第3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广播电视系统概述广播电视系统是一种用于广播的非专用电视系统。由于它一般采用无线电方式进行信号传输,因此,广播电视系统也可称为无线电视系统或开路电视系统。目前,广播电视系统主要是广播这一单一业务。图3―1广播电视系统的组成方框图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,其性能的优劣往往对整个电视系统的质量有着举足轻重的作用。因此,对摄像机的要求很高。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。·彩色逼真,轮廓清晰,灰度分明。·失真与干扰要小。·灵敏度要高。较好的摄像机的灵敏度约在40lx左右。·镜头口径及变焦比要高。一般采用10~15倍的变焦镜头即可。·使用特性要好。这要求调节简单,使用灵活方便及小型轻便等。1.彩色电视摄像机的基本组成目前,实用化的彩色摄像机主要是三管彩色摄像机和单管彩色摄像机两种。各种摄像机的构造类似,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、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。主要包括视频放大、增益调整、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、同步机和彩条信号发生器。?图3―2示出了三管式彩色摄像机的基本组成。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。(2)CCD摄像管。·寿命长。·成本低。·机械性能好,耐震、耐撞,不怕强光照射。·重合精度高。摄像管与镜头固定牢固,匹配精确。·暂留特性好,适于拍摄运动图像。?¤CCD摄像管的缺点主要是存在垂直拖尾现象,但采用帧行间转移(适合)型CCD可以基本克服这种现象。①CCD的构成。②CCD的工作原理。③CCD的隔行扫描。④CCD摄像机。3.光学系统光学系统也是彩色摄像机的重要组成部分,它不仅对摄像机的光谱响应特性有影响,而且也影响所摄取的景物及其彩色。?$图3―3CCD的一个电极结构图图3―4一个面阵CCD的结构图3―5CCD电荷转移原理图图3―6四相CCD的隔行扫描3.光学系统光学系统也是彩色摄像机的重要组成部分,它不仅对摄像机的光谱响应特性有影响,而且也影响所摄取的景物及其彩色。彩色摄像机的光学系统主要由变焦距镜头、分色镜、中性滤光片和色温滤光片组成(图3―2)。?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(SpotScanner)。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录放像机视频磁带记录就是把视频电视信号(电信号)以剩磁的形式记录在磁带上。存储记录方式可以是模拟式,也可以是数字式。数字式有许多优点,如失真、杂波小和复录对图像质量的影响小,可采用多磁头并行录放技术来解决最短记录波长及磁带—磁带相对速度的最高值受限问题等。目前,磁带录像机的种类十分繁多,但可归为三大类,即:(1)U型机或称Umatic。它采用3/4英寸磁带,在电视广播中用得较多。(2)β型机或称β―max。它采用1/2英寸磁带。(3)VHS。它也采用1/2英寸磁带。3.3电视信号的处理3.3.1校正处理1.反杂波校正由摄像管输出的信号非常微弱,需要在摄像机机头内紧靠摄像管处设置预放器,将微弱信号放大。通常在摄像机头内设置有杂波抑制电路或反杂波校正电路。图3―8视频电视信号的处理2.电缆校正摄像机头离控制台(调像台)往往比较远,从机头到调像台的传输电缆就比较长,其分布参数会使图像信号的高频分量跌落,影响图像清晰度。3.黑斑校正由于多种原因,如摄像机镜头各区域亮度不均匀,投射在光电靶面的背景光不均匀及电子束在靶面边缘不能垂直上靶等,会使重现图像出现黑斑或色斑。4.轮廓校正(孔阑校正)5.直流恢复6.灰度校正(γ校正)7.彩色校正8.时基校正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.特技处理特技发生器的功能有:·切换·混合·划变·软键,主要是把黑白摄像机拍摄的图案插入到节目图像中去·键控,分为内键和外键两种·字幕叠加·底色变换·图样调制·边框与边线·定位。此外,数字视频特技的应用也越来越广泛。下面介绍几种基本的特技处理方法。(1)切换。①快切换。②慢切换。图3―9快切换原理图图3―10录像机自动播控系统图3―11慢切换的几种方法图3―12划变原理图图3―13字幕叠加原理图(2)划变。(3)键控。(4)字幕叠加。(5)数字特技。①图像的放大与缩小。②油画效果。③瓷砖效果。④画面冻结。⑤裂像效果。⑥镜像效果。⑦倒影。⑧多画面与画中画(PIP)。⑨三维特技效果。3.4电视信号的形成3.4.1视频全电视信号的形成电视台在进行节目联播或作实况转播时,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。(2)台从锁相。(3)台主锁相。图3―14帧同步器工作原理图3―15台从锁相3.4.2射频电视信号的形成1.