电视原理-第5章电视信号的形成、处理与记录

1、第第5章电视信号的章电视信号的形成、处理与记录形成、处理与记录 5.1数字演播室系统数字演播室系统n5.1.1 串行数字视频接口信号串行数字视频接口信号n在数字演播室，设备之间用串行数字接口在数字演播室，设备之间用串行数字接口SDI，4：2：2串行数字分量是由串行数字分量是由4：2：2并行数字分量转换来的。并行数字分量转换来的。10位量化时数据位量化时数据传输速率为传输速率为270MHZ。n两种两种PCM编码方式：编码方式：n 分量编码和全信号编码分量编码和全信号编码 n分量编码：对分量编码：对3个分量信号进行数字化和编个分量信号进行数字化和编码。码。n全信号编码：对彩色全电视信号进行数字全信

2、号编码：对彩色全电视信号进行数字化和编码。化和编码。5.1.2 数字演播室的视频系统数字演播室的视频系统n由数字演播室系统图可以了解其整体结构由数字演播室系统图可以了解其整体结构n数字演播室中的视频源有摄像机、各种录数字演播室中的视频源有摄像机、各种录像机、经微波或卫星传输来的台外现场直像机、经微波或卫星传输来的台外现场直播的信号等。这些视频信号统由数字视频播的信号等。这些视频信号统由数字视频矩阵进行分配和调度矩阵进行分配和调度,经过特技机和切换台经过特技机和切换台进行特技处理和切换。由切换台输出的信进行特技处理和切换。由切换台输出的信号经嵌人音频信号后送往播控部门。号经嵌人音频信号后送往播控

3、部门。n数字视频矩阵是电视中心实现节目共享的数字视频矩阵是电视中心实现节目共享的设备。设备。 n它有它有M个输人端口和个输人端口和N个输出端口个输出端口,因而形成因而形成一个一个MN的矩阵的矩阵,输出端口的信号可从输出端口的信号可从M个个输入端口的信号中选择。数字视频矩阵的输入端口的信号中选择。数字视频矩阵的功能设置通过操作板实现功能设置通过操作板实现,操作板与矩阵主操作板与矩阵主机的接口是机的接口是RS232、 RS4222、 RS485等等标准接口。为便于操作标准接口。为便于操作,操作板一般安放在操作板一般安放在系统内的机架上系统内的机架上,一些大型的视频矩阵系统一些大型的视频矩阵系统还可

4、以实施远距离的遥控操作。还可以实施远距离的遥控操作。 n视频切换台是电视中心在多个节目源中进视频切换台是电视中心在多个节目源中进行切换输出的设备行切换输出的设备,它可以从多个节目源中它可以从多个节目源中选择一路或多路的组合输出。切换方式可选择一路或多路的组合输出。切换方式可采用快切和特技切换。快切是指各路节目采用快切和特技切换。快切是指各路节目源间的瞬间切换源间的瞬间切换,它在电视屏幕上的表现是它在电视屏幕上的表现是由一个节目的画面迅速转换到另由一个节目的画面迅速转换到另个节目的个节目的画面。为防止切换时画面的分裂和跳变画面。为防止切换时画面的分裂和跳变,通通常切换是在场消隐期间进行的。特技切

5、换常切换是在场消隐期间进行的。特技切换是从多路输入的节目源中选择一路或多路是从多路输入的节目源中选择一路或多路实施组合输出以达到一定的艺术效果实施组合输出以达到一定的艺术效果,如慢如慢切换和划像等。其它较为复杂的特技则通切换和划像等。其它较为复杂的特技则通过视频切换台与数字特技机的接口由数字过视频切换台与数字特技机的接口由数字特技机来完成。特技机来完成。 n数字特技机运用数字技术将视频信号在图数字特技机运用数字技术将视频信号在图像的二维或三维空间进行较为复杂的处理像的二维或三维空间进行较为复杂的处理,使画面具有压缩、放大、旋转、翻页、水使画面具有压缩、放大、旋转、翻页、水波纹、油画等一系列精彩

6、的艺术效果。这波纹、油画等一系列精彩的艺术效果。这些特技是视频切换台所不能完成的些特技是视频切换台所不能完成的,视频切视频切换台的特技切换只能完成几路信号以不同换台的特技切换只能完成几路信号以不同幅度比例进行的组合幅度比例进行的组合,也可以生成各种形状也可以生成各种形状的分界线动态的分割屏幕的分界线动态的分割屏幕,但不能对图像信但不能对图像信号进行深度的处理号进行深度的处理,这也是数字特技机与视这也是数字特技机与视频切换台在特技处理上的区别。频切换台在特技处理上的区别。 n 5.2 彩色电视摄像机彩色电视摄像机n5.2.1彩色电视摄像机的分类和组成彩色电视摄像机的分类和组成按信号方式可分为：按

7、信号方式可分为： 1模拟彩色摄像机模拟彩色摄像机 2数字（码）彩色摄像机数字（码）彩色摄像机 按用途分类：按用途分类：1. 广播用摄像机：技术指标高，图像质量好，价格昂贵。广播用摄像机：技术指标高，图像质量好，价格昂贵。2. 专业摄像机：体积小，重量轻，价格便宜。专业摄像机：体积小，重量轻，价格便宜。3. 家用摄像机：小巧、灵活，价格低廉，摄录一体。家用摄像机：小巧、灵活，价格低廉，摄录一体。4. 特殊用途摄像机：航天探测、商业监视、特殊用途摄像机：航天探测、商业监视、 图像通讯等领域图像通讯等领域 n按摄像器件分类：按摄像器件分类：1真空管摄像机：采用电子扫描方式，主要有氧真空管摄像机：采用

