第5章計算機與通信學院電視原理電視信號的形成、處理與記錄HunanUniversityofTechnology

5.1模擬電視的數字演播室系統HunanUniversityofTechnology模擬電視向數字電視過渡，數字設備逐漸替代模擬設備，使模擬演播室成為數字演播室。主要設備包括：各類視頻源（攝像機、磁帶錄像機、VCD、DVD、 視頻硬盤、字幕機、衛星電視接收機、 現場實況信號等）視頻矩陣和切換臺，數字特技機，非線性編輯機，視頻分配器，同步信號發生器，監視器彩色電視圖像信號有兩種編碼方式：分量編碼和全信號編碼。未壓縮的10位量化視頻信號，數據傳輸速率270Mb/s。在數字演播室內，設備之間流通的信號為串行數字接口（SDI，SerialDigitalInterface）信號。SDI信號在傳輸中采用反轉的不歸零碼（NRZI），不單獨傳送時鐘，接收端需要從接收信號中恢復出時鐘。為避免過多的連“0”和連“1”，加入擾碼。HunanUniversityofTechnology

5.2彩色電視攝像機

彩色電視攝像機的基本組成（3大部分）

①攝像機頭——鏡頭、分光系統、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——模擬視頻信號處理：黑斑校正、增益提升、白平衡調節、雜散光校正、黑電平調整、γ校正和預彎曲等；數字信號處理：A/D轉換、三維濾波、輪廓校正、彩色校正、精細的γ校正、白壓縮等。 ③編碼器、同步機和彩條信號發生器（高級攝像機還有微處理機單元）HunanUniversityofTechnologyHunanUniversityofTechnology5.3.1

圖像信號中直流分量的恢復圖像信號的最低頻率分量反映景物背景亮度的緩慢變化，稱為直流分量。視頻通道多采用交流放大，使直流分量丟失，結果是在重現圖像中看不到背景亮度的緩慢變化，造成圖像亮度的畸變。電視信號具有單極性，利用鉗位電路，把經交流放大后的隨圖像內容變化的黑電平，重新鉗定在同一個電平上，就可以恢復圖像信號的性質。5.3圖像信號的處理HunanUniversityofTechnology具有直流分量的圖像信號圖像信號中的直流分量丟失直流分量后的圖像信號HunanUniversityofTechnology鉗位電路的另一個作用是消除低頻干擾。如下圖疊加圖像信號上的低頻干擾，經鉗位電路后被有效的抑制。但鉗位電路不能消除調制型干擾。疊加型干擾調制型干擾鉗位電路通常采用三極管強迫鉗位電路。HunanUniversityofTechnology

5.3.2

黑斑校正

原因： 光學系統引起的圖象亮度不均勻、光電靶結構不均勻、電子不能在靶面所有位置都垂直上靶、照明光源照射不均勻等黑斑現象——黑色不均勻

圖象亮度在水平方向上或垂直方向上按直線規律變化

有規律的黑斑現象

黑斑現象在水平方向上或

垂直方向上按拋物線規律變化

無規律的黑斑現象——隨機性黑斑HunanUniversityofTechnology疊加型黑斑：在電路中產生一個與附加信號波形相反的校正信號，與原信號相加可實現黑斑校正。調制型黑斑：在電路中產生一個與附加信號波形相反的校正信號，與原信號相乘，即對有畸變的圖像信號進行再調制，可實現黑斑校正。HunanUniversityofTechnology調制型黑斑校正電路方框圖校正信號通常有4種，即由行、場消隱脈沖積分而得的行頻、場頻鋸齒波信號以及再一次積分而形成的行頻、場頻拋物線形信號。HunanUniversityofTechnologyHunanUniversityofTechnology

5.3.3γ校正由于光—電轉換特性的非線性引起圖像的灰度畸變，為消除這種畸變設置γ校正電路。實驗證明，當系統總的γs=1.26時效果較好。彩色顯像管γ約為2.8，攝像管的γ近似等于1，則通道的γ應等于1.26/2.8=0.45HunanUniversityofTechnology折線性γ校正放大器電路原理圖漸變性γ校正放大器電路原理圖HunanUniversityofTechnology5.3.4彩色校正原因： ①攝像機光譜特性應與接收端顯像三基色的混色曲線一致，混色曲線中有負值存在，攝像機各部分光譜相應曲線只有正值 ②藝術效果處理——人為改變某種顏色的飽和度或色度措施：修正法：略去光譜響應特性的負區，只保留正區，并將正區適當壓縮以使重現彩色的失真程度限制在容許的范圍之內。圖5-24合成法：把光電器件丟掉的光譜響應曲線負區設法用矩陣電路近似的恢復。圖5-25HunanUniversityofTechnology5.4彩色電視信號編碼器PAL制編碼器PAL制CVBS由亮度信號、色度信號、色同步信號、復合消隱信號和復合同步信號組成。PAL逐行倒相編碼方案先對色副載波cosωsct逐行倒相，后平衡調幅（應用廣泛）

