第5章 电视的形成、处理与记录

5.1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，使模拟演播室成为数字演播室。在数字演播室内，设备之间流通的信号为串行数字接口（SDI，SerialDigitalInterface）信号。未压缩的10位量化视频信号，数据传输速率270Mb/s，可以提供高质量的信号以满足对播出信号的要求。第5章电视信号的形成、处理与记录串行数字视频接口信号彩色电视图像信号有两种PCM编码方式：分量编码和全信号编码，数字演播室采用全信号编码。全信号编码：对彩色电视信号直接进行编码，形成数字信号。对全信号编码必须满足的条件：采样点满足正交结构。采样频率一般选取4fsc，既满足正交结构又克服了色度副载波对亮度的影响。串行信号不单独传送时钟，接收端需要从接收信号中恢复出时钟。为避免过多的连“0”和连“1”，加入扰码。用伪随机码加扰的方法也称为随机化的方法，是采用伪随机码（PRBS）对输入的MPEG-2码流进行随机化处理。就是用较长的伪随机序列与MPEG-2序列送入移位寄存器一个比特一个比特地“模2加”，使原来的信号规律也具有了伪随机性质。这样连“0”、连“1”的现象就被消灭了。SDI信号在传输中采用反转的不归零码（NRZI）跳变代表“1”，不跳变代表“0”111001005.1数字演播室系统数字演播室的主要设备：各类视频源，视频矩阵，切换台，同步信号发生器，数字特技机，非线性编辑机，视频分配器，监视器。设备之间采用串行数字接口（SDI，SerialDigitalInterface）。SDI信号在传输中采用反转的不归零码（NRZI），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“0”和连“1”，加入扰码。未压缩的10位量化、串行传输的视频信号，数据传输速率270Mb/s。5.2彩色电视摄像机完成光电转换并形成电视信号的主要设备。彩色电视摄像机的基本组成（3大部分）：①摄像机头——镜头、分光系统、摄像管、预放器、扫描电路、寻像器、电源及附属设备等。②视频信号处理部分——模拟处理：黑斑校正、γ校正、增益提升、白平衡调节、杂散光校正、黑电平调整等；数字处理：A/D转换、彩色校正、精细的γ校正、三维滤波、轮廓校正等。③编码器、同步机。三片式彩色CCD摄像机方框图5.3.1图像信号中直流分量的恢复电视信号各帧的直流分量反映景物的背景亮度，通常是缓慢变化的。视频通道多采用交流放大，使直流分量丢失，在重现图像中看不到背景亮度的缓慢变化，造成图像亮度的畸变。5.3图像信号的处理（a）具有直流分量的图像信号（b）图像信号中的直流分量（c）丢失直流分量后的图像信号通常采用三极管强迫钳位电路：信号输入已钳位信号输出钳位脉冲T1T2T3+E+利用钳位电路，把随图像内容变化的黑电平重新钳定在同一个电平上，以恢复图像信号。（行消隐期间）C钳位电路的另一个作用是消除低频干扰。如下图叠加在行消隐信号上的低频干扰，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。叠加型干扰可以消除调制型干扰不能消除钳位电路对低频干扰的作用5.3.2黑斑校正黑斑现象：由摄像器件暗电流不均匀、光电靶背景光照不均匀、光电靶灵敏度不均匀等引起的图像黑色不均匀，在重现图像上出现阴影或色斑的现象。叠加型黑斑校正：产生一个与附加信号波形相反的校正信号，与原信号相加。调制型黑斑校正：产生一个与附加信号波形相反的校正信号，与原信号相乘。校正信号：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的行频、场频抛物线形信号。折线性γ校正放大器渐变性γ校正放大器查找表E

γE数字γ校正电路常用的γ校正电路：5.3.3γ校正消除由电—光转换非线性特性所引起的图像灰度畸变。实验证明，当系统总的γs=1.26时效果较好。彩色显像管γ≈2.8，摄像管的γ≈1，则通道γ校正电路的γ≈1.26/2.8=0.45。

