第3章廣播電視系統3.1廣播電視系統概述3.2電視信號的產生3.3電視信號的處理3.4電視信號的形成3.5電視信號的發射3.6電視信號的無線傳輸及擴大電視

覆蓋范圍的方法3.7電視信號的接收按照不同的標準，電視系統可以有不同的分類方法。廣播電視系統和應用電視系統有線電視系統與無線電視系統模擬電視系統與數字電視系統普通電視系統與高清晰度電視系統單業務電視系統與多業務電視系統3.1廣播電視系統概述

廣播電視系統是一種用于廣播的非專用電視系統。由于它一般采用無線電方式進行信號傳輸,因此,廣播電視系統也可稱為無線電視系統或開路電視系統。目前,廣播電視系統主要是廣播這一單一業務。圖3―1廣播電視系統的組成方框圖3.2電視信號的產生

3.2.1彩色電視攝像機攝像機是電視系統的最重要的信號源,其性能的優劣往往對整個電視系統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:·分辨率要高。好的水平分辨率可達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。較好的攝像機的靈敏度約在40lx左右。·鏡頭口徑及變焦比要高。一般采用10~15倍的變焦鏡頭即可。·使用特性要好。這要求調節簡單,使用靈活方便及小型輕便等。

1.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:(1)攝像機頭。包括鏡頭、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。主要包括視頻放大、增益調整、白電平調整、黑電平調整、電纜校正、黑斑校正、輪廓校正、彩色校正、γ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生器。圖3―2示出了三管式彩色攝像機的基本組成。

2.攝像管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、體積和調節方式。(1)真空攝像器件光電導攝像管。(2)固體攝像器件CCD攝像管。·壽命長。·成本低。·機械性能好,耐震、耐撞,不怕強光照射。·重合精度高。攝像管與鏡頭固定牢固,匹配精確。·暫留特性好,適于拍攝運動圖像。

①CCD的構成

圖3―3CCD的一個電極結構圖②CCD的工作原理

CCD的工作原理包括光電轉換、信號電荷的積累和電荷轉換。當硅晶體受到光照射時，半導體由于光激發，在晶體內部會產生電子－空穴對。由此產生的電子會在電場的吸引下落入勢阱內儲存起來，形成電荷包。勢阱儲存的電荷的數目與該處所受到的光照的強弱成正比。可見，當一個景物的光像投射到CCD面陣上時，就會在CCD面陣上形成積累電荷描繪的電子圖像，從而完成光電轉換與信息的儲存。圖3―5CCD電荷轉移原理圖

三相CCD是由每三個柵為一組的間隔緊密的MOS結構組成的陣列，每相隔兩柵的柵電極連接倒同一驅動信號下。

結論：當經過一個時鐘周期T后，電荷包將向右轉移三個電極位置，即一個柵周期（一位）。CCD中的電荷包轉移過程類似于數字電路中的移位寄存器。圖3―4一個面陣CCD的結構圖3―6四相CCD的隔行掃描③CCD的隔行掃描

3.光學系統光學系統也是彩色攝像機的重要組成部分,它不僅對攝像機的光譜響應特性有影響,而且也影響所攝取的景物及其彩色。彩色攝像機的光學系統主要由變焦距鏡頭、分色鏡、中性濾光片和色溫濾光片組成。

變焦距鏡頭能夠在拍攝點不動的情況下，緩慢或快速的連續改變攝取場面的大小。中性濾光片是為了實現不減小光圈而又要減小光通量的目的。色溫濾光片是為了補償因光源色溫不同而引起的光譜特性的變化。3.2.2飛點影片掃描器

在電視電影攝像機中,常常用到的一種設備叫飛點影片掃描器,簡稱飛點掃描器FSS(Flying-SpotScanner)。其組成和工作原理如圖3―7所示。

圖3―7飛點掃描器3.2.3錄放像機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,也可以是數字式。數字式有許多優點,如失真、雜波小和復錄對圖像質量的影響小,可采用多磁頭并行錄放技術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,磁帶錄像機的種類十分繁多,但可歸為三大類,即:(1)U型機或稱Umatic。它采用3/4英寸磁帶,在電視廣播中用得較多。(2)β型機或稱β―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

從攝像器件輸出的電信號是十分微弱的，因此需要將它放大到足夠的電平，而且還要進行一些補償和校正。視頻信號處理電路的如下所示：視頻信號預放器電纜校正黑斑校正彩色校正箝位校正γ校正輪廓校正時基校正1.預放大級這是一個寬帶視頻放大器，它負責將攝像管輸出的微弱圖像信號放大到足夠大，以便輸送到后續電路中進行校正和補償。所以對預放器的要求是：高增益（大于90db）、寬頻帶（6MHz以上）、高信噪比輸入級放大級頻率校正增益控制輸出級負反饋

