1.4 电视扫描原理

由光电转换原理可知，将空间的光图像转换成随时间变化的电信号，及把随时间变化的电信号还原成平面光图像，都是借助于电视扫描来完成的。现代电视系统，均采用电子扫描方式。

1.4.1 扫描原理

为了实现电子扫描，需要在电子束通过的路径上施加力的作用，使之产生偏转。电视技术中采用了磁偏转的方法来控制电子束的扫描运动。在电视系统中，摄像管与显像管外面都装有行与场两对偏转线圈：一对是水平偏转线圈（行偏转线圈），用于产生水平偏转磁场（行偏转线圈产生竖直方向的磁场，使电子束向水平方向偏转）；另一对是垂直偏转线圈（场偏转线圈），用于产生垂直偏转磁场（场偏转线圈产生水平方向的磁场，使电子束向垂直方向偏转）。下面以显像管扫描为例介绍。

假定只在行偏转线圈中通以锯齿波电流，如图1-1 8所示，当此电流线性增长时（t1～t3），电子束在偏转磁场的作用下，从左到右做匀速直线扫描，此为行扫描的正程。正程结束时（t3）电子束扫到屏的右边，接着偏转电流很快地减小（t3～t5），电子束就从右到左很快地扫描，此为行扫描的逆程（回程）。行扫描正程时间THS与逆程时间THr之和为行扫描周期TH。当电子束只有水平扫描而无垂直扫描时，荧光屏上将呈现一条水平亮线。

假定只在场偏转线圈中通以锯齿波电流，如图 1-19 所示，电子束在场正程时间（TVS）自上而下做直线扫描，在场逆程时间（TVr）自下而上作很快扫描。两者完成整个场周期（TV）扫描。此时荧光屏上将出现一条垂直亮线。

如果在显像管的两对偏转线圈里分别通以行、场锯齿波电流，电子束同时受到两个偏转力的作用，既作水平扫描又作垂直扫描。由于水平扫描的速度快，垂直扫描的速度相对的慢一些，我们就会发现电子束由左上角开始一行一行往下扫，直至扫过整个屏幕。如果扫描速度足够快，并且每行的间隔又足够小，则由于视觉特性，我们将分不清点与线，只看到荧光屏上一片均匀的亮度，这就是光栅（参见图 1-15）。由此可知，光栅实质上是电子束在荧光屏上打出来的亮点汇聚而成的，每一个亮点相当于一个像素。

电视技术中，扫描正程用于传送图像信息，扫描逆程则用于传送辅助信息如同步信号和消隐信号，并为下一行（或场）的扫描做准备。

1.4.2 两种扫描方式

扫描方式分为逐行扫描和隔行扫描两种。我国电视广播采用的是隔行扫描，而一些新型彩色电视和电脑显示器具有逐行扫描和隔行扫描两种工作模式。

1．逐行扫描

逐行扫描的英文单词是Progressive，人们常用这个单词的第一个字母“P”（或“p”）来表示逐行扫描。我们平时在一些电子产品（电视机、显示器、摄像机等）技术资料中看到的1080P、720P、480P，其中的“P”表示的就是逐行扫描。

所谓逐行扫描，就是将一帧画面作一场来扫描，电子束从左到右，从上到下一行接一行依次扫描完整幅图像，如图1-20所示。图1-20（a）中的实线表示行扫描正程，虚线表示行扫描逆程。电视是在扫描正程时间传送图像的，而在逆程时间内不传送图像，因此需将逆程时间的回扫线消隐掉，使屏幕上只有水平正程扫描线。电子束的垂直方向从A到B完成一帧（或场）扫描，称为帧（或场）扫描正程；再从B回到A的过程，称为帧（或场）扫描逆程。场扫描正程时间加上逆程时间称为场周期TV。这里需要特别指出的是，由于场扫描逆程的时间远远大于行扫描周期，所以从B回到A的场逆程扫描的轨迹不是一条直线，而是进行多次左右折射的扫描，如图 1-20（b）所示。与消除行逆程扫描线的道理一样，为使屏幕上不出现场回扫线，场逆程也要加以消隐。将行、场逆程扫描线（回扫线）消去后，只有正程扫描线的光栅如图1-20（c）所示。

逐行扫描方式虽然简单，但若采用这种方式，帧频要达到 45Hz 以上（逐行扫描帧频与场频是相等的），人眼才不会感到有明暗相间的闪烁现象。美国播出黑白电视时采用场频为60Hz，NTSC 彩色电视广播后其场频改为 59.94Hz，降低了千分之一。电视的场或帧频一般都是与当地电网频率相同的。

逐行扫描方式的优点是图像细腻、无行间闪烁，缺点是视频信号带宽太宽（视频图像信号的频带宽度高达12MHz），信号传输时对频谱资源太浪费。

2．隔行扫描

隔行扫描（Interlace，简称“I”或“i”），一些电子技术资料上标的1080i、720i、480i、625i等中的“i”表示的就是隔行扫描。

将一帧画面分成两场来扫描，第一场扫描1、3、5等奇数行，形成奇数场图像；接着扫描第二场，即扫2、4、6等偶数行，形成偶数场图像，使两场图像正确镶嵌在一起，从而获得一幅完整的图像，这种扫描方式称为隔行扫描，其原理如图1-21所示。奇数场与偶数场的叠加图像如图1-22所示。

两场光栅均匀交错是对隔行扫描的基本要求，否则垂直清晰度将大为下降。为了使偶数场光栅镶嵌在奇数场之间，每一场必须包含半行扫描，这就要求每一帧的扫描行数为奇数行。例如，我国采用625行的隔行扫描制，每一场的扫描行数为312.5行；而有的国家则采用525行，每场扫描行数为262.5行。

采用隔行扫描技术后，虽然一幅图像的扫描行数仍然是626行，帧频却降为25Hz，一幅图像分两场传送，这样对图像的垂直分解力没有影响，而且场频仍为50Hz，避免了闪烁（但仔细看还是存在图像行间闪烁问题）。在不影响水平分解力的条件下，采用隔行扫描技术的视频图像信号的频带宽度仅为（指行频、场频相同的）逐行扫描的一半，即 6MHz，这样可以有效利用频谱资源。

另外，电脑显示器具有逐行扫描和隔行扫描两种工作模式，能够根据显卡送来的信号自动切换工作模式。

3．我国电视标准中有关扫描参数的规定

我国电视广播采用的是隔行扫描方式，我国电视标准规定：

每帧扫描行数Z=625行（每帧正程扫575行，逆程扫50行）；每场扫描行数为Z/2=312.5行（每场正程扫287.5行，逆程扫25行）

行频（行扫描频率）fH=15 625Hz

行扫描周期（行周期）TH=64μs

行扫描正程时间THS=52μs

行扫描逆程时间THr=12μs

每秒传输25帧画面，即帧频为fF=25Hz；场频（场扫描频率）fV=50Hz

场扫描周期（场周期）TV=20ms

场扫描正程时间TVS=18.4ms

场扫描逆程时间TVr=1.6ms