第1讲：电视广播与信号教学课件教学课件

1、1第第1章章 电视广播与信号电视广播与信号教学目的教学目的1掌握电视信号的组成；广播电视扫描的主要参数。2理解电视信号的形成与传输；高频电视信号的形成。3了解电视系统的组成；电视频道的划分。技能要求技能要求1掌握视频电视信号的波形检测2了解高频电视信号的形成。2本章主要内容：本章主要内容： 1.1 广播电视系统的基本组成 1.2 电视扫描原理（或电子扫描原理） 1.3 电视图像的摄取 1.4 彩色图像的分解与重现 1.5 电视图像的传送 1.6 电视信号的发送方式 1.7 黑白电视信号 1.8 彩色电视与黑白电视的兼容 1.9 电视频道的划分 1.10 电视制式311 广播电视系统的基本构成广

2、播电视系统的基本构成 广播电视系统包括电视信的产生与发射、电视信号的传输、电视信号的接收与处理三大部分，按其信号的传输方式可分为无线与有线两大类，而无线方式又可分为地面广播电视和卫星广播电视两类。 4111 地面广播电视系统地面广播电视系统图图1-1 地面广播电视系统示意图地面广播电视系统示意图51地面广播电视发射机地面广播电视发射机 （a）双通道电视发射机）双通道电视发射机 （b）单通道电视发射机）单通道电视发射机 图图1-2 电视发射机组成原理方框图电视发射机组成原理方框图62地面广播电视接收机地面广播电视接收机图图1-3 地面广播彩色电视接收机组成方框图地面广播彩色电视接收机组成方框图7

3、3地面广播电视接收天线和馈线地面广播电视接收天线和馈线（l）电视接收天线。）电视接收天线。 折合振子天线只要长度等于，也具有上述特性。折合振子天线只要长度等于，也具有上述特性。接收天线的长度接收天线的长度L与接收频道的中心频率与接收频道的中心频率fo的关系是：的关系是： L= 图图1-4 半波振子天线半波振子天线 图图1-5 折合振子天线折合振子天线 ffC000150228（2）馈线。馈线是天线和电视机输入回路的连接线，馈线与天线之间的阻抗必须匹配，否则会影响电视机的正常接收。图图1-6 馈线馈线9图图1-7 双孔磁芯匹配器的应用双孔磁芯匹配器的应用 10112 卫星广播电视系统卫星广播电视

4、系统 卫星广播电视系统利用位于赤道上空的同步卫卫星广播电视系统利用位于赤道上空的同步卫星作为电视广播站，卫星电视广播不受地理条件限星作为电视广播站，卫星电视广播不受地理条件限制，传送的图像质量高，没有重影。制，传送的图像质量高，没有重影。 卫星电视的传送有卫星通信和卫星广播两种方卫星电视的传送有卫星通信和卫星广播两种方式。卫星通信是指通过卫星把两个或多个地面站连式。卫星通信是指通过卫星把两个或多个地面站连接起来的点到点的单向传输和覆盖；卫星广播则是接起来的点到点的单向传输和覆盖；卫星广播则是点对面的单向传输和覆盖，它把来自地面的上行发点对面的单向传输和覆盖，它把来自地面的上行发射站传送来的电视

5、节目再转发到地面，供地面用户射站传送来的电视节目再转发到地面，供地面用户接收。接收。 卫星电视广播系统主要由上行站、卫星、接收卫星电视广播系统主要由上行站、卫星、接收站和遥测遥控跟踪站组成，如图站和遥测遥控跟踪站组成，如图1-8所示。所示。 11 图图1-8 卫星广系统方框图卫星广系统方框图 121卫星数字电视接收机卫星数字电视接收机 卫星数字电视接收系统结构方框图如图卫星数字电视接收系统结构方框图如图1-9所所示，它由接收天线、高频头和卫星数字电视接收机示，它由接收天线、高频头和卫星数字电视接收机（又称室内单元或综合解码接收机）二部分组成。（又称室内单元或综合解码接收机）二部分组成。 图图1

