电视原理与现代电视系统课件

電視制式與彩色電視信號

2.1相容制傳送方式

2.1.1相容的必備條件要實現彩色與黑白電視相容,彩色電視應滿足以下基本條件:(1)所傳送的電視信號中應有亮度信號和色度信號兩部分。

(2)彩色電視信號通道的頻率特性應與黑白電視通道頻率特性基本一致,而且應該有相同的頻帶寬度、圖像載頻和伴音載頻。(3)彩色電視與黑白電視應有相同的掃描方式及掃描頻率,相同的輔助信號及參數。

(4)應盡可能地減小黑白電視機收看彩色節目時的彩色干擾,以及彩色電視中色度信號對亮度信號的干擾。

2.1.2大面積著色原理電視圖像的水準清晰度是和信號的頻帶寬度成正比的。水準清晰度每增加80線,相當於視頻帶寬增加1MHz。因而可用6MHz帶寬傳送亮度信號,而用窄帶傳送色度信號。2.1.3頻譜交錯原理

圖2―1亮度與色度信號的頻譜交錯

2.2亮度信号与色差信号

2.2.1亮度、色差與R、G、B的關係由亮度方程知

Y=0.3R+0.59G+0.11B(2―1)

那麼,R-Y=R-(0.3R+0.59G+0.11B)=0.7R-0.59G-0.11B(2―2a)B-Y=B-(0.3R+0.59G+0.11B)=-0.3R-0.59G+0.89B(2―2b)G-Y=G-(0.3R+0.59G+0.11B)=-0.3R+0.41G-0.11B(2―2c)

在已知(R-Y)和(B-Y)的情況下,可以容易地按照下述步驟求得(G-Y)。由

Y=0.3Y+0.59Y+0.11Y(2―3)Y=0.3R+0.59G+0.11B(2―4)

用式(2―4)減去式(2―3),得

0.3(R-Y)+0.59(G-Y)+0.11(B-Y)=0

則(2―5)

接收端由矩陣電路把收到的(R-Y)和(B-Y),按式(2―5)恢復出(G-Y),然後再以矩陣電路使之分別與Y信號相加,從而恢復出三基色。即

(R-Y)+Y=R(2―6a)(B-Y)+Y=B(2―6b)(G-Y)+Y=G(2―6c)

在傳送黑白電視信號時,因色度信號為零,R、G、B應相等。設R=G=B=Ex,則利用亮度方程可求得:Y=0.3Ex+0.59Ex+0.11Ex=Ex(2―7a)R-Y=Ex-Ex=0(2―7b)B-Y=Ex-Ex=0(2―7c)

這就說明,對於黑白電視信號,反映色調與飽和度(即色度)的色差信號為零,且亮度Y的電壓值與三個基色電壓值相等,即

Y=R=G=B

比如傳送飽和黃色,則可知R=G=1,B=0,其亮度信號和色差信號分別為

Y=0.3×1+0.59×1+0.11×0=0.89R-Y=1-0.89=0.11B-Y=0-0.89=-0.89

可見此時(R-Y)和(B-Y)不再為零。

於是根據式(2―6),用於重現彩色圖像的三基色信號分別為:Rd=(R-Y)t+YtBd=(B-Y)t+YtGd=［-0.51(R-Y)t-0.19(B-Y)t］+Yt

因為不計入顯像管γ失真,所以顯示的亮度Yd將為

Yd=0.3Rd+0.59Gd+0.11Bd

=［0.3(R-Y)t+0.3Yt］+［-0.3(R-Y)t-0.11(B-Y)t+0.59Yt］+［0.11(B-Y)t+0.11Yt］

=Yt(2―8)圖2―2100%幅度,100%飽和度彩條信號

(a)彩條圖像;(b)三基色電壓;(c)亮度信號;(d)色差信號2.2.2標準彩條亮度與色差信號的波形與特點標準彩條信號是由彩條信號發生器產生的一種測試信號。標準彩條信號有多種規範,圖2―2給出的波形稱為“100%幅度、100%飽和度”彩條信號。對於這種規範,白條對應的電平為1(即100%),黑條對應的電平為0,三基色信號的電平非1即0,由其顯示的彩色均為飽和色。由式(2―1)和式(2―2)可求得100%幅度,100%飽和度彩條信號中各條相應的亮度信號和色差信號電平,其值列入表2―1。

表2―1100%幅度、100%飽和度彩條三基色、亮度、色差電平值

圖2―375%幅度、100%飽和度彩條信號波形

彩條信號由四位數碼命名時,其百分比幅度和飽和度可分別計算如下:飽和度%幅度%=(2―9)(2―10)

式中,Emax和Emin分別對應彩條R、G、B的最大值和最小值;EW為白條所對應的R、G、B的幅度。表2―275%幅度、100%飽和度標準彩條三基色、亮度、色差電平值2.3色度信號與色同步信號2.3.1色度信號的形成在NTSC制中,它是將正交調幅與平衡調幅結合起來,將兩個色差信號分別對正交的兩個副載波進行平衡調幅,由此得到已調信號,稱其為色度信號。1.平衡調幅所謂平衡調幅,是指抑制載波的一種調製方式。它與普通調幅不同之處在於,平衡調幅不輸出載波,現舉例加以說明。設:調製信號為uΩ=UΩcosΩt,載波信號為us=Uscosωst,則調幅後形成的一般調幅波為(2―11)