HunanUniversityofTechnologyVUVCUCebebHunanUniversityofTechnologyHunanUniversityofTechnology為進一步提高esu、esv相位的準確性和穩定性

——可采用數字電路數字電路預制副載波編碼方案HunanUniversityofTechnology不同相位的副載波方波波形圖0°180°HunanUniversityofTechnologyHunanUniversityofTechnology色同步消隱門脈沖場同步期間色同步信號有可能干擾場同步的分離。為保證場同步可靠分離，在場同步和前均衡后均衡期間需要消隱色同步信號。——色同步消隱門脈沖（用于消隱K脈沖）場同步：2.5H 前均衡：2.5H 后均衡：2.5H色同步消隱門脈沖寬度≥7.5H為保證色副載波鎖相穩定，各場消隱前后的色同步相位應相同PAL色同步信號為逐行倒相信號，欲使消隱前的最后一行與消隱后第一行的色同步相位相同，消隱門脈沖的寬度必須為奇數個行周期——規定：門寬取9HHunanUniversityofTechnology每幀為奇數行625，若第一幀奇數行為不倒相行，則第二幀的不倒相行為偶數行，固定位置的9H消隱門只能保證同一個消隱門前后的色同步同相，不能保證兩幀四場的消隱門前后的色同步都同相。解決辦法：消隱門位置不固定色同步消隱門每場向前移1/2H，四場循環一次——色同步消隱迂回門脈沖為保證兩幀四場的消隱門前后的色同步相位都同相HunanUniversityofTechnology色同步消隱固定門脈沖HunanUniversityofTechnology色同步消隱迂回門脈沖HunanUniversityofTechnology5.5模擬電視射頻信號的形成頻帶約為0Hz～6MHz的視頻基帶信號和50Hz～15KHz的音頻基帶信號必須調制在射頻載波上，形成射頻（RF）信號，以無線電波的形式向外傳播。

我國地面廣播電視系統射頻全電視信號(1)、使用頻段：甚高頻VHF：48MHz～223MHz

超高頻UHF：470MHz～960MHz(2)、調制方式：圖像信號的調制采用殘留邊帶調幅(VSB)，伴音信號采用調頻(FM)。由于圖像與伴音的調制方式不同而不致于互相干擾，接收到的伴音信號的質量也較高。HunanUniversityofTechnology5.5.1

圖像信號的調制

1.殘留邊帶調制方式VSB(VestigialSideBandmodulation)雙邊帶調幅DSB-AM和單邊帶調幅SSB-AM單邊帶調幅與雙邊帶調幅相比，調制信號的幅度下降為1/2，而且增加了一個正交調制項。HunanUniversityofTechnology(2)殘留邊帶調幅VSB-AM(VestigialSideBandAM)發送一個完整的上邊帶和一小部分下邊帶，即0.75MHz以內為雙邊帶，0.75～1.25MHz為不對稱雙邊帶，1.25～6MHz為單邊帶。伴音載頻fS比圖像載頻fP高6.5MHz，距fP為-1.25MHz處的最小衰減量為20dB。HunanUniversityofTechnology殘留邊帶幅頻特性：已調信號的頻帶比DSB窄，節省頻率資源；頻帶形成濾波器比SSB易實現，相頻特性非線性小；易檢波解調；利于伴音第二中頻的內差載頻的產生。VSB是一種不均衡調制，若幅頻特性不加改變進行檢波，則低于0.75MHz的雙邊帶頻率成分檢波輸出的振幅比1.25～6MHz的單邊帶頻率成分大一倍，產生幅度失真。因此，要恢復原來信號頻譜，就要求接收機的中放具有特殊幅頻特性。HunanUniversityofTechnology接收機中放的特殊幅頻特性圖像中頻伴音中頻表示接收機中頻特性準確地調整到A點（斜線的中點），所希望的平滑的幅頻特性；表示接收機中頻特性調整到B點，高頻衰減；表示接收機中頻特性調整到C點，高頻加強，低頻相對減弱。HunanUniversityofTechnology中放幅頻特性的數學分析通過同步檢波，雙邊帶部分和單邊帶部分均得到正確復原。HunanUniversityofTechnology調制極性HunanUniversityofTechnology

圖像信號采用負極性調制——優點：效率高——負極性調幅時，同步脈沖頂對應于圖像發射機輸出功率最大值，在一般情況下，一幅圖像中亮的部分總比暗的部分面積大，因而負極性調制時，調幅信號的平均功率要比峰值功率小得多，即工作效率高。干擾小——在傳輸過程中，當有脈沖干擾疊加在調幅信號上時，對正極性調制來說，干擾脈沖為高電平(白電平)，經解調后在熒屏上呈現為亮點，較易被人眼察覺；而負極性調制，干擾脈沖仍為高電平，但經解調后在熒屏上呈現為暗點，人眼對暗點不敏感，并且也易為自動干擾抑制電路消除或減弱。有利于AGC控制——負極性調制還便于將同步頂用作基準電平進行自動增益控制(AGC)。HunanUniversityofTechnology

