知识普及:电视扫描与同步原理分析(图) (电视机科普知识)
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称、水平放置的线圈,依右手螺旋定则,流经线圈的电流将产生垂直方向的磁场;据左手定则,电子束通过垂直磁场应产生水平偏转,从而实现电子束的水平扫描。电子束偏离显象管中心轴线的夹角称为偏转角(ψ)。实验表明:当ψ较小时,电子束偏离屏幕中心的距离与偏转电流的数值成正比。当偏转电流iH为图1.3-1(b)所示锯齿波电流时,电子束将作匀速直线扫描运动。在THt期间,iH由正到负,电子束从右至左扫描,称为行扫描逆程。正程和逆程时间之和称为行扫描周期,且为行扫描频率之倒数1/fH=TH0α=THr/TH称为行扫描逆程系数。若电子束只有水平扫描运动而无垂直扫描运动,则在荧光屏上将呈现一条水平亮线,如图1.3-1(c)所示。二、垂直偏转图1.3-2(a)是电子束在垂直偏转线圈作用下的扫描示意图。一对垂直偏转线圈产生水平方向的磁场,故电子束穿过该磁场时产生垂直方向的偏转,从而实现垂直扫描运动。同行扫描类似,当垂直偏转电流如图1.3-2(b)所示的锯齿波时,电子束将作匀速直线运动。在TVT期间,电子束从上至下,称为场扫描正程;在Tvr期间,从下至上,称为场扫描逆程。称为场扫描周期,且为场扫描频率之倒数1/fv==Tv,β=Tvr/Tv称为场扫描逆程系数。若电子束只有垂直扫描而无水平扫描,则荧光屏上将出现一条垂直的亮线,如图1.3-2(c)所示。1.3.2逐行扫描与隔行扫描当水平和垂直偏转线圈中同时加入锯齿波电流时,电子束既作水平扫描又作垂直扫描,而形成直线扫描光栅,这称为直线扫描。它分为逐行扫描和隔行扫描两种方式。逐行扫描是一行紧跟一行的扫描。隔行扫描是将一帧画面分成两场扫描,一场扫奇数行,称为奇数场;另一场扫偶数行,称为偶数场。奇、偶两场光栅均匀相嵌,构成一帧完整的画面。由于隔行扫描优于逐行扫描,所以广播电视中都采用隔行扫描方式。一、逐行扫描当水平和垂直偏转线圈中分别流过如图1.3-3(d)、(e)所示水平和垂直扫描电流时,就能产生逐行扫描光栅。图1.3-3(a)和(b)分别是场正程和场逆程期间的扫描光栅,图中实线是行扫描的正程线,虚线是行扫描的逆程线。其特点是:①行频是场频的整数倍,故相邻场的光栅重迭,形成逐行扫描的光栅。②[Page]fH>>fV,故电子束的水平运动速度大于垂直运动速度,从而形成水平倾斜的光栅。反之,若fv>>fH,则形成垂直倾斜的光栅。在广播电视中,为了使图象均匀而清晰,在逆程期间不传送图象信号,故采取措施使行、场逆程期间电子束截止而不显示图象(或称消隐)。图1.3-3(c)是消去行、场回扫线后的正常光栅。为了提高传输效率,应使正程时间远大于逆程时间。即THr>>THr,TVt>>TVr。我国广播电视规定:。随着电视技术的发展,人们将利用逆程期间传送文字广播等辅助信息(见第六章)。在逐行扫描中,若每场含有z行(z为整数),则。当z增加时,扫描光栅的水平倾斜角减小而趋于平直;当z足够大时,人眼将分辨不出行扫描的光栅结构,而只能看到一个均匀发光的平面。二、隔行扫描如果行频不等于场频的整数倍,则相邻场的光栅不能重迭,当时(n为整数),相邻两场的光栅就能均匀相嵌,形成隔行扫描的光栅。在隔行扫描中,扫完一帧图象所需时间称为帧扫描周期Tv,其倒数1/TV=fF称为帧频,并且存在的关系。我国电视规定。若已知隔行扫描的行、场扫描电流波形,则可先找出行(场)的起点和终点位置,从而画出其扫描光栅。图1.3-4是隔行扫描的一个简例,设每帧有行,,则每场有5.5行,即第一步,依上述数据,较精确地画出行、场偏转电流波形,交给每行(场)的起点和终点编号。第二步,根据在均匀磁场作用下,当偏转角较小时,扫描点在平面屏幕上的偏转距离与偏转电流近似成正比的原理(见参考文献〔2〕,P.);画出每行(场)起点和终点在屏幕上的位置,从而画出隔行扫描的光栅图。隔行扫描分为奇数行隔行扫描和偶数行隔行扫描。前者每帧取奇数行,即,式中n为整数;后者每帧取偶数行,即。