電視原理與現(xiàn)代電視系統(tǒng)：第3章 廣播電視系統(tǒng)

1、第3章 廣播電視系統(tǒng)電視： 通過通信線路把現(xiàn)場的或記錄的景物在一定距離之外以圖像的形式重現(xiàn)的技術。電視系統(tǒng)的組成： 電視信號的產生、變換、處理、傳輸、記錄、與重放、接收與顯像等環(huán)節(jié)。電視系統(tǒng)的分類：1 廣播電視系統(tǒng)與應用電視系統(tǒng)；2 有線與無線電視系統(tǒng)；3 模擬與數(shù)字電視系統(tǒng)；4 普通與高清晰度電視系統(tǒng)；5 單業(yè)務與多業(yè)務電視系統(tǒng)。3.1 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。發(fā)送系統(tǒng)： 各種電視信號源、信號處理與發(fā)射設備 廣播

2、電視系統(tǒng)的接收端（簡稱電視機）的工作原理: 略。接收系統(tǒng)：天線和接收機廣播電視系統(tǒng)的發(fā)送端的工作原理：略。圖31 廣播電視系統(tǒng)的組成方框圖3.2 電視信號的產生電視信號的分類： 電視圖像信號和電視伴音信號。視頻電視信號： 電視信號源產生的電視信號稱為視頻電視信號。射頻電視信號： 發(fā)射機發(fā)射的信號稱為射頻信號。3.2.1 彩色電視攝像機視頻信號源：1 攝像機、測試信號發(fā)生器等。2 電視實況轉播車、衛(wèi)星、微波中繼線路 等。3飛點掃描器攝像機是電視系統(tǒng)的最重要的信號源,其性能的優(yōu)劣往往對整個電視系統(tǒng)的質量有著舉足輕重的作用。因此,對攝像機的要求很高。對攝像機的性能要求主要有: 1、分辨率要高。好的水

3、平分辨率可達750線, 差的也不能小于300線。 2、彩色逼真,輪廓清晰,灰度分明。 3、失真與干擾要小。 4、靈敏度要高。較好的攝像機的靈敏度 約在40lx左右。 5、鏡頭口徑及變焦比要高。一般采用 1015倍的變焦鏡頭即可。 6、使用特性要好。這要求調節(jié)簡單,使用 靈活方便及小型輕便等。彩色電視攝像機的基本組成 目前，實用化的彩色攝像機主要是三管彩色 攝像機和單管彩色攝像機兩種。各種攝像機 的構造類似,一般由以下幾部分組成： 攝像機頭。包括鏡頭、分光系統(tǒng)、攝像管、 預放器、掃描電路、尋像器、攝像管電源及 附屬設備等。(2) 視頻信號處理部分。主要包括視頻放大、增 益調整、白電平調整、黑電平

4、調整、電纜校 正、黑斑校正、輪廓校正、彩色校正、校 正、雜散光補償、矩陣電路及消隱電路等。(3) 編碼器、同步機和彩條信號發(fā)生器。 1 三管（片）式彩色攝象機 4、彩色同步機：5、彩條發(fā)生器：產生基準副載波和各種同步信號供調整與維修使用攝象機采用的攝象器件-攝像管： 攝象管的定義： 利用電子束對象素進行掃描，讀取電荷 形成電視圖象信號。攝像管是攝像機中的光電轉換器件,也是攝像機的關鍵器件之一。攝像管的質量、體積和種類決定著攝像機的質量、體積和調節(jié)方式。超正析象管： 略。攝像管的發(fā)展：光電導型攝象管： 略。2、CCD固體攝象器件CCD 是電荷耦合器件的簡稱，它是一種金屬氧化物半導體集成電路器件。

