的电信号经过单一通道传输后，再用电子束扫描具有电光转换特性的荧光屏，从电信号转换成光图像。

图07-02-5电视系统扫描原理

在通常情况下，目前电视系统普遍使用的电真空摄像和显像器件均采用电子束扫描来实现光电和电光转换；而随着CCD摄像机和平板显示器件的投入使用，利用各种脉冲数字电路便可实现上述转换。图07-02-6是阴极射线管（CRT）扫描处理的示意图，其中视频信号由亮度(luma)和色度（chroma）信号分量组成，分量视频分别送出亮度和色度信号。

图07-02-6  阴极射线管（CRT）扫描处理示意图

扫描方式有逐行扫描和隔行扫描两种。

电子束从左至右、从上而下逐行依次扫描的方式称为逐行扫描。电子束顺序扫描屏幕所形成的直线状亮点轨迹称为光栅，逐行扫描形成的光栅示意图如图07-02-7所示。

(1)行扫描：电子束沿水平方向的扫描称为行扫描。其中从左至右的扫描称为行扫描正程，简称行正扫，如图07-02-7(a)图中实线所示。从右至左的扫描称为行扫描逆程，简称行回扫。如图07-02-7(a)中虚线所示。行扫描正程时间长，逆程时间短。显然，对于每一幅图像来说，扫描行数越多，对图像的分解力越高，图像越细腻；但同时电视信号的带宽也就越宽，对信道的要求也越高。

(2)帧扫描：电子束沿垂直方向的扫描称为帧扫描。其中从上至下的扫描称为帧扫描正程，简称帧正扫，从下至上的扫描称为帧扫描逆程，简称帧回扫。图07-02-7(a)所示为帧扫描正程的扫描轨迹，图07-02-7(b)为帧扫描逆程的回扫轨迹。同样，帧扫描正程时间远大于帧扫描逆程时间。

实际上，行扫描和帧扫描是同时进行的，即电子束在进行水平方向扫描的同时又在垂直方向L移动，则电子束的运动轨迹为水平和垂直两个方向的合运动。由于电子束水平方向的扫描速度远大于垂直方向的速度，这样在荧光屏上形成了一条条略微斜向下的水平亮线，几百行密集的扫描亮线构成一个均匀栅状发光面，就是所谓的光栅。逐行扫描一帧即为一场。

 

(a)	(b)

图07-02-7  逐行扫描光栅示意图

逐行扫描存在的缺点：要使图像连续而不产生闪烁现象，则需每秒换帧50次，即帧频为50Hz，但图像信号的频带宽度太宽，使电视设备复杂化。为了压缩图像信号的带宽，同时又能克服闪烁现象，借鉴电影技术，人们提出了隔行扫描方式。目前的广播电视采用隔行扫描。

2．隔行扫描（interlaced scanning）

隔行扫描是将一帧图像分成两场来扫描，第一场扫奇数行，称为奇数场，第二场再扫偶数行称为偶数场。奇数场和偶数场图像镶嵌在一起形成—幅完整的图像，如图07-02-8所示。

图07-02-8  隔行扫描重现图像示意图 

隔行扫描的光栅如图07-02-9所示，电子束扫完第1行后回到第3行开始的位置接着扫，如图07-02-9(a）所示，然后在第5、7、……，行上扫，直到最后一行。奇数行扫完后接着扫偶数行（图07-02-9（b)），这样就完成了一帧(frame)的扫描（图07-02-9（c)）。由此可以看到，隔行扫描的一帧图像由两部分组成：一部分是由奇数行组成，称奇数场，另一部分是由偶数行组成，称为偶数场，两场合起来组成一帧。因此在隔行扫描中，无论是摄像机还是显示器，获取或显示一幅图像都要扫描两遍才能得到一幅完整的图像（图07-02-8）。

（a）奇数场                  （b）偶数场

（c）隔行扫描的一帧

图07-02-9  隔行扫描光栅示意图

在隔行扫描中、扫描的行数必须是奇数。如上所述，一帧画面分两场，第一场扫描总行数的一半，第二场扫描总行数的另一半。隔行扫描要求第一场结束于最后一行的一半，不管电子束如何折回，它必须回到显示屏顶部的中央，这样就可以保证相邻的第二场扫描恰好嵌在第一场各扫描线的中间。正是这个原因，才要求总的行数必须是奇数。

隔行扫描为使传送活动图像有连续感而不产生闪烁，需每秒扫描50场，即场频为50Hz。而两场为一帧，则每秒扫描25帧画面，即帧频为25Hz，从而降低了帧频，压缩了图像信号频带宽度，并克服了闪烁现象。

每秒钟扫描多少行称为行频f_H；每秒钟扫描多少场称为场频f_c；每秒扫描多少帧称帧频f_F。f_c和f_F是两个不同的概念。

黑白电视和彩色电视都用隔行扫描，而计算机显示图像时一般都采用非隔行扫描。