第5章电视的形成、处理与记录

第5章电视信号的形成、处理与记录天津大学电子信息工程学院电视原理TianjinUniversity5.1模拟电视的数字演播室系统TianjinUniversity模拟电视向数字电视过渡，数字设备逐渐替代模拟设备，使模拟演播室成为数字演播室。主要设备包括：各类视频源（摄像机、磁带录像机、VCD、DVD、视频硬盘、字幕机、卫星电视接收机、现场实况信号等）视频矩阵和切换台，数字特技机，非线性编辑机，视频分配器，同步信号发生器，监视器彩色电视图像信号有两种编码方式：分量编码和全信号编码。未压缩的10位量化视频信号，数据传输速率270Mb/s。在数字演播室内，设备之间流通的信号为串行数字接口（SDI，SerialDigitalInterface）信号。SDI信号在传输中采用反转的不归零码（NRZI），不单独传送时钟，接收端需要从接收信号中恢复出时钟。为避免过多的连“0”和连“1”，加入扰码。TianjinUniversity5.2彩色电视摄像机彩色电视摄像机的基本组成（3大部分）①摄像机头——镜头、分光系统、摄像管、预放器、扫描电路、寻像器、摄像管电源及附属设备等。②视频信号处理部分——模拟视频信号处理：黑斑校正、增益提升、白平衡调节、杂散光校正、黑电平调整、γ校正和预弯曲等；数字信号处理：A/D转换、三维滤波、轮廓校正、彩色校正、精细的γ校正、白压缩等。③编码器、同步机和彩条信号发生器（高级摄像机还有微处理机单元）TianjinUniversityTianjinUniversity5.3.1图像信号中直流分量的恢复图像信号的最低频率分量反映景物背景亮度的缓慢变化，称为直流分量。视频通道多采用交流放大，使直流分量丢失，结果是在重现图像中看不到背景亮度的缓慢变化，造成图像亮度的畸变。电视信号具有单极性，利用钳位电路，把经交流放大后的随图像内容变化的黑电平，重新钳定在同一个电平上，就可以恢复图像信号的性质。5.3图像信号的处理TianjinUniversity具有直流分量的图像信号图像信号中的直流分量丢失直流分量后的图像信号TianjinUniversity钳位电路的另一个作用是消除低频干扰。如下图叠加图像信号上的低频干扰，经钳位电路后被有效的抑制。但钳位电路不能消除调制型干扰。叠加型干扰调制型干扰钳位电路通常采用三极管强迫钳位电路。TianjinUniversity5.3.2黑斑校正原因：光学系统引起的图象亮度不均匀、光电靶结构不均匀、电子不能在靶面所有位置都垂直上靶、照明光源照射不均匀等黑斑现象——黑色不均匀图象亮度在水平方向上或垂直方向上按直线规律变化有规律的黑斑现象黑斑现象在水平方向上或垂直方向上按抛物线规律变化无规律的黑斑现象——随机性黑斑TianjinUniversity叠加型黑斑：在电路中产生一个与附加信号波形相反的校正信号，与原信号相加可实现黑斑校正。调制型黑斑：在电路中产生一个与附加信号波形相反的校正信号，与原信号相乘，即对有畸变的图像信号进行再调制，可实现黑斑校正。TianjinUniversity调制型黑斑校正电路方框图校正信号通常有4种，即由行、场消隐脉冲积分而得的行频、场频锯齿波信号以及再一次积分而形成的行频、场频抛物线形信号。TianjinUniversityTianjinUniversity5.3.3γ校正由于光—电转换特性的非线性引起图像的灰度畸变，为消除这种畸变设置γ校正电路。实验证明，当系统总的γs=1.26时效果较好。彩色显像管γ约为2.8，摄像管的γ近似等于1，则通道的γ应等于1.26/2.8=0.45TianjinUniversity折线性γ校正放大器电路原理图渐变性γ校正放大器电路原理图TianjinUniversity5.3.4彩色校正原因：①摄像机光谱特性应与接收端显像三基色的混色曲线一致，混色曲线中有负值存在，摄像机各部分光谱相应曲线只有正值②艺术效果处理——人为改变某种颜色的饱和度或色度措施：修正法：略去光谱响应特性的负区，只保留正区，并将正区适当压缩以使重现彩色的失真程度限制在容许的范围之内。