6、-9 数字卫星电视系统结构方框图数字卫星电视系统结构方框图 13（1）天线与高频头。）天线与高频头。图1-10所示为一种前馈式抛物面天线的结构，它由抛物面反射体、馈源及其支撑杆、天线支架和仰角及方位角调整机构组成。 后馈式天线（也称卡塞格伦天线），是在抛物面天线的基础上发展起来的，它有两个反射面，以抛物面为主反射面，旋转双曲面为副反射面，如图1-11所示。 图图1-10 前馈式抛物面天线的结构前馈式抛物面天线的结构 图图1-11 后馈式天线的结构后馈式天线的结构 14 高频头的组成框图如图1-12所示。来自馈源的微弱信号，经过宽频带低噪声放大器后，送到混频级与本振信号混频后，输出宽频带的第一中

7、频信号（频率为0952150GHz）。图图1-12 高频头组成框图高频头组成框图 15113 有线电视系统有线电视系统 有线电视系统通常由前端设备、传输系统、信有线电视系统通常由前端设备、传输系统、信号分配网络三部分组成。有线电视系统的组成方框号分配网络三部分组成。有线电视系统的组成方框图如图图如图1-13所示。所示。图图1-13 有线电视系统的组成方框图有线电视系统的组成方框图 1612 电视扫描原理电视扫描原理 电子束有规律地运动称为扫描。电视技术中有两种直线型扫描：一种是水平方向的扫描，称为行扫描；另一种是垂直方向的扫描，称为场扫描。电视发送端将图像分解为像素及接收端将像素重新组合成图像

8、的过程，就是分别靠摄像管和显像管中电子束的扫描运动来完成的。 当电子束通过电场或磁场时，会受到电场或磁场的作用力而改变运动的方向。摄像管和显像管是利用磁场使电子束偏转来实现扫描的，即在器件外装置的偏转线圈中通以锯齿波电流，使电子束做相应的偏转 171逐行扫描逐行扫描 一行紧跟一行的扫描方式称为逐行扫描。为了使电子束顺序扫完整个屏幕，它必须同时进行水平和垂直方向的偏转，为此需要给两对相应的偏转线圈分别通以如图1-20所示的锯齿波电流。 （a）行扫描锯齿波电流）行扫描锯齿波电流（b）场扫描锯齿波电流）场扫描锯齿波电流图图1-14 逐行扫描锯齿波电流波形图逐行扫描锯齿波电流波形图18 行扫描周期的倒

9、数就是行扫描频率fH，即： fH 当只在行偏转线圈中通以锯齿波电流时，将在屏幕中间出现一条水平亮线，如图l-15（a）所示。 若只在场偏转线圈里通以锯齿波电流，则屏幕上就只出现一条垂直亮线，如图1-15（b）所示。 （a）只有行扫描 （b）只有场扫描 （c）行正程扫描轨迹 （d）场逆程扫描轨迹 （e）消隐后的扫描光栅 图图1-15 逐行扫描光栅逐行扫描光栅 TH1192隔行扫描隔行扫描 根据人眼的视觉特性，一幅电视图像要有足根据人眼的视觉特性，一幅电视图像要有足够够的清晰度且不能产生闪烁感觉，就必须有足够的换的清晰度且不能产生闪烁感觉，就必须有足够的换场频率。若采用逐行扫描，产生出来的图像信号

10、必场频率。若采用逐行扫描，产生出来的图像信号必然将有很宽的频带，这将会使设备复杂化，因此逐然将有很宽的频带，这将会使设备复杂化，因此逐行扫描只在高清晰度彩色电视机中采用。为了克服行扫描只在高清晰度彩色电视机中采用。为了克服逐行扫描的缺点，普通电视广播中常采用隔行扫逐行扫描的缺点，普通电视广播中常采用隔行扫描，这种扫描方式可以在不增加带宽的条件下，既描，这种扫描方式可以在不增加带宽的条件下，既保证有足够的清晰度，又避免产生闪烁现象。保证有足够的清晰度，又避免产生闪烁现象。 隔行扫描就是把一帧（或称一幅）图像分成两隔行扫描就是把一帧（或称一幅）图像分成两场来扫描，第一场扫描场来扫描，第一场扫描1、

