第3章-廣播電視系統(tǒng)

電視系統(tǒng)按應(yīng)用特點(diǎn)劃分：●廣播電視系統(tǒng)●應(yīng)用電視系統(tǒng)按傳輸方式劃分：●無線電視系統(tǒng)●有線電視系統(tǒng)按傳輸信號劃分：●模擬電視系統(tǒng)●數(shù)字電視系統(tǒng)一個(gè)電視系統(tǒng)的功能應(yīng)包括電視信號的產(chǎn)生、變換、傳輸、記錄與重放、接收與顯像等。13.1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)。由于它一般接受無線電方式進(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3-1是一個(gè)廣播電視系統(tǒng)的組成方框圖。2包括攝象機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器、電視電影、幻燈、錄像、現(xiàn)場轉(zhuǎn)播、城際節(jié)目交換圖3-1廣播電視系統(tǒng)的基本框圖33.2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:●辨別率要高。好的水平辨別率可達(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?！耒R頭口徑及變焦比要高。（如10~15倍的變焦鏡頭）?！襁\(yùn)用特性好。要求調(diào)整簡潔,運(yùn)用敏捷便利及小型靈活等。41.彩色電視攝像機(jī)的基本組成目前,好用化的彩色攝像機(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、γ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。5圖3―2示出了三管式彩色攝像機(jī)的基本組成。62.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、體積和種類確定著攝像機(jī)的質(zhì)量、體積和調(diào)整方式。(1)光電導(dǎo)攝像管。(2)CCD(ChargeCoupledDevices)攝像管。●壽命長、成本低、體積小、重量輕?！駝蛘院谩缀鯖]有幾何失真?！駲C(jī)械性能好,耐震、耐撞,不怕強(qiáng)光照射。●重合精度高。攝像管與鏡頭固定堅(jiān)固,匹配精確。●暫留特性好,適于拍攝運(yùn)動(dòng)圖像。●CCD攝像管的缺點(diǎn)主要是存在垂直拖尾現(xiàn)象,但接受幀行間轉(zhuǎn)移(FIT)型CCD可以基本克服這種現(xiàn)象。7①CCD的構(gòu)成。

圖3―3CCD的一個(gè)電極結(jié)構(gòu)圖也叫勢阱，電壓越高，勢阱越深。CCD陣列可分為：●線陣CCD—同時(shí)存儲(chǔ)一行信號●面陣CCD—同時(shí)存儲(chǔ)完整的一副圖像信號，包括以下類型。幀轉(zhuǎn)移（FrameTransferFT)行轉(zhuǎn)移（LineTransfer，LT)、行間轉(zhuǎn)移（InterlineTransfer，IT)幀行間轉(zhuǎn)移（FrameInterlineTransferFIT).。8圖3―4(a)一個(gè)面陣CCD的結(jié)構(gòu)光敏區(qū)存儲(chǔ)區(qū)9圖3―5面陣CCD的幾種結(jié)構(gòu)形式(a)FT(b)IT場正程期間積累，場消隱期間轉(zhuǎn)移，每行正程期間從水平移位寄存器讀出一行，并在行消隱期間向前推動(dòng)一行。簡潔產(chǎn)生拖尾光敏部分和存儲(chǔ)部分以垂直列相間的形式組合，場正程期間在成像列積累信號電荷，場消隱期間一次轉(zhuǎn)移到相應(yīng)存儲(chǔ)列上。存儲(chǔ)列的信號在每一行消隱期間沿垂直方向下移一個(gè)單元，在行正程期間由水移位寄存器逐像素讀出信號。10幀行間轉(zhuǎn)移型CCD中電荷包從成像區(qū)向存儲(chǔ)區(qū)轉(zhuǎn)移是在場消隱期間進(jìn)行的，而在光屏蔽和存儲(chǔ)列中進(jìn)行，拖尾基本上不存在。(c)FIT11②CCD的工作原理。要經(jīng)過三個(gè)步驟，即光電轉(zhuǎn)換、電荷積累、轉(zhuǎn)移與讀出