8、电子扫描方式，主要有氧化铅和硒砷碲两种。化铅和硒砷碲两种。2固体摄像机：采用固体扫描读取电荷，成熟的固体摄像机：采用固体扫描读取电荷，成熟的 是是CCD摄像机摄像机n按摄像器件的数目：按摄像器件的数目：三管（片）摄像机：结构复杂，体积较大，三管（片）摄像机：结构复杂，体积较大，价格较高，但图像质量好，主要用于广播和专业领价格较高，但图像质量好，主要用于广播和专业领域。域。二管（片）摄像机：产量愈来愈小二管（片）摄像机：产量愈来愈小单管（片）摄像机：结构简单，体积小，单管（片）摄像机：结构简单，体积小，价格低，主要用于家庭或非专业领域。价格低，主要用于家庭或非专业领域。 按使用场合：按使用场合：

9、台式摄像机：供演播室（台式摄像机：供演播室（ESP）和转播）和转播车用车用 便携式摄像机：供外拍用，主要包括便携式摄像机：供外拍用，主要包括EFP、 ENG和家用摄像机和家用摄像机监视用摄像机。监视用摄像机。按摄像方式：按摄像方式： 同时摄像方式；（三管式，三片板式）同时摄像方式；（三管式，三片板式） 时间分离方式：时间分离方式：顺序式；（单管式，单板顺序式；（单管式，单板/片式）片式）线顺序式；线顺序式；面顺序式面顺序式。 按摄像机的记录载体：按摄像机的记录载体： 1磁带；磁带；如如VHS（V12）、）、V8、D8、MINI DV 2MD（mini disk)；（采用；（采用MPEG-2压缩

10、压缩技术）技术）38cm的的DVD光盘；（如日立光盘；（如日立DZMV200A）4硬盘；（采用硬盘；（采用MPEG-4压缩技术，如三星压缩技术，如三星 ITCAM-7）5SD-MMC存储卡（存储卡（Secure Digital-multi media card）6记忆棒（记忆棒（memory stick）；（）；（Sony DCR-IPI）7CF卡（卡（Compact Flash） 彩色摄像机的组成彩色摄像机的组成摄像光学系统摄像光学系统摄像器件摄像器件电路系统电路系统光学系统（主要指镜头）光学系统（主要指镜头）光电转换系统（摄像管或器件）光电转换系统（摄像管或器件）电路系统（视频处理电路）电

11、路系统（视频处理电路）或或1 n 5.2.3 电视摄像管电视摄像管 n1、CCD的工作原理的工作原理n 电荷耦合器件简称，是一种金属氧化物半电荷耦合器件简称，是一种金属氧化物半导体导体(MOS)集成电路器件，集成电路器件，（一）（一）MOS电容器的结构电容器的结构（二）光电转换和电荷存储（二）光电转换和电荷存储 半导体在光照的作用下产半导体在光照的作用下产生本征激发形成电子生本征激发形成电子-空穴对空穴对, 在耗尽区电场的作用下在耗尽区电场的作用下,空穴空穴流入流入P型衬底型衬底,电子收集到势电子收集到势阱中形成电荷包阱中形成电荷包.电荷数目与电荷数目与该处的光照强度成正比该处的光照强度成正比

12、.（三）电荷的转移三）电荷的转移1.在时刻在时刻t1,第一相时钟第一相时钟V1处处于高电压，于高电压，V2、V3处于低压。处于低压。这时第一组电极这时第一组电极A、D、下面形成深势阱，在这些势下面形成深势阱，在这些势阱中可以贮存信号电荷形成阱中可以贮存信号电荷形成“电荷包电荷包”，如图所示。，如图所示。2.在在t2时刻时刻V1电压线性减少，电压线性减少，V2为高为高电压，在第一组电极下的势阱变浅，电压，在第一组电极下的势阱变浅，而第二组（而第二组（B、E、）电极下形成深）电极下形成深势阱，信息电荷从第一组电极下面向势阱，信息电荷从第一组电极下面向第二组转移，直到第二组转移，直到t3时刻，时刻，

13、V2为高压，为高压，V1、V3为低压，信息电荷全部转移到为低压，信息电荷全部转移到第二组电极下面。第二组电极下面。3.重复上述类似过程，信息电荷可从重复上述类似过程，信息电荷可从V2V2转移到转移到V3V3，然，然后从后从V3V3转移转移V1V1电极下的势阱中，当三相时钟电压循环电极下的势阱中，当三相时钟电压循环一个时钟周期时，电荷包向右转移一级（一个像元），一个时钟周期时，电荷包向右转移一级（一个像元），依次类推，信号电荷一直由电极依次类推，信号电荷一直由电极A A、B B、CC向右移，向右移，直到输出。直到输出。（四）（四） CCD的电荷输出的电荷输出DGOGV3V2转移方向转移方向电荷电

14、荷CSW+BR输出电压输出电压V0OG：输出栅，在其上加不同的：输出栅，在其上加不同的控制电压，可控制电荷在适当控制电压，可控制电荷在适当的时刻从的时刻从V3电极下转移到场电极下转移到场效应管的控制栅极。同时，它效应管的控制栅极。同时，它对对V3电极的脉冲和输出场效应电极的脉冲和输出场效应管起到隔离作用。管起到隔离作用。DG：直流偏置栅极，其作用等效电路中：直流偏置栅极，其作用等效电路中虚线所表示的开关在其上加入控制脉冲虚线所表示的开关在其上加入控制脉冲VpG，控制开关通控制开关通/断。断。V：信号电压。由于：信号电压。由于VpG脉冲可通过场效应管的极间脉冲可通过场效应管的极间分布电容的耦合，

15、将在输出信号中出现，而引入了杂波。分布电容的耦合，将在输出信号中出现，而引入了杂波。2 、面阵、面阵CCD摄像器件摄像器件 按信号电荷的传输方式可分为按信号电荷的传输方式可分为帧转移型（帧转移型（FT）摄像器件、隔列转移）摄像器件、隔列转移型（型（I T）摄像器件（又称行间转移）摄像器件（又称行间转移）及帧及帧-行间转移型（行间转移型（FIT）摄像器件。）摄像器件。 该器件由相同像素数量的成像部分、该器件由相同像素数量的成像部分、存储部分和读出寄存器三个基本部分存储部分和读出寄存器三个基本部分组成。组成。 1、场正程期间（、场正程期间（18.4ms）图像的二）图像的二维信号电荷被积累在成像区；