5、CCD攝像管特點壽命長：一般為20年左右成本低：沒有機械裝配及附屬裝置機械性能好：耐震、耐撞體積小：沒有玻璃真空管及電子強等重合精度高：CCD與鏡頭固定牢靠、匹配精度高暫留特性好：適于拍攝運動圖像CCD攝像管的缺點： 主要是存在垂直拖尾現(xiàn)象，但采用幀行間轉移(適合)型CCD可以基本克服這種現(xiàn)象。a、CCD電偶合器件CCD一個電極結構 CCD 的工作原理。 CCD：能將入射光變?yōu)殡姾砂▌葳澹?，并對電荷包加以儲存和轉移的器件包括： 光電轉換、信號電荷積累、電荷轉移三個過程。1、光電轉換與電荷積累： 硅晶體受到光照射時，半導體由于光激發(fā)，在晶體內部會產生電子空穴對。由此產生電子，形成電荷包。勢阱內

6、電荷的數(shù)目與該處所受光照的強弱成正比。 把一個景物的光像投射到CCD面陣上時，就會在CCD面陣上 形成由積累電荷描繪的電子圖像，從而完成光電轉換與信息的存儲 。2、電荷轉移原理電荷轉移原理： 以三相 CDD為例說明。實質： 一種移位寄存器。說明： 當電荷從器件始端依次傳送到末端時，可通過反偏的PN結來收集，并經放大后順序讀出圖像信號。CCD的隔行掃描： 每個象素在垂直方向上大致包含三個電極范圍。CCD陣面結構CCD 面陣的分類： 幀轉移（FT）方式行轉移（LT）方式行間轉移（LLT）方式幀行間轉移（FIT）方式幀轉移（FT）方式靈敏度較高，并容易防止暈斑現(xiàn)象（Blooming），時鐘電路也簡單

7、。但是器件表面尺寸較大。行間轉移（LLT）方式光敏單元彼此分開略。3.光學系統(tǒng) 322飛點掃描器 略。 3.2.3 錄放像機略。3.3 電視信號的處理 從攝像管輸出的信號，在進入編碼器之前需要進行一系列的校正處理。這些處理除預放及反雜波校正（高頻補償）在機頭內完成外，其余都在控制臺進行，包括電纜校正、黑斑校正、輪廓校正、灰度校正。直流分量恢復和彩色校正等。 此外，視頻信號還要送入中心機房的導演室，進行另外的加工處理。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，需要在攝像機機頭內緊靠攝像管處設置預放器，將微弱信號放大。若預放器的輸出信雜比比較低（低于45dB），則在電視接收

8、機屏幕上會出現(xiàn)雪花狀的雜波干擾，通常在攝像機頭內設置有雜波抑制電路或反雜波校正電路。一、預放器的輸入電路幅頻特性：R = 反雜波校正電路 幅頻特性：校正后的幅頻特性：2.電纜校正攝像機頭離控制臺(調像臺)往往比較遠,從機頭到調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。所以，在調像臺要進行高頻分量的提升處理使衰減的高頻分量得到補償。方法： 電纜校正放大器。3.黑斑校正黑斑效應（Shading）:電視圖象的底色不均勻性，整個圖象中出現(xiàn)大面積暗斑或色斑的現(xiàn)象。1、分色棱鏡（或二向分色棱鏡）的色漸變效應（單 色光的顏色呈現(xiàn)不均勻現(xiàn)象）；2、攝象管鏡頭的亮度不均勻性；

9、3、攝象管靶面靈敏度及暗電流的不均勻性，或投射 背景光的不均勻；4、掃描的非線性以及聚焦和電子束垂直上靶的不均 勻性產生原因：黑斑效應有兩種形式：疊加型黑斑：是在沒有發(fā)生畸變的圖像信號上疊加了一個不均勻的附加信號。校正方法：產生一個與附加信號波形相反的校正信號。乘積型黑斑： 是圖像信號受到附加信號的調制而產生的。校正方法： 用與附加信號波形相反的信號對有畸變的圖像信號進行再調制。4. 輪廓校正(孔闌校正)基于孔闌效應進行的處理稱為輪廓校正或孔闌校正。方法：應采用提升高頻端的幅頻特性而不改 變其相頻特性的方法。 取出圖像中與亮度突變的圖像邊緣相對應的部分，經過加工處理后再加到原信號中去，補償信號