●光電轉(zhuǎn)換與電荷積累當(dāng)光射到P型硅晶體上，由于激發(fā)而產(chǎn)生電子空穴對，電荷在電場作用下落入勢阱中。電子的數(shù)目與光強(qiáng)成正比?！耠姾赊D(zhuǎn)移12圖3―6CCD電荷轉(zhuǎn)移原理圖三相時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號（尋址轉(zhuǎn)移信號）13③CCD的隔行掃描圖3-7幀積累方式電荷轉(zhuǎn)移(a)奇數(shù)場；(b)偶數(shù)場幀積累的時(shí)間是1/25S，上場的電荷保留在光敏區(qū)，出現(xiàn)在下一場中，故有一場時(shí)間的延遲，這會(huì)引起動(dòng)態(tài)辨別率降低。14圖3-8場積累方式電荷轉(zhuǎn)移(a)奇數(shù)場；(b)偶數(shù)場場積累的時(shí)間為1/50S，而且具有以下特點(diǎn)：沒有一場的延遲、圖象垂直邊沿閃爍減小、寬的動(dòng)態(tài)范圍和抗彌散性好、但垂直方向辨別率略有降低。15圖3―9四相CCD的隔行掃描16

④CCD彩色攝像機(jī)●單片CCD攝象機(jī)

圖3-10接受GCFS濾色器的單片CCD彩色攝象機(jī)方框圖鑲嵌式濾色器，GreenFieldCheckerSequence17(a)(b)圖3-11（a）GCFS濾色器；（b）光敏單元與濾色器的相對位置關(guān)系每行只有兩種基色18圖3-12第n和n+1行上R、G、B電壓信號分別(a)第n行,(b)第n+1行第n行延遲后的n-1行19三片CCD攝象機(jī)的辨別率要比單片CCD機(jī)好的多。因而在廣播電視中常用三片機(jī)。圖3-13三片CCD彩色攝象機(jī)方框圖●三片CCD攝象機(jī)20