16、维信号电荷被积累在成像区；2、场逆程期间（、场逆程期间（1.6ms）通过加在成像区和存储区）通过加在成像区和存储区电极上的时钟脉冲使成像区的整场信号电荷快速电极上的时钟脉冲使成像区的整场信号电荷快速转移到存储区；转移到存储区；3、下一个场正程期间，成像区积累光生电荷生成下、下一个场正程期间，成像区积累光生电荷生成下一场电像，存储区所存的上一场图像信号电荷在时钟一场电像，存储区所存的上一场图像信号电荷在时钟脉冲作用下，在行逆程期间（脉冲作用下，在行逆程期间（12微秒）将一行光生电微秒）将一行光生电荷送进读出寄存器，从而使存储区内各行光生电荷向荷送进读出寄存器，从而使存储区内各行光生电荷向读出寄存

17、器方向进一次；读出寄存器方向进一次；4、在行正程期间，在读出寄存器脉冲的驱动下，使、在行正程期间，在读出寄存器脉冲的驱动下，使一行信号电荷向输出结构依次转移，经输出极输出。一行信号电荷向输出结构依次转移，经输出极输出。 n帧转移（帧转移（FT）n结构结构 在一个在一个CCD芯片上完成感光、芯片上完成感光、存储和读出的功能。存储和读出的功能。1、场正程期间（、场正程期间（18.4ms）感光部分）感光部分被入射光照射产生光生电荷；被入射光照射产生光生电荷；2、场逆程期间（、场逆程期间（1.6ms）受转移栅控制，各列成像）受转移栅控制，各列成像单元内的信号电荷同时被快速（约单元内的信号电荷同时被快速

18、（约1微秒）水平转移微秒）水平转移到各自所对应的垂直移位寄存器；到各自所对应的垂直移位寄存器；3、下一个场正程期间，成像区再次积累光生电荷，、下一个场正程期间，成像区再次积累光生电荷，垂直移位寄存器中存储的电荷在每个行消隐（逆程）垂直移位寄存器中存储的电荷在每个行消隐（逆程）期间各列电荷包垂直期间各列电荷包垂直 上移一行，将一行电荷送入水上移一行，将一行电荷送入水平移位寄存器；平移位寄存器；4、在行正程期间，将水平移位寄存器中的电荷读、在行正程期间，将水平移位寄存器中的电荷读出，这样形成了视频信号。出，这样形成了视频信号。在行间转移型结构的传感器与水平移位在行间转移型结构的传感器与水平移位寄存

19、器之间附加了场存储区。寄存器之间附加了场存储区。1、场正程期间（、场正程期间（18.4ms）成像区的）成像区的光敏器接收入射光形成电荷包；光敏器接收入射光形成电荷包；2、场逆程期间（、场逆程期间（1.6ms）受转移栅控制，各列成像单元）受转移栅控制，各列成像单元内的信号电荷同时被快速（约内的信号电荷同时被快速（约1微秒）水平转移到各自所微秒）水平转移到各自所对应的垂直移位寄存器，紧接着又以极快的速度转移到对应的垂直移位寄存器，紧接着又以极快的速度转移到下面场存储区。下面场存储区。3、下一个场正程期间，成像区积累光生电荷生成、下一个场正程期间，成像区积累光生电荷生成下一场电像，存储区所存的上一场

20、图像信号电荷在下一场电像，存储区所存的上一场图像信号电荷在时钟脉冲作用下，在行逆程期间（时钟脉冲作用下，在行逆程期间（12微秒）将一行微秒）将一行光生电荷送进读出寄存器，从而使存储区内各行光光生电荷送进读出寄存器，从而使存储区内各行光生电荷向读出寄存器方向进一次；生电荷向读出寄存器方向进一次；4、在行正程期间，在读出寄存器脉冲的驱动下，、在行正程期间，在读出寄存器脉冲的驱动下，使一行信号电荷向输出结构依次转移，经输出极输使一行信号电荷向输出结构依次转移，经输出极输出。出。CCD都具有高光抑制功能，即有消除都具有高光抑制功能，即有消除“开花开花”和和“彗尾彗尾”的功能。的功能。 因为在因为在CC

21、D器件中设置有器件中设置有“溢流沟道（溢流沟道（OverFlow Dyke）。在过曝光时，溢出的过量电子将通过溢流沟）。在过曝光时，溢出的过量电子将通过溢流沟道垂直向下流入衬底，保证了即使产生一个超常的强光道垂直向下流入衬底，保证了即使产生一个超常的强光,电子电荷的最大量也总是相等的，消除了电子电荷的最大量也总是相等的，消除了“开花开花”现象。现象。 动态分辨力是摄像机对运动图像所呈现的分辨力，动态分辨力是摄像机对运动图像所呈现的分辨力，即呈现运动画面细节的能力，它决定了正在制作的运动即呈现运动画面细节的能力，它决定了正在制作的运动图像的细节，同时它决定了后期制作中静帧画面的清晰度。图像的细节

22、，同时它决定了后期制作中静帧画面的清晰度。制约动态分辨力的因素：（制约动态分辨力的因素：（A）摄像器件的惰性；）摄像器件的惰性； （B）曝光时间。）曝光时间。曝光时间：相继两次电荷读出的时间周期。曝光时间：相继两次电荷读出的时间周期。摄像管摄像机：由于电子束不可能聚焦特细，摄像管摄像机：由于电子束不可能聚焦特细， 因而在扫描一行时也会扫到相邻行，使曝光因而在扫描一行时也会扫到相邻行，使曝光时间趋向于时间趋向于1/60s（NTSC）或）或1/50s（PAL）。）。CCD摄像机：依靠时钟瞬间取出电荷，摄像机：依靠时钟瞬间取出电荷，不存在惰性。提高动态不存在惰性。提高动态分辨力唯一的办法是减小曝光时

