黑白电视原理---视频信号带宽、场频与扫描行数的确定

一、视频信号的频带宽度

    图象信号又称视频信号。欲求其频带宽度，必须知其 高和 低频率。图象信号的 低频率几乎接近于零。图1.5-7（a）、（b）、（c）所示的图象对应的频率分别为：15625Hz、31250Hz和50Hz。任一景物（或图象）都有一定的背景亮度，反映在图象信号上是信号的直流分量，其频率接近于零。

    图象细节越细，信号的频率越高。假设传送一幅全是细节的图象，其细节大小相当于一个象素，即等于一个扫描点的大小。由式（1.5-7）知，在行正程时间THt内水平方向能分解N=kk1（1－β）Z个象素，所以沿水平方向扫过一个象素所需的时间为：

    孔阑效应表明：扫描电子束直径与象素大小相当时，其图象信号近似为正弦波，故图象信号的 高频率为：

    在逐行扫描情况下，fv＝fp，

    按我国电视标准：k=4/3，fv＝50Hz，Z＝625，α＝18％，β＝8％，k1＝0.7。若采用逐行扫描，则Δf＝fmax－fmin=fmax≈10.2MHz；若采用隔行扫描，则Δf≈5.1MHz。上述结果正符合通信系统中传送信息的时间和带宽成反比例的基本规律。对于每帧图象信息，逐行扫描所需要时间为：1/fF=1/fV=1/50=20ms，而隔行扫描所需要时间为：1/fF=1/0.5fV=1/25＝40ms。由于隔行扫描的传送时间增加一倍，所以传送信号带宽减少一倍。又因为隔行扫描的场频仍然是50Hz，故可以保证图象无闪烁感觉，因此世界各国的电视都毫无例外地采用隔行扫描。根据上述计算结果，我国视频传输通道的通频带规定为6MHz。

二、场频的确定

    选择场扫描频率时，主要考虑光栅无闪烁、不受电源干扰，传送活动图象有连续感、图象信号占用带宽尽可能窄等因素。

    从式（1.5-9）知，若要图象信号频带窄，场频应降低。若要求电视图象中人物的动作有连续感，即没有跳动的感觉，根据电影的经验，利用人眼的视觉惰性，如果每秒钟换帧在20次以上，就能很好地反映一般运动速度的活动景象，使人产生连续感。场频定为20～25Hz，可以满足活动景物的连续感。但是，此时存在着大面积的光栅闪烁，长时间观看，容易造成疲劳。为了避免光栅的闪烁，场频一定要大于临界闪烁频率，即fv≥48Hz。

    为了避免电源的干扰，场频应与电源频率相同并且锁定。若场频与电源频率不相同，接收机电源滤波器不完善，以及杂散电源磁场的影响，电视图象会产生扭曲摆动和“滚道”现象（即图象上出现一条宽的横亮暗带上下滚动）。如果场频与电源频率同步锁定后，上述干扰就会固定不动，眼睛就会逐步习惯这种干扰，不会产生不适应的感觉。随着彩色电视的发展，远距离传输电视信号的发展和国际间交换电视节目的日益频繁，场频与电源同频锁相的关系已经无法保持了。现代接收机的生产工艺水平已能克服这些电源的干扰，因此场频与电力网频率相同的要求并非必要。但是目前各国的场频还是与本国的电源频率相同，所以我国电视的场频等于50Hz。

    由于新式显象管的屏幕亮度不断提高，临界闪烁频率已经超过50Hz，所以场频选60Hz为宜。

三、扫描行数Z的确定

    扫描行数的确定，主要考虑图象的清晰度与图象信号带宽两方面的因素。由式（1.5-6）和式（1.5-7）可知，当行数Z增加时，图象清晰度增加。由于图象信号带宽Δf与行数Z的平方成正比，行数增加会使带宽急剧增加，视频带宽的增加会使在一定波段中可介绍的电视频道数目减少；同时，视频带宽的增加将导致电视设备的复杂化。

    当屏幕的高度h与观看距离L等于1：4时，整个屏幕（幅型比为4：3）恰好落入垂直视线角为15°、水平视线角为20°的区域，此时人眼分辨力 高。前面已经指出，当人眼分辨角为1′、1.5′和2′时，电视图象垂直方向（对应视线角为15°）极限的清晰度应为900线、600线和450线。若取垂直清晰度为600线考虑，则扫描行数Z 应为（线）

    此时图象信号带宽按式（1.5-9）计算为Δf＝11.4MHz。即采用隔行扫描，信号带宽也接近12MHz。这样宽的频带对信道的利用很不经济，造成电视设备的复杂化。为了折中考虑，目前的广播电视一般取525行和625行，我国广播电视采用625行。

    为了进一步提高电视的质量，使之达到35mm电影的水平，世界上发达的国家都在积极研究高清晰度电视，这种电视的扫描行数增加到1000行以上，视频信号带宽相应地在30MHz以上。