《电视机原理与技术》课件1第1章

第1章电视技术基础与整机认识1.1光的性质与视觉特性1.2电视信号扫描原理1.3重现电视图像的基本参数1.4光电转换原理1.5黑白全电视信号1.6彩色全电视信号1.7电视信号的调制1.8电视频道和电视制式1.9电视机的基本结构

实训1电视机的拆装

一、实训目的和要求

1．掌握正确拆装电视机的方法和技巧。

2．熟悉电视机的基本组成结构。

3．了解电视机主要部件的名称、形状、功能以及布局。

4．能正确操作使用电视机，掌握电视机的基本功能。

二、实训器材和工具

1．彩色电视机1台，操作使用说明书1份。

2．电视信号发生器1台。

3．常用工具1套。

三、实训内容和方法

(一)电视机的拆装方法

1．首先要清除操作平台上的杂物，避免打开电视机后盖通电时引起底板短路。

2．拧开电视机后盖上所有的紧固螺钉，并将紧固螺钉分门别类地放置在合适的地方。

3．用双手托住后盖向后均匀使力，打开后盖并将其放置在不妨碍安全操作的位置，此时应特别留意后盖不能触碰显像管颈部。

4．卸除后盖后，电视机应搁置平稳，避免受到碰击。特别提示：未经允许，不准随意调整电视机内的可调部件(如可调电阻、电位器、开关、线圈磁心等)，更不能拨弄元器件或连接导线，以免影响电视机的整机性能。

如需通电测试或维修，必须在老师的现场指导下进行，以确保人身和仪器设备的安全。

5．待观测、调试或维修结束后，应将电视机的所有结构部件恢复原状，避免杂物或螺钉遗留在电视机内，然后按照卸除电视机后盖步骤的逆过程拧紧紧固螺钉。

(二)电视机主要部件的观测

1．仔细观察电视机的内部结构，查找显像管、偏转线圈、消磁线圈，观察显像管和偏转线圈以及消磁线圈之间的结构和连接特点，并将其名称、型号、功能及其参数填入实训表1-1中。

2．查找色纯调节和静会聚调节的磁环，观察它们在显像管上的安装位置。

3．在电路板上查找具有功能代表的主要器件(开关变压器、消磁电阻、行输出变压器、高频调谐器、声表面波滤波器、扬声器)，并将其名称、型号、功能及其参数填入实训表1-2中。实训表1-1实训表1-2

(三)电视机的操作使用

1．对照电视机操作使用说明书，熟悉电视机操作面板。

2．接收有线电视信号或电视信号发生器产生的电视信号，插上电源线，开机。

3．按照电视机操作使用说明书上介绍的方法，使用手动或遥控进行自动搜索选台，仔细观测图像是否清晰、稳定，彩色是否逼真，伴音是否正常，节目号是否累加以及搜索选台速度的变化情况。

4．调节电视机操作面板或遥控器上的音量、亮度、色度和对比度以及节目键、TV/AV/S状态切换键，观察电视机的画面和伴音随按键调节的变化情况，并将电视机调整在正常收视状态。