23、间。分辨力唯一的办法是减小曝光时间。机械快门存在噪音且只能用于帧转移方式中，机械快门存在噪音且只能用于帧转移方式中，故先广泛采用电子快门。故先广泛采用电子快门。 5.3 图像信号的处理图像信号的处理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n图像信号的最低频率分量反映景物背景亮图像信号的最低频率分量反映景物背景亮度的缓慢变化通常称为直流分量。度的缓慢变化通常称为直流分量。n但在视频通道巾多采用交流放大器，使直但在视频通道巾多采用交流放大器，使直流分量丢失，在复现的图像中将看不到背流分量丢失，在复现的图像中将看不到背景亮度的缓慢变化，造成图像亮度的畸变。景亮度的缓慢变化，造成图像

24、亮度的畸变。 n 由于电视图像信号具有单极性的特点，即由于电视图像信号具有单极性的特点，即信号只存在以固定黑色电平为基准的一个信号只存在以固定黑色电平为基准的一个方向上。所以，只要利用钳位电路，把经方向上。所以，只要利用钳位电路，把经交流放大器后出现的随图像内容而变化的交流放大器后出现的随图像内容而变化的黑色电平，重新钳定在同一个电下上，就黑色电平，重新钳定在同一个电下上，就可以恢复原图像信号的性质。可以恢复原图像信号的性质。n所以，在视频通道个设有直流分量恢复电所以，在视频通道个设有直流分量恢复电路路钳位电路。钳位电路。 n 一、钳位电路的作用一、钳位电路的作用 n钳位电路可以消除叠加型干扰

25、钳位电路可以消除叠加型干扰 n钳位电路不能消除调制型干扰钳位电路不能消除调制型干扰 n钳位电路的工作原理钳位电路的工作原理n消除叠加型干扰（如前图所示）消除叠加型干扰（如前图所示） n单向钳位单向钳位n作用作用n失去了钳位失去了钳位n作用作用 n大的干扰信号破坏了钳位大的干扰信号破坏了钳位n产生了错误产生了错误n的钳位动作的钳位动作 n强迫钳位电路强迫钳位电路 n5.3.2 黑斑校正黑斑校正n 通过前面的学习我们可以知道，由于分色通过前面的学习我们可以知道，由于分色棱镜的色渐变效应、镜头各区域亮度的不棱镜的色渐变效应、镜头各区域亮度的不n均匀性、投射在靶面上的背景光不均匀、均匀性、投射在靶面上

26、的背景光不均匀、摄像管靶面不均匀和扫描电子束在靶面边摄像管靶面不均匀和扫描电子束在靶面边缘处不能垂直上靶等原因，都能导致重现缘处不能垂直上靶等原因，都能导致重现图像上出现阴影或色斑。这类现象统称为图像上出现阴影或色斑。这类现象统称为黑斑效应。黑斑效应。 n 为了提高画面的均匀性，一方面要努力消为了提高画面的均匀性，一方面要努力消除产生黑斑效应的原因，另一方面还要在除产生黑斑效应的原因，另一方面还要在电路中采取补偿措施，将黑斑削弱。而且，电路中采取补偿措施，将黑斑削弱。而且，补偿方法应随黑斑性质的不同而不同。补偿方法应随黑斑性质的不同而不同。n至于那些随机性的黑斑，是无法通过电路至于那些随机性的

27、黑斑，是无法通过电路来校正的，只有根除其产生原因才能克服。来校正的，只有根除其产生原因才能克服。 n 图像上的黑斑一段有两种类型。其中之一图像上的黑斑一段有两种类型。其中之一是图像信号本身没有畸变只是更加了一是图像信号本身没有畸变只是更加了一个不均匀的附加倍号，如靶面受不均匀的个不均匀的附加倍号，如靶面受不均匀的背景光照射而引起的黑斑效应就属于这一背景光照射而引起的黑斑效应就属于这一类。类。n对此，只要在电路中产生一个与附加信号对此，只要在电路中产生一个与附加信号波形相反的校正信号便可实现黑斑校正，波形相反的校正信号便可实现黑斑校正，如图所示。如图所示。 n加法补偿加法补偿 再调制，乘法补偿再

28、调制，乘法补偿 n调制型黑斑校正电路方框图调制型黑斑校正电路方框图 n5 5.3.3 .3.3 校正校正n具有折线特性的具有折线特性的校正放大器校正放大器n输入信号小时，输入信号小时，n3个二极管导通；个二极管导通；n负反馈较小。负反馈较小。n信号增加，信号增加，3个个n二极管依次断开，二极管依次断开，n负反馈增大，放大器负反馈增大，放大器n的增益下降。可以的增益下降。可以n获得获得=0.45=0.45折线折线n非线性增益特性非线性增益特性 n具有渐变特性的具有渐变特性的校正放大器校正放大器n输入信号小时，输出增益大，输入信输入信号小时，输出增益大，输入信号大时，输出增益小。可以获号大时，输出

29、增益小。可以获=0.45=0.45传输特性传输特性 n 5.3.4 彩色校正彩色校正n在彩色电视系统中，为了正确重现被摄景在彩色电视系统中，为了正确重现被摄景物的彩色，摄像机的光谱响应特性应与接物的彩色，摄像机的光谱响应特性应与接收端显像三基色的混色曲线相一致。混色收端显像三基色的混色曲线相一致。混色曲线有负值存在，然而从摄像机镜头到摄曲线有负值存在，然而从摄像机镜头到摄像管，各部分的光谱响应曲线却都只有正像管，各部分的光谱响应曲线却都只有正值。为了克服由此带来的彩色失真，必须值。为了克服由此带来的彩色失真，必须加入彩色校正。加入彩色校正。 n 一、修正法一、修正法n 此法是略去光谱响应特性的

30、负区而只保此法是略去光谱响应特性的负区而只保留其正区，并将正区适当压缩以使更现彩留其正区，并将正区适当压缩以使更现彩色的失真程度限制在容许范围之内。色的失真程度限制在容许范围之内。n 早期的彩色摄像机和目前使用的较简单早期的彩色摄像机和目前使用的较简单的摄像机都采用这种方法。为使重现彩色的摄像机都采用这种方法。为使重现彩色不产生过分的失真，在略去负区的同时，不产生过分的失真，在略去负区的同时，应将与之邻近的正区也去掉一部分，并使应将与之邻近的正区也去掉一部分，并使两区去掉的面积大致相等。图示出了对光两区去掉的面积大致相等。图示出了对光谱响应曲线作这种近似处理的情况。谱响应曲线作这种近似处理的情