11、3、5奇数行，称为奇奇数行，称为奇数数场。第二场扫描场。第二场扫描2、4、6偶数行，称为偶数场。偶数行，称为偶数场。偶数场扫描线嵌在奇数场扫描线的中间，如图偶数场扫描线嵌在奇数场扫描线的中间，如图1-16所示。所示。20（a）隔行扫描光栅 （b）扫描电流波行图图1-16 隔行扫描光栅及扫描电流波行隔行扫描光栅及扫描电流波行21 隔行扫描重现图像的示意图如图1-17所示。 （a）奇数场图像）奇数场图像 （b）偶数场图像）偶数场图像 （c）合成图像）合成图像图图1-17 隔行扫描重现图像示意图隔行扫描重现图像示意图22 图像信号的上限，即最高频率，出现在图像的细节部分，细节越清晰，信号频率就越高。

12、图1-18（a）所示为一幅全部是细节的图像，这幅图像由许多黑白小方块组成，方格的高度与垂直方向扫描线的间距相等。这样，一个黑或白的小方块就是一个像素。我们知道，我国电视扫描行数为625行，其中正程575行，逆程50行，即一帧图像的显示扫描行数为575行。也就是说，一帧图像由575行像素组成。一般电视机屏幕的宽高比为4：3，因此，一帧图像的总像素个数约为： （43）57557544万个23 （a）一幅细节图像 （b）理想电压波形（c）正弦波形图图1-18 图像信号及波形图像信号及波形243我国对于行场扫描有关参数规定 我国广播电视采用隔行扫描，其主要扫描 参数如下所示。 行频：15625Hz，场

13、频：50Hz，行周期：64s， 场周期：20ms，行正程时间：52s， 场正程时间：18.4ms，行逆程时间：12s， 场逆程时间：1.6ms，帧频：25Hz，每帧行数：625行（其中正程575行），帧周期：40ms，每场行数：312.5行（其中正程287.5行）。注意：1帧=2场 每场分为奇场和偶场2513 电视图像的摄取电视图像的摄取 电视图像信号是通过光电转换、信号传电视图像信号是通过光电转换、信号传送和电光转换来实现传送和接收的。对于彩送和电光转换来实现传送和接收的。对于彩色电视系统而言，在发射端，利用摄像机将色电视系统而言，在发射端，利用摄像机将彩色图像变成电信号，然后将电信号做适当

14、彩色图像变成电信号，然后将电信号做适当的技术处理传送出去；在接收端，利用电视的技术处理传送出去；在接收端，利用电视接收机将接收的电信号进行相应的技术处接收机将接收的电信号进行相应的技术处理，再经彩色显像管重现出彩色图像。理，再经彩色显像管重现出彩色图像。261电视摄像机电视摄像机 广播电视用广播电视用R、G、B三管型彩色摄像机的组成三管型彩色摄像机的组成框图如图框图如图1-19所示。所示。图图1-19 广播电视用广播电视用R、G、B三管型彩色摄象机的三管型彩色摄象机的组成框图组成框图 272光电转换原理光电转换原理 光与电的相互转换是电视图像摄取与重现的基础。在电视系统中，光电转换是由摄像器件

15、和显像器件来完成的。 图图1-20 摄像管摄像原理图摄像管摄像原理图 图图1-21 光电靶某些单元电位分布示意图光电靶某些单元电位分布示意图2814 彩色图像的分解与重现彩色图像的分解与重现1彩色图像的分解彩色图像的分解 图像的分解，如图图像的分解，如图1-22所示。所示。 图图1-22 彩色图像的分解彩色图像的分解 292彩色图像的重现彩色图像的重现 在接收端，经过传输通道，图像信号又被解码器分解为三个基色信号去控制彩色显像管的三个电子束，如图l-23所示。图图1-23 彩色图像的重现彩色图像的重现 3015 电视图像的传送电视图像的传送1图像信号的传送图像信号的传送 在发时端，电视台首先用

16、摄像机（光电转换）把图像信号转换为相应变化规律的电信号（电流、电压），然后经图像信号的放大，对放人后的图像信号进行调制后与音频调制信号一起形成射频全电视信号发射出去。在接收端，射频电视信号被普通用户的天线接收到，送入我们所熟悉的电视接收机中处理。先通过高频调谐器进行选台，然后在信号处理电路中经图像处理电路将图像电信号还原，最后由显像管（电光转换）还原图像。312伴音信号的传送伴音信号的传送 在发射端，电视台用话筒（声电转换）把声音信号转换为音频电信号，一般称为伴音信。经音频放大、音频预加重等处理后，将音频信号同样进行调制，然后与调制后的图像信号一起形成电视信号的一部分，由发射塔发射出去。在接收