5.3.4彩色校正摄像机光谱特性应与接收端显像三基色的混色曲线一致，混色曲线有负值存在，而摄像机光谱相应曲线只有正值，为克服由此带来的彩色失真所加的校正措施称为彩色校正。380400500600700光谱响应彩色校正方法：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范围之内。合成法：把光电器件丢掉的光谱响应曲线负区用矩阵电路近似恢复。380400500600700光谱响应380400500600700光谱响应GGB倒相衰减R倒相衰减1.4.3摄像光谱相应曲线显像三基色混色曲线5.4彩色电视信号编码器PAL制编码器PAL制CVBS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。PAL逐行倒相编码方案有几种？方案1：平衡调幅后对VF色度分量逐行倒相方案2：先对(R－Y)逐行倒相，后平衡调幅方案3：先对色副载波cosωsct逐行倒相，后平衡调幅

1.副载波逐行倒相的PAL制编码方案为进一步提高esu、esv相位的准确性和稳定性——采用了数字电路2.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0°180°3.PAL制色同步信号——由恒定相位分量和逐行倒相分量组成色副载波相位信息PAL识别信息存在问题——场同步期间色同步信号干扰场同步的分离教材P111(3-24)3.PAL制色同步信号为保证场同步可靠分离，在场同步期间（包括前均衡后均衡）最好没有色同步出现，在场同步和前均衡后均衡期间“挖掉”色同步信号。——色同步消隐门脉冲场同步：2.5H前均衡：2.5H后均衡：2.5H色同步消隐门脉冲宽度≥7.5H3.PAL制色同步信号因为PAL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个行周期——规定：门宽取9H为保证色副载波锁相的稳定，各场中断前后的色同步相位应相同又因为PAL色同步信号为逐行倒相信号，且每帧为奇数行625，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，则固定的9H消隐门只能保证同一个消隐门前后的色同步同相，不能保证两帧四场的消隐门前后的色同步都同相。3.PAL制色同步信号不能保证两帧四场的消隐门前后的色同步都同相。3.PAL制色同步信号解决办法：消隐门位置不固定色同步消隐门每场向前移1/2H，四场循环一次——色同步消隐迂回脉冲门为保证两帧四场的消隐门前后的色同步相位都同相PAL的特有问题——色同步消隐迂回门3.PAL制色同步信号5.4.2MPEG编码器

MPEG编解码器主芯片SM2210视频引擎单元锁相回路微控制器单元预处理单元细化与判决单元SDRAM控制单元后处理单元视频流单元运动估计单元主机接口单元主机位流/命令SDRAM视频数据像素时钟27MHzBT.601/BT.65681MHz27MHz系统时钟＋3.3V＋1.8V视频引擎单元：DCT和IDCT，量化和反量化，变长编码和解码，运动补偿等。视频流单元：编码时，形成PES包，插入包头信息；解码时，从PES包中提取包头信息。运动估计单元：完成前向或双向整像素运动估计。细化与判决单元：细化运动矢量到半像素精度；帧内/帧间编码模式判决，运动补偿模式选择。SDRAM控制单元：为各功能单元提供与片外SDRAM编解码数据缓存器的接口。主机接口单元：用于与PC主机系统的通信。微控制单元：从主机下载微码，调度芯片各功能单元的工作。预处理单元：对输入视频进行格式变换(隔行/逐行、帧率)。后处理单元：由SDRAM中的重建帧生成符合BT.601标准的4：2：2格式数字电视信号，包括格式转换。MPEG编码器外围电路摄像头模拟视频解码器SAA7114模拟视频编码器BT860MPEG编解码器SM2210SDRAM调谐器FM1236USB接口控制CY7C68013音频复用S端子/CVBS输入RF输入音频信号输入音频信号输出与PC通信S/CVBS输出BT.601/BT.656格式信号