31、况。 n n 由于人眼对彩色的分辨力有限，所以利用由于人眼对彩色的分辨力有限，所以利用经过修正的实用摄像光谱响应曲线，仍能经过修正的实用摄像光谱响应曲线，仍能获得比较满意的传色效果。但是，这种处获得比较满意的传色效果。但是，这种处理方法除了不够精确外，还因减少摄像管理方法除了不够精确外，还因减少摄像管入射光的能量而使摄像机灵敏度有所下降。入射光的能量而使摄像机灵敏度有所下降。 n二、合成法二、合成法n 自从出现了具有直线性光电转换特性和自从出现了具有直线性光电转换特性和低杂波电平的氧化铅管以来，在近代彩色低杂波电平的氧化铅管以来，在近代彩色摄像机中，开始用电信号合成的方法来获摄像机中，开始用电

32、信号合成的方法来获得接近理想的摄像光谱响应特性。得接近理想的摄像光谱响应特性。n这种方法是把光电器件丢掉的光谱响应曲这种方法是把光电器件丢掉的光谱响应曲线负区设法用矩阵电路给以近似恢复。线负区设法用矩阵电路给以近似恢复。n由图看到，由图看到，R、G、B三条光谱响应曲线是三条光谱响应曲线是互相重叠的，每条曲线的负区都对应着另互相重叠的，每条曲线的负区都对应着另一条曲线的正区。一条曲线的正区。 n n线性矩阵电路所完成的线性交换可表示线性矩阵电路所完成的线性交换可表示为为 n n 5.4 彩色电视信号编码器彩色电视信号编码器n5.4.1 PAL制彩色全电视信号的形成方案制彩色全电视信号的形成方案n

33、 PAL制彩色全电视信号由亮度信号、色度制彩色全电视信号由亮度信号、色度信号、色同步信号、复合消隐信号和复合信号、色同步信号、复合消隐信号和复合同步信号组成。因为色度信号有不同的形同步信号组成。因为色度信号有不同的形成方法，所以成方法，所以PAL信号也就有不同的编码信号也就有不同的编码方案。方案。n 一、副载波逐行倒相的一、副载波逐行倒相的PAL制编码方案制编码方案 n图给出一种应用最广的，副载波逐行倒相图给出一种应用最广的，副载波逐行倒相的编码方案。的编码方案。n其特点是先形成逐行倒相副载波其特点是先形成逐行倒相副载波esv然后送然后送入平衡调幅器由入平衡调幅器由V色差信号调制而得到色色差信

34、号调制而得到色度信号中的逐行倒相的度信号中的逐行倒相的v分量。分量。n 首先，利用矩阵电路将已经首先，利用矩阵电路将已经校正的基校正的基色信号色信号R、G、B按下式进行线性组合，从按下式进行线性组合，从而形成一个亮度信号而形成一个亮度信号Y和两个色差信号和两个色差信号(R-Y)、(B-Y)。 n n 进入亮度通道的进入亮度通道的Y信号，也可以是早期四信号，也可以是早期四管摄像机管摄像机Y通道输出的经通道输出的经校正的亮度信号校正的亮度信号Y（1/ ）次方。为减少进入接收机色度）次方。为减少进入接收机色度通道的亮度串色，在编码器亮度通道中可通道的亮度串色，在编码器亮度通道中可接入副载波接入副载波

35、(esc) 陷波器，而当不希望它影陷波器，而当不希望它影响黑白兼容图像的清晰度时，也可将其旁响黑白兼容图像的清晰度时，也可将其旁路。为均衡色度信号因频带受限而在时间路。为均衡色度信号因频带受限而在时间上产生的延迟，上产生的延迟， Y通道还接有延迟线。延通道还接有延迟线。延迟线输出的迟线输出的Y信号再经放大、钳位等处理信号再经放大、钳位等处理电路，并混入复合消隐信号电路，并混入复合消隐信号(BL)和复合同和复合同步信号步信号(s)后便形成黑白全电视信号。后便形成黑白全电视信号。 n 在色度通道里，在色度通道里， (R-Y)、(B-Y)先经带宽限先经带宽限制，压编成制，压编成V、U信号，再由钳位电

36、路钳定信号，再由钳位电路钳定零电平，然后进入平衡调幅器。在两个调零电平，然后进入平衡调幅器。在两个调幅器中，分别实现幅器中，分别实现V信号和信号和U信号对副载波信号对副载波esv和和esu的平衡调幅。两个已调信号再经相的平衡调幅。两个已调信号再经相加组合和滤除调制中产生的谐波之后，便加组合和滤除调制中产生的谐波之后，便形成色度信号形成色度信号ec(t)。滤波网络可采用低通。滤波网络可采用低通或带通。此网络还能滤除载漏的谐波，而或带通。此网络还能滤除载漏的谐波，而当使用带通时，调制信号的泄漏也可去除。当使用带通时，调制信号的泄漏也可去除。 n n n n n 二、数字电路预制副载波编码方案二、数

37、字电路预制副载波编码方案nesc经移相并变成方波后送入相位比较器和经移相并变成方波后送入相位比较器和90相移粗调电路，被比较的信号来自两相移粗调电路，被比较的信号来自两个平衡调幅器。比较的结果用来控制四倍个平衡调幅器。比较的结果用来控制四倍副载频副载频(4fsc)振荡器的频率和相位。振荡器的频率和相位。 n n n若将其中的一组副载频方波若将其中的一组副载频方波(0、180 或或90 、270 )逐行切换输出，便能获得逐行切换输出，便能获得逐行倒相的逐行倒相的esv。用这种数字电路来预制。用这种数字电路来预制esu 和和esv的优点是显而易见的。不过为了将它的优点是显而易见的。不过为了将它付诸

