第3章 廣播電視系統(tǒng)

1、第第3章章 廣播電視系統(tǒng)廣播電視系統(tǒng)3.1 廣播電視系統(tǒng)概述廣播電視系統(tǒng)概述3.2 電視信號的產(chǎn)生電視信號的產(chǎn)生3.3 電視信號的處理電視信號的處理3.4 電視信號的形成電視信號的形成3.5 電視信號的發(fā)射電視信號的發(fā)射3.6 電視信號的無線傳輸及擴(kuò)大電視電視信號的無線傳輸及擴(kuò)大電視 覆蓋范圍的方法覆蓋范圍的方法3.7 電視信號的接收電視信號的接收3.1 廣播電視系統(tǒng)概述廣播電視系統(tǒng)概述 廣播電視系統(tǒng)是一種用于廣播的非專用電視系統(tǒng)。由于它一般采用無線電方式進(jìn)行信號傳輸,因此,廣播電視系統(tǒng)也可稱為無線電視系統(tǒng)或開路電視系統(tǒng)。目前,廣播電視系統(tǒng)主要是廣播這一單一業(yè)務(wù)。圖31 廣播電視系統(tǒng)的組成方框

2、圖3.2 電視信號的產(chǎn)生電視信號的產(chǎn)生 3.2.1 彩色電視攝像機(jī) 攝像機(jī)是電視系統(tǒng)的最重要的信號源,其性能的優(yōu)劣往往對整個(gè)電視系統(tǒng)的質(zhì)量有著舉足輕重的作用。因此,對攝像機(jī)的要求很高。對攝像機(jī)的性能要求主要有: 分辨率要高。好的水平分辨率可達(dá)750線,差的也不能小于300線。 彩色逼真,輪廓清晰,灰度分明。 失真與干擾要小。 靈敏度要高。較好的攝像機(jī)的靈敏度約在40lx左右。 鏡頭口徑及變焦比要高。一般采用1015倍的變焦鏡頭即可。 使用特性要好。這要求調(diào)節(jié)簡單,使用靈活方便及小型輕便等。 1.彩色電視攝像機(jī)的基本組成 目前,實(shí)用化的彩色攝像機(jī)主要是三管彩色攝像機(jī)和單管彩色攝像機(jī)兩種。各種攝像

3、機(jī)的構(gòu)造類似,一般由以下幾部分組成: (1)攝像機(jī)頭。包括鏡頭、分光系統(tǒng)、攝像管、預(yù)放器、掃描電路、尋像器、攝像管電源及附屬設(shè)備等。 (2)視頻信號處理部分。主要包括視頻放大、增益調(diào)整、白電平調(diào)整、黑電平調(diào)整、電纜校正、黑斑校正、輪廓校正、彩色校正、校正、雜散光補(bǔ)償、矩陣電路及消隱電路等。 (3)編碼器、同步機(jī)和彩條信號發(fā)生器。 ? 圖32 示出了三管式彩色攝像機(jī)的基本組成。 2.攝像管 攝像管是攝像機(jī)中的光電轉(zhuǎn)換器件,也是攝像機(jī)的關(guān)鍵器件之一。攝像管的質(zhì)量、體積和種類決定著攝像機(jī)的質(zhì)量、體積和調(diào)節(jié)方式。 (1) 光電導(dǎo)攝像管。 (2) CCD攝像管。 壽命長。 成本低。 機(jī)械性能好,耐震、耐

4、撞,不怕強(qiáng)光照射。 重合精度高。攝像管與鏡頭固定牢固,匹配精確。 暫留特性好,適于拍攝運(yùn)動圖像。? CCD攝像管的缺點(diǎn)主要是存在垂直拖尾現(xiàn)象,但采用幀行間轉(zhuǎn)移(適合)型CCD可以基本克服這種現(xiàn)象。 CCD的構(gòu)成。 CCD的工作原理。 CCD的隔行掃描。 CCD攝像機(jī)。 3.光學(xué)系統(tǒng) 光學(xué)系統(tǒng)也是彩色攝像機(jī)的重要組成部分,它不僅對攝像機(jī)的光譜響應(yīng)特性有影響,而且也影響所攝取的景物及其彩色。?$圖33 CCD的一個(gè)電極結(jié)構(gòu)圖 圖34 一個(gè)面陣CCD的結(jié)構(gòu)圖35 CCD電荷轉(zhuǎn)移原理圖圖36 四相CCD的隔行掃描 3.光學(xué)系統(tǒng) 光學(xué)系統(tǒng)也是彩色攝像機(jī)的重要組成部分,它不僅對攝像機(jī)的光譜響應(yīng)特性有影響,