为了实现两场光栅均匀相嵌,前者场扫描波形简单,只要保证奇、偶两场周期相等即可。而后者必须要求寄、偶两场锯齿波电流有一微小偏移,如图1.3-5所示。使偶数场光栅相对于奇数场光栅恰好下移一个行距,这种场扫描电流波形等于正常的场锯齿波如图1.3-5(c)所示帧频矩形波之迭加。对帧频矩形波的幅度要求极严,否则两场光栅就会出现局部或完全并行,使垂直清晰度下降,这增加了技术上实现的难度,所以世界各国的广播电视都采用奇数行隔行扫描。1.3.4扫描同步原理一、同步的必要性同步是指收发两端在同一时刻,必须扫描在几何位置上相对应的象素点。为此,必须要求收、发两端行、场扫描都同步。行同步的条件是行扫描同频率及每行起始和终止时刻相同;场同步的条件是场扫描同频率且每场起始和终止时刻相同。简言之,只有行、场扫描同频同相,收发才能同步;否则,就会失步。下面举例说明。1.若收发场同步,但收端行扫描频率比发端偏高。就会出现向右下方倾斜的黑白相间带状图象,如图1.3-8(a)所示。其原因解释如下:假定收发都从第一行起点开始扫描,因收端行频偏高,发端第一行的内容未播完时,收端已经开始第二行的扫描了,故它把第一行消隐信号部分或全部移到第二行的正程,使第二行左边开始位置出现黑道。当发端第二行未播完时,收端第三行扫描更早地开始,于是把第二行的消隐信号,甚至某些图象内容又移到第三行,使第三行出现黑道。与第二行的黑道相比,向右推移了一段距离,……这样不断地向下向右推移下去,就出现向右下方倾科的黑白相同的带状图象。反之,当收端行频偏低时,会出现向左正文倾斜的黑白相间的带状图象,如图1.3-8(b)所示。2.若收发场同步,行扫描同频但不同相,假设相差半行时间。此时图象虽然可以稳定,但是出现图象左右割裂的现象,如图1.3-9(b)所示。3.若收发行同步,但收端场扫描频率比发端高,就会出现向下滚动的图象,如图1.3-(a)所示。其原因是:因收端场频偏高,发端第一场未播完,收端已开始第二场扫描,这样发端第一场下部的内容和场消隐信号移到收端第二场的上方,而将发端第二场的内容顺序向荧光屏下方推移。依次类推,出现整幅图象和一水平黑条(场消隐信号形成)向下滚动的现象;并且*场频越高,图象向下滚动越快。反之,收端的场频低于发端时,图象将向上滚动,如图[Page]1.3-(b)所示。4.若收发行同步,场扫描同频,但不同相,假设相差半场时间,此时图象虽然可以稳定,但是出现图象上下割裂现象,如图1.3-9(c)所示。综上所述,扫描的同步在电视中是极其重要的,否则收端根本无*确重现原景物的图象。在实际的电视*中,收发两端相对应的象素并非在同一时刻扫描,收端总有一些延时,只要所有象素延时时间相等,图象还是同步的,不会产生失真。严格地讲,为了确保精确的同步,除了要求收发行场扫描同频同相外,还需要行、场扫描正程线性良好和具有相同的幅型比,这样才能真正保证扫描象素在几何位置上一一对应,图象才不会出现失真。在电视中为了保证扫描的同步,通常在发送端有一同步机产生行、场同步信号。它们同时控制摄象管和显象管的行、场扫描,使两者保持同频同相。因此,摄象管和显象管的电子束就能在同一时刻扫描相对应的象素点。此外,同步机还产生行、场消隐信号,将行、场扫描回扫线消掉。二、复合同步信号要使摄象管和显象管的扫描同步,同步机每一行都产生一个行同步脉冲,用它的上升沿分别去控制摄象管和显象管行扫描电流的回程起点,如图1.3-所示。回程起点为一个行周期的开始。由于收、发两端每一行的起点对准于于行同步的前沿,故行扫描频率相同,扫描的起始和终止时刻也相同,从而实现行扫描同步。与此相似,同步机每一场都产生一个场同步脉冲,使收、发两端每场回程起点都对准于场同步的前沿,从而达到场扫描同频同相的目的。为了用一个通道传送,所以在发送端将行、场同步信号结合在一起。如图1.3-(a)所示。行、场同步信号分别规定这频率和脉宽各异的矩形脉冲。我国电视规定:行频为Hz,行同步脉宽为4.7μs;场频为Hz,场同步脉宽为:2.5H=2.5×=μs。行、场同步信号结合在一起的信号称为复合同步信号。在电视*中,用积分电路可以从复合同步信号中分离出场同步信号。