5．按动遥控器上的开机/待机键，观察电视机的工作状态是否转换正常。如一切正常则关机，并拔掉电源线。四、实训报告

由学生自己设计，要求：

1．有明确的实训任务。

2．有具体的实训目的和要求。

3．有需要的实训器材和工具。

4．根据实训内容有具体的实训方法和步骤。

5．有具体的实训结果并能对实训结果进行分析处理。

6．有实训体会。

实训2仪器仪表的操作与使用

一、实训目的和要求

1．熟悉仪器仪表的功能。

2．掌握仪器仪表的操作使用方法。

3．能正确选择仪器仪表测试和维修电视机。

二、实训器材和工具

1．BT-3型扫频仪1台，示波器1台，频率计1台，电视信号发生器1台。

2．万用表1块。

3．彩色电视机1台。

4．常用工具1套。三、实训内容和方法

(一) BT-3型扫频仪的操作与使用

扫频仪是测试某一电路频率特性(幅频特性)的仪器，其操作与使用方法是：

1．接通扫频仪电源，预热10分钟；调整辉度旋钮和聚焦旋钮，使扫描基线调到合适的亮度和聚焦；调节Y轴位置，扫描基线应上下移动。

2．根据被测系统工作频率特性要求，确定扫频仪的工作频率波段，将“频标选择”开关拨在“1MHz”或“10MHz”处。此时扫描基线上呈现1MHz或10MHz的菱形频标信号，调节“频标幅度”旋钮可均匀调节频标幅度。将“频率偏移”旋钮旋到最大与最小时，荧光屏上呈现的频标数应满足±0.5～±7.5MHz连续可调。

3．校准频段范围输出状态：

(1)将扫频仪探头信号输入端与输出端接在一起，使扫频仪显示窗上有上、下两条水平线输出显示。

(2)旋动频率坐标钮(粗调和细调)，选择待测试系统的工作频率范围。

(3)调节输出增益钮(粗调和细调)，使它们的指示最大。记住此时显示窗上两条水平线之间的间隔格数，然后断开探头与输出端的连接，待测试用。

4．视被测系统电路情况选用适当形式的测试输入端接入被测系统的输出端。将扫频仪的信号输出端接入被测系统的信号输入端。根据被测系统的电路工作情况决定是否给被测系统施加工作电压之后，对被测系统的幅频特性进行测试。

5．观察扫频仪显示窗上的两条水平线之间的间隔，调节扫频仪的输出增益钮，使两条水平线之间最大的间隔与校准时的间隔一样大。此时读出的输出增益钮所显示的增益数即为测试结果。显示窗上显示出来的亮线形状为测试系统的幅频特性。调节频标输出可对应看出其频率范围。

6．测试完成后，正确关闭扫频仪和被测系统电源，并做好结束工作。

(二)示波器的操作与使用

示波器是电路输出状态与输出波形的显示仪器，其操作与使用方法是：

1．接通示波器电源，预热15分钟。

2．调整示波器显示窗的工作状态：

(1)调节“↑↓”和“←→”钮，找出水平扫描线，使其与显示窗内坐标的X轴重合，左右不超出显示窗坐标之外。

(2)调整显示窗坐标亮度和背景亮度，以得到良好的显示效果。

(3)调节扫描线的亮度、聚焦钮，使扫描线光滑、清晰、明亮。

3．校准示波器。将示波器探头接在示波器标准信号输出端(测试电路时，接被测电路的输出端)上，按标注要求将标准信号显示在显示窗坐标上。检查是否符合标准信号标注要求，不符合时应进行相应的调整，以保证显示准确。

4．根据测试信号的技术参数选择触发信号的周期倍率，使被测信号的一个完整周期充满显示窗X轴坐标的60%～90%。

5．根据测试信号的技术参数选择触发信号的幅度倍率，使被测信号的最大信号幅度充满显示窗Y轴坐标的60%～90%。

6．调整触发信号的输出电平(粗调和细调)，使显示窗内被测信号稳定显示出来以进行测试。

7．测试完成后，正确关闭示波器和被测系统电源，并做好结束工作。

(三)电视信号发生器的操作与使用

电视信号发生器是被测系统在测试时输入标准信号的仪器，其操作与使用方法是：

1．接通电视信号发生器的电源，预热15分钟。

2．选择电视信号发生器发射信号的频段及频道。

3．选择信号输出方式，如射频输出、中频输出、视频输出、彩色信号输出、黑白信号输出等。

4．选择输出信号种类，如彩条信号、色差信号、单色信号、测试卡信号、点子信号、格子信号、棋盘格信号等。

5．将电视信号发生器的输出端与被测系统的信号输入端连接，调节被测系统，确认电视信号发生器输出的信号已被接收到。

6．测试工作完成后，正确关闭电视信号发生器和被测系统电源，并做好结束工作。

(四)频率计、万用表等的操作与使用

频率计是对电路产生的单位时间内脉冲数量进行显示的仪器。测试时频率计一般与被测系统的振荡电路输出相连接，如电子调谐器的本振电路输出、行场振荡信号的输出、副载波振荡电路输出、遥控电路时钟脉冲输出等，在测试过程中很少使用。万用表是常用的测试仪表，但由于使用方法简单，这里不再介绍。四、实训报告