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,其分布參數會使圖像信號的高頻分量跌落,影響圖像清晰度。

射隨器電纜校正網絡可調增益放大器迭加輸出級3.黑斑校正

黑斑效應是指在所拍攝的畫面上出現非照明因素而造成的亮度不均勻現象。黑斑效應有兩種表現形式：調制型和疊加型。克服方法：對于疊加型黑斑采用附加一個極性相反的不均勻信號；而對于調制型黑斑型則要用一個極性相反的附加信號與之相乘。

孔闌效應對信號波形的影響為信號輪廓不分明，出現過渡期，影響清晰度。4.輪廓校正(孔闌校正）5.箝位放大（直流恢復）箝位電路用來恢復反映圖像背景亮度的直流分量。6.彩色校正彩色校正主要使攝像機的光譜響應特性與顯像管的三基色混色曲線一致。

7.γ校正減小顯像管和攝像管光電轉換特性的非線形。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.特技處理特技發生器的功能有:·切換·混合·劃變·軟鍵,主要是把黑白攝像機拍攝的圖案插入到節目圖像中去·鍵控,分為內鍵和外鍵兩種·字幕疊加·底色變換·圖樣調制·邊框與邊線·定位。此外,數字視頻特技的應用也越來越廣泛。下面介紹幾種基本的特技處理方法。(1)切換。①快切換。②慢切換。圖3―9快切換原理圖圖3―10錄像機自動播控系統圖3―11慢切換的幾種方法圖3―12劃變原理圖圖3―13字幕疊加原理圖(2)劃變。(3)鍵控。(4)字幕疊加。(5)數字特技。①圖像的放大與縮小。②油畫效果。③瓷磚效果。④畫面凍結。⑤裂像效果。⑥鏡像效果。⑦倒影。⑧多畫面與畫中畫(PIP)。⑨三維特技效果。

3.4電視信號的形成

3.4.1視頻全電視信號的形成

攝像機輸出的三基色信號，經過各種校正處理后，與各種同步信號一起送入編碼器，再經過一系列的處理加工后形成彩色視頻全電視信號輸出。在電視臺通常由同步機來產生各種所需的同步信號。PAL制彩色電視同步機產生七種同步信號：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A、副載波F、色同步選通脈沖K和PAL識別脈沖P。

電視臺在進行節目聯播或作實況轉播時,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3―14幀同步器工作原理圖3―15臺從鎖相3.4.2射頻電視信號的形成1.地面廣播電視系統射頻電視信號的形成(1)使用頻段VHF（48～223MHz）、UHF（470～960MHz）

(2)調制方式圖像信號采用殘留邊帶調幅，伴音信號采用調頻制。殘留邊帶調幅就是發送一個完整的上邊帶和一小部分下邊帶，抑制大部分下邊帶。圖像信號采用殘留邊帶調幅可使已調圖像信號的頻帶較窄，濾波器易實現；圖3―16殘留邊帶調幅的幅頻特性圖3―17接收機中放幅頻特性

視頻信號為一單極性信號，經調制后可以是正極性射頻信號，也可以是負極性射頻信號。我國采用的是負極性調制的方法。負極性調制的方法有以下優點：可使調幅信號的平均功率降低；可有效降低干擾；便于將同步頂用作基準電平進行自動增益控制。圖3―18負極性射頻圖像信號

②伴音信號的調頻廣播電視中伴音信號的頻率范圍在50Hz到15kHz之間。我國規定已調伴音信號的最大頻偏為50kHz，所以已調伴音信號的帶寬為：B=2(Δfm+Fmax)=2(50+15)=130kHz圖3―19已調伴音信號的頻譜(3)射頻全電視信號的頻譜及頻道劃分

以8MHz為間隔，我國電視頻道在VHF和UHF頻段共分為68個頻道。其中，頻率為92～167MHz，566～606MHz的部分供調頻廣播和無線電通信使用。在開路電視系統不安排電視頻道，但在有線電視中常設置增補頻道。圖3―20射頻全電視信號的頻譜表3―1我國電視頻道的劃分表2.衛星廣播電視系統射頻電視信號的形成（1）頻段劃分衛星廣播電視系統使用微波頻段。（300M~300GHz）微波頻段帶寬很寬；頻率高，可使天線尺寸大大減小，增益提高，方向性增強；微波能穿過電離層；微波頻段相對較為“空閑”。根據國際電信聯盟ITU的有關規定，衛星廣播下行頻段有六個，目前使用較多的為C波段（2.5G）和Ku波段（12G）。由于波段資源有限，衛星廣播下行電波均采用不同的極化方式，達到頻率復用的目的。表3―2衛星廣播下行頻段下行頻段：衛星的發射頻段。上行頻段：衛星的接收頻段。表3―3我國C波段頻道劃分(2)調制方式①FM―FM方式。②PCM―FDM―FM方式。③MAC方式。(3)衛星電視信號的能量擴散表3―4幾種MAC制的性能指標