17、端，同样先由高频调谐器选频，然后经信号处理电路进行音频处理后还原伴音电信号，最后由扬声器（电声转换）还原声音。323图像的顺序传送与扫描同步图像的顺序传送与扫描同步 当一幅幅电视图像在电视机屏幕上显示时，不要误以为电视台是同一时问将一幅图像传送过来的。如果仔细观察可以发现，一幅完整的图像是由许许多多的小点组成的，点越多越密画面越清晰。这些小点是构成图像的最小单元，称为像素。一幅图像包含大约4050万像素。也就是说，电视台传送的实际上是一个个像素信号。 如此多的像素，不可能杂乱无章地传送，要按照一定的规律，以便于在接收端还原，对于普通电视采用的是顺序传送方式，如图1-24所示。33 图图1-24

18、 图像的顺序传送与扫描同步示意图图像的顺序传送与扫描同步示意图 3416 电视信号的发送方式电视信号的发送方式 全电视信号中包含很低的音频和直流分量，与无线电语言广播一样，要想把图像信号以及伴音信号远距离传送，需要采用调制的方法，即将图像信号与伴音信号分别调制在各自的高频载波上，形成高频图像信号和高频伴音信号，再合成为高频电视信号（或称射频电视信号），经天线以电磁波的形式辐射出去。图1-25所示为电视信号发送示意图。35 图图1-25 电视信号发送示意图电视信号发送示意图 36161 伴音信号的调频伴音信号的调频 调频：就是将要传送的伴音信号作为调制信号去控制载波的频率，使载波的频率随伴音信号

19、的幅度变化而变化（即频变幅不变）。单频信号的调频如图1-25所示。调频制具有音质好、抗干扰性能强等优点，电视系统中伴音采用调频制还可以减少与调幅图像信号间的串扰。37 图图1-26 单音频信号的调频单音频信号的调频 在电视中，语音、音乐的频率范围为20Hz15KHz。系统采用的最大频偏fm为50KHz。调频制中调频指数mf为： mf= 式中，为比例常数，Um为调制电压振幅，Fm为调制信号最高频率。调频波带宽（BW）： BW=2（mf+1）Fm FfUmmmm38 电视系统中常采用如图1-27（a ）所示的RC 电路实现预加重，其幅频特性如图127（b）所示。去加重网络和其幅频特性如图1-27（

20、C ）、（d）所示。图图1-27 预加重与去加重预加重与去加重 39162 图像信号的调幅图像信号的调幅 调幅是指用待传送的调制信号去控制高调幅是指用待传送的调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的变化规律频载波的振幅，使其按调制信号的变化规律而变化。经过调幅后的高频波称为调幅波。而变化。经过调幅后的高频波称为调幅波。在电视技术中，对图像载频的调制有两种情在电视技术中，对图像载频的调制有两种情况：一种是用负极性的图像信号对载频进行况：一种是用负极性的图像信号对载频进行调制，称为负极性调制；另一种是用正极性调制，称为负极性调制；另一种是用正极性的图像信号对载频进行调制，称为正极性调的图像信

21、号对载频进行调制，称为正极性调制，如图制，如图1-28所示。所示。40图图1-28 负极性调制与正极性调制负极性调制与正极性调制41 图图1-29 调幅波频谱调幅波频谱 图图1-30 残留边带信号频谱残留边带信号频谱4217 黑白电视信号黑白电视信号171 视频信号视频信号 黑白全电视信号包括图像信号、复合消隐信号、复合同步信号、槽脉冲和均衡脉冲。图像信号反映了电视系统所传送图像的信息，是电视信号中的主体，它是在场扫描正程期和行扫描正程期内传送的。其他几种信号则是为了保证图像质量（如图像的清晰和稳定）而设置的辅助信号，而这种辅助信号却是必需的。其中，复合消隐信号是为了消除回扫线而使图像清晰；而

