电视原理课件5

1、电子信息工程学院电视原理 5.1 模拟电视的数字演播室系统 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：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、各类视频源（摄像机、磁带录像机、VCDVCD、DVDDVD、 视频硬盘、字幕机、卫星电视接收机、视频硬盘、字幕机、卫星电视接收机、 现场实况信号等）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，监视器视频分配器，同步信号发生器，监视

2、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。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。 未压缩的未压缩的1010位量化视频信号，数据传输速率位量化视频信号，数据传输速率270Mb/s270Mb/s。 在数字演播室内，设备之间流通的信号为串行数字接口（在数字演播室内，设备之间流通的信号为串行数字接口（SDISDI，Serial Serial Digital InterfaceDigital Interface）信号。）信号。 SDISDI信号在传输中采用反转的不归零码（信号在传输中采用反转的不归零码（NRZINRZI），不单独传送时钟，接收端需要从接收信号中恢复出时钟。

3、为避），不单独传送时钟，接收端需要从接收信号中恢复出时钟。为避免过多的连免过多的连“0”0”和连和连“1”1”，加入扰码。，加入扰码。 5.2 彩色电视摄像机彩色电视摄像机 彩色电视摄像机的基本组成（彩色电视摄像机的基本组成（3 3大部分）大部分） 摄像机头摄像机头镜头、分光系统、摄像管、预放器、扫描电镜头、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。路、寻像器、摄像管电源及附属设备等。视频信号处理部分视频信号处理部分模拟视频信号处理：黑斑校正、增模拟视频信号处理：黑斑校正、增益提升、白平衡调节、杂散光校正、黑电平调整、益提升、白平衡调节、杂散光校正、黑电平调整、 校正

4、校正和预弯曲等；数字信号处理：和预弯曲等；数字信号处理：A/DA/D转换、三维滤波、轮廓校转换、三维滤波、轮廓校正、彩色校正、正、彩色校正、 精细的精细的校正、白压缩等。校正、白压缩等。编码器、同步机和彩条信号发生器（高级摄像机还有微处编码器、同步机和彩条信号发生器（高级摄像机还有微处理机单元）理机单元） 5.3.1 图像信号中直流分量的恢复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。为直流分量。 视频通道多采用交流放大，使直流分量丢失，结果是在重现视频通道多采用交流放大，使直流分量丢失，结果是在

5、重现图像中看不到背景亮度的缓慢变化，造成图像图像中看不到背景亮度的缓慢变化，造成图像亮度的畸变亮度的畸变。 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。恢复图像信号的性质。 5.3 图像信号的处理图像信号的处理 具有直流分量的图像信号具有直流分量的图像信号图像信号中的直流分量图像信号中的直流分量丢失直流分量后的图像信号丢失直流分量后的图像信号 钳位电路的另一个作用是消除低频干扰。如下图叠加图像钳位电路的另一个作用

6、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。电路不能消除调制型干扰。叠加型干扰叠加型干扰调制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。钳位电路通常采用三极管强迫钳位电路。 5.3.2 黑斑校正黑斑校正 原因：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斑现象黑色不均匀黑色不均匀 叠加型黑斑：在电路中产生

7、一个与附加信号波形相反的校正信号，与原信叠加型黑斑：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。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。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。 调制型黑斑校正电路方框图调制型黑斑校正电路方框图校正信号通常有校正信号通常有4 4种，即由行、场消隐脉冲积分而种，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得的行频、场频锯齿波信号以及

8、再一次积分而形成的行频、场频抛物线形信号。的行频、场频抛物线形信号。 5.3.3 校正校正由于光由于光电转换特性的非线性引起图像的灰度畸变，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为消除这种畸变设置校正电路。校正电路。实验证明，当系统总的实验证明，当系统总的s s=1.26=1.26时效果较好。时效果较好。彩色显像管彩色显像管约为约为2 2.8.8，摄像管的，摄像管的近似等于近似等于1 1，则通，则通道的道的应等于应等于1.26/2.8=0.451.26/2.8=0.45 折线性折线性校正放大器校正放大器电路原理图电路原理图渐变性渐变性校正放大器校正放大器电路原理图电路原理图5

9、.3.4 彩色校正彩色校正 原因：原因： 摄像机光谱特性应与接收端显像三基色的混色曲线一致，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值艺术效果处理艺术效果处理人为改变某种颜色的饱和度或色度人为改变某种颜色的饱和度或色度 措施：措施：l修正法：略去光谱响应特性的负区，只保留正区，并将修正法：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。图围之内。图5-245-24l合成法：把光电器件

