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天大《电视原理》背诵考点整理+计算/框图/作业题（个人整理）

news 来源：原创 2025/5/31 8:54:03

电视原理背诵考点汇总

第一/二章：基础知识

明暗视觉

明视觉(photopic vision)：亮环境下锥体细胞、杆体细胞共同起作用，分辨明暗、彩色
暗视觉(scotopic vision)：暗环境下只有杆体细胞起作用，只能分辨明暗
暗视觉比明视觉的相对视敏度曲线偏左

彩色光的基本参量

彩色光的三个基本参量为：亮度、色调和 色饱和度

γ校正

为校正由电视接收端电光转换特性所产生的非线性失真，在发送端所采取的预失真措施称为γ校正。

亮度+色差信号传输优势

模拟彩色电视传送一个亮度信号和两个色差信号比直接传送R、G、B基色信号的优越性：

有利于改善兼容性
可以较好地实现恒定亮度
便于实现高频混合
重现色调不受亮度信号噪波的影响

第三章：模拟电视系统

扫描标准

我国模拟电视扫描标准：

隔行扫描，每帧625行，每帧两场，每场312.5行
帧频： $f_{F}=25Hz$
场频： $f_{V}=50Hz$
场周期： $T_{V}=20ms$ （ $T_{Vt}=18.4ms$ ， $T_{Vr}=1.6ms$ ）
行频： $f_{H}=25×625 = 15625Hz$
行周期： $T_{H}=64μs$ （ $T_{Ht}=52μs$ ， $T_{Hr}=12μs$ ）

隔行扫描的优缺点

优点

降低信号带宽
- 通过将一帧图像分为两场扫描（奇数行和偶数行），在保持垂直分解力基本不变的前提下，将帧频从逐行扫描的50Hz减半为25Hz
- 使电视信号带宽减半（如我国标准从12MHz降至6MHz），节省了频率资源
避免大面积闪烁
- 场频保持为50Hz（高于临界闪烁频率48Hz），消除了因帧频降低至25Hz导致的大面积闪烁问题
兼容传统系统
- 与早期模拟电视系统兼容，便于在不显著提升硬件复杂度的情况下实现图像传输

缺点

行间闪烁效应
- 每行像素按帧频25Hz刷新，低于临界闪烁频率，亮细节区域易出现行间闪烁
并行现象
- 真实并行：行逆程或扫描非线性可能导致奇偶场光栅无法均匀镶嵌，出现行间重叠
- 视在并行：快速垂直运动物体可能使相邻场图像重叠，导致垂直分解力下降，等效垂直分解力仅为逐行扫描的0.6～0.7倍（隔行因子）
运动图像锯齿化
- 高速水平运动物体的垂直边缘在隔行重现时易出现锯齿状失真
大屏幕显示易被察觉行结构
- 大屏幕显示时，单场（312.5行）光栅的行结构易被察觉，影响观看体验

同步与消隐

行同步脉冲和场同步脉冲组合在一起形成复合同步脉冲
行消隐脉冲和场消隐脉冲组合在一起形成复合消隐脉冲
复合同步脉冲叠加在复合消隐脉冲之上
为解决行同步脉冲失落的问题，可改用开槽场同步脉冲

正交平衡调幅

正交平衡调幅的优点：

节省带宽：只用一个副载波实现对两个色差信号的传输，在解调端采用同步解调分离出红色差与蓝色差分量
减少色度信号对亮度信号的干扰：去除了高频振荡的副载波

色同步和频谱交错

色同步信号：NTSC制编码器用一个色同步信号来传送同步检波所需要的副载波频率和相位信息
频谱交错原理：将由色差信号经正交平衡调幅形成的窄带色度信号叠加在亮度信号上，叠加后使色度信号的各谱线群正好插在亮度信号各谱线群的空隙中，实现色度信号和亮度信号的共用频带传输

PAL制

PAL(Phase Alternation Line)，逐行倒相正交平衡调幅制，即色度信号U、V分量中的V分量逐行倒相—彩色相序交变

彩色相序交变原理

发端：周期性改变彩色的相序
收端：采用平均措施，以减轻传输相位误差带来的影响，抵消相位误差

特点与组成

PAL制在某些情况下可能导致行顺序效应。其主要表现形式为行蠕动现象（也称百叶窗效应或爬行现象）和半帧频闪烁现象
PAL制的CVBS由亮度信号、色度信号、色同步信号、复合消隐信号和复合同步信号组成
PAL制利用视觉平均作用补偿小幅度串色所引起的彩色偏差克服NTSC制相位敏感性的基本原理