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。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3―2)。21圖3―14飛點(diǎn)掃描器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(FlayingSpotScanner)。其組成和工作原理如圖3―14所示。223.2.3錄放像機(jī)視頻記錄就是把視頻電視信號(電信號)記錄下來。存儲(chǔ)記錄方式可以是模擬式,也可以是數(shù)字式。數(shù)字式有很多優(yōu)點(diǎn),如失真、雜波小和復(fù)錄對圖像質(zhì)量的影響小。目前最廣泛的視頻記錄有：●磁帶記錄VTR（VideoTapeRecording)(1)U型機(jī)或稱Umatic。它接受3/4英寸磁帶,在電視廣播中用得較多。(2)β型機(jī)或稱β―max。它接受1/2英寸磁帶。(3)VHS。它也接受1/2英寸磁帶?！窦す庖暠PLD（LaserDisk)●視頻壓縮視盤（VideoCompactDisk)●數(shù)字視盤（DigitalVideoDisk)23圖3―15視頻電視信號的處理3.3電視信號的處理電纜校正、黑斑校正、輪廓校正、灰度校正、直流重量復(fù)原、彩色校正等視頻切換、絕技處理視頻預(yù)放大、高頻補(bǔ)償243.3.1校正處理1.反雜波校正由攝像管輸出的信號特別微弱,須要在攝像機(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。提高信噪比，進(jìn)行高頻補(bǔ)償。2.電纜校正攝像機(jī)頭離限制臺(tái)(調(diào)像臺(tái))往往比較遠(yuǎn),從機(jī)頭到調(diào)像臺(tái)的傳輸電纜就比較長,其分布參數(shù)會(huì)使圖像信號的高頻重量跌落,影響圖像清晰度。因此在調(diào)像臺(tái)要對高頻重量進(jìn)行提升。3.黑斑校正由于多種緣由,如攝像機(jī)鏡頭各區(qū)域亮度不勻整,投射在光電靶面的背景光不勻整及電子束在靶面邊緣不能垂直上靶等,會(huì)使重現(xiàn)圖像出現(xiàn)黑斑或色斑。254.輪廓校正(孔闌校正)電子束有限的截面積會(huì)產(chǎn)生孔闌效應(yīng)，從而影響清晰度。反映在信號頻譜上是使高頻端幅度發(fā)生跌落，而不影響相頻特性。因此可實(shí)行高端補(bǔ)償?shù)姆椒▉磉M(jìn)行校正。即取出圖象信號中的與亮度突變的圖象邊沿輪廓相對應(yīng)的部分，加工處理后再加到原信號當(dāng)中。5.直流復(fù)原由于有些電路接受溝通耦合，這樣會(huì)使圖象中的直流和低頻重量損失，從而使亮度畸變。通常利用鉗位電路來實(shí)現(xiàn)。6.灰度校正(γ校正)由于光電轉(zhuǎn)換的非線性，會(huì)因此圖象亮度失真，引發(fā)γ畸變。常用二極管來完成校正。267.彩色校正使攝象機(jī)的光譜響應(yīng)特性與顯象管的三基色混色曲線一樣。主要接受修正法與合成法。8.時(shí)基校正273.4電視信號的形成3.4.1視頻全電視信號的形成為了形成播出的全電視信號，必需產(chǎn)生各種同步信號。這須要一個(gè)同步機(jī)，主要產(chǎn)生行推動(dòng)信號H、場推動(dòng)信號V、復(fù)合同步信號S、復(fù)合消隱信號A、副載波F、色同步旗型脈沖K、PAL識別脈沖P等七種信號。電視臺(tái)在進(jìn)行節(jié)目聯(lián)播或作實(shí)況轉(zhuǎn)播時(shí),由于本臺(tái)的同步與外來的同步不一樣,將會(huì)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。28(1)幀同步器法。將外臺(tái)信號數(shù)字變換存儲(chǔ)起來，然后用本臺(tái)的同步信號限制讀出，見圖3-16圖3―16幀同步器工作原理29圖3―17臺(tái)從鎖相（2)臺(tái)從鎖相。本臺(tái)同步機(jī)受外來信號鎖定，如圖3-17。有外信號時(shí)鎖定，外信號消逝后自動(dòng)轉(zhuǎn)入內(nèi)鎖相同步。(3)臺(tái)主鎖相。將外來信號的各種節(jié)目源的同步信號鎖定在本臺(tái)同步機(jī)所產(chǎn)生的各種同步信號的頻率和相位上。303.4.2射頻電視信號的形成射頻信號—視頻全電視信號和伴音信號經(jīng)過載波調(diào)制后的信號。1.地面廣播電視系統(tǒng)射頻電視信號的形成(1)運(yùn)用頻段。在超短波范圍，甚高頻（VHF）段（48~223MHz）和超高頻（UHF）段（470~960MHz）(2)調(diào)制方式。為了提高頻段利用率，提高接受信號的信噪比，圖象信號接受殘留單邊帶調(diào)幅VBS，而伴音信號接受調(diào)頻FM。

31①圖像信號的殘留邊帶調(diào)幅。

圖3―18殘留邊帶調(diào)幅的幅頻特性VSB的特點(diǎn)●一種不勻整調(diào)制●已調(diào)信號窄，只有8MHz?！駷V波器比SSB簡潔實(shí)現(xiàn)●簡潔解調(diào)圖3―19接收機(jī)中放幅頻特性圖象中頻38MHz50%最小衰減20dB32對于圖象信號，一般接受負(fù)極性調(diào)制，這樣可具有以下優(yōu)點(diǎn)。●調(diào)幅信號的平均功率下降，工作效率高?！褚曈X對干擾信號不太敏感●簡潔實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益限制圖3-20負(fù)極性射頻圖象信號33②伴音信號的調(diào)頻。電視伴音信號的頻率范圍在50Hz~15kHz之間。我國規(guī)定伴音調(diào)頻信號的最大頻偏為50kHz。因此伴音調(diào)頻信號帶寬為：