5、而且也影響所攝取的景物及其彩色。彩色攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)主要由變焦距鏡頭、分色鏡、中性濾光片和色溫濾光片組成(圖32)。? 3.2.2 飛點(diǎn)影片掃描器 在電視電影攝像機(jī)中,常常用到的一種設(shè)備叫飛點(diǎn)影片掃描器,簡稱飛點(diǎn)掃描器FSS(飛揚(yáng)的SpotScanner)。其組成和工作原理如圖37所示。 圖37 飛點(diǎn)掃描器 3.2.3 錄放像機(jī) 視頻磁帶記錄就是把視頻電視信號(電信號)以剩磁的形式記錄在磁帶上。存儲記錄方式可以是模擬式,也可以是數(shù)字式。數(shù)字式有許多優(yōu)點(diǎn),如失真、雜波小和復(fù)錄對圖像質(zhì)量的影響小,可采用多磁頭并行錄放技術(shù)來解決最短記錄波長及磁帶磁帶相對速度的最高值受限問題等。目前,磁帶錄像機(jī)的種類

6、十分繁多,但可歸為三大類,即: (1)U型機(jī)或稱Umatic。它采用3/4英寸磁帶,在電視廣播中用得較多。 (2)型機(jī)或稱max。它采用1/2英寸磁帶。 (3)VHS。它也采用1/2英寸磁帶。3.3 電視信號的處理電視信號的處理 3.3.1 校正處理 1.反雜波校正 由攝像管輸出的信號非常微弱,需要在攝像機(jī)機(jī)頭內(nèi)緊靠攝像管處設(shè)置預(yù)放器,將微弱信號放大。通常在攝像機(jī)頭內(nèi)設(shè)置有雜波抑制電路或反雜波校正電路。 圖38 視頻電視信號的處理 2.電纜校正 攝像機(jī)頭離控制臺(調(diào)像臺)往往比較遠(yuǎn),從機(jī)頭到調(diào)像臺的傳輸電纜就比較長,其分布參數(shù)會使圖像信號的高頻分量跌落,影響圖像清晰度。 3.黑斑校正 由于多種

7、原因,如攝像機(jī)鏡頭各區(qū)域亮度不均勻,投射在光電靶面的背景光不均勻及電子束在靶面邊緣不能垂直上靶等,會使重現(xiàn)圖像出現(xiàn)黑斑或色斑。 4.輪廓校正(孔闌校正)5.直流恢復(fù)6.灰度校正(校正) 7.彩色校正8.時(shí)基校正 3.3.2 切換及特技處理 1. 電子編輯 電子編輯的方式通常有兩種,即插入和組合。 2. 特技處理 特技發(fā)生器的功能有: 切換 混合 劃變 軟鍵,主要是把黑白攝像機(jī)拍攝的圖案插入到節(jié)目圖像中去 鍵控,分為內(nèi)鍵和外鍵兩種 字幕疊加 底色變換 圖樣調(diào)制 邊框與邊線 定位。 此外,數(shù)字視頻特技的應(yīng)用也越來越廣泛。下面介紹幾種基本的特技處理方法。 (1) 切換。 快切換。 慢切換。 圖39

8、快切換原理圖圖310 錄像機(jī)自動播控系統(tǒng)圖311 慢切換的幾種方法圖312 劃變原理圖圖313 字幕疊加原理圖 (2)劃變。 (3)鍵控。 (4)字幕疊加。 (5)數(shù)字特技。 圖像的放大與縮小。 油畫效果。 瓷磚效果。 畫面凍結(jié)。 裂像效果。 鏡像效果。 倒影。 多畫面與畫中畫(PIP)。 三維特技效果。 3.4 電視信號的形成電視信號的形成 3.4.1 視頻全電視信號的形成 電視臺在進(jìn)行節(jié)目聯(lián)播或作實(shí)況轉(zhuǎn)播時(shí),由于本臺的同步與外來的同步不一致,將會造成圖像翻滾,甚至丟失圖像。解決這一問題有以下三種方法。 (1) 幀同步器法。 (2) 臺從鎖相。 (3) 臺主鎖相。 圖314 幀同步器工作原理