10、中這些因孔闌效應而造成變化銳度下降的部分，從而提高圖像的清晰度。 孔闌效應孔闌效應： 豎直圖象的細節(jié)比電子束的直徑更小，則會完全反映不了這種細節(jié)的變化實現(xiàn)方法：人為的“增強圖象中的輪廓 和細節(jié)的分界線 5.直流恢復(略)實現(xiàn)：箝位電路，恢復基準直流電平原因：交流耦合傳輸信號進行非線性變換之前，一般都要先行鉗位再變換。6.灰度校正(校正)7.彩色校正8.時基校正（略）攝象機的光譜響應特性應與接收端顯象三基色的混色曲線相一致 由于顯像管和攝像管光電轉換特性的非線性，會引起收、發(fā)圖像的亮度失真，從而引起灰度畸變。3.3.2 切換及特技處理略3.4 電視信號形成3.4.1 視頻全電視信號形成攝像機輸出

11、的R、G、B信號，經校正后，與各種同步信號一起輸入到編碼器，加工后形成彩色視頻全電視信號輸出。編碼器的基本結構： 矩陣電路、亮度信號通道、色度信號通道、同步信號電路、和混合電路。同步機產生的同步信號：略。3.4.2 射頻電視信號形成視頻全電視信號（包括伴音信號）只有通過調制和混頻后，才能形成射頻全電視信號發(fā)射出去。1 地面廣播電視系統(tǒng)射頻電視信號形成使用頻段： 超短波。 甚高頻（VHF）： 48223MHz， 特高頻（UHF）： 470 566MHz，606 958MHz。調制方式： 圖像采用VSB調幅， 伴音信號本身的頻帶很窄，采用調頻。 圖像信號和伴音信號采用不同的調制方式的好處： 略。圖

12、像信號的殘留邊帶調幅： 發(fā)送一個完整的上邊帶和一小部分下邊帶，抑制 大部分另一下邊帶。采用殘留邊帶調制的原因 1、如果采用調幅雙邊帶，帶寬為12MHz，容納電視頻道少2、如果采用調幅單邊帶，可以將已調波頻帶壓縮到6MHz，但是存在著以下缺點:a、必須讓雙邊帶調幅信號通過頻帶銳截止的單邊帶濾波器b、解調信號存在失真3、如果采用殘留邊帶調制，則可以克服以上缺點發(fā)送端的幅頻特性。不正確的接收機頻率特性及檢波輸出正確的接收機頻率特性及檢波輸出返回殘留邊帶調幅的幅頻特性優(yōu)點：已調信號的頻帶較窄接收機的中頻特性：缺點：VSB低頻分量振幅較大，使圖像對比度增加，而高頻分量相對較小，影響清晰度。調制極性的選擇

13、： 負極性調制采用負極性調制的優(yōu)點：3、 還便于同步頂用作基準電平進行自動增益控制（AGC）。伴音信號調制方式： 調頻 伴音信號的頻率范圍：50Hz 15 KHz為了提高伴音信號的接收質量，送往伴音發(fā)射機的伴音信號經過調頻后變成寬帶信號。B=2(fm+Fmax)=2(50+15)=130kHz伴音信號的帶寬：頻譜：缺點： 音頻的低端與高端的調頻指數(shù) 相差很大。高頻的 很小，使高頻端的抗干擾能力變差。射頻全電視信號頻譜及頻道劃分每個電視頻道間隔8MHz，共有68個頻道。我國電視頻道在VHF和UHF頻段共分為68個頻道。2 衛(wèi)星廣播電視微波頻段帶寬很寬微波頻段頻率高，波長短微波頻段不易受大氣擾動噪

14、聲影響微波能夠穿過電離層微波段業(yè)務相對較少微波頻段的特點：GSM900兆頻段：880915MHz（手機發(fā) 基站收），F(xiàn)=25M935960MHz（基站發(fā) 手機收），（125個頻道）GSM1800兆頻段：17101785MHz（手機發(fā) 基站收）， F=25M 18051880MHz（基站發(fā) 手機收），（375個頻道）CDMA800兆頻段：824849MHz（手機發(fā) 基站收）, F=25M869894MHz（基站發(fā) 手機收）IMT2000（第三代）：18852025MHz（手機發(fā) 基站收）, F=140M21102200MHz（基站發(fā) 手機收）, F=90MGSM系統(tǒng)相臨基站的工作頻道必須隔開CD

