第三章广播电视系统

第3章广播电视系统3.1广播电视系统概述3.2电视信号的产生3.3电视信号的处理3.4电视信号的形成3.5电视信号的发射3.6电视信号的无线传输及扩大电视覆盖范围的方法3.7电视信号的接收3.1广播电视系统概述电视系统可分为广播电视系统与应用电视系统、有线电视系统与无线电视系统、模拟电视系统与数字电视系统、普通电视系统与高清晰度电视系统、单业务电视系统与多业务电视系统等。广播电视系统一般采用无线电方式进行信号传输,因此,它也称为无线电视系统或开路电视系统。电视系统利用信道可将某地的景像和声音在异地再现。广播电视系统可分为三大部分，即•电视发射系统；•电视传输系统；•电视接收系统。本章以电视信号为主线，介绍广播电视系统中信号的产生、信号的处理、信号的形成、信号的发射、信号的传输及信号的接收这一全过程。3.2电视信号的产生3.2.1彩色电视摄像机摄像机是电视系统的最重要的信号源,对摄像机的性能要求主要有:·分辨率要高。好的水平分辨率可达750线,差的也不能小于300线。例如，松下摄像机NV-410400线（25万像素）；NV-450480线（30万像素）；38万像素以上的为高清晰度摄像机。数码摄像机：200万像素，300万像素，510万像素等。·彩色逼真,轮廓清晰,灰度分明。·失真与干扰要小。·灵敏度（最小照度）要高。一般的摄像机灵敏度约在1lux左右。较好的为0.1lux；黑白摄像机可达0.001lux，摄像机内有红外光源的可达0lux（黑白方式）。·镜头口径及变焦比要高。一般采用10~20倍的变焦镜头。·使用特性要好。要求调节简单,使用灵活方便及小巧等。1.彩色电视摄像机的基本组成目前,彩色摄像机主要是三管和单管彩色摄像机两种。一般由以下几部分组成:(1)摄像机头。包括镜头、分光系统、摄像管、预放器、AGC电路、扫描电路、寻像器（由运动画面激活自动光圈）、摄像管电源及附属设备（自动快门、各种调整装置）等。(2)视频信号处理部分。主要包括视频放大、AGC、白电平调整、黑电平调整、电缆校正、黑斑校正、轮廓校正、彩色校正、γ校正、杂散光补偿、矩阵电路及消隐电路等。(3)编码器、同步信号发生器和彩条信号发生器。2.摄像管摄像管是摄像机中的光—电转换器件,也是摄像机的关键器件之一。摄像管的质量、体积和种类决定着摄像机的质量、体积和调节方式。(1)光电导摄像管（光敏半导体电真空摄像管）。(2)CCD摄像管-电荷耦合器件（目前最常用）。3.光学系统光学系统也是彩色摄像机的重要组成部分,主要由变焦距镜头、分色镜、中性滤光片和色温滤光片组成。3.2.2飞点影片扫描器在电视电影摄像机中,常常用到的一种设备叫飞点影片扫描器,简称飞点扫描器FSS(FlyingSpotScanner)。其组成和工作原理如图3―7所示。图3―7飞点扫描器3.2.3电视信号的记录设备电视台播放的节目，除直播和转播外，大部分节目是对已记录和存储的节目的重放。⑴VTR——视频磁带记录仪（录放像机）。就是把视频电视信号以剩磁的形式记录在磁带上。记录方式可以是模拟式,也可以是数字式。⑵LD——激光视盘。是以微小凹坑形式存储信息，而以激光束方式读取信息。⑶VCD——视频压缩激光视盘。图像信号压缩200倍，声音信号压缩6倍。⑷DVD——数字激光视盘。⑸硬盘存储器——通过视频采集卡将图像信号和声音信号转换为数字信号，存储在计算机硬盘里。3.3.1校正处理：3.3.2切换及特技处理1.电子编辑电子编辑的方式通常有两种,即插入和组合。2.特技处理3.3电视信号的处理3.4电视信号的形成3.4.1视频全电视信号的形成摄像机输出的三基色信号，经过各项校正后与各种同步信号一起送入编码器，再经过一系列的处理后形成彩色全电视信号。