2IC

2IC

2IC调谐器FM1236：将射频信号解调成CVBS信号。模拟视频解码器SAA7114：将摄像头摄取的视频信号，来自S/CVBS端口的视频信号，或来自调谐器的CVBS信号进行A/D转换，形成BT.601/BT.656格式的数字信号。MPEG编解码器SM2210：将来自SAA7114或直接输入的BT.601/BT.656格式的数字信号进行MPEG-2压缩编码，形成数字电视信号基本流。模拟视频编码器BT860：为检验编码效果，接收来自SM2210的解码后的BT.601/BT.656格式的数字信号，编码成PAL或NTSC制模拟电视信号。USB接口控制CY7C68013：通过USB接口下载来自主机的控制微码，并通过I2C总线设置FM1236、SAA7114、BT860的参数；另一方面，通过主机接口完成MPEG比特流的传输。5.5模拟电视射频信号的形成频带约为0Hz～6MHz的视频基带信号和50Hz～15KHz的音频基带信号必须调制在射频载波上，形成射频（RF）信号，以无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(1)、使用频段：甚高频VHF：48MHz～223MHz

超高频UHF：470MHz～960MHz(2)、调制方式：图像信号的调制采用残留边带调幅(VSB)，伴音信号采用调频(FM)。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。5.5.1

图像信号的调制

1.残留边带调制方式VSB(VestigialSideBandmodulation)双边带调幅DSB-AM和单边带调幅SSB-AM单边带调幅与双边带调幅相比，调制信号的幅度下降为1/2，而且增加了一个正交调制项。(2)残留边带调幅VSB-AM(VestigialSideBandAM)发送一个完整的上边带和一小部分下边带，即0.75MHz以内为双边带，0.75～1.25MHz为不对称双边带，1.25～6MHz为单边带。伴音载频fS比图像载频fP高6.5MHz，距fP为-1.25MHz处的最小衰减量为20dB。残留边带幅频特性：已调信号的频带比DSB窄，节省频率资源；频带形成滤波器比SSB易实现，相频特性非线性小；易检波解调；利于伴音第二中频的内差载频的产生。VSB是一种不均衡调制，若幅频特性不加改变进行检波，则低于0.75MHz的双边带频率成分检波输出的振幅比1.25～6MHz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幅频特性。接收机中放的特殊幅频特性图像中频伴音中频表示接收机中频特性准确地调整到A点（斜线的中点），所希望的平滑的幅频特性；表示接收机中频特性调整到B点，高频衰减；表示接收机中频特性调整到C点，高频加强，低频相对减弱。调制极性

图像信号采用负极性调制——优点：效率高——同步脉冲顶对应于图像发射机输出功率最大值，图像中亮的部分一般比暗的部分面积大，因而负极性调制的平均功率比峰值功率小50％～60％，即发射效率高。另一方面，同步信号可以在一定程度上忍受调制特性大幅度时的非线性失真，因此负极性调制所能发射的最大功率约为正极性调制的1.5倍。干扰小——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(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制电路消除或减弱。有利于AGC控制——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(AGC)。

伴音信号的调制——调频(FM)电视广播中伴音信号的频率范围取：50Hz-15kHz之间。我国规定伴音己调信号的最大频偏Δfm为50kHz，则伴音信号已调波的带宽B：

B＝2(Δfm+fm)＝2(50+15)＝130kHz。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mf相差很大，高频端的mf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，在接收端采用去加重电路，以均衡高、低端的抗干扰能力。

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VSB调幅和FM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(频道带宽)为8MHz。每个电视频道以8MHz为间隔，我国电视频道在VHF和UHF频段共分为68个频道。VHF-Ⅰ：48～92MHz（DS1～DS5）VHF-Ⅲ：167～223MHz（DS5～DS12）UHF-Ⅳ：470～566MHz（DS13～DS24）UHF-Ⅴ：606～958MHz（DS25～DS68）有线电视增补频道：A1：111～167MHz（Z1～