38、实施，要求这些高速电路的工作必须付诸实施，要求这些高速电路的工作必须稳定而可靠。稳定而可靠。 n 三、三、PAL制色同步信号制色同步信号n PAL色同步信号包含两个分量，一为传色同步信号包含两个分量，一为传递副载波相位信息的锁相分量，一为传递递副载波相位信息的锁相分量，一为传递开关状态信息的识别分量。为使开关状态信息的识别分量。为使eb(t)不干不干扰图像，它不仅须在行消隐期间传送，幅扰图像，它不仅须在行消隐期间传送，幅度也不宜太大，而且它的副载波相位应对度也不宜太大，而且它的副载波相位应对应人眼不敏感的色调。当色同步信号按上应人眼不敏感的色调。当色同步信号按上述方法形成时，这些要求实际上已经

39、得到述方法形成时，这些要求实际上已经得到满足。但是，就满足。但是，就625行隔行扫描行隔行扫描PAL制来制来说色同步信号的传送，还必须符合下图说色同步信号的传送，还必须符合下图所示的规定。所示的规定。 n n n n 图表明，图表明， eb(t)(用箭头表示用箭头表示)在场消隐期间在场消隐期间被消隐若干行这是为了避免对接收机场被消隐若干行这是为了避免对接收机场同步产生干扰。但另一方面，为保证接收同步产生干扰。但另一方面，为保证接收机恢复的副载波在场正程之始就具有正确机恢复的副载波在场正程之始就具有正确相位相位eb(t)应在场同步之后尽早传送。应在场同步之后尽早传送。 neb(t)相位的逐行摆动

40、，对接收机锁相环是相位的逐行摆动，对接收机锁相环是个干扰。为避免因消隐前后个干扰。为避免因消隐前后eb(t)的相位不的相位不同造成锁相环工作状态的较大扰动，在同同造成锁相环工作状态的较大扰动，在同步机中，需用图所示的每场移半行、四场步机中，需用图所示的每场移半行、四场一循环的包同步消隐脉冲一循环的包同步消隐脉冲(也称过回门脉冲也称过回门脉冲)，在场消隐期间消隐奇数个在场消隐期间消隐奇数个K脉冲。脉冲。 n特技切换时，特技切换时，eb(t)的相位必须确定而且彼此的相位必须确定而且彼此同步。即各编码器输出的每场最初一个与最同步。即各编码器输出的每场最初一个与最后一个色同步信号均应为同一确定相位后一

41、个色同步信号均应为同一确定相位(例如例如+135，用朝上的箭头表示，用朝上的箭头表示)。因这些行与。因这些行与有有P脉冲的行对应，所以只要将脉冲的行对应，所以只要将P脉冲接到双脉冲接到双稳态触发器的恰当的置零端，控制稳态触发器的恰当的置零端，控制PAL开关开关的方波就有确定相位。因此，总可以实现上的方波就有确定相位。因此，总可以实现上述要求。为少敷设一条电缆，用来确定双稳述要求。为少敷设一条电缆，用来确定双稳态输出的相位的脉冲，也可以由态输出的相位的脉冲，也可以由P脉冲改为脉冲改为VP脉冲。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n 因为视频图像信号具有因为视频图像信号具有6

42、MHz带宽，所以带宽，所以地面电视广播频段选在超短波范围，我国地面电视广播频段选在超短波范围，我国规定的甚高额波段规定的甚高额波段(VHF)频率范围为频率范围为48223MHz，超高频波段，超高频波段(UHF)频率范围为频率范围为470一一960MHz。此外，还有有线电视与卫。此外，还有有线电视与卫星电视广播，其频率范围大大扩展，电视星电视广播，其频率范围大大扩展，电视覆盖范围已近全球。本节仅以前者为例说覆盖范围已近全球。本节仅以前者为例说明射频电视信号的形成。明射频电视信号的形成。 n 5 55 51 1 图像信号的调制图像信号的调制n 一、残留边带（一、残留边带（VSBVSB）调制方式）调

43、制方式n 视频图像信号对射频载波通常采用调幅视频图像信号对射频载波通常采用调幅方式。当规定视频带宽为方式。当规定视频带宽为6MH6MHz时，如用双时，如用双边带调幅发射，电视频道将占有边带调幅发射，电视频道将占有13MH13MHz的带的带宽宽( (同时加有伴音信号同时加有伴音信号) )，于是在电视广播，于是在电视广播频段内能容纳的频道数极少，接收机造价频段内能容纳的频道数极少，接收机造价将很高，有关设备也变得庞杂而昂贵。因将很高，有关设备也变得庞杂而昂贵。因此，在保证图此，在保证图像信号质量的前提下，尽可像信号质量的前提下，尽可能压缩已调图像信号的带宽。能压缩已调图像信号的带宽。 n 在载波电

44、话中普遍采用单边带传输方式，在载波电话中普遍采用单边带传输方式，但对图像信号则不宜采用单边带调幅传输。但对图像信号则不宜采用单边带调幅传输。因为：第一，图像信号包含零频分量，要因为：第一，图像信号包含零频分量，要完全滤除载频附近的下边带是很难实现的；完全滤除载频附近的下边带是很难实现的；第二，在采用单边带滤波器时，在载频处第二，在采用单边带滤波器时，在载频处滤波器的幅频特性变化非常陡峭，与它相滤波器的幅频特性变化非常陡峭，与它相应的相频持性也有很大的非线性，使通过应的相频持性也有很大的非线性，使通过网络后的信号产生严重的包络失真，这对网络后的信号产生严重的包络失真，这对电视图像信号极为有害，第

45、三，单边带调电视图像信号极为有害，第三，单边带调幅波的正确检波比较复杂，而且不适于伴幅波的正确检波比较复杂，而且不适于伴音第二中频的内差载频的产生。音第二中频的内差载频的产生。 n 基于上述考虑，目前电视广播标准规定图基于上述考虑，目前电视广播标准规定图像信号采用残留边带传送方式，即发送一像信号采用残留边带传送方式，即发送一个完整的上边带及保留一小部分下边带，个完整的上边带及保留一小部分下边带，如图所示。也就是说在如图所示。也就是说在0.75MHz以内的图以内的图像信号采用双边带传送，像信号采用双边带传送，0.75MHz至至6MHz的图像信号采用单边带传送。的图像信号采用单边带传送。 n由图看