由学生自己设计，要求：

1．有明确的实训任务。

2．有具体的实训目的和要求。

3．有需要的实训器材和工具。

4．根据实训内容有具体的实训方法和步骤。

5．有具体的实训结果并能对实训结果进行分析处理。

6．有实训体会。 1.1光的性质与视觉特性

电视图像是一种光信号，因此首先应该了解光和颜色的有关知识。

1.1.1光和颜色的本质

光是一种电磁辐射波，按波长长短的顺序排列电磁波谱，依次是无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和宇宙射线等，如图1-1所示。其中，人眼能感觉到的可见光的波长在380～780nm之间，大体可分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7类颜色。一定波长光谱呈现的颜色称为光谱色，不同光谱的光能产生相同的色感，这是彩色电视图像逼真还原的重要基础。由此可见，光的本质是一种电磁波，而颜色的本质是不同波长的光波作用于人眼视觉的结果。图1-1可见光谱图1.1.2人眼的视觉特性

人眼的视觉特性包括人眼的亮度视觉、色度视觉、分辨力、视觉惰性等。

1.亮度视觉

亮度即光的明暗程度。不同波长的光给人的颜色感觉不同，亮度感觉也不同，但只要重现的图像与实际景物在主观感觉上具有相同的对比度和亮度层次(最大亮度与最小亮度之间可分辨的亮度差级，也叫灰度等级)，就能给人以真实感。人眼对不同波长的光具有不同的灵敏度——视觉灵敏度，人眼最敏感的光波长为555nm，呈绿色。

2.色度视觉

人眼视网膜上有杆状光敏细胞和锥状光敏细胞。杆状光敏细胞灵敏度很高，但对色彩不敏感。锥状光敏细胞既可辨别光的强弱，又可辨别颜色，其中的红敏细胞、绿敏细胞、蓝敏细胞分别对红、绿、蓝光特别敏感，当它们受到某种光源能量刺激时，根据对三种细胞刺激量比例的不同而产生不同的色感，彩色电视机就利用了这一原理。

3.分辨力

分辨力是指人眼分辨图像细节的能力，可用分辨角(视敏角)衡量。分辨角的大小反映了人眼的视觉锐度，也即分辨力，可由实验测定，如图1-2所示。当与人眼相隔一定距离L的白色(或黑色)屏幕上的两个黑点(或白点)靠近到一定程度时，人眼就分辨不出两个点，会含糊地感觉到是一个点。因此，将人眼刚好能分辨出两个点的间距d所对应的视角θ的倒数定义为分辨力，即

当然分辨力因人而异，且与景物的亮度、景物的对比度以及人眼对景物运动的连续感(即换幅频率)等因素有关。图1-2人眼分辨力测试图人眼对黑白图像细节的分辨力称为黑白图像分辨力，人眼对彩色图像细节的分辨力称为彩色图像分辨力。通常，人眼对彩色细节的分辨能力较差，所以在彩色电视系统中传送彩色图像时，只传送黑白图像细节，而不传送彩色细节，这样可减少色度信号的频带宽度，这就是大面积着色原理的依据。

4.视觉惰性

当有光脉冲刺激人眼时，视觉的建立和消失都具有一定的滞后效应，称为视觉惰性。视觉惰性包括视觉建立和视觉残留两个过程，一般视觉残留比视觉建立的时间要长。通常人眼的视觉惰性时间为0.1s左右，如图1-3所示。活动图像的产生就利用了人眼的视觉惰性，电影和电视技术的实现就是人眼视觉惰性的应用结果。图1-3人眼的视觉惰性