B=2(Δfm+Fmax)=2(50+15)=130kHz(3―1)圖3―21已調(diào)伴音信號的頻譜由于在最大頻偏確定時(shí)，調(diào)制指數(shù)與調(diào)制頻率成反比，因此高頻端調(diào)頻指數(shù)mf很小，使高端抗干擾實(shí)力變差。可在放射端接受預(yù)加重措施，在解調(diào)時(shí)在去加重的方法加以補(bǔ)償。34圖3―22射頻全電視信號的頻譜(3)射頻全電視信號的頻譜及頻道劃分。3592~167MHz留給調(diào)頻廣播和無線電通信VHF36566~606MHz留給調(diào)頻廣播和無線電通信3738392.衛(wèi)星廣播電視射頻電視信號的形成(1)頻段劃分。衛(wèi)星廣播電視系統(tǒng)運(yùn)用微波波段。主要是因?yàn)椋骸裎⒉l段帶寬很寬，信道容量大?！裎⒉l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,方向性增加,從而減小衛(wèi)星的體積和重量,降低對放射功率的要求,且可防止對鄰近區(qū)域的干擾●微波頻段不易受大氣擾動(dòng)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”。依據(jù)國際電信聯(lián)盟ITU（InternationalTelecommunicationUnion)規(guī)定，衛(wèi)星廣播下行頻段如表3-2。4041頻率范圍:3.4-4.2GHz頻道帶寬為19.18MHz目前運(yùn)用主要是L、S、Ku波段，用于地面衛(wèi)星通信和微波通信的C波段也可以用于無線電廣播。８５-９５年，我國均運(yùn)用Ｃ頻段轉(zhuǎn)發(fā)器傳送。隨著Ｋｕ頻段衛(wèi)星技術(shù)日臻成熟，從９６年６月起，我國廣播電視節(jié)目接連運(yùn)用Ｋｕ頻段傳送，42頻率范圍:10.75-12.75GHz頻道帶寬為19.18MHz43(2)調(diào)制方式。①FM―FM方式。先用伴音信號對伴音副載波調(diào)頻，然后在與圖象信號混合成復(fù)合基帶信號；最終用復(fù)合基帶信號對主載波調(diào)頻后放射出去。②PCM―FDM―FM方式。先對伴音信號進(jìn)行采樣、量化和編碼（PCM）變成數(shù)字信號。然后對伴音副載波調(diào)頻或調(diào)相，實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用（FDM）。最終把已調(diào)數(shù)字伴音信號與圖象信號混合成復(fù)合基帶信號，對主載波調(diào)頻，形成射頻全電視信號。44③MAC方式。MAC（MultiplexedAnalogComponent)是復(fù)用模擬重量模式。對亮度和色差信號接受時(shí)分復(fù)用（TDM）的傳送方式?？朔﨔DM方式下亮、色串繞問題。表3―4幾種MAC制的性能指標(biāo)4546(3)衛(wèi)星電視信號的能量擴(kuò)散。473.5電視信號的放射3.5.1電視放射機(jī)1.電視放射機(jī)的種類電視放射機(jī)的種類主要依據(jù)電視圖像放射機(jī)的分類方法不同而有各種命名。就圖像放射機(jī)而言,可以有多種分類?！癜垂ぷ黝l率范圍劃分：VHF電視放射機(jī)和UHF電視放射機(jī)●按輸出功率大小劃分：小型（<1kW)、中型(1~10kW)和大型放射機(jī)(>10kW)?！癜磮D像調(diào)制方式劃分：干脆調(diào)制式和中頻調(diào)制式●按信號放大方式分：雙通道和單通道放射機(jī)482.電視放射機(jī)的組成及工作原理電視放射機(jī)由圖像放射機(jī)和伴音放射機(jī)組成。目前,常用的中頻調(diào)制電視放射機(jī)有兩種形式,即雙通道電視放射機(jī)和單通道電視放射機(jī),如圖3―23所示。49圖3―23電視放射機(jī)的組成框圖(a)雙通道電視放射機(jī)(b)單通道電視放射機(jī)503.電視放射機(jī)的主要指標(biāo)依據(jù)我國的電視標(biāo)準(zhǔn),電視放射機(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,Δfm=50kHz,預(yù)加重時(shí)常數(shù)為50μs?！駡D像放射機(jī)與伴音放射機(jī)的功率比:10∶1～15∶1,這是為圖像放射機(jī)與伴音放射機(jī)有相同的覆蓋范圍設(shè)置的513.5.2電視放射天線電視放射天線,依據(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,常常運(yùn)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:(3―2)