Z7）A2：223～295MHz（Z8～

Z16）B：295～463MHz（Z17～

Z37）

5.5.2电视发射机图像发射机伴音发射机模拟彩色电视发射机幅频特性电视发射机的主要指标：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图像信号调制极性及调制方式：负极性振幅调制伴音调制方式：调频，最大频偏Δfm＝50kHz图像发射机与伴音发射机的功率比：10:l～15:15.6模拟电视同步信号的形成5.6.1同步信号的定时原理同步信号的定时就是建立起整个电视系统的时间标准。7种同步信号：供演播室用：行推动信号H；场推动信号V；供接收机用：复合同步信号S；复合消隐信号B；副载波fsc；色同步旗形脉冲K；PAL识别脉冲P这些信号在频率和相位方面有着严格的关系，可由一个标准的定时信号通过一定的处理和变换来产生。

同步信号定时方案之一————用具有高稳定度的负载波振荡作为标准信号，产生高稳定度的2fH

、fH、fV脉冲。2fH=625fVfSCfSC

-25集成电路同步机方案fsc(色副载波)2fH=31.25kHzfH

fV

f0

T0

＝1/f0＝0.8us3T0

＝均衡脉冲宽度6T0

＝行同步脉冲宽度为保证场同步可靠分离，在场同步和前、后均衡期间需要消隐色同步信号。通过色同步消隐迂回门脉冲来消隐K脉冲实现。数字电视演播室时钟频率：f0＝27MHz27MHz/2＝13.5MHz（亮度信号采样频率）13.5MHz/2＝6.75MHz（色度信号采样频率）13.5MHz/864＝15625Hz（625/50扫描行频）13.5MHz/858＝15734.265Hz（525/60扫描行频）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，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在频率与相位上严格一致。同步机的这种工作方式称同步机的锁相。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。现在普遍用帧同步机进行台主锁相。本地同步信号发生器受控于外来输入信号的锁相方式称：台从锁相(SlaveLock)台从锁相

简单的台从锁相台主锁相5.7电视信号的录放原理5.7.15.7.2磁带录像关键部件：磁头，磁带记录：电磁转换重放：磁电转换磁带录像机——VTR（VideoTapeRecorder）模拟磁带录像机（记录低载频、浅调频模拟电视信号）数字磁带录像机（记录经PRBS加扰的NRZ数字电视信号）模拟磁带录像机主要格式：U(Umatics)型（专业用）VHS（VideoHomeSystem）型（民用）S－VHS（SuperVideoHomeSystem

）（专业用）数字磁带录像机主要格式：非压缩：D－1（4：2：2分量编码）D－2（4倍副载频采样全电视信号编码，3/4英寸）D－3（4倍副载频采样全电视信号编码，1/2英寸）D－5（4：2：2分量编码，4：3和16：9模式）压缩：D-Betacam（4：2：2分量编码,DCT压缩）DV（4：2：0分量编码,DCT压缩，家用）DVCPRO25（4：1：1分量编码,DCT压缩，专业级）DVCPRO50（4：2：2分量编码,DCT压缩，专业级）5.7.2光盘录像光盘（LD，LaserDisc），关键部件：光盘，激光头记录：信息坑槽，重放：光电转换光头结构数字光盘（CD，CompactDisc）凹坑和非凹坑的平坦部分代表0，凹坑的两个边缘代表1

8到14调制（EFM，EighttoFourteenModulation），两个1之间至少有2个0，至多有10个0光道结构恒角速盘:CAV

(ConstantAngularVelocity)，恒定角速度，光道为同心圆环。恒线速盘:CLV

(ConstantLinearVelocity)，恒定线速度，光道呈螺旋型。光盘录像系统分类：只读（R-O，Read-Only），只写一次(W-O，Write-Only)可反复读写:磁光盘(MOD，Magneto-OpticalDisk)

相变光盘（PCD，Phase-ChangeDisk）数字视盘的格式和标准：VCD（VideoCompactDisk）：

MPEG-1视频压缩，分辨力352×288，存储量700MBSVCD（StandardVideoCompactDisk）：

MPEG-2视频压缩，分辨力480×576，存储量700MBDVD（DigitalVideoDisk或DigitalVersatileDisk）：

MPEG-2视频压缩，RS