信号处理

PALD解码器的信号处理过程主要包括5步：

亮色分离
色同步信号与色度信号的分离
红、蓝色度信号分离
同步检波，将色度信号变换成色差信号
解码矩阵，将亮度信号、色差信号变换成3基色信号

亮色分离方法

实现亮色分离有两种方法：

频带分离法（窄带陷波器+带通滤波器）
- 使CVBS通过中心频率为彩色副载频的窄带陷波器，滤除色度信号的主要能量，从而分离出亮度信号
- 同时使CVBS通过中心频率为彩色副载频的带通滤波器，分离出色度信号
频谱分离法（梳状滤波法）

色同步信号分离

色同步信号与色度信号的分离：采用门控脉冲，控制交替导通的色同步消隐电路和色同步选通电路，使色度信号与色同步信号分开。

NTSC和PAL的比较

相同点

都运用频谱交错（色度分量插到亮度高频分量）
都使用正交平衡调幅

不同点

NTSC：采用半行频偏置的副载频
PAL：使用1/4行频附加1/2场频偏置

第四章：数字电视编码

编码理论依据

用视频信源编码压缩数字电视图像数据量的理论依据：

原始电视图像数据存在很强的空间相关性及时间相关性，可以进行信息保持压缩编码
人眼对图像细节、幅度的变化和图像运动的分辨力有限，可以进行信息非保持有损压缩编码

数字处理电视机优点

与普通模拟彩色电视机相比，数字处理电视机的主要优点：

提高图像质量
增加功能
增值服务
提高生产效率，降低成本
适用于各种彩色电视制式

编码目的

信源编码和信道编码的目的：

在保证一定的电视接收图像质量的前提下，尽量压缩数字电视信号的带宽
提高数字电视信号传输的有效性和可靠性
信源编码和信道编码也用于数字电视信号的储存，是节省存储介质空间的必要手段

MPEG-2

MPEG-2视频压缩编码标准，就是联合使用信息保持和信息非保持编码技术，实现了数据压缩率达50倍以上的高效编码。

预测编码（差分脉冲编码）

对当前像素的实际值与预测值的差值（即预测误差）进行编码传输，以去除图像数据中的空间相关冗余或时间相关冗余
预测器可以是利用空间相关性的帧内预测器，也可以是利用时间相关性的帧间预测器
预测编码也相应地分为帧内预测编码和帧间预测编码。联合使用帧内和帧间预测编码，特别是带运动补偿的帧间预测编码，已成为数字电视实现数据压缩的主要手段
为了便于实时处理，在数字电视中只采用低阶的预测器。帧内预测编码通常采用1阶前值预测器，帧间预测编码采用1阶前向预测器或2阶双向预测器

图像组(GOP)

在MPEG-2视频编码算法中，为便于联合运用帧内编码和帧间编码技术，便于随机存取和编辑，以及定时进行帧刷新，以防止由于帧间预测可能引起的传输误码的长时间扩散，将由一个个连续的电视画面组成的视频序列划分为许多图像组（GOP，Group of Picture），每个图像组由几帧至十几帧图像组成，在这些图像之间存在预测和生成关系。

图像类型

I图像（Intra-Coded Picture）：图像组的第一帧图像，采用帧内预测编码
P图像（Predictively-Coded Picture）：采用前向帧间预测编码，P图像是以I图像或前一个P图像为参考图像进行帧间预测编码的
B图像（Bidirectionally-Coded Picture）：在I图像与P图像或P图像与P图像之间，根据这前后两个图像进行双向预测编码的图像（通常为两帧）

图像顺序

显示顺序：IBBP
输出顺序：IPBB

编码单元

宏块条：比特流重新同步的基本单元。划分成宏块条的主要目的在于防止误码的扩散
宏块：由16×16像素的亮度阵列和同区域内的Cb、Cr色差阵列共同组成。宏块是运动补偿预测的基本单元
像块：DCT的基本单元。它包含8×8个像素，一个4∶2∶0的宏块由6个块组成，其中有4个亮度块、1个Cb块和1个Cr块

帧内预测编码是对各个系数块的DC系数进行的，目的是去除在相邻像块的直流分量之间较强的相关性。在预测方法上采取简单的前值预测。

H.264/AVC

基本结构

视频编码层VCL和网络抽象层NAL
NAL层的作用是将VCL层的数据按不同通信系统的传输层协议重新封装

预测编码

五种帧内预测模式

4×4亮度预测：9种可选预测模式
8×8亮度预测：9种可选预测模式
16×16亮度预测：4种可选模式
8×8色度预测：4种可选模式
PCM编码模式

帧间预测

树状结构运动补偿
对亮度样值采用1/4像素精度的运动估计
色度运动估计的精度达到1/8像素

变换编码

4×4整数变换

熵编码

H.264中的熵编码包含多种技术:

指数格罗姆码（Exp-Golomb Code）
基于上下文的自适应变长编码（Context-Adaptive Variable Length Coding，CAVLC）
基于上下文的自适应二进制算术编码（Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding，CABAC）

环路去块效应滤波器

基于块的编码有时会在解码图像中产生可见的块结构（即块效应），这是由于重建块的边缘部分像素比块内部像素的精度低而产生的瑕疵。为此，H.264设计了一种自适应的环路去块效应滤波器。

作用

H.264使用基于块的预测和编码，导致在解码后的图像块的边缘出现块效应
所以在解码时定义自适应去除块效应的滤波器，这可以处理预测环路中的水平和垂直块边缘，大大减少了方块效应

率失真优化

率失真优化（Rate Distortion Optimization, RDO）是一种提高视频压缩视频质量的方法，是指在码率（视频编码所需的数据量）与失真（视频质量损失）中找出平衡点，使压缩效果最优。采用拉格朗日代价函数。

H.265/HEVC与H.266/VVC（通用视频编码）

划分方式

H.265

四叉树划分

编码树单元的尺寸可以被设置为64×64或有限的32×32或16×16
每个编码树单元可以被递归分割，利用四叉树结构，分割为32×32、16×16、8×8的子区域

H.266

四叉树加三叉树和二叉树划分

运动矢量精度

H.265：不变
H.266：最大的亮度运动矢量精度从1/4增加到1/16像素，而相应的色度运动矢量精度从1/16增加到1/32像素

第五章：数字电视系统

系统组成

整个系统由三个子系统组成：

信源编码和压缩
- 信源编码和压缩是为了能用原带宽的电视频道来传输信息量约为原来的5倍的HDTV节目，或是传输多路SDTV节目而采取的必要技术措施
业务复用和传送
- 业务复用和传送是指把不同信息类型的码流打成包(Packet)，并给每一个包及包的类型以唯一的标识符(Identifier,ID)
- 然后再将视频码流包、音频码流包和辅助数据码流包复用到单一的码流中去，即用时分多工方式将它们复合组成单一的传送流包(Transport Stream Packet,TSP, 简称传送包)
射频（RF, Radio Frequency）传输
- 射频传输是指对传送码流进行信道编码和调制，形成用于发送的射频信号
- 由于经信道传输的信号会受到损伤，接收信号可能不能精确地重现发端传输的信号，因此要通过信道编码对传送的数据进行处理并加入一些附加信息，以便接收端可凭此较好地得到解码图像和伴音

数据流类型

基本流 (Elementary Stream, ES)：数字电视各组成部分编码后所形成的直接表示基本元素内容的流，包含视频、音频或数据的连续码流
打包基本流 (Packetized Elementary Stream, PES)：PES是用于复用的逻辑结构，将ES根据需要分成长度不等的数据包，再加上包头就形成了PES
节目流 (Program Stream, PS)：PS是由一个或多个具有共同的时间基准的PES流复用而成的单一比特流。PS适用于误码小、信道较好的环境，如演播室、家庭环境和存储介质
传送流 (Transport Stream, TS)：TS是由一个或多个具有独立时间基准的一路或多路节目的多个视频PES和音频PES经时分复用形成的单一比特流。TS用于易发生误码的传输信道环境和有损传输介质，而且接收机在任意时刻开始接收TS数据都能够在较短的时间内解码其中的音频、视频内容，所以数字电视广播采用TS

传输技术

ATSC制信道编码和调制步骤

能量扩散（随机化）
- 步骤：使用16位伪随机二进制序列（PRBS）生成器，通过模2加运算将输入码流随机化
- 作用：使数据随机化，改善传输频谱特性，避免长连0或连1序列，使频谱分布均匀，便于后续处理
RS编码（外编码）
- 步骤：采用RS(207,187)编码，在187个信息字节后添加20个校验字节，形成207字节的码字
- 作用：提供前向纠错（FEC）能力，可纠正最多10个字节的误码，增强数据抗干扰能力
交织（Interleaving）
- 步骤：采用块交织或卷积交织，将RS编码后的数据按行写入矩阵、按列读出，或通过移位寄存器进行段间卷积交织
- 作用：把连续的突发错误分散为单个随机错误，有利于纠错。例如，(208,52)交织器可将突发错误分散到52个数据段中，纠突发错误能力 = I·t = 52×10 = 520字节
卷积编码（内编码）
- 步骤：使用1/2比率的4状态反馈卷积编码器，输入1位比特生成2位输出，采用软判决维特比译码
- 作用：进一步引入冗余信息，通过增加码流的最小自由距离提升抗噪能力，适应地面广播的干扰环境