10、丢掉的光谱响应曲线负区设法用矩合成法：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。图阵电路近似的恢复。图5-255-25 5.4 彩色电视信号编码器 PALPAL制编码器制编码器l PALPAL制制CVBSCVBS由亮度信号、色度信号、色同步信号、复合消隐信号和复由亮度信号、色度信号、色同步信号、复合消隐信号和复合同步信号组成。合同步信号组成。 PALPAL逐行倒相编码方案逐行倒相编码方案l 先对色副载波先对色副载波coscosscsct t逐行倒相，后平衡调幅（应用广泛）逐行倒相，后平衡调幅（应用广泛） 11( )( )( )( )sin180( )( )cos2211 ( )

11、sin( )( )cos22bbubvscKscscKsce tetetK ttK tttK ttK ttt ce (t)u(t)v(t)sckscU(t)Sin tV(t) (t)cos tsckscU(t)Sin tV(t) (t)sin t+90K K( (t t) )+ +1 1- -1 10 0T TH H2 2T TH H3 3T TH Ht t VUVCUCebeb /2/2 为进一步提高为进一步提高e esusu、e esvsv相位的准确性和稳定性相位的准确性和稳定性可采用数字电路可采用数字电路数字电路预制副载波编码方案数字电路预制副载波编码方案 不同相位的副载波方波波形图不同

12、相位的副载波方波波形图0180 色同步消隐门脉冲色同步消隐门脉冲 场同步期间色同步信号有可能干扰场同步的分离。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。隐色同步信号。色同步消隐门脉冲（用于消隐色同步消隐门脉冲（用于消隐K K脉冲）脉冲）场同步：场同步：2.5H2.5H前均衡：前均衡：2.5H2.5H后均衡：后均衡：2.5H2.5H色同步消隐门脉冲宽度色同步消隐门脉冲宽度7.5H7.5H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为保证色副载波锁相稳定，各场消隐前

13、后的色同步相位应相同PALPAL色同步信号为逐行倒相信号，欲使消隐前的最后一行与消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个行周期规定：门宽取规定：门宽取9H9H 每帧为奇数行每帧为奇数行625625，若第一帧奇数行为不倒相行，则第二帧，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，固定位置的的不倒相行为偶数行，固定位置的9H9H消隐门只能保证同一个消消隐门只能保证同一个消隐门前后的色同步同相，不能保证隐门前后的色同步同相，不能保证两帧四场两帧四场的消隐门前后的

14、色的消隐门前后的色同步都同相。同步都同相。解决办法：消隐门位置不固定解决办法：消隐门位置不固定色同步消隐门每场向前移色同步消隐门每场向前移1/2H1/2H，四场循环一次，四场循环一次色同步消隐迂回门脉冲色同步消隐迂回门脉冲为保证为保证两帧四场两帧四场的消隐门前后的色同步相位都同相的消隐门前后的色同步相位都同相 色同步消隐固定门脉冲色同步消隐固定门脉冲 色同步消隐迂回门脉冲色同步消隐迂回门脉冲5.5 模拟电视射频信号的形成模拟电视射频信号的形成 频带约为频带约为0Hz0Hz6MHz6MHz的视频基带信号和的视频基带信号和50Hz50Hz15KHz15KHz的音频基的音频基带信号必须调制在射频载波

15、上，形成射频（带信号必须调制在射频载波上，形成射频（RFRF）信号，以无）信号，以无线电波的形式向外传播。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我国地面广播电视系统射频全电视信号(1)(1)、使用频段：、使用频段： 甚高频甚高频VHFVHF：48MHz48MHz223MHz223MHz 超高频超高频UHFUHF：470MHz 470MHz 960MHz960MHz(2)(2)、调制方式：、调制方式： 图像信号的调制采用残留边带调幅图像信号的调制采用残留边带调幅(VSB) (VSB) ，伴音信号采用，伴音信号采用调频调频(FM)(FM)。由于图像与伴音的调制方式不同而不致于互

16、相干。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。扰，接收到的伴音信号的质量也较高。5.5.1 图像信号的调制图像信号的调制( )cos ( )cos ( )coscos11 coscoscos221 ( )coscos2mmmccccmmcccmcmmcmccmutUtu tUtu tUUttUtUtUtu tUtU设单频调制信号 载波双边带调幅波-单边带调幅波11 coscossinsin22cmcmmcmmctUUttUtt 1. 1. 残留边带调制方式残留边带调制方式 VSB (Vestigial SideBand modulation)VSB (Ves

17、tigial SideBand modulation) 双边带调幅双边带调幅DSB-AMDSB-AM和单边带调幅和单边带调幅SSB-AMSSB-AM单边带调幅与双边带调幅相比，调制信号的幅度下降为单边带调幅与双边带调幅相比，调制信号的幅度下降为1/21/2，而且增加了一个正交调制项。而且增加了一个正交调制项。 (2)(2)残留边带调幅残留边带调幅 VSB-AM (Vestigial SideBand AM)VSB-AM (Vestigial SideBand AM)发送一个完整的上边带和一小部分下边带，即发送一个完整的上边带和一小部分下边带，即0.75MHz0.75MHz以内为双以内为双边带，