伴音信號的調制——調頻(FM)電視廣播中伴音信號的頻率范圍取：50Hz-15kHz之間。我國規定伴音己調信號的最大頻偏Δfm為50kHz，則伴音信號已調波的帶寬B：

B＝2(Δfm+fm)＝2(50+15)＝130kHz。調頻信號的預加重調頻信號的邊頻豐富，具有良好的抗干擾性能。但由于伴音信號頻率范圍相對較寬，當頻偏一定時，音頻的低端與高端的調頻指數mf相差很大，高頻端的mf很小，使高頻端的抗干擾能力變差。解決的辦法是在發端采用預加重措施，在接收端采用去加重電路，以均衡高、低端的抗干擾能力。HunanUniversityofTechnology

射頻全電視信號的頻譜及頻道劃分

視頻圖像信號和伴音信號分別對圖像載頻和伴音載頻進行VSB調幅和FM調頻后形成射頻全電視信號，其頻譜如下圖所示，總頻帶寬度(頻道帶寬)為8MHz。HunanUniversityofTechnology每個電視頻道以8MHz為間隔，我國電視頻道在VHF和UHF頻段共分為68個頻道。VHF-Ⅰ：48～92MHz（DS1～DS5）VHF-Ⅲ：167～223MHz（DS5～DS12）UHF-Ⅳ：470～566MHz（DS13～DS24）UHF-Ⅴ：606～958MHz（DS25～DS68）有線電視增補頻道：A1：111～167MHz（Z1～Z7）A2：223～295MHz（Z8～Z16）B：295～463MHz（Z17～Z37）

HunanUniversityofTechnology雙通道中頻調制模擬彩色電視發射機原理方框圖

5.5.2電視發射機電視發射機由圖像發射機和伴音發射機組成。HunanUniversityofTechnology模擬彩色電視發射機幅頻特性HunanUniversityofTechnology根據我國的電視標準，電視發射機有以下主要指標：標稱射頻頻道寬度：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。圖像信號主邊帶標稱帶寬：6MHz。圖像信號VSB標稱帶寬：0.75MHz。圖像信號調制方式及調制極性：振幅調制負極性。伴音調制方式：調頻Δfm＝50kHz，預加重時常數為50μs圖像發射機與伴音發射機的功率比：10:l～15:1，這是為圖像發射機與伴音發射機有相同的覆蓋范圍設置的。電視發射機的主要指標HunanUniversityofTechnology5.6

模擬電視同步信號的形成同步信號的定時就是建立起整個電視系統的時間標準。7種同步信號：行推動信號H；場推動信號V；復合同步信號S；復合消隱信號B；副載波fsc;色同步旗形脈沖K；PAL識別脈沖P這些信號在頻率和相位方面有著嚴格的關系，可由一個標準的定時信號通過一定的處理和變換來產生。

5.6.1同步信號的定時原理HunanUniversityofTechnology同步信號定時方案之一——用具有高穩定度的副載波振蕩作為標準信號，產生高穩定度的2fH

、fH、fV脈沖。2fH=625fVfSCfSC-25HunanUniversityofTechnology集成電路同步機方案fsc(色副載波)2fH=31.25kHzfH

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5.6.2

同步設備之間的鎖相原理為了實現來自不同信號源的多路信號的混合與切換——必須使本臺同步機產生的各種同步信號與外來信號中的同步信號在頻率與相位上嚴格一致。要鎖相的同步信號包括：色同步信號中的副載波、行同步、場同步以及P脈沖。同步機的這種工作方式稱同步機的鎖相。本地同步信號發生器受控于外來輸入信號的鎖相方式稱臺從鎖相。將外來電視節目源的各種同步信號鎖定在本地同步機所產生的各信號的頻率與相位上稱臺主鎖相。現在普遍用幀同步機進行臺主鎖相。HunanUniversityofTechnology臺從鎖相

HunanUniversityofTechnology臺主鎖相幀同步機基本工作原理方框圖HunanUniversityofTechnology5.7

電視信號的錄放原理5.7.3

光盤錄像原理

1.概述荷蘭飛利浦(Philips)公司于1972年展示了長時間播放電視節目的光盤系統，六年后正式投放市場，命名為LV(LaserVision)的光盤播放機。

80年代動態圖象光盤進展緩慢，徘徊十年。1993年MPEG說服了世界四大影音產品巨頭，統一為VIDEOCD標準。HunanUniversityofTechnology標準盤名稱應用播放時間顯示的圖象紅皮書CD-DA存儲數字音樂節目74min.黃皮書CD-ROM存儲數字文、圖、聲、象650MB動畫、靜態圖象、動圖象綠皮書CD-I存儲數字文、圖、聲、象760MB動畫、靜態圖象橙皮書CD-R讀/寫數字文、圖、聲、象白皮書VideoCD存儲數字影視節目70min.MPEG1