电视台在进行节目联播或作实况转播时,本台的彩色电视同步机要产生七种同步信号：行推动H、场推动V、复合同步S、复合消隐A、副载波F、色同步脉冲K和PAL识别脉冲P。由于本台的同步与外来的同步不一致,将会造成图像翻滚,甚至丢失图像。解决这一问题有以下三种方法：(1)帧同步器法-A/D转换,用本台同步信号。(2)台从锁相-本台同步机受外来信号锁定。(3)台主锁相-将外来同步信号锁定在本台同步机上。3.4.2射频电视信号的形成广播电视系统中，视频全电视信号只有经过调制，形成射频全电视信号，才能发射出去。1.地面广播电视系统射频电视信号的形成(1)使用频段。超短波：甚高频Ⅰ（1~5频道）Ⅲ（6~12频道）超高频U（13~68频道）(2)调制方式。①图像信号采用残留边带调幅方式。就是发送一个完整的上边带和一小部分下边带。优点：在图像载波处的滤波器易实现(比单边带变化缓慢)。缺点：是一种不平衡调制，会使高频分量跌落1/2。图3―16残留边带调幅的幅频特性（49.75）（56.25）单边带图3―17接收机中放幅频特性··3831.533.5738·33.57··31.5多数国家采用负极性射频图像信号.负极性图像信号的优点：抗脉冲干扰；便于用同步头作基准电平进行自动增益控制（AGC）；发射功率大。图3―18图3―19已调伴音信号的频谱②伴音信号采用调频方式。带宽：B=2(Δfm+Fmax)=2(50+15)=130kHz(3―1)6.5···fK··fK6.5·伴音鉴频（解调）曲线图3―20射频全电视信号的频谱(3)射频全电视信号的频谱及频道划分。甚高频:Ⅰ（1~5频道）图像49.75-82.25MHZ；伴音56.25-91.75MHZⅢ（6~12频道）图像168.25-216.25MHZ；伴音174.75-222.75MHZ超高频：U（13~68频道）图像471.25-951.25MHZ；伴音477.75-957.75MHZ2.卫星广播电视射频电视信号的形成(1)频段划分。卫星广播电视系统都使用微波频段，其特点：·微波频段频带宽(19.18MHZ)；·微波频段频率高,波长短,可使星上和地面的天线尺寸大大减小,增益提高,方向性增强。卫星处在3600km的高空，一颗卫星就能覆盖全国；·接收卫星电波的地面天线仰角大，不受高大建筑物的反射波影响，图像不会出现重影；·微波能穿过电离层；·无线电业务已占用较低频率,而微波频段相对比较“空闲”。表3―2卫星广播下行频段表3―3我国C波段频道划分我国是借用原先运行的通信卫星开始进行的。(2)调制方式。目前我国卫星广播电视采用：FDM―FM―FDMA方式。即：群频信道频分多路―调频―射频信道频分多地址。群频信道频分多路—伴音信号频分复用。调频—复合基带信号对主载波信号调频。射频信道频分多地址—射频信号频分复用。(3)卫星电视信号的能量扩散。在视频信号里叠加一个25HZ的三角波，使功率谱降低，从而减弱对其它通信系统的干扰。3.5电视信号的发射3.5.1电视发射机电视发射机的组成及工作原理电视发射机由图像发射机和伴音发射机组成。目前,常用的是中频调制双通道电视发射机。fp(a)双通道电视发射机(b)单通道电视发射机fp+fpI形成残留边带图像信号.图3―21电视发射机的组成框图.2.电视发射机的主要指标我国的电视标准,电视发射机有以下主要指标:·标称射频频道宽度：8MHz·伴音载频与图像载频的频距：6.5MHz·频道下限与图像载频的频距：1.25MHz·图像信号主边带标称带宽：6MHz·图像信号VSB标称带宽：0.75MHz。