18、边带，0.750.751.25MHz1.25MHz为不对称双边带，为不对称双边带，1.251.256MHz6MHz为单边带。为单边带。伴音载频伴音载频f fS S比图像载频比图像载频f fP P高高6.5MHz6.5MHz，距，距f fP P为为 -1.25MHz-1.25MHz处的最小衰处的最小衰减量为减量为20 dB20 dB。 已调信号的频带比已调信号的频带比 DSBDSB窄，节省频率资源；窄，节省频率资源； 频带形成滤波器比频带形成滤波器比SSBSSB易实现，相频特性非线性小；易实现，相频特性非线性小； 易检波解调；易检波解调； 利于伴音第二中频的内差载频的产生。利于伴音第二中频的内差

19、载频的产生。 VSBVSB是一种不均衡调制，若幅频特性不加改变进行检波，则是一种不均衡调制，若幅频特性不加改变进行检波，则低于低于0.75MHz0.75MHz的双边带频率成分检波输出的振幅比的双边带频率成分检波输出的振幅比1.251.256MHz6MHz的单边带频率成分大一倍，产生幅度失真。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。幅频特性。 残留边带幅频特性：残留边带幅频特性： 接收机中放的特殊幅频特性接收机中放的特殊幅频特性图像中频图像中频伴音中频伴音中频表示接收机中频特性准确地

20、调整到表示接收机中频特性准确地调整到A A点（斜线的中点），所希点（斜线的中点），所希望的平滑的幅频特性；望的平滑的幅频特性；表示接收机中频特性调整到表示接收机中频特性调整到B B点，高频衰减；点，高频衰减；表示接收机中频特性调整到表示接收机中频特性调整到C C点，高频加强，低频相对减弱。点，高频加强，低频相对减弱。中放幅频特性的数学分析中放幅频特性的数学分析00000000011 ( )cos1cos1cos2211 coscoscos2211 coscos22cmmmmmmcmmmmmmmmmmu tUtUtUtUtUtUtUtUt0设图像中频为，当 时，中放幅频特性为1（对应于A点）；双

21、边带部分的中频放大： （）（）- 000000coscossinsin( )coscos coscossinsin cmmmmmcmmcmmmmUUttUttu tUtUtUUttUtt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。通过同步检波，双边带部分和单边带部分均得到正确复原。调制极性调制极性 图像信号采用负极性调制图像信号采用负极性调制优点：优点：效率高效率高负极性调幅时，同步脉冲顶对应于图像发射机负极性调幅时，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

22、而负极性调制时，调幅信号的平均比暗的部分面积大，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。功率要比峰值功率小得多，即工作效率高。干扰小干扰小在传输过程中，当有脉冲干扰叠加在调幅信号在传输过程中，当有脉冲干扰叠加在调幅信号上时，对正极性调制来说，干扰脉冲为高电平上时，对正极性调制来说，干扰脉冲为高电平( (白电平白电平) )，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

23、制电为暗点，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。路消除或减弱。有利于有利于AGCAGC控制控制负极性调制还便于将同步顶用作基准电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平进行自动增益控制(AGC)(AGC)。 伴音信号的调制伴音信号的调制调频调频(FM)(FM)电视广播中伴音信号的频率范围取：电视广播中伴音信号的频率范围取：50Hz-15kHz50Hz-15kHz之间。之间。我国规定伴音己调信号的最大频偏我国规定伴音己调信号的最大频偏ffm m为为50kHz50kHz，则伴音信号已调波的带宽则伴音信号已调波的带宽B B： B B2(f2(fm m+f+fm m)

24、 )2(50+15)2(50+15)130kHz130kHz。调频信号的预加重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频指数mf mf 相差很大，高频端的相差很大，高频端的mf mf 很小，使高频端的抗干扰能很小，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。去加重电路，以均衡高、

25、低端的抗干扰能力。 射频全电视信号的频谱及频道划分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VSBVSB调幅和调幅和FMFM调频后形成射频全电视信号，其频谱如下图所示，调频后形成射频全电视信号，其频谱如下图所示，总频带宽度总频带宽度( (频道带宽频道带宽) )为为8MHz8MHz。 每个电视频道以每个电视频道以8MHz8MHz为间隔，我国电视频道在为间隔，我国电视频道在VHFVHF和和UHFUHF频段频段共分为共分为6868个频道。个频道。VHF-：4892MHz （DS1DS5）VHF-：167223M