N-層數(shù)S-兩層振子的中心間距，一般為(0.85~0.95)λλ-頻道中心波長52圖3―24蝙蝠翼天線結(jié)構(gòu)533.6電視信號的無線傳輸及擴(kuò)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。視距(最大直視距離)與放射天線和接收天線的高度有關(guān)。設(shè)放射天線和接收天線的高度分別為h1和h2,則視距d為(3―3)式中,h1和h2以m為單位。事實(shí)上,大氣層對電波會(huì)有確定的折射作用,從而會(huì)變更視距的大小。在正常折射時(shí),有效傳播距離d′比視距會(huì)稍遠(yuǎn)些,近似為(3―4)54(2)多徑傳播。由于地面和障礙物的反射與折射作用，實(shí)際到達(dá)接收機(jī)的信息來自很多方向，形成多徑傳播。結(jié)果表現(xiàn)為重影。(3)繞射傳播因?yàn)樯漕l電視信號頻率頻率很高，所以繞射實(shí)力差，因此在某些高大障礙物后面很簡潔形成陰影區(qū)，接受質(zhì)量很差。552.電視信號場強(qiáng)的估算接收點(diǎn)場強(qiáng)可用下式來估算:(3―5)

P—放射臺(tái)輻射功率（Kw）G—與半波振子天線增益之比的相對增益r—收發(fā)間距離（km）λ—工作中心頻率波長h1、h2—發(fā)、收天線的高度（m）56表3―5圖像質(zhì)量與接收場強(qiáng)關(guān)系表573.6.2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,它是在電視廣播傳送途中,建立很多微波中繼(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。微波的波長特別短,在cm或mm數(shù)量級,因此,其直射性能很好?！駛鬏斝盘栙|(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,抗干擾實(shí)力強(qiáng),且微波中繼線路通常為專用線路?！窨呻p向傳輸。雙向傳輸可以實(shí)現(xiàn)中心臺(tái)和地方臺(tái)的各種電視節(jié)目的雙向溝通,而不相互影響。58圖3―25微波接力信道的構(gòu)成59圖3―26微波接力站結(jié)構(gòu)(a)端站(b)中繼站602.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)的主要功能是將接收到的主臺(tái)(或稱骨干臺(tái))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,再用另一頻道放射出去,從而擴(kuò)大主臺(tái)的覆蓋范圍或服務(wù)面積。因此它是超短波傳送。差轉(zhuǎn)機(jī)一般由接收和放射兩不分組成，可分為一次變頻、二次變頻或單通道、雙通道幾種類型。61圖3―27一次變頻單通道差轉(zhuǎn)機(jī)框圖

(1)一次變頻單通道差轉(zhuǎn)機(jī)。

·簡潔、成本低?！な瞻l(fā)隔離度差，簡潔產(chǎn)生收發(fā)間的串繞62圖3―28二次變頻單通道差轉(zhuǎn)機(jī)框圖

(2)二次變頻單通道差轉(zhuǎn)機(jī)。

·本振頻率高，不簡潔對放射造成諧波干擾?！ぶ?/p>