图5-24合成法：把光电器件丢掉的光谱响应曲线负区设法用矩阵电路近似的恢复。图5-25TianjinUniversity5.4彩色电视信号编码器PAL制编码器PAL制CVBS由亮度信号、色度信号、色同步信号、复合消隐信号和复合同步信号组成。PAL逐行倒相编码方案先对色副载波cosωsct逐行倒相，后平衡调幅（应用广泛）ce(t)u(t)v(t)sckscU(t)SinωtV(t)Φ(t)cosωtsckscU(t)SinωtV(t)Φ(t)sinωt+9011()()()()sin180()()cos2211()sin()()cos22bbubvscKscscKscetetetKttKtttKttKtttTianjinUniversityΦK(t)+1-10TH2TH3THtVUVCUCebebTianjinUniversity/2/2TianjinUniversity为进一步提高esu、esv相位的准确性和稳定性——可采用数字电路数字电路预制副载波编码方案TianjinUniversity不同相位的副载波方波波形图0°180°TianjinUniversity1DC1Q0CP01DC1CPCP1Q11DC1Q2CP2Q2Q0Q1CPQ0Q1Q2Q0Q1Q24fsc2fsc2fscfsc0°fsc180°fsc90°fsc270°TianjinUniversity色同步消隐门脉冲场同步期间色同步信号有可能干扰场同步的分离。为保证场同步可靠分离，在场同步和前均衡后均衡期间需要消隐色同步信号。——色同步消隐门脉冲（用于消隐K脉冲）场同步：2.5H前均衡：2.5H后均衡：2.5H色同步消隐门脉冲宽度≥7.5H为保证色副载波锁相稳定，各场消隐前后的色同步相位应相同PAL色同步信号为逐行倒相信号，欲使消隐前的最后一行与消隐后第一行的色同步相位相同，消隐门脉冲的宽度必须为奇数个行周期——规定：门宽取9HTianjinUniversity每帧为奇数行625，若第一帧奇数行为不倒相行，则第二帧的不倒相行为偶数行，固定位置的9H消隐门只能保证同一个消隐门前后的色同步同相，不能保证两帧四场的消隐门前后的色同步都同相。解决办法：消隐门位置不固定色同步消隐门每场向前移1/2H，四场循环一次——色同步消隐迂回门脉冲为保证两帧四场的消隐门前后的色同步相位都同相TianjinUniversity色同步消隐固定门脉冲TianjinUniversity色同步消隐迂回门脉冲TianjinUniversity5.5模拟电视射频信号的形成频带约为0Hz～6MHz的视频基带信号和50Hz～15KHz的音频基带信号必须调制在射频载波上，形成射频（RF）信号，以无线电波的形式向外传播。我国地面广播电视系统射频全电视信号(1)、使用频段：甚高频VHF：48MHz～223MHz超高频UHF：470MHz～960MHz(2)、调制方式：图像信号的调制采用残留边带调幅(VSB)，伴音信号采用调频(FM)。由于图像与伴音的调制方式不同而不致于互相干扰，接收到的伴音信号的质量也较高。TianjinUniversity5.5.1图像信号的调制1.残留边带调制方式VSB(VestigialSideBandmodulation)(1)双边带调幅DSB-AM和单边带调幅SSB-AM()cos()cos()coscos11coscoscos221()coscos2mmmccccmmcccmcmmcmccmutUtutUtutUUttUtUtUtutUtU设单频调制信号载波双边带调幅波＋＝＋＋-单边带调幅波＋11coscossinsin22cmcmmcmmctUUttUtt＋＝＋－单边带调幅与双边带调幅相比，调制信号的幅度下降为1/2，而且增加了一个正交调制项。