26、Hz （DS5DS12）UHF-：470566MHz （DS13DS24）UHF-：606958MHz （DS25DS68）有线电视增补频道：有线电视增补频道：A1： 111167MHz （Z1 Z7）A2：223 295MHz （Z8 Z16）B： 295 463MHz （Z17 Z37） 双通道中频调制模拟彩色电视发射机原理方框图双通道中频调制模拟彩色电视发射机原理方框图5.5.2 电视发射机电视发射机电视发射机由图像发射机和伴音发射机组成。电视发射机由图像发射机和伴音发射机组成。 模拟彩色电视发射机幅频特性模拟彩色电视发射机幅频特性 根据我国的电视标准，电视发射机有以下主要指标：根据我国

27、的电视标准，电视发射机有以下主要指标：u标称射频频道宽度：标称射频频道宽度：8MHz8MHz。u伴音载频与图像载频的频距；伴音载频与图像载频的频距；6.5MHz6.5MHz。u频道下限与图像载频的频距：频道下限与图像载频的频距：-1.25MHz-1.25MHz。u图像信号主边带标称带宽：图像信号主边带标称带宽：6MHz6MHz。u图像信号图像信号VSBVSB标称带宽：标称带宽：0.75MHz0.75MHz。u图像信号调制方式及调制极性：振幅调制负极性。图像信号调制方式及调制极性：振幅调制负极性。u伴音调制方式：调频伴音调制方式：调频ffm m50 kHz50 kHz，预加重时常数为，预加重时常

28、数为50s50su图像发射机与伴音发射机的功率比：图像发射机与伴音发射机的功率比：10:l 10:l 15:115:1， 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。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。电视发射机的主要指标电视发射机的主要指标5.6 模拟电视同步信号的形成模拟电视同步信号的形成 同步信号的定时就是建立起整个电视系统的时间标准。同步信号的定时就是建立起整个电视系统的时间标准。7 7种同步信号：种同步信号：行推动信号行推动信号H H；场推动信号场推动信号V；复合同步信号；复合同步信号S；复合消隐信号复合消隐信号B；副载波；副载波fsc;色同步旗形脉冲色同步旗

29、形脉冲K；PAL识别脉冲识别脉冲P这些信号在频率和相位方面有着严格的关系，可由一个标准的这些信号在频率和相位方面有着严格的关系，可由一个标准的定时信号通过一定的处理和变换来产生。定时信号通过一定的处理和变换来产生。5.6.1 同步信号的定时原理同步信号的定时原理同步信号定时方案之一同步信号定时方案之一用具有高稳定度的副载波振荡作用具有高稳定度的副载波振荡作为标准信号，产生高稳定度的为标准信号，产生高稳定度的2f2fH H 、f fH H、f fV V脉冲。脉冲。82275252 s sc cH Hf ff f 2fH=625fVfSCfSC - 25集成电路同步机方案集成电路同步机方案 f f

30、sc(色副载波色副载波)2fH=31.25kHz fH 5.6.2 同步设备之间的锁相原理为了实现来自不同信号源的多路信号的混合与切换为了实现来自不同信号源的多路信号的混合与切换必须必须使本台同步机产生的各种同步信号与外来信号中的同步信号使本台同步机产生的各种同步信号与外来信号中的同步信号在频率与相位上严格一致。在频率与相位上严格一致。要锁相的同步信号包括：色同步信号中的副载波、行同要锁相的同步信号包括：色同步信号中的副载波、行同步、场同步以及步、场同步以及P P脉冲。脉冲。 同步机的这种工作方式称同步机的这种工作方式称同步机的锁相同步机的锁相。本地同步信号发生器受控于外来输入信号的锁相方式称

31、本地同步信号发生器受控于外来输入信号的锁相方式称台从锁相。将外来电视节目源的各种同步信号锁定在本地台从锁相。将外来电视节目源的各种同步信号锁定在本地同步机所产生的各信号的频率与相位上称台主锁相。同步机所产生的各信号的频率与相位上称台主锁相。现在普遍用帧同步机进行台主锁相。现在普遍用帧同步机进行台主锁相。台从锁相台从锁相 台主锁相台主锁相帧同步机基本工作原理方框图帧同步机基本工作原理方框图5.7 电视信号的录放原理电视信号的录放原理 5.7.3 光盘录像原理光盘录像原理 1.1.概述概述荷兰飞利浦荷兰飞利浦(Philips)(Philips)公司于公司于19721972年展示了长时间播放电视节年展示了长时间播放电视节目的光盘系统，六年后正式投放市场，命名为目的光盘系统，六年后正式投放市场，命名为LV LV (LaserVision)(LaserVision)的光盘播放机。的光盘播放机。8080年代动态图象光盘进展缓慢，徘徊十年。年代动态图象光盘进展缓慢，徘徊十年。19931993年年MPEGMPEG说服说服了世界