15、MA系統(tǒng)相臨基站可工作于同一頻道我國移動通信系統(tǒng)的頻率目前我國的四家最大運營商實際占用的頻段情況如下： 中國移動 ：上行 下行 ：上行 下行 中國聯(lián)通 ：上行 下行 ：上行 下行 ：上行 下行 中國電信 ： 中國網(wǎng)通 ： 835839 MHz移動臺發(fā)(解放軍支持)880884 MHz移動臺收(解放軍支持)衛(wèi)星廣播下行頻段另外，傳統(tǒng)的，國際電聯(lián)規(guī)定用于地面通信、中繼通信、微波通信與衛(wèi)星通信的C波段（3.74.2GHz）也可以傳輸電視。表33 我國C波段頻道劃分 (2) 調制方式。 信噪比與帶寬可以互換，因此，在BSTV中，為了 得到一定的信噪比，在不增加信號發(fā)射功率的條件 下，只有犧牲帶寬，也就

16、是要采用寬帶調制，一般 用調頻方式，即圖像信號對主載波調頻。常用的調制方式： FMFM方式。 PCMFDMFM方式。 MAC方式。 (3) 衛(wèi)星電視信號的能量擴散。幾種MAC制的性能指標3.5 電視信號發(fā)射按工作頻率范圍分類：VHF、UHF發(fā)生機；按發(fā)射功率分類：小型發(fā)射機(1kW)、中型發(fā)射機(10kW)；按信號調制分類：直接調制式、中頻調制式；按放大方式分類：雙通道發(fā)射機、單通道發(fā)射機。發(fā)射機的組成：電視圖像發(fā)射機和伴音發(fā)射 2. 電視發(fā)射機的工作原理 目前,常用的中頻調制電視發(fā)射機有兩種形式,即雙通道電視發(fā)射機和單通道電視發(fā)射機。 雙通道發(fā)射機的工作原理：略。 單通道發(fā)射機的工作原理：略

17、。電視發(fā)射機的組成框圖（a) 雙通道電視發(fā)射機（b) 單通道電視發(fā)射機電視發(fā)射機主要指標伴音載頻與圖像載頻頻距：6.5MHz標稱射頻頻道寬度：8MHz頻道下限與圖像載頻頻距：-1.25MHz 圖像信號住邊帶標稱寬度：6MHz圖像信號VSB標稱帶寬：0.75MHz圖像信號調制方式與調制極性：振幅調制負極性伴音調制方式：調頻圖像發(fā)射機與伴音發(fā)射機功率比：10:115:13.6電視信號的無線傳輸及擴大電視覆蓋范圍的方法 3.6.1 電視信號的無線傳輸 1.電視信號的傳播特性 (1) 視距傳播。 沿直線方向傳播到直接可見的地方， 即視距傳播。 視距(最大直視距離)與發(fā)射天線和接收天線的高度有關。設發(fā)射

18、天線和接收天線的高度分別為h1和h2,則視距d為 h1和h2以m為單位。 實際上，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,有效傳播距離d比視距會稍遠些,近似為：結論：提高發(fā)射天線或接收天線的高度可擴大電視的覆蓋范圍。(2) 多徑傳播。 電視信號經過地面或遇到障礙物就會產生反射，直射信號和反射信號在接收天線上相互干擾，形成多經傳播。 結果：重影。（3）繞射傳播 在傳播途徑中遇到大障礙物時，電波會繞過障礙物 向前傳播，這種現(xiàn)象叫做電波的繞射。 結論： 電磁波的繞射能力差，因此，在高大障礙物后面常常會形成“陰影區(qū)”，在“陰影區(qū)”，電視信號的接收質量較差。2. 電視信號場強