TianjinUniversity(2)残留边带调幅VSB-AM(VestigialSideBandAM)发送一个完整的上边带和一小部分下边带，即0.75MHz以内为双边带，0.75～1.25MHz为不对称双边带，1.25～6MHz为单边带。伴音载频fS比图像载频fP高6.5MHz，距fP为-1.25MHz处的最小衰减量为20dB。6.5MHz8MHz0.75MHz0.25MHz0.5MHz不传送fpfsTianjinUniversity残留边带幅频特性：已调信号的频带比DSB窄，节省频率资源；频带形成滤波器比SSB易实现，相频特性非线性小；易检波解调；利于伴音第二中频的内差载频的产生。VSB是一种不均衡调制，若幅频特性不加改变进行检波，则低于0.75MHz的双边带频率成分检波输出的振幅比1.25～6MHz的单边带频率成分大一倍，产生幅度失真。因此，要恢复原来信号频谱，就要求接收机的中放具有特殊幅频特性。TianjinUniversity接收机中放的特殊幅频特性图像中频伴音中频①表示接收机中频特性准确地调整到A点（斜线的中点），所希望的平滑的幅频特性；②表示接收机中频特性调整到B点，高频衰减；③表示接收机中频特性调整到C点，高频加强，低频相对减弱。TianjinUniversity中放幅频特性的数学分析00000000011()cos1cos1cos2211coscoscos2211coscos22cmmmmmmcmmmmmmmmmmutUtUtUtUtUtUtUtUt0设图像中频为，当＝时，中放幅频特性为1（对应于A点）；双边带部分的中频放大：＋（－）＋（＋）-＝＋＋-－＋＋-＝000000coscossinsin()coscoscoscossinsincmmmmmcmmcmmmmUUttUttutUtUtUUttUtt＋＋单边带部分的中频放大：＋－＝＋＋通过同步检波，双边带部分和单边带部分均得到正确复原。TianjinUniversity调制极性TianjinUniversity图像信号采用负极性调制——优点：•效率高——负极性调幅时，同步脉冲顶对应于图像发射机输出功率最大值，在一般情况下，一幅图像中亮的部分总比暗的部分面积大，因而负极性调制时，调幅信号的平均功率要比峰值功率小得多，即工作效率高。•干扰小——在传输过程中，当有脉冲干扰叠加在调幅信号上时，对正极性调制来说，干扰脉冲为高电平(白电平)，经解调后在荧屏上呈现为亮点，较易被人眼察觉；而负极性调制，干扰脉冲仍为高电平，但经解调后在荧屏上呈现为暗点，人眼对暗点不敏感，并且也易为自动干扰抑制电路消除或减弱。•有利于AGC控制——负极性调制还便于将同步顶用作基准电平进行自动增益控制(AGC)。TianjinUniversity伴音信号的调制——调频(FM)电视广播中伴音信号的频率范围取：50Hz-15kHz之间。我国规定伴音己调信号的最大频偏Δfm为50kHz，则伴音信号已调波的带宽B：B＝2(Δfm+fm)＝2(50+15)＝130kHz。调频信号的预加重调频信号的边频丰富，具有良好的抗干扰性能。但由于伴音信号频率范围相对较宽，当频偏一定时，音频的低端与高端的调频指数mf相差很大，高频端的mf很小，使高频端的抗干扰能力变差。解决的办法是在发端采用预加重措施，在接收端采用去加重电路，以均衡高、低端的抗干扰能力。TianjinUniversity射频全电视信号的频谱及频道划分视频图像信号和伴音信号分别对图像载频和伴音载频进行VSB调幅和FM调频后形成射频全电视信号，其频谱如下图所示，总频带宽度(频道带宽)为8MHz。TianjinUniversity每个电视频道以8MHz为间隔，我国电视频道在VHF和UHF频段共分为68个频道。VHF