9、 圖315 臺從鎖相 3.4.2 射頻電視信號的形成 1. 地面廣播電視系統(tǒng)射頻電視信號的形成 (1) 使用頻段。 (2) 調(diào)制方式。 圖像信號的殘留邊帶調(diào)幅。 伴音信號的調(diào)頻。 B=2(fm+Fmax)=2(50+15)=130kHz (31) (3) 射頻全電視信號的頻譜及頻道劃分。 圖316 殘留邊帶調(diào)幅的幅頻特性圖317 接收機(jī)中放幅頻特性圖318 負(fù)極性射頻圖像信號圖319 已調(diào)伴音信號的頻譜圖320 射頻全電視信號的頻譜 2. 衛(wèi)星廣播電視射頻電視信號的形成 (1)頻段劃分。 微波頻段頻率高,波長短,可使星上和地面的天線尺寸大大減小,增益提高,方向性增強(qiáng),從而減小衛(wèi)星的體積和重量,

10、降低對發(fā)射功率的要求,且可防止對鄰近區(qū)域的干擾 微波頻段不易受大氣擾動噪聲的影響 微波能穿過電離層 無線電業(yè)務(wù)已占用較低頻率,而微波頻段相對比較“空閑”。表31 我國電視頻道的劃分表 表32 衛(wèi)星廣播下行頻段 表33 我國C波段頻道劃分 (2) 調(diào)制方式。 FMFM方式。 PCMFDMFM方式。 MAC方式。 (3) 衛(wèi)星電視信號的能量擴(kuò)散。 表34 幾種MAC制的性能指標(biāo)3.5 電視信號的發(fā)射電視信號的發(fā)射 3.5.1 電視發(fā)射機(jī) 1.電視發(fā)射機(jī)的種類 電視發(fā)射機(jī)的種類主要根據(jù)電視圖像發(fā)射機(jī)的分類方法不同而有各種命名。就圖像發(fā)射機(jī)而言,可以有多種分類。 2. 電視發(fā)射機(jī)的組成及工作原理 電視

11、發(fā)射機(jī)由圖像發(fā)射機(jī)和伴音發(fā)射機(jī)組成。目前,常用的中頻調(diào)制電視發(fā)射機(jī)有兩種形式,即雙通道電視發(fā)射機(jī)和單通道電視發(fā)射機(jī),如圖321所示。 圖321 電視發(fā)射機(jī)的組成框圖 (a)雙通道電視發(fā)射機(jī) (b)單通道電視發(fā)射機(jī) 3. 電視發(fā)射機(jī)的主要指標(biāo) 根據(jù)我國的電視標(biāo)準(zhǔn),電視發(fā)射機(jī)有以下主要指標(biāo): 標(biāo)稱射頻頻道寬度:8MHz 伴音載頻與圖像載頻的頻距:6.5MHz 頻道下限與圖像載頻的頻距:-1.25MHz 圖像信號主邊帶標(biāo)稱帶寬:6MHz 圖像信號VSB標(biāo)稱帶寬:0.75MHz。 圖像信號調(diào)制方式及調(diào)制極性:振幅調(diào)制負(fù)極性 伴音調(diào)制方式:調(diào)頻,fm=50kHz,預(yù)加重時(shí)常數(shù)為50s。 圖像發(fā)射機(jī)與伴音

12、發(fā)射機(jī)的功率比:10 115 1,這是為圖像發(fā)射機(jī)與伴音發(fā)射機(jī)有相同的覆蓋范圍設(shè)置的 3.5.2 電視發(fā)射天線 電視發(fā)射天線,根據(jù)頻段的不同,主要分為VHF天線和UHF天線兩大類。 在實(shí)際中,常常使用多層蝙蝠翼天線。多層蝙蝠翼天線在水平面內(nèi)的方向圖與單層的基本相同,近似為一個(gè)圓。在垂直方向上,方向圖與層數(shù)有關(guān)層數(shù)越多,垂直方向性越尖銳,增益提高,遠(yuǎn)區(qū)場增加。多層蝙蝠翼天線的增益通常由下式確定:1.22SGN(32) 圖322 蝙蝠翼天線結(jié)構(gòu)3.6電視信號的無線傳輸及擴(kuò)大電視電視信號的無線傳輸及擴(kuò)大電視覆蓋范圍的方法覆蓋范圍的方法 3.6.1 電視信號的無線傳輸 1.電視信號的傳播特性 (1)視