1.2电视信号扫描原理

1.2.1电视信号扫描的基本过程

电视信号传输的基本过程是发送端用电视摄像机经光电变换作用，将景物内容的亮度和色度信息按照一定规律变换成相应的电信号，做适当处理后通过无线电波或有线网络传输出去；在接收端用接收机将接收到的电信号变换后，经显像管的电光变换作用还原原图像。传输景物信息的有效方法是将空间景物分解为许许多多的面积相等、分布均匀、明暗程度不同的小单元，按某一规律逐一进行光电变换。这些小单元称为像素。由此可见，像素是构成图像的基本单元，单位面积上的像素数越多，图像越清晰。像素的传输有同时传输制和顺序传输制两种方式。同时传输制是将景物分解成像素后，把每个像素的亮度信息各用一个单独的通道同时转换成相应的电信号，并同时传送出去，在接收端同时显示。一幅高质量的图像具有几十万个像素，要用几十万个传输通道来同时传送图像信号是不可能实现的。由于人眼的视觉惰性，可以把图像上各像素的亮度信号按从左至右、从上到下的顺序依次传送，接收端按发送端的顺序依次将电信号转换成相应亮度的像素，只要在视觉残留时间内完成一幅图像所有像素的电光转换，则人眼感觉到的就是一幅完整的图像。用同样的方法我们可以将活动图像分解为一连串稍有差异的静止图像来进行传送，这种将图像分解成像素后顺序传送的方式被称为顺序传输制。

顺序传输制又称顺序制，是将景物各像素的亮度信息按时间顺序变成电信号并依次传送出去，相当于把随时间、空间多维变化的亮度信号通过扫描和光电转换转变成了具有单一时间变量的电信号，可见其核心是电子扫描。1.2.2电视扫描原理

电视系统发送端的摄像器件和接收端的显像器件中的扫描，是由电子束在光敏面上和荧光屏上的移位实现的，通过电子束以一定的规律沿光像平面反复运动进行光电转换，完成图像的分解与合成。通常，电视系统都采用匀速、单向、直线扫描方式。单向扫描是指只在单个方向运动时才传送图像信息，朝反方向扫描时为回扫过程，不传送图像信息。电子束的扫描通过安装在显像管管径上相互垂直的水平偏转线圈和垂直偏转线圈共同作用，而形成一条条水平略向右倾斜的直线，这就是光栅。当在水平偏转线圈中流过行锯齿波电流时会产生垂直偏转磁场，使电子束从左到右或从右到左扫描，称为水平扫描，也称为行扫描。其中，从左到右的扫描称为行扫描正程；从右到左的扫描称为行扫描逆程。电子束在水平方向上往返一次所需的时间为行扫描周期(TH)，其大小等于行扫描正程时间(THF)和行扫描逆程时间(THR)之和。行扫描周期的倒数就是行扫描频率(fH)。当在垂直偏转线圈中流过帧(场)锯齿波电流时会产生水平偏转磁场，使电子束从上到下或从下到上扫描，称为垂直扫描，也称为帧扫描或场扫描。其中，从上到下的扫描称为帧(场)扫描正程；从下到上扫描称为帧(场)扫描逆程。电子束在垂直方向上往返一次所需的时间为帧扫描周期(TV)，其大小等于帧扫描正程时间(TVF)和帧扫描逆程时间(TVR)之和。帧扫描周期的倒数就是帧扫描频率(fV)。若只有行偏转，则会出现一条水平亮线；若只有场偏转，则会出现一条垂直亮线。因此行场偏转是形成正常光栅的前提。电子扫描示意如图1-4所示。图1-4电子扫描示意图

1.逐行扫描

所谓逐行扫描，就是电子束从图像上端开始，从左至右、从上至下逐行逐帧依次扫描图像的方式，如图1-5所示。图1-5逐行扫描方式示意图由于逆程扫描线会降低图像的质量，因此在行、帧逆程期间用消隐脉冲截止了扫描电子束，使逆程扫描线消失。为了提高效率，正程扫描时间应占整个扫描周期的大部分，电视标准规定了行逆程系数α和帧逆程系数β：在逐行扫描中，所有帧的光栅都应相互重合，这就要求帧扫描周期TV是行扫描周期TH的整数倍，也就是每帧的扫描行数Z必须为整数，即TV=Z