式(2―11)說明,普通調幅波的頻譜是由載頻ωs和兩個邊頻(ωs+Ω)、(ωs-Ω)三個分量組成的,如圖2―4(a)所示,其波形如圖2―5(c)所示。

圖2―4調幅波頻譜

(a)普通調幅;(b)平衡調幅

圖2―5調幅波波形

(a)調製信號;(b)載波;(c)AM波;(d)平衡調幅波

平衡調幅抑制了載波分量,使得調幅波中沒有Uscosωst一項,因而其運算式變為(2―12)

由式(2―12)及圖2―5(d)可以看出,平衡調幅波的特點是:(1)平衡調幅波的幅度與調製信號幅度的絕對值成正比。

(2)調幅信號為正值時,平衡調幅波與載波同相;調製信號電壓為負值時,平衡調幅波與載波反相。

2.正交調幅將兩個調製信號分別對頻率相等、相位相差90°的兩個正交載波進行調幅,然後再將這兩個調幅信號進行向量相加,從而得到的調幅信號稱為正交調幅信號,這一調製方式稱正交調幅。3.色度信號的形成在將兩個色差信號分別對兩個正交的副載波進行平衡調幅之前,先對其進行適當的幅度壓縮,這是不失真傳輸所需要的(見本章2.4節)。壓縮後的色差信號分別用U和V表示,它們與壓縮前的色差信號(R-Y)和(B-Y)的關係是

U=0.493(B-Y)(2―13)V=0.877(R-Y)(2―14)

式中,0.493和0.877稱為色差信號的壓縮係數。壓縮後的色差信號分別對兩個正交副載波sinωSCt和cosωSCt進行平衡調幅,從而得到兩個平衡調幅信號

FU=UsinωSCt(2―15)FV=VcosωSCt(2―16)

這兩個平衡調幅信號頻率相等,相差90°,保持著正交關係,將二者相加便得到正交平衡調幅的色度信號

F=UsinωSCt+VcosωSCt(2―17)F常被稱為已調色差信號或色度信號。F亦可用向量表示,稱彩色向量,如圖2―6所示。由圖2―6可見,色度信號的振幅和相角分別為(2―18)(2―19)

圖2―6彩色向量圖圖2―7正交平衡調幅色度信號形成方框圖2.3.2同步檢波原理同步檢波可解調出色差信號,還可由數學分析加以證明。對於U同步檢波,色度信號F與sinωSCt相乘:(2―20)

圖2―8同步檢波原理(a)方框圖;(b)開關控制示意圖

圖2―8同步檢波原理(a)方框圖;(b)開關控制示意圖2.3.3色同步信號色同步信號的幅度與同步脈衝幅度相等,若以h表示同步脈衝幅度,Fb表示色同步信號,則色同步信號與彩色電視信號一起傳送到接收端,彩色電視機將其從彩色全電視信號中分離出來,由此去控制接收機的副載波發生器,使之產生與發送端副載波同頻、同相的恢復副載波。(2―21)圖2―9同步檢波器波形分析

圖2―10色同步信號2.3.4彩條對應的信號波形及向量圖根據表2―1所列彩條信號參數,利用公式可分別求得白、黃、青、綠、品、紅、藍、黑所對應的亮度信號、色差信號、色度信號,及亮度與色度的合成信號數據如表2―3所示。據此繪出的各信號波形如圖2―11所示。表2―3未壓縮彩條信號有關數據

圖2―11100%幅度彩條波形圖

(a)Y+Fb+s信號;(b)色度信號F;(c)Y+F+Fb+s信號

圖2―11100%幅度彩條波形圖

(a)Y+Fb+s信號;(b)色度信號F;(c)Y+F+Fb+s信號

設(B-Y)和(R-Y)壓縮係數分別為x1和x2,則壓縮後黃、青視頻信號幅度應滿足下式關係:將黃彩條數據代入式(2―22)得:將青彩條數據代入式(2―22)得由式(2―23)和式(2―24)聯立求解,可得:x1=0.493x2=0.877

表2―4壓縮後的彩條數據圖2―12壓縮後的彩條信號波形圖2―13彩條色度信號向量圖

2.4NTSC制色差信號及編、解碼過程

2.4.1I、Q色差信號對視覺特性研究表明,人眼對紅、黃之間顏色的分辨力最強;而對藍、品之間顏色的分辨力最弱。通過幾何關係不難推得它們之間有如下關係:Q=Ucos33°+Vsin33°I=U(-sin33°)+Vcos33°(2―25)

利用亮度方程及式(2―13)和式(2―14),結合式(2―25)關係可求出Q、I與三基色R、G、B的關係為:Y=0.30R+0.59G+0.11B(2―26)Q=0.21R-0.52G+0.31B(2―27)I=0.60R-0.28G-0.32B(2―28)2.4.2NTSC制編、解碼方框圖

NTSC制編、解碼方框圖分別如圖2―15和圖2―16所示。編碼器中,矩陣電路按式(2―26)~式(2―28)對R、G、B信號進行線性組合,從而產生I、Q和Y信號。載波形成電路分別輸出相位為33°、123°、180°的三個副載波,供Q調製器、I調製器和色同步平衡調製器之用。2.4.3NTSC制的主要參數及性能

1.主要參數對於NTSC―M(美國制式),場頻fV=59.94Hz(60Hz);行頻fH=525×fV/2=15.734kHz;每幀525行;圖像信號標稱帶寬為4.2MHz;伴音與圖像載頻之差為4.5MHz;彩色副載波頻率fSC=3.57954506MHz。彩色全電視信號頻譜如圖2―17所示。圖2―17NTSC制彩色全電視信號頻譜2.主要性能

(1)現有的三種相容制彩色電視制式中,NTSC制色度信號組成方式最為簡單,因而解碼電路也最為簡單,易於集成化,特別是,在許多場合需要對電視信號進行各種處理,因而NTSC制在實現各種處理也就簡單。