46、出，当用残留边带滤波器获得射频由图看出，当用残留边带滤波器获得射频信号时，相应下边带信号时，相应下边带0.751.25MHz处的处的幅频持性变化比单边带滤波器载频处缓慢幅频持性变化比单边带滤波器载频处缓慢许多。这种缓降的幅频特性所对应的相频许多。这种缓降的幅频特性所对应的相频特性非线性也大为减小。显然残留边带特性非线性也大为减小。显然残留边带滤波器比单边带滤波器容易实现。下面我滤波器比单边带滤波器容易实现。下面我们将分析残留边带的幅频特性与相频持性。们将分析残留边带的幅频特性与相频持性。 n电视广播发射机中残留边带滤波器频率特性电视广播发射机中残留边带滤波器频率特性 n (1)残留边带幅频特性

47、残留边带幅频特性 对图所示特性，规对图所示特性，规定在距图像载频定在距图像载频fP为为65MHz处为伴音载处为伴音载频频fs，距距fP为为-125MHz处的最小衰减量为处的最小衰减量为20dB。n在发送端采用了残留边带调制方式后，为在发送端采用了残留边带调制方式后，为了无失真地传送图像信号，即在接收端能了无失真地传送图像信号，即在接收端能使恢复出的视频信号中各频率分量保持正使恢复出的视频信号中各频率分量保持正确的比例关系，接收机中频网络必须具有确的比例关系，接收机中频网络必须具有图图5-32a所示的幅频特性曲线。所示的幅频特性曲线。 n 图图5-32a n图图5-32b n 图图5-33画出了

48、残留边带信号的矢量图。图画出了残留边带信号的矢量图。图(a)示出当调制信号频率很低时，相应于图示出当调制信号频率很低时，相应于图A点附近，可认为是以双边带传输的，两个点附近，可认为是以双边带传输的，两个边频分量之和的振幅与单边带部分的一个边频分量之和的振幅与单边带部分的一个边频分量的振幅相等，其合成矢量与载频边频分量的振幅相等，其合成矢量与载频同相。同相。 n图图(b)则示出当调制信号频率小于则示出当调制信号频率小于0.75MHZ时，是以大小不等的上、下边频分量传输时，是以大小不等的上、下边频分量传输的，其合成矢量终端移动轨迹呈椭圆形，的，其合成矢量终端移动轨迹呈椭圆形，两个边频分量之和的振幅

49、与单边带部分的两个边频分量之和的振幅与单边带部分的一个边频分量的振幅相等；一个边频分量的振幅相等； n n n图图(c)示出当调制信号频率大于示出当调制信号频率大于0.75MHz时，时，是以单边带传输的，其矢量终端移动轨迹是以单边带传输的，其矢量终端移动轨迹是一个圆。可见，由于接收机中频放大器是一个圆。可见，由于接收机中频放大器频率持性对图像载频两侧的双边带部分具频率持性对图像载频两侧的双边带部分具有互补作用，所以对所有在视频频率范围有互补作用，所以对所有在视频频率范围内的信号各频谱成分来说，其相对幅度关内的信号各频谱成分来说，其相对幅度关系可保持不变，如图系可保持不变，如图5-32b n n

50、但由矢量图可以看到，单边带调幅信号但由矢量图可以看到，单边带调幅信号A(t)除含有同相分量除含有同相分量B(t)外，还含有正交失真分外，还含有正交失真分旦旦Q(t)。若用公式表达，则单频调制信号对若用公式表达，则单频调制信号对载波载波Ecos(t)调幅后得到调幅后得到: n在抑制下边带后，得到单边带调幅波：在抑制下边带后，得到单边带调幅波：n式中第二项就是因单边带传输而产生的正交式中第二项就是因单边带传输而产生的正交分量，它将导致调幅信号的包络失真，如图分量，它将导致调幅信号的包络失真，如图n5-34（c) 所示。图中所示。图中(a)和和(b)分别表示式第分别表示式第一和第二项的波形。实际上，

51、单边带调幅波一和第二项的波形。实际上，单边带调幅波是带有寄生调相的调幅波。是带有寄生调相的调幅波。 n图图5-34 n图图5-34 n图图5-34 n (2)残留边带相频特性残留边带相频特性 以上分析的结果以上分析的结果是认为滤波网络相频特性为线性时得到是认为滤波网络相频特性为线性时得到的。的。n实际上，相频特性是非线性的，使输出实际上，相频特性是非线性的，使输出信号产生包络畸变，所以在电视发射机信号产生包络畸变，所以在电视发射机中要对这种非线性进行有效的校正。中要对这种非线性进行有效的校正。n一个包络不产生失真的传输系统的理想一个包络不产生失真的传输系统的理想相频特性应为：相频特性应为： n

52、即调幅信号通过系统后高频振荡移相移即调幅信号通过系统后高频振荡移相移C C，而振幅包络延迟而振幅包络延迟 ，(即群延时即群延时)。n因为因为 所以，当系统相频持性所以，当系统相频持性为线性时群延时值必为恒量。由此可见，为为线性时群延时值必为恒量。由此可见，为了使调幅信号通过系统后检波输出不产生了使调幅信号通过系统后检波输出不产生波形畸变，要求系统在信号的频率范围内群波形畸变，要求系统在信号的频率范围内群延时为恒值。延时为恒值。g( )/dd g n 在电视发射机中，为形成残留边带信号，在电视发射机中，为形成残留边带信号，要采用残留边带滤波器，其幅频特性和群要采用残留边带滤波器，其幅频特性和群延