TH，fH=Z

fV。

由于垂直扫描逆程要占去一部分垂直扫描周期的时间，因此图像上可看到的扫描光栅的行数称为有效行数Z'。

Z'=(1－β)Z帧频即重现图像的换幅频率，在选择帧频时应考虑图像的连续性、有无闪烁、抗市电干扰能力的强弱以及图像信号的频带宽度等问题。对于运动景物，为了使图像有连续感，换幅频率应高于20Hz；为使图像不产生闪烁感，换幅频率应高于临界闪烁频率48Hz；为了提高抗市电干扰的能力，换幅频率通常选择为50Hz和60Hz。当然换幅频率越高，对克服图像闪烁和提高图像质量越有利，但图像信号的频带宽度与换幅频率成正比，对节约频带不利，因而换幅频率不宜选取太高。若要提高换幅频率，则必须采取其它有效措施，如倍频扫描技术。

2.隔行扫描

电视系统的分解力是描述电视系统传输图像细节的能力，是指电视系统分解、传输图像黑白变化细节的能力。清晰度是指人眼对重现图像细节感觉的能力。显然，扫描行数越多，系统的分解力越高，图像就越清晰，但扫描行数越多，图像信号的频带宽度也就越宽。在不降低图像分解力的前提下，要减少图像信号的频带宽度，唯一有效的措施就是采用隔行扫描。所谓隔行扫描，是指电子束按相间行一场一场地分别扫描图像的方式，也即电子束分别按照奇数行和偶数行扫描的方式。由奇数行形成的光栅称为奇数场，由偶数行形成的光栅称为偶数场。由此可见，1帧等于2场，如图1-6所示。图1-6隔行扫描方式示意图在隔行扫描中，必须保证2场光栅的正确镶嵌才能完善地分解和合成图像。为简单起见，图中忽略了行和场扫描的逆程时间。假设1帧光栅由9行组成，其中奇数场用实线表示，偶数场用虚线表示。奇数场结束时正好扫完第5行的前半行，偶数场一开始扫第5行的后半行，偶数场第1整行(第6行)起始时垂直方向正好扫过半行，插在第1行与第2行的中间，形成隔行扫描。因此隔行扫描要将偶数场光栅嵌在奇数场光栅中间，每帧的扫描行数必须是奇数。隔行扫描的特点是：

(1)消除了图像大面积闪烁，保证了图像的分解力和清晰度，减少了图像信号的频带宽度。

(2)存在行间闪烁效应。

(3)在隔行扫描中要求行场扫描频率保持一定的关系，否则会因两场光栅不能均匀相嵌而出现并行现象，使图像的清晰度降低。

(4)当图像上有物体沿水平方向运动的速度足够大时，因隔行分场传送，相邻两行在时间上相错，结果使得运动物体图像的垂直边缘出现锯齿，锯齿的深度反映了物体在一场时间内水平移动的距离。

1.3重现电视图像的基本参数

1.3.1图像宽高比

电视图像宽高比又称幅型比。根据人眼的视觉特性，垂直视角为 15°、水平视角为20°的矩形视野通常是视觉最清楚的范围，因此电视机的屏幕为矩形，其宽高比一般为4︰3。矩形屏幕的大小用对角线长度表示，观看的最佳距离约为屏高的6倍，眼睛应与荧光屏中心处于同一水平面。为了增强大屏幕和高清晰度电视的临场感与真实感，水平视角加大，观看的距离约为屏高的3倍，其幅型比为16︰9。1.3.2场频和场周期