(2)NTSC制中採用1/2行間置,使亮度信號與色度信號頻譜以最大間距錯開,亮度串色影響因之減小,故相容性好。(3)NTSC制色度信號每行都以同一方式傳送,與PAL制和SECAM制相比,不存在影響圖像品質的行順序效應。

(4)採用NTSC制一個最嚴重的問題,就是存在著相位敏感性,即存在著色度信號的相位失真對重現彩色圖像的色調的影響。

2.5PAL制及其編、解碼過程

NTSC制根據人眼的視覺特性,採取了一些措施,較好地解決了彩色電視與黑白電視的相容問題。

PAL是PhaseAlternationLine(逐行倒相)的縮寫。它是對色度信號採用正交平衡調幅的基礎上,使其中一個色度分量(FV分量)逐行倒相。2.5.1相位失真的概念及影響彩色電視機不可能完全正確地重現原景物的亮度、飽和度和色調,因而存在著失真。彩色圖像的失真有亮度失真、飽和度失真和色調失真。2.5.2PAL色度信號

PAL制獲得色度信號的方法,也是先將三基色信號R、G、B變換為一個亮度信號和兩個色差信號,然後再用正交平衡調製的方法把色度信號安插到亮度信號的間隙之中,這些與NTSC制大體相同。PAL色度信號的數學運算式為:F=FU±FV=UsinωSCt±VcosωSCt=Fmsin(ωSCt+φ)(2―29)圖2―18隔行掃描逐行倒相的正負號改變規律

(a)奇數幀;(b)偶數幀

圖2―19逐行倒相色度信號向量圖(a)任一色調的色度信號;(b)彩條向量逐行倒相情況

圖2―20逐行倒相實現框圖

圖2―21逐行倒相波形關係(a)半行頻方波;(b)90°移相後的副載波(c)逐行倒相輸出副載波

圖2―22PAL色度信號頻譜(a)FU分量頻譜;(b)±FV分量頻譜;(c)色度信號F的頻譜

根據傅裏葉級數分析,由於φK(t)是對原點對稱的開關函數,可分解為一系列正弦函數之和,即式中,m為正整數,且m只取奇數;Ω1=2πfH/2為基波角頻率。由此可求得逐行倒相副載波的各頻率分量為

(2―30)(2―31)2.5.3PAL制克服相位敏感的原理

PAL制採用逐行倒相克服相位失真的原理,可用彩色向量圖予以說明。

圖2―23PAL克服相位敏感原理(a)相位無失真情況;(b)相位失真情況2.5.4PAL制副載波的選擇在彩色廣播電視系統中,亮度信號和色度信號必須共同佔用與黑白電視信號相同的信號帶寬。

圖2―24PAL副載波選擇分解圖(a)PAL色度信號頻譜圖;(b)1/2行間置時的頻譜結構;(c)1/4行間置時的頻譜結構

使亮度信號Y與兩個色度信號分量的頻譜相互錯開,那麼nfH應滿足下述關係:從而求出:

對於行頻為15625Hz,場頻為50Hz,標稱視頻帶寬為6MHz的系統,根據選擇fSC儘量高的原則,可取式(2―32)中n=284,這樣可以求得副載波頻率為283.75fH。實際的PAL制彩電副載波為:

圖2―25PAL亮、色副譜線的相互關係(a)fSC=283.75fH時的譜線關係;(b)增加25Hz後的改善情況2.5.5PAL制色同步信號

PAL制彩色電視接收機在解調色度信號時,需要對PAL行送-cosωSCt副載波,對NTSC行送+cosωSCt副載波。要做到這一點,需要有一個識別PAL行與NTSC行的識別信號,即需要在發送端提供一個附加信號。圖2―26PAL制色同步信號2.5.6PAL制編、解碼過程

1.PAL制編碼器及編碼過程所謂編碼,就是把三基色電信號R、G、B編制成彩色全電視信號FBAS的過程,編碼器就是用來編碼的電路。PAL制編碼器的方框圖如圖2―29所示。圖中給出了方框圖上各點的波形。圖2―27PAL制色同步信號形成方框圖圖2―28PAL色同步信號向量圖

具體編碼過程如下:(1)將經過γ校正的R、G、B三基色電信號通過矩陣電路,變換成亮度信號Y和色差信號(R-Y)和(B-Y)。

(2)為了減小亮度信號對色度信號的干擾,讓Y信號通過一個中心頻率為副載波頻率fSC的陷波器並經過放大後與行、場同步及消隱信號相混合。

(3)色差信號(R-Y)和(B-Y)經幅度加權和頻帶壓縮後,得到已壓縮信號U和V。

(4)色度信號F、色同步信號Fb、亮度信號Y與消隱信號A、同步信號S經混合電路後輸出彩色全電視信號FBAS。圖2―29PAL制編碼器方框圖2.5.6PAL制編、解碼過程

1.PAL制編碼器及編碼過程所謂編碼,就是把三基色電信號R、G、B編制成彩色全電視信號FBAS的過程,編碼器就是用來編碼的電路。具體編碼過程如下:(1)將經過γ校正的R、G、B三基色電信號通過矩陣電路,變換成亮度信號Y和色差信號(R-Y)和(B-Y)。

(2)為了減小亮度信號對色度信號的干擾,讓Y信號通過一個中心頻率為副載波頻率fSC的陷波器並經過放大後與行、場同步及消隱信號相混合。

(3)色差信號(R-Y)和(B-Y)經幅度加權和頻帶壓縮後,得到已壓縮信號U和V。

(4)色度信號F、色同步信號Fb、亮度信號Y與消隱信號A、同步信號S經混合電路後輸出彩色全電視信號FBAS。圖2―30PALD解碼器及各點波形

圖2―31Y與F的分離原理、波形及頻譜

根據fSC=283.75fH+25Hz的關係,可以得到行週期TH與副載波週期TSC之間的關係為(2―33)