因为行脉冲和窄干扰脉站积分后的幅度较小,而场同步脉冲较宽,积分后的幅度较大,可以达到场扫描电路触发转换工作状态的电平,如图1.3-(c)所示。所以积分电路分离场同步时,抗干扰性能较强。另外,复俣同步信号经过微分电路,并用限幅器切除负脉冲,保留正脉冲作为行同步信号,如图1.3-(b)所示。用积分电路和微分电路分离行、场同步信号的方法称为“频率分离法”。三、场同步信号的开槽由于场同步信号脉宽为2.5H,它覆盖2~3个行同步脉冲,在场同步期间没有行同步输出,如图1.3-(b)所示。行扫描振荡器失去同上后对于再出现的行同步信号,并不能立即被它同步住。有一个所谓同步锁定时间,失步状态可能延及相当的行数,甚至影响场正程开始的若干行图象,使屏幕上部的图象出现扭曲的现象。为此,将场同步脉冲开槽,如图1.3-所示使槽脉冲的上升沿对准原来被覆盖的行同步的前沿,经微分的限幅电路后,使原来丢失的行同步信号得以恢复。又因槽脉冲很窄(4.7μs),所以对用积分电路分离场同步信号没有影响。四、前后均衡脉冲在场同步脉冲开槽后,复合同步信号基本能使收端的行、场扫描与发端同步。由于采用奇数行隔行扫描和用积分电路取出场同步信号,因此会导致奇、偶两场起始时刻会有时间差异,即奇、偶两场的时间不能精确等于一帧时间的一半。一场稍多,另一场则稍少。奇、偶场时间的微小差异导致两场光栅不能精确相嵌,这使得垂直分解力大大下降,解决这个问题的办法是在场同步信号的前后加均衡脉冲。详细分析如下:在奇数行隔行扫描*中,每场都包含有半行。奇数场最后一行为半行,偶数场第一行为半行,最后一行为整行。由奇数场向偶数场过渡时,场同步前沿距其前面的行同步脉冲为半行,而偶、奇过渡时为一行,若将奇、偶两场的场同步前沿对齐,如图1.3-(a)、(b)所示,则可能看出,两场行同步脉冲和槽脉冲的位置不相同。当这两种复合同步信号经过积分电路时,由于场同步前的行同上位置不相同,使得场同步积分的起始值不同,奇、偶过渡时高,偶、奇过渡时低;另外,由于槽脉冲对应位置不相同,两种过渡的放电时刻也不相同,因此两种过渡的积分波形不重合,如图[Page]1.3-(c)所示。在*中,当用这种积分波形去触发场扫描发生器时,若设发生器的触发电平为某定值E,E与两种积分曲线的交点分别为a和b;且随着E值的不同,a可能超前或者滞后于b点,这就导致了奇偶两场的时间间隔不相同。但是每帧还是ms(以我国广播电视为例),若奇数场大于ms,则偶数场必小于ms。奇偶两场的周期不相等,使得奇偶两场第一行的起始位置不是相差半行,这就不能保证两场光栅精确的均匀相嵌。例如奇数场周期为.ms,包含.3行,偶数场为.ms,包含.7行,分别用实线和虚线画出奇数和偶数场的光栅如图1.3-所示。由图可见,偶数场光栅并非均匀嵌套在奇数场的光栅之间,而是两场扫描线靠扰了。假如奇数场周期进一步减少到.ms(即行),偶数场周期增大到.ms(即行)时,两场光栅将完全重合,称为并行,所以垂直分解力将严重下降。可见这种复合同步信号还不能保证隔行扫描的准确性,必须加以改进。应设法使得在场同步脉冲期间,这两种积分波形相重合。具体措施如图1.3-所示:①在场同步脉冲前后各设5个频率等于二倍、脉宽等于行同步一半的脉冲。在场同步之前称为均衡脉冲,在场同步之后称为后均衡脉冲。前均衡脉冲使得奇偶两场场同上积分的起始值一致。为了使频率提高后行同步的平均电平不变,所以均衡脉冲的脉宽只取行同步的一半。②将场同上中的槽脉冲增加到5个,并使它们在奇、偶两场场同步中的位置对应相同,这使奇偶两场场同步对积分电路的充放电时间相同。所以两种过渡的积分曲线将完全重合,从而保证了隔行扫描的准确性。后均衡脉冲可以保证积分波形在较宽的范围内一致。在以前制定标准时,有人认为,它对某些场同步分离有利,可以更好地保证两场光栅精确的相嵌;但是,现在看来作用不大,成为一种对称性的摆设。由于它并无坏处,并且不增加电路上的复杂性,所以就一直沿用至今。增加均衡脉冲和槽脉冲的个数后,对行扫描的同上并无影响,这个问题在学完5.6.2节中关于AFPC电路的工作原理后就会明白。本章节完结...