选择场频主要应考虑光栅不能出现闪烁。人眼的临界闪烁频率与屏幕亮度、图像内容、观看条件以及荧光粉的余辉时间等因素有关。为了不引起人眼的闪烁感觉，场频应高于

48Hz。随着屏幕亮度提高，屏幕尺寸增大，观看距离变近，场频还应相应提高。场频的选择还应考虑交流电源对电视图像质量的影响。电视机电源滤波不良或因杂散电源磁场的影响，交流电源干扰混入图像信号中，在垂直方向上会产生1或2条水平暗条。当电源频率与场频相同并同步时，这些干扰是固定不动的，人眼感觉不到；当电源频率与场频不同时，这些干扰会在图像上上下移动形成滚条，影响视觉。交流电源干扰混入行锯齿波电流中还会造成光栅扭曲。因此在制定电视标准时，规定场频应与本国的电网频率相同。

我国电视制式规定：场频为50Hz，帧频为25Hz，场周期为20ms，场正程时间为18.4ms，场逆程时间为1.6ms。如果场频过高或场频过低，即场不同步，则电视图像将向下或向上移动，或者在垂直方向上出现多幅相同的图像，如图1-7(b)、(d)所示。

当然，随着电子产品新技术、新工艺、新方法的不断涌现以及人们对高画质的不断追求，具有多倍场频的电视机将不断问世。图1-7行、场不同步的几种情形1.3.3行频和行周期

每帧图像扫描行数的选取除了满足隔行扫描的要求外，还应考虑系统反映图像细节的能力强且不占用过宽的频带，同时还与人眼的视觉特性有关。显然，在帧频一定时，每帧扫描行数越多，图像的细节越清晰，占用频带也就越宽。综合考虑，目前世界上采用的标准扫描行数有625行和525行。我国电视制式规定：每帧总行数为625行，正程行数(有效行数)575行，逆程行数50行；行频为625×25=15625Hz,行周期为64μs，行正程时间为52μs，行逆程时间为12μs。

如果行频过高或行频过低，即行不同步，则整个图像将出现向右下或向左下倾斜的黑白相间的条纹，或者在水平方向上出现多幅相同的图像，如图1-7(b)、(c)所示。

随着电视技术的发展，现有的625行标准已不能满足大屏幕和高清晰度电视的要求，增加扫描行数已成必然。1.3.4图像的频带宽度

由于图像信号的最低频率为0Hz，因此图像信号的最高频率就是图像信号的频带宽度。最高频率是指传送一幅全细节图像，且细节大小相当于一个像素时对应的频率，它与电视系统的分解力密切相关。沿图像垂直方向分解图像细节的能力称为垂直分解力，与扫描行数有关，一般理想情况为垂直分解力等于有效扫描行数。沿图像水平方向分解图像细节的能力称为水平分解力，它与电子束的聚焦情况(孔阑效应)和视频通道的通频带有关。根据图像宽高比和电视系统的分解力等参数综合考虑，即可确定电视图像的频带宽度。我国规定电视图像的频带宽度为6MHz。1.3.5亮度、对比度和灰度

人眼最重要的视觉功能是对客观景物的亮度感觉。亮度就是人眼对光的明暗程度的感觉，景物或重现图像的平均亮度称为背景亮度。

客观景物的最大亮度与最小亮度之比称为对比度。对于重现的电视图像，对比度不仅与显像管的最大亮度与最小亮度有关，还与周围的环境亮度有关。重现图像的对比度越大，图像的黑白层次就越分明，人眼的感觉就越细腻。因此亮度和对比度是重现电视图像的基本要素。在黑白电视接收机中，通常通过调节显像管的阴、栅极之间的电位差进行亮度调节。在彩色电视接收机中，往往是通过恢复亮度通道中的直流成分来实现亮度调节的。对比度的调节则是依靠改变图像信号(视频信号)的幅度来实现的。

图像从黑色到白色之间的过渡色统称为灰色，灰度就是这一灰色划分成能加以区分的层次数，用来鉴别电视接收系统所能恢复原图像明暗层次的程度，一般规定为7～8级。

1.3.6图像的几何特性

重现图像的几何特性就是几何失真，也就是重现图像的形状、大小、相对位置等与原来景物的不一致程度。通常图像的几何失真有两种，如图1-8所示。图1-8图像的几何失真情形(a)非线性失真；(b)几何失真