·图像信号调制方式及调制极性：调幅制负极性·伴音调制方式:调频,最大频偏：50kHz,预加重时间常数为50μs。·图像发射机与伴音发射机的功率比：10∶1～15∶1。3.5.2电视发射天线电视发射天线,根据频段的不同,主要分为VHF天线和UHF天线两大类。在实际中,VHF频段常常使用多层蝙蝠翼天线。多层蝙蝠翼天线的增益为:其中，N为层数，λ为频道中心波长，S为两层振子中心间距。(3―2)1.22SGN图3―22蝙蝠翼天线结构UHF频段常常使用双环天线。3.6电视信号的无线传输及扩大电视覆盖范围的方法3.6.1电视信号的无线传输1.电视信号的传播特性(1)视距传播。视距(最大直视距离)与发射天线和接收天线的高度有关。设发射天线和接收天线的高度分别为h1和h2,则视距d为123.57()()dhhkm(3―3)实际上,大气层对电波有一定的折射作用,从而会改变视距的大小。在正常折射时,有效传播距离d′比视距会稍远些,近似为：(2)多径传播(障碍物反射)—造成右重影。(3)绕射传播（绕射能力弱）—造成阴影区（弱信号区）。124.12()()dhhkm(3―4)2.电视信号场强的估算接收点场强由下式估算：3123462sin()10(/)PGhhEVmrr(3―5)场强=20㏒E（dB）彩电生产线上调试时，通常用60dB场强信号调高放AGC（即60dB时高放AGC起控）；用100dB场强信号检查图像是否失控。表3―5图像质量与接收场强关系表3.6.2扩大电视覆盖范围的方法1.微波中继微波中继又称微波接力,它是在电视广播传送途中,建立多个微波中继(接力)站,利用微波通信,把电视信号一站一站地传送。微波中继有以下优点:直射性好。微波的波长非常短,在cm或mm数量级,因此,其直射性能很好。传输信号质量高。这是由于微波的性能稳定,抗干扰能力强。双向传输。可以实现台与台之间电视节目的双向交流,且互不影响。图3―23微波接力信道的构成图3―24微波接力站结构(a)端站(b)中继站2.电视差转电视差转—就是电视差频转播,。电视差转的主要功能是将接收到的主台经过差转机的频率变换、放大后,再用另一频道发射出去,从而扩大主台的覆盖范围或服务面积。图3―25一次变频单通道差转机框图(1)一次变频单通道差转机（简易型）图3―26二次变频单通道差转机框图(2)二次变频单通道差转机（折中型）高增益放大；AGC。2929(3)二次变频双通道差转机（专业型）图3―27二次变频双通道差转机框图双通道差转机的特点:·图像信号和伴音信号分开处理,互调失真小；·分开处理的图像信号和伴音信号与原来的电视信号相比,频带变窄,易于处理；·对功放的要求降低（双功放各司其责）；·结构复杂,造价高。3.卫星电视广播·覆盖面更大。·转播电视节目质量高。·费用低。·适应性强。图3―28卫星电视广播系统组成(1)卫星地面站(发射和测控站)。(2)卫星（同步卫星）。(3)地面接收网（转播；集体接收；家庭接收）。3.7电视信号的接收3.7.1地面广播电视信号的接收地面广播电视信号的接收就是家用广播电视接收机。广播电视接收机都具备兼容性,即彩色电视机可以接收黑白电视节目；黑白电视机可以接收彩色电视节目。尽管电视机正朝着数字化方向发展，但其基本的、主要的接收原理并未改变。3.7.2卫星广播电视信号的接收卫星广播电视信号的接收需要专门的卫星电视接收机。包括：接收天线、微波头、解调处理器、电视接收机四部分。图3―31卫星电视接收机的组成方式(a)一次变频型低噪声高放卫星电视接收机的组成方式：一次变频型：只能接收一个频道；只能输出音视频。高频头下变频器二次变频型：可实现频道切换；可输出射频和音视频。950~1450MHZ136.24MHZ