因此,τd可選擇為副載波半週期TSC/2的567倍或568倍。通常選擇τd為

即延時線輸出的副載波信號與輸入副載波信號相位相反。將fSC=4.43361875MHz代入式(2―34)求得

設輸入到梳狀濾波器的第n行色度信號為

F(n)=UsinωSCt+VcosωSCt=FU+FV(2―35)

則第n+1行色度信號必然為

Fn+1=UsinωSCt-VcosωSCt=FU-FV(2―36)

根據τd的選擇知,延時前與延時後的副載波相位相反,若以F′n-1、F′n分別表示經延時後的相應行的色度信號,則

F′n-1=-Fn-1=-(UsinωSCt-VcosωSCt)=-FU+FV(2―37)F′n=-Fn=-(UsinωSCt+VcosωSCt)=-FU-FV(2―38)

由此可以求得,第n行輸入時,相加電路輸出為

Fn+F′n-1=(FU+FV)+(-FU+FV)=2FV(2―39)

相減電路的輸出為

Fn-F′n-1=(FU+FV)-(-FU+FV)=2FU(2―40)同理,在第n+1行輸入時,相加電路和相減電路分別輸出為:Fn+1+F′n=-2FV(2―41)Fn+1-F′n=2FU(2―42)

依次類推。由式(2―39)~式(2―42)明顯地看出,梳狀濾波器有效地分離了兩個色度分量FU與±FV。圖2―32(b)和(a)分別說明了梳狀濾波器的頻率特性及分離前後的波形及頻譜。

圖2―32梳狀濾波器方框圖及分離色度信號原理(a)梳狀濾波器方框圖及分離的波形、頻譜;(b)梳狀濾波器頻率特性(3)梳狀濾波器輸出的±FV信號經V同步解調器,輸出V信號;梳狀濾波器輸出的FU信號經U同步解調器輸出U信號。解調器輸入、輸出波形如圖2―33所示。圖2―33同步解調器輸入、輸出波形(4)頻率相同但時域錯開的色度與色同步信號,經色同步選通電路,將色同步信號與色度信號分開。

(5)亮度通道輸出的Y信號和色度通道輸出的U、V信號同時輸入基色矩陣電路,經基色矩陣電路分解,輸出R、G、B三基色信號。其輸入、輸出波形如圖2―35所示。

(6)色同步信號與副載波壓控振盪器輸出的信號同時送鑒相電路,二者進行相位比較後,輸出一個與之相差成正比的直流控制電壓,由它再去控制壓控振盪器,使其輸出副載波頻率和相位與發射端相同。圖2―34色同步與色度的分離原理及波形圖2―35基色矩陣電路的輸入、輸出波形2.5.7PAL制的主要性能特點根據以上分析,可以對PAL制的性能作如下小結。

(1)克服了NTSC制相位敏感的缺點。

(2)PAL制採用1/4行間置再加25Hz確定副載波,有效地實現了亮度信號與色度信號的頻譜交錯,因而有較好的相容性。

(3)梳狀濾波器在分離色度信號的同時,使亮度串色的幅度也下降了3dB,從而使彩色信雜比提高了3dB。

(4)由於NTSC制是1/2行間置,PAL制為1/4行間置。

(5)存在行順序效應,即“百葉窗”效應。產生行順序效應的內因是色度信號逐行倒相,外因是傳輸誤差或解碼電路中的各種誤差。上述原因都會引起FU與±FV二分量互相串擾,又因串擾也是逐行倒相的,造成相鄰兩行間較大亮度差異。

2.6SECAM制及其編、解碼過程

2.6.1SECAM制的主要特點

(1)在NTSC和PAL制中,兩個色度信號是同時傳送的。

(2)SECAM制中,發送端對(R-Y)和(B-Y)兩個色差信號採用了行輪換調頻的方式。(3)為了傳送兩個色度分量,就必須採用兩個副載波頻率。

(4)SECAM制逐行輪換傳送色差信號,使彩色垂直清晰度下降。對有垂直快速運動的畫面,其影響將有所反映。2.6.2SECAM制編、解碼器的方框圖

SECAM制編碼器如圖2―36所示。由圖可見,經γ校正的三基色信號R、G、B送入矩陣電路進行線性組合和幅度加權,形成亮度信號Y和兩個加權色差信號DR和DB。其中,DR=-1.9(R-Y)、DB=1.5(B-Y)。DR式中的負號,表示在對副載波調頻時,正的(R-Y)將引起負的頻偏。圖2―36SECAM制編碼器方框圖圖2―37SECAM制解碼電路方框圖第3章廣播電視系統3.1廣播電視系統概述3.2電視信號的產生3.3電視信號的處理3.4電視信號的形成3.5電視信號的發射3.6電視信號的無線傳輸及擴大電視

覆蓋範圍的方法3.7電視信號的接收3.1廣播電視系統概述

廣播電視系統是一種用於廣播的非專用電視系統。由於它一般採用無線電方式進行信號傳輸,因此,廣播電視系統也可稱為無線電視系統或開路電視系統。目前,廣播電視系統主要是廣播這一單一業務。圖3―1廣播電視系統的組成方框圖3.2電視信號的產生3.2.1彩色電視攝像機攝像機是電視系統的最重要的信號源,其性能的優劣往往對整個電視系統的品質有著舉足輕重的作用。因此,對攝像機的要求很高。對攝像機的性能要求主要有:

·解析度要高。好的水準解析度可達750線,差的也不能小於300線。

·彩色逼真,輪廓清晰,灰度分明。

·失真與干擾要小。

·靈敏度要高。較好的攝像機的靈敏度約在40lx左右。

·鏡頭口徑及變焦比要高。一般採用10~15倍的變焦鏡頭即可。

·使用特性要好。這要求調節簡單,使用靈活方便及小型輕便等。1.彩色電視攝像機的基本組成目前,實用化的彩色攝像機主要是三管彩色攝像機和單管彩色攝像機兩種。各種攝像機的構造類似,一般由以下幾部分組成:(1)攝像機頭。包括鏡頭、分光系統、攝像管、預放器、掃描電路、尋像器、攝像管電源及附屬設備等。

(2)視頻信號處理部分。主要包括視頻放大、增益調整、白電平調整、黑電平調整、電纜校正、黑斑校正、輪廓校正、彩色校正、γ校正、雜散光補償、矩陣電路及消隱電路等。

(3)編碼器、同步機和彩條信號發生器。?圖3―2示出了三管式彩色攝像機的基本組成。2.攝像管攝像管是攝像機中的光—電轉換器件,也是攝像機的關鍵器件之一。攝像管的品質、體積和種類決定著攝像機的品質、體積和調節方式。

(1)光電導攝像管。

(2)CCD攝像管。

·壽命長。·成本低。

·機械性能好,耐震、耐撞,不怕強光照射。

·重合精度高。攝像管與鏡頭固定牢固,匹配精確。

·暫留特性好,適於拍攝運動圖像。?¤CCD攝像管的缺點主要是存在垂直拖尾現象,但採用幀行間轉移(適合)型CCD可以基本克服這種現象。①CCD的構成。②CCD的工作原理。③CCD的隔行掃描。④CCD攝像機。3.光學系統光學系統也是彩色攝像機的重要組成部分,它不僅對攝像機的光譜回應特性有影響,而且也影響所攝取的景物及其彩色。?$圖3―3CCD的一個電極結構圖圖3―4一個面陣CCD的結構圖3―5CCD電荷轉移原理圖圖3―6四相CCD的隔行掃描3.光學系統光學系統也是彩色攝像機的重要組成部分,它不僅對攝像機的光譜回應特性有影響,而且也影響所攝取的景物及其彩色。彩色攝像機的光學系統主要由變焦距鏡頭、分色鏡、中性濾光片和色溫濾光片組成(圖3―2)。?3.2.2飛點影片掃描器在電視電影攝像機中,常常用到的一種設備叫飛點影片掃描器,簡稱飛點掃描器FSS(飛揚的SpotScanner)。其組成和工作原理如圖3―7所示。圖3―7飛點掃描器3.2.3錄放像機視頻磁帶記錄就是把視頻電視信號(電信號)以剩磁的形式記錄在磁帶上。存儲記錄方式可以是模擬式,也可以是數字式。數字式有許多優點,如失真、雜波小和複錄對圖像品質的影響小,可採用多磁頭並行錄放技術來解決最短記錄波長及磁帶—磁帶相對速度的最高值受限問題等。目前,磁帶錄影機的種類十分繁多,但可歸為三大類,即:(1)U型機或稱Umatic。它採用3/4英寸磁帶,在電視廣播中用得較多。

(2)β型機或稱β―max。它採用1/2英寸磁帶。

(3)VHS。它也採用1/2英寸磁帶。

3.3電視信號的處理

3.3.1校正處理

1.反雜波校正由攝像管輸出的信號非常微弱,需要在攝像機機頭內緊靠攝像管處設置預放器,將微弱信號放大。通常在攝像機頭內設置有雜波抑制電路或反雜波校正電路。

圖3―8視頻電視信號的處理2.電纜校正攝像機頭離控制臺(調像臺)往往比較遠,從機頭到調像臺的傳輸電纜就比較長,其分佈參數會使圖像信號的高頻分量跌落,影響圖像清晰度。

3.黑斑校正由於多種原因,如攝像機鏡頭各區域亮度不均勻,投射在光電靶面的背景光不均勻及電子束在靶面邊緣不能垂直上靶等,會使重現圖像出現黑斑或色斑。4.輪廓校正(孔闌校正)5.直流恢復6.灰度校正(γ校正)7.彩色校正8.時基校正3.3.2切換及特技處理

1.電子編輯電子編輯的方式通常有兩種,即插入和組合。

2.特技處理特技發生器的功能有:

·切換

·混合

·劃變

·軟鍵,主要是把黑白攝像機拍攝的圖案插入到節目圖像中去

·鍵控,分為內鍵和外鍵兩種

·字幕疊加

·底色變換

·圖樣調製

·邊框與邊線

·定位。此外,數字視頻特技的應用也越來越廣泛。下麵介紹幾種基本的特技處理方法。

(1)切換。①快切換。②慢切換。圖3―9快切換原理圖圖3―10錄影機自動播控系統圖3―11慢切換的幾種方法圖3―12劃變原理圖圖3―13字幕疊加原理圖(2)劃變。