地面广播电视系统射频电视信号的形成(1)使用频段。(2)调制方式。①图像信号的残留边带调幅。②伴音信号的调频。B=2(Δfm+Fmax)=2(50+15)=130kHz(3―1)(3)射频全电视信号的频谱及频道划分。图3―16残留边带调幅的幅频特性图3―17接收机中放幅频特性图3―18负极性射频图像信号图3―19已调伴音信号的频谱图3―20射频全电视信号的频谱2.卫星广播电视射频电视信号的形成(1)频段划分。·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,从而减小卫星的体积和重量,降低对发射功率的要求,且可防止对邻近区域的干扰·微波频段不易受大气扰动噪声的影响·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―1我国电视频道的划分表表3―2卫星广播下行频段表3―3我国C波段频道划分(2)调制方式。①FM―FM方式。②PCM―FDM―FM方式。③MAC方式。(3)卫星电视信号的能量扩散。表3―4几种MAC制的性能指标3.5电视信号的发射3.5.1电视发射机1.电视发射机的种类电视发射机的种类主要根据电视图像发射机的分类方法不同而有各种命名。就图像发射机而言,可以有多种分类。2.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,常用的中频调制电视发射机有两种形式,即双通道电视发射机和单通道电视发射机,如图3―21所示。图3―21电视发射机的组成框图(a)双通道电视发射机(b)单通道电视发射机3.电视发射机的主要指标根据我国的电视标准,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:振幅调制负极性·伴音调制方式:调频,Δfm=50kHz,预加重时常数为50μs。·图像发射机与伴音发射机的功率比:10∶1～15∶1,这是为图像发射机与伴音发射机有相同的覆盖范围设置的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,常常使用多层蝙蝠翼天线。多层蝙蝠翼天线在水平面内的方向图与单层的基本相同,近似为一个圆。在垂直方向上,方向图与层数有关层数越多,垂直方向性越尖锐,增益提高,远区场增加。多层蝙蝠翼天线的增益通常由下式确定:1.22SGN(3―2)图3―22蝙蝠翼天线结构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)式中,h1和h2以m为单位。实际上,大气层对电波会有一定的折射作用,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。(3)绕射传播。124.12()()dhhkm(3―4)2.电视信号场强的估算接收点场强可用下式来估算:3123462sin()10(/)PGhhEVmrr(3―5)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,建立许多微波中继(接力)站,利用微波,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。微波线路传送的电视信号的质量比用短波或超短波传送的质量要高。这是由于微波的直射性好,性能稳定,抗干扰能力强,且微波中继线路通常为专用线路。·可双向传输。双向传输可以实现中央台和地方台的各种电视节目的双向交流,而不互相影响。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.电视差转电视差转是电视差频转播的简称,它也是一种电视中继或转播措施。电视差转的主要功能是将接收到的主台(或称骨干台)某频道的电视节目,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。(1)一次变频单通道差转机。(2)二次变频单通道差转机。图3―25一次变频单通道差转机框图图3―26二次变频单通道差转机框图图3―27二次变频双通道差转机框图(3)二次变频双通道差转机。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·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。·效率高。图3―28卫星电视广播系统组成(1)卫星地面站。(2)卫星星体。(3)地面接收网。图3―29主发控站简化框图图3―30直接变换式转发器框图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非常简单,用普通的家用广播电视接收机即可实现。普通的广播电视接收机通常都具备兼容性,可以接收彩色或黑白的电视节目。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,并配上普通电视接收机或监视器才能完成。卫星电视广播的地面接收部分,不论采用何种接收形式,所用的卫星电视接收机的组成都一样,包括接收天线、室外单元和室内单元三部分。图3―31卫星电视接收机的组成方式(a)一次变频型(b)二次变频型图3―31卫星电视接收机的组成方式(a)一次变频型(b)二次变频型