(1)扫描锯齿波电流非线性引起的线性不良、交越失真等非线性失真。

(2)偏转磁场不规则引起的枕形失真、桶形失真、平行四边形失真等几何失真。

关于上述两种几何失真的原因以及采取的相应措施将在后面相关的章节中叙述。

1.4光电转换原理

电视是用电信号来传送活动图像的，因此首先要把被传送的图像信号转变为相应的电信号，这就必须经过光电转换的过程。1.4.1摄像管的光电转换

光电导摄像管一般由光电靶、电子枪和偏转线圈组成，如图1-9所示。其中，光电靶作为光的通路和信号的输出电极，其特点是具有光敏效应，即当光照射在它的上面时，其导电率会发生显著的变化，且与光照程度成比例，光照强度越强，导电率越高，相应的电阻越小。摄像管就是利用这一特点将自然界景物的光的变化通过光电靶的光敏效应转换成电信号的。图1-9光电导摄像管的基本结构和视频信号的形成过程电子枪的作用则是拾取电信号，一般是由灯丝、阴极、栅极、加速极、聚焦极、高压阳极等组成的。当灯丝照射阴极发射电子时，在阴极、栅极、加速极、聚焦极、高压阳极形成的电场和行场偏转线圈形成的磁场的共同作用下，电子将会聚成一束很细的电子束，从左至右、自上至下依次高速轰击光电靶，于是就实现了将图像的空间光信号转换为时序电信号——视频信号。它包括图像信号、同步信号、消隐信号等。若输出的视频信号电压越高(低)，对应图像的亮度越低(高)，即Uo=E－ik·RL，则称之为负极性视频信号；反之，若输出的视频信号电压越高(低)，对应图像的亮度越高(低)，即Uo=ik·RL，则称之为正极性视频信号，如图1-10所示。图1-10视频信号波形(a)负极性视频信号；(b)正极性视频信号1.4.2CCD的光电转换

电荷耦合器件简称CCD(ChargeCoupledDevice)。由P型(N型)半导体、二氧化硅绝缘层和金属铝电极构成的MOS结构如图1-11所示。

CCD的工作由电荷存储和电荷耦合(或称转移)两个基本过程组成，从应用观点来讲，就是将信号注入CCD，而在器件的输出端将信号检测出来。图1-11MOS结构与势阱

1.电荷的存储

在金属电极上未加电压之前，P型半导体中的空穴均匀分布。当栅极G上加正电压UG时，栅极下面的空穴受到排斥，从而形成一个耗尽层，即能够吸收电子的势阱，俗称电子势阱。电子势阱的深浅与所加栅极电压UG的大小基本成正比关系，当然也有一定的限额。电子势阱可以用来存储电子，其存储的电子电荷(简称电荷包)可以是通过光注入或电注入方式注入的外来的信号电荷。电荷量由外来信号的大小决定，与栅极电压UG的大小无关。

2.电荷的注入

一个CCD感光面中有几十万个独立的铝电极，对应着几十万个像素和势阱。在景物的作用下，各像素CCD表面上有不同的光强照射，在受光照的表面附近由光子激发出数量与光强和光照时间成正比的电子—空穴对，多数载流子的空穴被排斥，少数载流子的电子则被收集入该像素表面下的势阱内，称为光电荷注入，这就是CCD器件的光电转换过程。

3.电荷的转移(耦合)

CCD的基本结构是彼此紧邻、略有间隙的一个个有序序列的MOS结构，可以依靠时钟驱动脉冲高低电平的变化组合，按一定顺序改变相邻MOS结构的势阱深度，实现相邻势阱中电荷的转移，达到按一定规律垂直方向移动和水平方向移动并最终输出的目的。通常电荷转移的方式有三相时钟驱动和四相时钟驱动。

