知识普及：黑白电视系统组成的原理（图）

§1.2 黑白电视系统组成原理

1.2.1 图象分解与顺序传送

语言广播基于声电转换原理。各种声音作用于人耳的声强是时间的单值函数，故声音电信号是关于时间的一维函数，即。这种电信号容易传送。而图象信号则不然，景物各点的亮度不同，是随空间位置变化的，且每一点的亮度又随时间而变化，故景物之亮度B是空间坐标x、y、z和时间t的四维函数，即

上式为黑白立体图象信号表达式。对平面图象而言有

因此，即使传遂平面图象信号也不容易，因任一平面均为无穷个点之集合，对于任一时刻t₀，拥有无限大的信息量。

仿“传真”技术，将平面图象分解成若干个小面积之和。当这些小面积小于一定程度时，由于人眼分辩黑白细节能力是有限的，故它在人眼看来是一个点。它们是组成图象的基本元素。用这些象素的亮度变化，代替整幅平面图象的亮度变化，这实质是对图象信号的空间抽样，将静止图象的信息从无限变成有限。

按我国的电视制式计算，一幅静止电视图象约包含48万个象素，传送这些象素的方法有两种：其一是同时传送，即采用48万个信道，对各象素的亮度分别进行传送，这在实际中显然是办不到的。其二是顺序传送，如图1.2－1所示系统。

将平面图象各象素的亮度按一定顺序转变成电信号，一个接一个地传送出去，在接收端按相同顺序在同幅型比之平面上恢复发端图象。当其传送速度快到一定程度时，由于视觉惰性和发光材料的余辉特性，我们将会感到整幅图象是同时发光而无顺序感，这就完成了一幅平面静止图象的传送。

对于活动图象，任一瞬间都有一幅对应的静止图象，在任一有限时间内将包含无穷多幅图象。利用视觉的惰性，电影技术每秒钟只传送24幅连续静止图象便可以获得活动图象，故广播电视每秒也只传送25帧（幅）或30帧图象，亦可得到活动的电视图象。这种方法可以看作是对活动图象信号的时间抽样。对图象信息的空间抽样和时间抽样极大地压缩了被传送的图象信息，使之从无限变成有限，从而达到技术可以传送的程度。

图1.2－1所示开关K₁和K₂是一种同步控制开关，当K₁和K₂按相同顺序依次接通收发两端对应象素时，发端图象的亮度分布就传送到收端并重现于显示平面上。实际顺序传送系统中的开关是由电子束扫描来实现的，其扫描顺序如看书的视线一样，从左至右，从上至下，一行行，一页页地扫过。在电视中，从左至右的扫描称为行扫描，从上至下的扫描称为场扫描。

使收发两端的扫描按照相同的规律进行称为同步。显而易见，同步乃是顺序传送的关键，一旦失去同步，收端就无法正确重现发端的图象。

从数学的角度看，扫描就是把空间坐标x和y变换成时间t的函数

将上式代入式（1.2－2）中，平面图象信号能转化成时间的一维函数，即

故能用单一信道传送，因此扫描实现了空间到时间的转换，简称为时空转换。

1.2.2 光电转换原理

电视技术传送图象基于光电转换原理。在发端利用摄象器件将景物的亮度变成电信号，在收端采用显象器件将电信号还原成图象亮度。摄象和显象器件都有直空器件和固体器件之分。本节仅以真空器件（摄象管和显象管）为例来说明光电转换原理。

摄象管有好多种，现以光电导摄象管为例说明光到电的转换过程。光电导摄象管的结构如图1.2－2（a）所示，它主要由光电靶和电子枪两部分组成。光电靶是由光敏半导体材料制成的，这种材料具有在光作用下电导率增加的特性。需要传送的景物通过光学系统（镜头）在摄象管的光电靶上成象，由于光象各部分的亮度不同，靶上各部分（各单元）的电导率也发生了相应的变化。与较亮象素对应的靶单元的电导较大，与较暗象对应的靶单元的电导较小，于是景物各象素的亮度不同变成了靶面上各单元电导的不同，“光象”变成了“电象”。

电子枪的任务是发射电子束，聚焦线圈与偏转线圈产生的磁场，使电子束以聚焦状态按一定规律（即从左到右，从上到下，一行一行地）扫描靶上各点。当电子束接触到靶面某点时，电子枪（阴极）与信号板、负载[Page]R_L的电源E就构成一个回路，在负载R_L中就有电流流过，电流的大小取决于光电靶上该点电导率的大小。因此，当电子束按一定规律在靶面上扫描时，便在负载上集资得到与景物各点亮度相对应的电信号（称为图象信号）。从而完成了将图象分解为象素以及把各象素亮度按顺序转变成为相应电信号的光电转换过程，这一过程又称为图象的摄取过程。

应该注意，象素亮度越大，流过负载R_L的相应电流也越大，但是其输出信号电平将越低。

在收端是依靠显象管完成电到光的转换。显象管主要由电子枪和荧光屏两部分构成，如图1.2－2（b）所示。显象管的电^---光转换是应用荧光效应。荧光物如硫化锌在电子束的冲击下会发光，其发光强度取决于发射电子的数量与速度，只要用代表图象的电信号去控制电子束的强弱，再控电视摄象管中相同的规律来扫描荧光屏，便能完成由电到光的转换，重现电视图象。

实验表明：显象管显示的亮度（B_d）与所加控制电压（E）的γ次方成正比，即

上式中，γ＝2.2～2.8，k₂o为常数。假设电信号在传输中未产生失真，为使重现图象亮度与原景物亮度（B₀）成正比，就必须使摄象所得的电信号（E₀＝k₁B₀）开γ次方后再传输出。即

带有γ校正的简单黑白电视系统如图1.2－3所示，在该系统中，重现图象的亮度为

因为为一常数，故电视系统经过γ校正后，重现图象的亮度就能与原景物的亮度成正比，从而克服了光电转换产生的图象亮度非线性失真。