(3)鍵控。

(4)字幕疊加。

(5)數字特技。①圖像的放大與縮小。②油畫效果。③瓷磚效果。④畫面凍結。⑤裂像效果。⑥鏡像效果。⑦倒影。⑧多畫面與畫中畫(PIP)。⑨三維特技效果。

3.4電視信號的形成

3.4.1視頻全電視信號的形成電視臺在進行節目聯播或作實況轉播時,由於本臺的同步與外來的同步不一致,將會造成圖像翻滾,甚至丟失圖像。解決這一問題有以下三種方法。

(1)幀同步器法。

(2)臺從鎖相。

(3)臺主鎖相。圖3―14幀同步器工作原理

圖3―15臺從鎖相3.4.2射頻電視信號的形成

1.地面廣播電視系統射頻電視信號的形成

(1)使用頻段。

(2)調製方式。①圖像信號的殘留邊帶調幅。②伴音信號的調頻。

B=2(Δfm+Fmax)=2(50+15)=130kHz(3―1)(3)射頻全電視信號的頻譜及頻道劃分。圖3―16殘留邊帶調幅的幅頻特性圖3―17接收機中放幅頻特性圖3―18負極性射頻圖像信號圖3―19已調伴音信號的頻譜圖3―20射頻全電視信號的頻譜2.衛星廣播電視射頻電視信號的形成

(1)頻段劃分。

·微波頻段頻率高,波長短,可使星上和地面的天線尺寸大大減小,增益提高,方向性增強,從而減小衛星的體積和重量,降低對發射功率的要求,且可防止對鄰近區域的干擾

·微波頻段不易受大氣擾動雜訊的影響

·微波能穿過電離層

·無線電業務已佔用較低頻率,而微波頻段相對比較“空閒”。表3―1我國電視頻道的劃分表表3―2衛星廣播下行頻段表3―3我國C波段頻道劃分(2)調製方式。①FM―FM方式。②PCM―FDM―FM方式。③MAC方式。(3)衛星電視信號的能量擴散。表3―4幾種MAC制的性能指標

3.5電視信號的發射

3.5.1電視發射機

1.電視發射機的種類電視發射機的種類主要根據電視圖像發射機的分類方法不同而有各種命名。就圖像發射機而言,可以有多種分類。2.電視發射機的組成及工作原理電視發射機由圖像發射機和伴音發射機組成。目前,常用的中頻調製電視發射機有兩種形式,即雙通道電視發射機和單通道電視發射機,如圖3―21所示。

圖3―21電視發射機的組成框圖(a)雙通道電視發射機(b)單通道電視發射機3.電視發射機的主要指標根據我國的電視標準,電視發射機有以下主要指標:

·標稱射頻頻道寬度:8MHz

·伴音載頻與圖像載頻的頻距:±6.5MHz

·頻道下限與圖像載頻的頻距:-1.25MHz

·圖像信號主邊帶標稱帶寬:6MHz

·圖像信號VSB標稱帶寬:0.75MHz。

·圖像信號調製方式及調製極性:振幅調製負極性

·伴音調製方式:調頻,Δfm=50kHz,預加重時常數為50μs。

·圖像發射機與伴音發射機的功率比:10∶1～15∶1,這是為圖像發射機與伴音發射機有相同的覆蓋範圍設置的3.5.2電視發射天線電視發射天線,根據頻段的不同,主要分為VHF天線和UHF天線兩大類。在實際中,常常使用多層蝙蝠翼天線。多層蝙蝠翼天線在水平面內的方向圖與單層的基本相同,近似為一個圓。在垂直方向上,方向圖與層數有關層數越多,垂直方向性越尖銳,增益提高,遠區場增加。多層蝙蝠翼天線的增益通常由下式確定:(3―2)圖3―22蝙蝠翼天線結構

3.6電視信號的無線傳輸及擴大電視

覆蓋範圍的方法

3.6.1電視信號的無線傳輸

1.電視信號的傳播特性

(1)視距傳播。視距(最大直視距離)與發射天線和接收天線的高度有關。設發射天線和接收天線的高度分別為h1和h2,則視距d為(3―3)

式中,h1和h2以m為單位。實際上,大氣層對電波會有一定的折射作用,從而會改變視距的大小。在正常折射時,有效傳播距離d′比視距會稍遠些,近似為

(2)多徑傳播。

(3)繞射傳播。(3―4)2.電視信號場強的估算接收點場強可用下式來估算:(3―5)表3―5圖像品質與接收場強關係表3.6.2擴大電視覆蓋範圍的方法

1.微波中繼微波中繼又稱微波接力,它是在電視廣播傳送途中,建立許多微波中繼(接力)站,利用微波,把電視信號一站一站地傳送。

微波中繼有以下優點:

·直射性好。微波的波長非常短,在cm或mm數量級,因此,其直射性能很好。

·傳輸信號品質高。微波線路傳送的電視信號的品質比用短波或超短波傳送的品質要高。這是由於微波的直射性好,性能穩定,抗干擾能力強,且微波中繼線路通常為專用線路。

·可雙向傳輸。雙向傳輸可以實現中央台和地方臺的各種電視節目的雙向交流,而不互相影響。圖3―23微波接力通道的構成圖3―24微波接力站結構

(a)端站(b)中繼站2.電視差轉電視差轉是電視差頻轉播的簡稱,它也是一種電視中繼或轉播措施。電視差轉的主要功能是將接收到的主臺(或稱骨幹臺)某頻道的電視節目,經過差轉機的頻率變換、放大後,再用另一頻道發射出去,從而擴大主臺的覆蓋範圍或服務面積。

(1)一次變頻單通道差轉機。

(2)二次變頻單通道差轉機。

圖3―25一次變頻單通道差轉機框圖

圖3―26二次變頻單通道差轉機框圖圖3―27二次變頻雙通道差轉機框圖(3)二次變頻雙通道差轉機。雙通道差轉機的特點:

·圖像信號和伴音信號分開處理,互調失真小

·分開處理的圖像信號和伴音信號與原來的電視信號相比,頻帶變窄,易於處理

·對功放的要求降低

·結構複雜,造價高。3.衛星電視廣播

·覆蓋面更大。

·轉播電視節目品質高。

·費用低。

·適應性強。

·效率高。圖3―28衛星電視廣播系統組成(1)衛星地面站。

(2)衛星星體。

(3)地面接收網。圖3―29主發控站簡化框圖圖3―30直接變換式轉發器框圖

3.7電視信號的接收

3.7.1地面廣播電視信號的接收地面廣播電視信號的接收非常簡單,用普通的家用廣播電視接收機即可實現。普通的廣播電視接收機通常都具備相容性,可以接收彩色或黑白的電視節目。3.7.2衛星廣播電視信號的接收衛星廣播電視信號的接收需要專門的衛星電視接收機,並配上普通電視接收機或監視器才能完成。衛星電視廣播的地面接收部分,不論採用何種接收形式,所用的衛星電視接收機的組成都一樣,包括接收天線、室外單元和室內單元三部分。圖3―31衛星電視接收機的組成方式

(a)一次變頻型(b)二次變頻型圖3―31衛星電視接收機的組成方式

(a)一次變頻型(b)二次變頻型第4章電視接收系統電路分析4.1黑白與彩色電視機的基本組成4.2公共通道電路分析4.3視頻通道電路分析4.4掃描系統電路分析4.5開關電源電路分析4.6遙控電路分析

4.1黑白與彩色電視機的基本組成

4.1.1黑白電視接收機的組成黑白電視機的原理方框圖如圖4―1所示。主要由公共通道、視頻通道、伴音通道、掃描電路系統和電源電路幾部分組成。圖4―1黑白電視接收機的原理方框圖4.1.2彩色電視接收機的組成

PAL―D彩色電視接收機方框圖如圖4―2所示。彩色電視機要完成的任務是把接收到的彩色高頻電視信號還原成三基色信號,從而通過彩色顯像管重現彩色圖像。

圖4―2彩色電視機方框圖4.1.3彩色與黑白電視機共有電路及不同要求

1.高頻調諧器部分

(1)頻率特性較黑白機更平坦。

(2)本機振盪的頻率穩定度要求較高。

(3)駐波比相對要小。

2.中放和視頻檢波部分

(1)AGC的控制範圍要大。

(2)一般採用同步檢波。圖4―3高頻調諧器的頻率特性3.亮度通道部分

(1)加有ARC電路和輪廓校正電路。

(2)加有亮度信號延時網路。

(3)具有直流恢復電路。4.掃描和高壓電路部分

(1)陽極電壓較高。

(2)掃描電路輸出功率較大。

(3)一般加有自動亮度限制(ABL)電路。4.2公共通道電路分析4.2.1電子調諧器與頻道預選器

1.電子調諧器

(1)組成。電子調諧器主要由輸入回路、高放、本振和混頻四部分電路組成。

(2)電子調諧原理。調諧即改變回路的諧振頻率,從原理上講,改變回路電感或電容都能達到改變諧振頻率的目的。圖4―4電子調諧器組成框圖圖4―5變容管2CB14電容變化曲線

圖4―6電子調諧原理及等效電路3)頻率覆蓋和頻段劃分。採用可變電容進行調諧,諧振頻率從最高頻率fmax變化到最低值fmin時,其比值fmax/fmin稱為調諧回路的頻率覆蓋係數,用Kf標記,則(4―1)

對於VHF頻段,按我國頻率分配標準,fmax=219MHz(對應12頻道中心頻率),fmin=52.5MHz(對應1頻道的中心頻率)。所以,所需的調諧回路頻率覆蓋係數Kf為(4―2)相應地,要求變容二極體的變容比為(4―3)2.頻道預選器頻道預選器的種類和電路形形色色,有機械式、電子式,有按鍵開關、觸摸開關,有紅外或語音遙控式等等。圖4―7電調諧頻段轉換原理電路

圖4―8電位器記憶預選器原理電路4.2.2中頻放大與同步檢波系統無論四片或兩片積體電路電視機,中頻放大與同步檢波系統都具有圖4―10的組成框圖。其中,前置中放一般為分立元件放大器,是為補償聲表面波濾波器(SAWF)的插入衰減而設置的。圖4―10中頻放大與同步檢波系統組成的方框圖1.中頻放大器及其相關電路

(1)頻率特性。

圖4―11中放頻率特性(2)增益。

(3)AGC電路。

(4)自動頻率微調(AFT)電路。圖4―12AGC電路組成方框圖圖4―13AGC的理想控制特性圖4―14AFT原理方框圖

現設視頻檢波系統限幅放大器輸出電壓為u1,經移相後的電壓為u2,則乘法器輸出電壓uo為

uo=-Ku1·u2(4―4)

若以U1m和U2m分別表示u1和u2的振幅,則

u1=U1msinωt(4―5)u2=U2msin(ωt+φ)(4―6)

將式(4―5)、式(4―6)代入式(4―4),得(4―7)

式(4―7)中第一項為直流分量,第二項為諧波分量,經低通濾波器濾除第二項,乘法器輸出為(4―8)

圖4―15AFT電路波形分佈(a)fPI=38MHz;(b)fPI＜38MHz;(c)鑒頻特性(5)聲表面波濾波器(SAWF)。在積體電路電視機中,中放幅頻特性一般由SAWF形成。圖4―16SAWF原理結構圖

(a)結構;(b)符號2.視頻信號同步檢波由中頻電視信號中檢出視頻信號一般用同步檢波電路。視頻同步檢波器由限幅放大、雙差分模擬乘法器和低通濾波器組成,其原理方框圖如圖4―18所示。設圖像中頻調幅波(PIF)為

u2(t)=U2(1+mcosΩt)cosωPIt(4―9)