22、复合同步信号、槽脉冲和均衡脉冲的作用主要是使重现图像与摄取图像保持同步，正确重现图像并使之稳定这些辅助信号都是在行、场逆程期间传送的。 其视频信号由图像信号、复合消隐信号、复合同步信号组成，如图1-31（a）所示。43 （a）视频信号的组成 （b）图像信号（c）消隐信号 （d）同步信号图图1-31 视频信号的波形视频信号的波形44 不同的图像信息产生的电压波形和频率是不同的，如图1-32所示。 （a）一个周期 （b）两个周期 （c）四个周期 图图1-32 图像信号波形和频率图像信号波形和频率45172 黑白电视信号的种类黑白电视信号的种类 在黑白电视信号中，除了图像信号、复合消隐信号、复在黑白

23、电视信号中，除了图像信号、复合消隐信号、复合同步信号外，还有起辅助作用的槽脉冲信号、前后均衡脉合同步信号外，还有起辅助作用的槽脉冲信号、前后均衡脉冲信号，如图冲信号，如图1-33所示。所示。 图图1-33 黑白电视信号黑白电视信号46 全电视信号的主频谱为线状离散性质，各主频谱处在行频及其谐波频率上，如图1-34所示。图图1-34 全电视信号频谱图全电视信号频谱图 47 射频电视信号的总频谱特性，如图1-36所示。 图图1-36 射频电视信号振幅频谱示意图射频电视信号振幅频谱示意图 48黑白电视信号中各信号主要参数一行图像信号持续时间为52s；行消隐脉宽为12s；行同步脉宽为 4.7S；场消隐

24、脉宽为1612S；场同步脉宽为160S；槽脉冲宽度为 4.7S；均衡脉冲宽度为2.35S。4918 彩色电视与黑白电视的兼容彩色电视与黑白电视的兼容兼容有两层含义：兼容有两层含义： （l）黑白电视机可以接收彩色电视信号而显示黑白图像，称为兼容性。（2）彩色电视机可以接收黑白电视信号而显示黑白图像，称为逆兼容性。兼容的必要条件兼容的必要条件 ：（1）彩色电视信号应保留黑白电视原有的各项技术指标，如相同的行频、场频，相同的每帧行数、隔行扫描，相同的同步方式，相同的视频带宽、射频带宽，相同的图像和伴音的调制方式等。（2彩色电视信号既要传送色度信号，又要传送亮度信号。其中亮度信号反映图像的明暗变化，它

25、可以使黑白电视机正常收看彩色电视节目，而色度信号反映图像的色彩变化，即色调和色饱和度的变化，在色度信号进入黑白电视机时，应尽量不影响黑白图像的质量。（3）应尽可能减小亮度和色度信号之间的相互干扰。50图图1-37 亮度与色度信号频谱间置示意图亮度与色度信号频谱间置示意图51图图1-38 全射频电视信号频域全射频电视信号频域5219 电视频道的划分电视频道的划分1无线广播电视频道的划分 由于全电视信号的带宽为6MHz，其载频必须为30MHz以上的超高频，故射频电视信号的传输使用甚高频（VHF ）和特高频（UHF）频段。每个频段划分为若干个频道。每一个电视节目必须单独使用一个频道，因此一个地区同时

26、传送多套节目时，就得使用多个频道。目前，我国使用的广播电视频道在VHF频段（米波段）设置l12个频道，在UHF频段 （分米波段）设置1368个频道。见书中表l-2列出了我国广播电视频道的划分。其中，接收机本振频率比图像载频高38MHz，比伴音载频高31.5MHz，频道间隔为8MHz。532无线电视增补频道的划分无线电视增补频道的划分 从无线广播电视频道划分可知，I波段为l5频道，频率范围为48.592MHz。Ill波段为612频道，频率范围为167223MHz。、V波段为1368频道，频率范围为470958MHz。在I、频段及、频段之间有部分未使用的空频段。这一部分空频段作为增补频段，供有线电视系统传输节目。在I、频段之间110167MHz定为增补A频段，共有7个增补频道Z1Z7：在、频段之间，223295MHz范围定为增补B1频段，增补频道为Z8Z16；295447MHz范围定为增补B2频段，增补频道为Z17Z35；447470MHz范围定为增补B3频段，增补频道为Z36Z38。全部增补频道范围包括A、B1、B2、B3