53、时特性分别示于因延时特性分别示于因5-35(a)和和(b)。可见在。可见在大约大约(fPIF-5)-(fPIF-1)MHz范围内群延时特范围内群延时特性比较平均，而在通带两端却变化很大。性比较平均，而在通带两端却变化很大。 n图图5-35 n图图5-35 n 接收机中频网络的幅频待性和群延时特性接收机中频网络的幅频待性和群延时特性分别示于图分别示于图5-35 (c)和和(d)。由图得知，在中。由图得知，在中频频带低端频频带低端(即相应视频的高频部分即相应视频的高频部分)，群延，群延时变化很大；在时变化很大；在(fPIF-5)-(fPIF-1)MHz范围范围内基本恒定；而在内基本恒定；而在fPI

54、F-(fPIF+0.75)MHz的的大部分范围内变化也并不剧烈。大部分范围内变化也并不剧烈。 n图图5-35 n图图5-35 n从发射机输入端直到接收机输出端的整个从发射机输入端直到接收机输出端的整个传送过程中，为了保证彩色全电视信号不传送过程中，为了保证彩色全电视信号不n产生相位失真，一般是在发射机里进行发产生相位失真，一般是在发射机里进行发端与收端群延时值的总预校正端与收端群延时值的总预校正(总补偿总补偿)。校。校正时，收端的群延时以标准接收机为准。正时，收端的群延时以标准接收机为准。对于发、收两端群延时特性在频带两侧的对于发、收两端群延时特性在频带两侧的上升，必须给以群延时下降的校正，使

55、总上升，必须给以群延时下降的校正，使总群延时在群延时在0-6MHz范围内基本均匀。图范围内基本均匀。图5-36示出群延时校正曲线。示出群延时校正曲线。 n图图5-36 n 二、调制极性二、调制极性n 视频图像信号是一个单极性信号，但它视频图像信号是一个单极性信号，但它对图像载波调幅时可以有两种不同情况，对图像载波调幅时可以有两种不同情况，一种是正极性视频信号作为调制信号，一一种是正极性视频信号作为调制信号，一种是用负极性的视频信号作为调制信号。种是用负极性的视频信号作为调制信号。在两种情况下的调制信号及已调波波形示在两种情况下的调制信号及已调波波形示于图于图5-37。 n图图5-37 n图图5

56、-37 n 我国及世界上很多国家都采用负极性调制，我国及世界上很多国家都采用负极性调制，它比正极性调制有较多优点，可以从以下它比正极性调制有较多优点，可以从以下两方面进行比较：两方面进行比较：n (1)发射机的效率与功率发射机的效率与功率 负极性调制时，负极性调制时，已调波的同步脉冲顶对应图像发射机输出已调波的同步脉冲顶对应图像发射机输出功率最大值。在一般情况下，一幅图像亮功率最大值。在一般情况下，一幅图像亮的部分总比暗的部分面积大，因而在负的部分总比暗的部分面积大，因而在负极件调制时调幅信号的平均功率要比峰值极件调制时调幅信号的平均功率要比峰值功率小得多，通常小功率小得多，通常小2-3倍。倍

57、。 n正极性调制时，对应同步频率脉冲部分图正极性调制时，对应同步频率脉冲部分图像发射机输出功率为最小，而对图像亮的像发射机输出功率为最小，而对图像亮的部分，输出功率大大增加，因而其平均功部分，输出功率大大增加，因而其平均功率比负极性调制时大很多。显然，从发射率比负极性调制时大很多。显然，从发射机的效率来说，负极性调制优于正极性调机的效率来说，负极性调制优于正极性调制。制。n如果从发射机调制级工作特性看，在负极如果从发射机调制级工作特性看，在负极性调制时，同步信号可能进入调制特性曲性调制时，同步信号可能进入调制特性曲线的上弯曲部分。这时虽然同步信号受压线的上弯曲部分。这时虽然同步信号受压缩，但仍

58、可用加大同步信号的办法来补偿，缩，但仍可用加大同步信号的办法来补偿，因而扩大了调制级调制特性的工作范围。因而扩大了调制级调制特性的工作范围。 n如果在正极性调制情况下，也使信号进入如果在正极性调制情况下，也使信号进入调制特性曲线的上弯曲部分，这时因高亮调制特性曲线的上弯曲部分，这时因高亮度信号受压缩而造成的灰度畸变却是较难度信号受压缩而造成的灰度畸变却是较难弥补的。所以负极性调制时所能发送的最弥补的。所以负极性调制时所能发送的最大功率可为正极性调制时的大功率可为正极性调制时的15倍。倍。 n 5.5.2 电视发射机电视发射机n 电视发射机由图像发射机与伴音发射机组电视发射机由图像发射机与伴音发

59、射机组成，图成，图5.38所示为双通道式中频调制彩色所示为双通道式中频调制彩色发射机原理方框图，上部为图像发射机各发射机原理方框图，上部为图像发射机各环节；下部为伴音发射机各环节。视频信环节；下部为伴音发射机各环节。视频信号经钳位放大，微分相位校正后，送入图号经钳位放大，微分相位校正后，送入图像调幅级。像调幅级。 n通过对中频振荡调幅形成双边带中频图像通过对中频振荡调幅形成双边带中频图像信号。然后，由残留边带滤波器限制信号信号。然后，由残留边带滤波器限制信号带宽。再经群延时校正，微分增益校正以带宽。再经群延时校正，微分增益校正以后，送到图像混频器与高频振荡混频，形后，送到图像混频器与高频振荡混

60、频，形成高频图像信号。最后，经功率放大馈送成高频图像信号。最后，经功率放大馈送到双工器及天线，并由天线以高频电磁波到双工器及天线，并由天线以高频电磁波形式发射出去。形式发射出去。 n n n n 在伴音发射机中，伴音信号经放大后进在伴音发射机中，伴音信号经放大后进入伴音调频级，通过对中频振荡频率调频入伴音调频级，通过对中频振荡频率调频形成中频伴音信号。再经伴音混频而转变形成中频伴音信号。再经伴音混频而转变为高频伴音信号为高频伴音信号(按我国电视标准最大频按我国电视标准最大频偏规定入偏规定入50kHz)。最后。经功率放大后。最后。经功率放大后馈送到双工器，进而由天线将高频电磁波馈送到双工器，进而