19、的估算 場強：接收信號的強弱值叫場強。 電視接收質量與接收到的電視信號的場強有關，離電視臺越近，電視信號的場強越大。 接收點場強可用下式來估算: P:發(fā)射臺輻射功率 。 G:與半波振子天線增益之比的相對增益 r:收發(fā)間的距離； ：為工作頻帶中心頻率波長； 、 ：為發(fā)收天線高度。表35 圖像質量與接收場強關系表3.6.2 擴大電視覆蓋范圍的方法 主要有三種： 微波中繼、電視差轉、及衛(wèi)星電視廣播。1、微波中繼 微波中繼又稱微波接力,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。 微波接力信道的構成： 端站、中繼站及傳輸空間構成。 端站的構成：略。圖32

20、3 微波接力信道的構成中繼站的主要作用： 是放大所傳輸?shù)碾娨曅盘?，補償信號在傳輸過程中的衰減，同時還要向兩個方向轉發(fā)信號，將收到的信號經過變頻、放大等處理再送致下一個接力站。中繼站的構成： 兩部收發(fā)信機。中繼站的形式： 一種是樞紐站，另一種是分路站。樞紐站：是干線分支的中繼站。分路站：需要解調出所傳輸?shù)碾娨曅盘?，用功率分配器等把所接收的電視信號分成幾路，其中一路是傳向下一微波接力站的?(a)端站 (b)中繼站微波中繼有以下優(yōu)點: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。傳輸信號質量高。 微波線路傳送的電視信號的質量比用短 波或超短波傳送的質量要高。這是由于微波

21、的 直射性好,性能穩(wěn)定,抗干擾能力強,且微波中繼線 路通常為專用線路?？呻p向傳輸。 雙向傳輸可以實現(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。缺點：略。 電視差轉是電視差頻轉播的簡稱,它也是一種電視 中繼或轉播措施。電視差轉的主要功能是將接收到 的主臺(或稱骨干臺)某頻道的電視節(jié)目,經過差轉機 的頻率變換、放大后,再用另一頻道發(fā)射出去,從而 擴大主臺的覆蓋范圍或服務面積。使用差轉臺來擴大電視覆蓋范圍的優(yōu)點：2、電視差轉機1、適用性強，可根據(jù)某一地區(qū)的特點、用戶的多少以及用戶的分布情況來選擇差轉機的功率、差轉臺的規(guī)模和臺址。 2、建差轉臺的費用較低，易于管理。缺點： 是超短波傳送，

22、受氣候影響較大，覆蓋范圍不太穩(wěn) 定，對轉播質量有影響。差轉機的構成： 接收和發(fā)射兩部分。分類： 一次變頻、二次變頻、單通道發(fā)射和雙通道發(fā)射。一次變頻單通道發(fā)射機 工作原理：略。優(yōu)點： 電路結構簡單，成本低。缺點： 收發(fā)隔離度差，容易產生收發(fā)干擾。特別是當發(fā)射頻道較低時，本振頻率也較低，其諧波成分容易落入發(fā)射頻道中，造成圖像的網(wǎng)紋干擾，影響接收效果。二次變頻單通道差轉機。 工作原理： 先將接收頻道的高頻信號變成中頻信號，然后再由中頻信號轉換成發(fā)射頻道的高頻信號，再由天線發(fā)射出去。優(yōu)點： 1，本振頻率高，其諧波不易造成網(wǎng)紋干擾； 2，中頻頻率低，中放可高增益穩(wěn)定工作，也便 于進行自動增益控制（AGC）。缺點：結構復雜，成本高。 圖326 二次變頻單通道差轉機框圖二次變頻雙通道差轉機。 將圖像信號和伴音信號分別進行處理的差轉機叫雙通道差轉機。雙通道差轉機的特點: 1、圖像信號和伴音信號分開處理,互調失真小。 2、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。 3、對功放的要求降低。 4、結構復雜,造價高。圖327 二次變頻雙通道差轉機框圖3、 衛(wèi)星電視廣播 定義： 利用地球同步衛(wèi)星作為傳遞電視信號的中繼 站，來實現(xiàn)的電視廣播稱為衛(wèi)星電視廣播。它也是 一種擴大電視覆蓋范圍、實現(xiàn)遠距離電視傳送的電 視中繼或轉播方法。