13、距傳播。 視距(最大直視距離)與發(fā)射天線和接收天線的高度有關(guān)。設(shè)發(fā)射天線和接收天線的高度分別為h1和h2,則視距d為123.57()()dhhkm(33) 式中,h1和h2以m為單位。實(shí)際上,大氣層對電波會有一定的折射作用,從而會改變視距的大小。在正常折射時(shí),有效傳播距離d比視距會稍遠(yuǎn)些,近似為 (2) 多徑傳播。 (3) 繞射傳播。 124.12()()dhhkm(34) 2. 電視信號場強(qiáng)的估算 接收點(diǎn)場強(qiáng)可用下式來估算:31 23462sin()10(/)PGhhEV mrr(35) 表35 圖像質(zhì)量與接收場強(qiáng)關(guān)系表 3.6.2 擴(kuò)大電視覆蓋范圍的方法 1.微波中繼 微波中繼又稱微波接力

14、,它是在電視廣播傳送途中,建立許多微波中繼(接力)站,利用微波,把電視信號一站一站地傳送。 微波中繼有以下優(yōu)點(diǎn): 直射性好。微波的波長非常短,在cm或mm數(shù)量級,因此,其直射性能很好。 傳輸信號質(zhì)量高。微波線路傳送的電視信號的質(zhì)量比用短波或超短波傳送的質(zhì)量要高。這是由于微波的直射性好,性能穩(wěn)定,抗干擾能力強(qiáng),且微波中繼線路通常為專用線路。 可雙向傳輸。雙向傳輸可以實(shí)現(xiàn)中央臺和地方臺的各種電視節(jié)目的雙向交流,而不互相影響。圖323 微波接力信道的構(gòu)成圖 324微波接力站結(jié)構(gòu) (a)端站 (b)中繼站 2. 電視差轉(zhuǎn) 電視差轉(zhuǎn)是電視差頻轉(zhuǎn)播的簡稱,它也是一種電視中繼或轉(zhuǎn)播措施。電視差轉(zhuǎn)的主要功能是

15、將接收到的主臺(或稱骨干臺)某頻道的電視節(jié)目,經(jīng)過差轉(zhuǎn)機(jī)的頻率變換、放大后,再用另一頻道發(fā)射出去,從而擴(kuò)大主臺的覆蓋范圍或服務(wù)面積。 (1)一次變頻單通道差轉(zhuǎn)機(jī)。 (2)二次變頻單通道差轉(zhuǎn)機(jī)。 圖325 一次變頻單通道差轉(zhuǎn)機(jī)框圖 圖326 二次變頻單通道差轉(zhuǎn)機(jī)框圖圖327 二次變頻雙通道差轉(zhuǎn)機(jī)框圖 (3) 二次變頻雙通道差轉(zhuǎn)機(jī)。 雙通道差轉(zhuǎn)機(jī)的特點(diǎn): 圖像信號和伴音信號分開處理,互調(diào)失真小 分開處理的圖像信號和伴音信號與原來的電視信號相比,頻帶變窄,易于處理 對功放的要求降低 結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價(jià)高。3. 衛(wèi)星電視廣播 覆蓋面更大。 轉(zhuǎn)播電視節(jié)目質(zhì)量高。 費(fèi)用低。 適應(yīng)性強(qiáng)。 效率高。 圖328 衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng)組成 (1) 衛(wèi)星地面站。 (2) 衛(wèi)星星體。 (3) 地面接收網(wǎng)。 圖329 主發(fā)控站簡化框圖圖330 直接變換式轉(zhuǎn)發(fā)器框圖 3.7 電視信號的接收電視信號的接收 3.7.1 地面廣播電視信號的接收 地面廣播電視信號的接收非常簡單,用普通的家