式中,U2、ωPI分別為圖像中頻載波振幅和角頻率,m為調幅係數。u2(t)經限幅放大後變為等幅波u1(t),u1(t)=U1cos(ωPIt-θ)(4―10)

式中,θ為滯後相角。將u1(t)和u2(t)送乘法器,相乘後的輸出以u′P(t)表示,則

u′P(t)=Ku1(t)·u2(t)=KU1U2(1+mcosΩt)cosωPItcos(ωPIt-θ)=½KU1U2(1+mcosΩt)［cos(2ωPIt-θ)+cosθ］(4―11)

式中,K為模擬乘法器的傳輸係數。可見相乘輸出中無PIF載波成分,再由低通濾波器濾除其中的二次諧波分量後,得到的同步檢波輸出為

uP(t)=½KU1U2(1+mcosΩt)cosθ(4―12)

實用中只要調節限幅器外接回路,可調節到使θ=0,從而得最大輸出

upm(t)=½KU1U2(1+mcosΩt)(4―13)3.中頻通道積體電路

(1)性能特點。由圖4―19和圖4―20可見,除去TA7680AP中所包含的一些有關伴音部分電路之外,二者內部電路原理基本相同,因而具有相同的性能特點:①具有三級直接耦合的中頻放大器,中放增益高,頻帶寬。②中放增益可控,中放AGC範圍大於60dB。③視頻檢波採用雙差分模擬乘法器,檢波線性好,靈敏度高,伴音載頻和色副載波的差拍2.07MHz造成的干擾小。④預視放中設置有黑、白雜訊抑制電路,反應速度快,抗脈衝干擾能力強。⑤IFAGC採用峰值檢波電路,線路簡單,且不需外部調整。⑥AFT採用雙差分乘法器,性能穩定,控制靈敏度高。⑦負向RFAGC輸出,適用於高放級為雙柵場效應管的電子調諧器。⑧視頻放大級設有磁帶錄影(VTR)開關,用錄相機放像時只要將相應引腳接地即可。⑨預視放級輸出的是正極性(同步頭朝下)的全電視信號。10、伴音第二中放採用三級直接耦合差分放大器,具有良好的限幅特性。

11、採用正交鑒頻電路,外接元件少。

12、音量調節採用電子音量控制方式,控制範圍寬,無電位器接觸雜訊和引線感應雜訊。

13、音頻放大級設有負回饋輸入端,可從外接末級功放引入負回饋以減小非線性失真。圖4―19TA7607AP原理方框圖圖4―20TA7680AP原理方框圖(2)TA7680AP的應用電路。

圖4―21TA7680AP應用電路

4.3視頻通道電路分析

4.3.1亮度通道的組成及電路分析亮度通道組成方框圖如圖4―22所示。主要由4.43MHz陷波器、輪廓校正、黑色電平箝位、亮度延時和視頻放大等電路組成,它應完成亮度信號的分離、放大和加工處理等任務。

圖4―22亮度通道組成方框圖1.4.43MHz陷波器及ARC電路由預視放輸出的彩色全電視信號FBAS包含著亮度信號和色度信號,在0～6MHz範圍內二者的頻譜互相交錯,色度信號佔有4.43MHz±1.3MHz的頻率範圍。

2.輪廓校正電路由於4.43MHz陷波器在濾除色度信號的同時濾除了亮度信號的高頻成分,若以突變信號為例,則會產生邊沿變差,出現灰色過渡區,如圖4―24(a)所示。圖4―234.43MHz陷波器及ARC電路2.輪廓校正電路由於4.43MHz陷波器在濾除色度信號的同時濾除了亮度信號的高頻成分,若以突變信號為例,則會產生邊沿變差,出現灰色過渡區,如圖4―24(a)所示。

圖4―24輪廓校正電路及波形(a)損失高頻的電信號;(b)輪廓校正電路;(c)波形形成過程3.箝位電路亮度信號是單極性的,含有直流成分,直流成分的大小等於信號的平均值。當圖像平均亮度發生變化時,亮度信號的平均直流分量也隨之變化。下麵結合兩種極端情況予以說明。

圖4―25箝位過程的波形說明(a)亮場圖像及波形;(b)暗場圖像及波形;(c)隔直流之後波形;(d)箝位恢復直流後波形

箝位電路的作用是使視頻圖像信號的電平在箝位脈衝作用期間達到某一預定值。箝位脈衝是從同步分離電路取出行同步脈衝,經過延遲電路延遲至行消隱後肩處得到的。電晶體箝位電路如圖4―26所示。

圖4―26箝位電路

計算出B點在掃描正程期間電位為

UB=UY+UC3=UY+UE-UY0=UE+(UY-UY0)(4―14)4.自動亮度限制(ABL)電路一種實用的亮控型ABL電路如圖4―28所示。其中,V1為視放管,V2、V3組成基色輸出電路(圖中僅畫一路),R1為取樣電阻,T為行輸出變壓器,VD3為高壓整流二極體。

圖4―28ABL實用電路

當陽流ia沿圖中虛線流動時,會在R1兩端產生下正、上負的電壓降,不難看出A點電壓UA為

UA=E1-iaR1(4―15)

當ia小於規定值時,設計使UA＞12V,二極體VD1導通,UA被箝位在近似12Ｖ,因V1的基極電位低於12V,所以VD2截止。視頻放大器處於正常工作狀態,ABL電路不起控制作用。當ia大於規定值時,R1上的壓降增大,導致UA小於12V,二極體VD1截止,VD2導通。當某一原因使ia超過規定值時,如下的控制過程將使ia降下來。某原因使(將ia降下來)