§1.2 黑白電視系統(tǒng)組成原理

1.2.1 圖象分解與順序傳送

語言廣播基于聲電轉(zhuǎn)換原理。各種聲音作用于人耳的聲強是時間的單值函數(shù)，故聲音電信號是關(guān)于時間的一維函數(shù)，即。這種電信號容易傳送。而圖象信號則不然，景物各點的亮度不同，是隨空間位置變化的，且每一點的亮度又隨時間而變化，故景物之亮度B是空間坐標x、y、z和時間t的四維函數(shù)，即

上式為黑白立體圖象信號表達式。對平面圖象而言有

因此，即使傳遂平面圖象信號也不容易，因任一平面均為無窮個點之集合，對于任一時刻t0，擁有無限大的信息量。

仿“傳真”技術(shù)，將平面圖象分解成若干個小面積之和。當這些小面積小于一定程度時，由于人眼分辯黑白細節(jié)能力是有限的，故它在人眼看來是一個點。它們是組成圖象的基本元素。用這些象素的亮度變化，代替整幅平面圖象的亮度變化，這實質(zhì)是對圖象信號的空間抽樣，將靜止圖象的信息從無限變成有限。

按我國的電視制式計算，一幅靜止電視圖象約包含48萬個象素，傳送這些象素的方法有兩種：其一是同時傳送，即采用48萬個信道，對各象素的亮度分別進行傳送，這在實際中顯然是辦不到的。其二是順序傳送，如圖1.2－1所示系統(tǒng)。

將平面圖象各象素的亮度按一定順序轉(zhuǎn)變成電信號，一個接一個地傳送出去，在接收端按相同順序在同幅型比之平面上恢復(fù)發(fā)端圖象。當其傳送速度快到一定程度時，由于視覺惰性和發(fā)光材料的余輝特性，我們將會感到整幅圖象是同時發(fā)光而無順序感，這就完成了一幅平面靜止圖象的傳送。

對于活動圖象，任一瞬間都有一幅對應(yīng)的靜止圖象，在任一有限時間內(nèi)將包含無窮多幅圖象。利用視覺的惰性，電影技術(shù)每秒鐘只傳送24幅連續(xù)靜止圖象便可以獲得活動圖象，故廣播電視每秒也只傳送25幀（幅）或30幀圖象，亦可得到活動的電視圖象。這種方法可以看作是對活動圖象信號的時間抽樣。對圖象信息的空間抽樣和時間抽樣極大地壓縮了被傳送的圖象信息，使之從無限變成有限，從而達到技術(shù)可以傳送的程度。

圖1.2－1所示開關(guān)K1和K2是一種同步控制開關(guān)，當K1和K2按相同順序依次接通收發(fā)兩端對應(yīng)象素時，發(fā)端圖象的亮度分布就傳送到收端并重現(xiàn)于顯示平面上。實際順序傳送系統(tǒng)中的開關(guān)是由電子束掃描來實現(xiàn)的，其掃描順序如看書的視線一樣，從左至右，從上至下，一行行，一頁頁地掃過。在電視中，從左至右的掃描稱為行掃描，從上至下的掃描稱為場掃描。

使收發(fā)兩端的掃描按照相同的規(guī)律進行稱為同步。顯而易見，同步乃是順序傳送的關(guān)鍵，一旦失去同步，收端就無法正確重現(xiàn)發(fā)端的圖象。

從數(shù)學(xué)的角度看，掃描就是把空間坐標x和y變換成時間t的函數(shù)

將上式代入式（1.2－2）中，平面圖象信號能轉(zhuǎn)化成時間的一維函數(shù)，即

故能用單一信道傳送，因此掃描實現(xiàn)了空間到時間的轉(zhuǎn)換，簡稱為時空轉(zhuǎn)換。

1.2.2 光電轉(zhuǎn)換原理

電視技術(shù)傳送圖象基于光電轉(zhuǎn)換原理。在發(fā)端利用攝象器件將景物的亮度變成電信號，在收端采用顯象器件將電信號還原成圖象亮度。攝象和顯象器件都有直空器件和固體器件之分。本節(jié)僅以真空器件（攝象管和顯象管）為例來說明光電轉(zhuǎn)換原理。

攝象管有好多種，現(xiàn)以光電導(dǎo)攝象管為例說明光到電的轉(zhuǎn)換過程。光電導(dǎo)攝象管的結(jié)構(gòu)如圖1.2－2（a）所示，它主要由光電靶和電子槍兩部分組成。光電靶是由光敏半導(dǎo)體材料制成的，這種材料具有在光作用下電導(dǎo)率增加的特性。需要傳送的景物通過光學(xué)系統(tǒng)（鏡頭）在攝象管的光電靶上成象，由于光象各部分的亮度不同，靶上各部分（各單元）的電導(dǎo)率也發(fā)生了相應(yīng)的變化。與較亮象素對應(yīng)的靶單元的電導(dǎo)較大，與較暗象對應(yīng)的靶單元的電導(dǎo)較小，于是景物各象素的亮度不同變成了靶面上各單元電導(dǎo)的不同，“光象”變成了“電象”。

電子槍的任務(wù)是發(fā)射電子束，聚焦線圈與偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的磁場，使電子束以聚焦狀態(tài)按一定規(guī)律（即從左到右，從上到下，一行一行地）掃描靶上各點。當電子束接觸到靶面某點時，電子槍（陰極）與信號板、負載[Page]RL的電源E就構(gòu)成一個回路，在負載RL中就有電流流過，電流的大小取決于光電靶上該點電導(dǎo)率的大小。因此，當電子束按一定規(guī)律在靶面上掃描時，便在負載上集資得到與景物各點亮度相對應(yīng)的電信號（稱為圖象信號）。從而完成了將圖象分解為象素以及把各象素亮度按順序轉(zhuǎn)變成為相應(yīng)電信號的光電轉(zhuǎn)換過程，這一過程又稱為圖象的攝取過程。

應(yīng)該注意，象素亮度越大，流過負載RL的相應(yīng)電流也越大，但是其輸出信號電平將越低。

在收端是依靠顯象管完成電到光的轉(zhuǎn)換。顯象管主要由電子槍和熒光屏兩部分構(gòu)成，如圖1.2－2（b）所示。顯象管的電---光轉(zhuǎn)換是應(yīng)用熒光效應(yīng)。熒光物如硫化鋅在電子束的沖擊下會發(fā)光，其發(fā)光強度取決于發(fā)射電子的數(shù)量與速度，只要用代表圖象的電信號去控制電子束的強弱，再控電視攝象管中相同的規(guī)律來掃描熒光屏，便能完成由電到光的轉(zhuǎn)換，重現(xiàn)電視圖象。

實驗表明：顯象管顯示的亮度（Bd）與所加控制電壓（E）的γ次方成正比，即

上式中，γ＝2.2～2.8，k2o為常數(shù)。假設(shè)電信號在傳輸中未產(chǎn)生失真，為使重現(xiàn)圖象亮度與原景物亮度（B0）成正比，就必須使攝象所得的電信號（E0＝k1B0）開γ次方后再傳輸出。即

帶有γ校正的簡單黑白電視系統(tǒng)如圖1.2－3所示，在該系統(tǒng)中，重現(xiàn)圖象的亮度為

因為為一常數(shù)，故電視系統(tǒng)經(jīng)過γ校正后，重現(xiàn)圖象的亮度就能與原景物的亮度成正比，從而克服了光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的圖象亮度非線性失真。