3.5電視信號的發射

3.5.1電視發射機1.電視發射機的種類電視發射機的種類主要根據電視圖像發射機的分類方法不同而有各種命名。就圖像發射機而言,可以有多種分類。

按照工作頻率范圍來分，有VHF發射機和UHF發射機兩種。按照輸出功率的大小來分，有小型電視發射機(1kW以下)、中型電視發射機(1～10kW)和大型電視發射機(10kW以上)三種。按照圖像信號的調制形式來分，有直接調制式和中頻調制式兩種。目前的電視發射機一般都采用中頻調制方式。按照放大方式來分，有雙通道電視發射機和單通道電視發射機兩種。雙通道電視發射機是對圖像信號和伴音信號分兩個通道分別進行調制和放大，然后加以合并再發送的。

2.電視發射機的組成及工作原理電視發射機由圖像發射機和伴音發射機組成。目前,常用的中頻調制電視發射機有兩種形式,即雙通道電視發射機和單通道電視發射機,如圖3―21所示。圖3―21電視發射機的組成框圖(a)雙通道電視發射機(b)單通道電視發射機

3.電視發射機的主要指標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∶1～15∶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

3.5.2電視發射天線電視發射天線,根據頻段的不同,主要分為VHF天線和UHF天線兩大類。在實際中,常常使用多層蝙蝠翼天線。多層蝙蝠翼天線在水平面內的方向圖與單層的基本相同,近似為一個圓。在垂直方向上,方向圖與層數有關層數越多,垂直方向性越尖銳,增益提高,遠區場增加。多層蝙蝠翼天線的增益通常由下式確定:(3―2)圖3―22蝙蝠翼天線結構

3.6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

視距(最大直視距離)與發射天線和接收天線的高度有關。設發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。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

(2)多徑傳播電視信號經地面或遇到障礙物會產生反射，直射信號和反射信號在接收天線上相互干擾，形成多徑傳播，結果會造成重影現象。

(3)繞射傳播電視信號的繞射能力很弱，在高大建筑物后面會形成“陰影區”。(3―4)

2.電視信號場強的估算

電視接收質量與接收到的電視信號的場強有關。接收點場強可用下式來估算:(3―5)表3―5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,每個接力站把前一站的微波信號接收下來，經過放大和變換載波頻率再傳送到下一站。

微波接力信道由端站、中繼站及傳輸空間組成。端站設置在整個接力線路的兩端，它只有一個傳輸方向。主要有電視調制解調機、微波收發信機和天線系統組成。中繼站的作用是放大所傳輸的電視信號，經過變頻，送至下一接力站。

微波中繼有以下優點:·直射性好。微波的波長非常短,在cm或mm數量級,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。這是由于微波的直射性好,性能穩定,抗干擾能力強,且微波中繼線路通常為專用線路。·可雙向傳輸。雙向傳輸可以實現中央臺和地方臺的各種電視節目的雙向交流,而不互相影響。圖3―23微波接力信道的構成圖3―24微波接力站結構(a)端站(b)中繼站

2.電視差轉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)某頻道的電視節目,經過差轉機的頻率變換、放大后,再用另一頻道發射出去,從而擴大主臺的覆蓋范圍或服務面積。(1)一次變頻單通道差轉機。(2)二次變頻單通道差轉機。

圖3―25一次變頻單通道差轉機框圖圖3―26二次變頻單通道差轉機框圖圖3―27二次變頻雙通道差轉機框圖

(3)二次變頻雙通道差轉機。雙通道差轉機的特點:·圖像信號和伴音信號分開處理,互調失真小·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·結構復雜,造價高。3.衛星電視廣播·覆蓋面更大。·轉播電視節目質量高。·費用低。·適應性強。·效率高。圖3―28衛星電視廣播系統組成(1)衛星地面站。(2)衛星星體。(3)地面接收網。圖3―29主發控站簡化框圖圖3―30直接變換式轉發器框圖

3.7電視信號的接收

3.7.1地面廣播電視信號的接收地面