下面以四相时钟驱动方式为例简要说明电荷转移的过程，如图1-12所示。图1-12四相时钟驱动下的电荷转移过程

F1、F2

、F3

、F4是四个扫描行上同一垂直位置内的四个像素，假设、下有光电荷存在，为了提高CCD器件的灵敏度以增大每一场内的输出电荷量，将、下的电荷包混合后输出，然后按图中的方式转移。所加的电压为三个电平值，电压最高时势阱最深，存储电荷；电压中间值时两个电荷包在三个势阱内均匀存储；电压最低时其势阱下的电荷包被完全转移。于是在t1～t7时间内，F1

、F2像素下的电荷包将转移一段距离。偶数场可以是F1

、F3下的电荷包合并后转移，以实现奇数场电荷包和偶数场电荷包的读出。

4.电荷的输出

电荷包转移到最后一个MOS单元结构后需要输出到外电路，常用的电路结构是反偏二极管CCD输出方式，从而输出一个幅度与相应像素上的光通量成比例的图像脉冲信号。

CCD作为摄像机中的光电转换器件，必须接收一幅完整的光信号，所以CCD必须排列成二维阵列的形式，称为面阵CCD。面阵CCD一般有三种基本形式，如图1-13所示。图1-13面阵CCD的三种基本形式(a)帧转移型；(b)行间转移型；(c)帧行间转移型

(1)帧转移型(FT型)。帧转移型分为光敏成像区和存储区两部分。场正程期间在光敏成像区的每个单元积累信号电荷，在场消隐期间由垂直CCD移位寄存器把信号电荷转移到存储区。存储区的信号在每一行消隐期间前进一行，在行正程期间由水平CCD移位寄存器逐像素读出信号。

(2)行间转移型(IT型)。行间转移型CCD的光敏成像区和存储区以垂直列相间的形式组合，场正程期间在成像列积累信号电荷，在场消隐期间一次转移到相应的存储列上。存储列的信号在每一行消隐期间沿垂直方向下移一个单元，在行正程期间由水平CCD移位寄存器逐像素读出信号。

(3)帧行间转移型(FIT型)。帧行间转移型是帧转移型和行间转移型的综合体，场消隐期间由垂直CCD移位寄存器把信号电荷转移到存储区，场正程期间在成像列积累信号电荷，同时由水平CCD移位寄存器逐行读出信号。由于电荷转移的速度很快，因此既不需要机械快门，也不会出现高亮点垂直拖尾现象。

与显像管中的隔行扫描类似，面阵CCD的光敏电荷是采用隔行读出的，通常有帧积累方式和场积累方式两种。

(1)帧积累方式的工作原理如图1-14所示。存储在奇数行各像素中的光敏电荷在奇数场读出，存储在偶数行各像素中的光敏电荷在偶数场读出，每个像素的光敏电荷的积累时间是1帧时间。由于帧积累方式的光敏电荷积累时间长，上一场的光敏电荷保留在光敏区，出现在下一场中，存在一场的时间延迟，从而引起动态分辨率的下降。图1-14帧积累电荷读出方式(a)奇数场；(b)偶数场

(2)场积累方式的工作原理如图1-15所示。两个相邻行的电荷加起来同时转移到垂直CCD移位寄存器，隔行读出是由相加电荷的组合方式不同来实现的，每个像素的光敏电荷的积累时间是一场时间。由于没有一场时间的延迟，因而图像垂直边缘的闪烁减少，具有较宽的动态范围和良好的抗弥散性，但垂直方向的分辨率略有降低。图1-15场积累电荷读出方式(a)奇数场；(b)偶数场

1.5黑白全电视信号

黑白全电视信号按其幅度大小由复合同步信号、消隐信号、均衡信号、开槽信号以及图像信号组成。1.5.1复合同步信号

复合同步信号的作用是保证电视机还原出来的图像的频率、相位能和电视台保持严格一致，因此，电视台在发射图像信号的同时，也发射了复合同步信号，即行、场同步信号。为了不影响图像信号，矩形脉冲的行、场同步信号是在行、场扫描逆程期间发出的，其中行同步信号的脉冲宽度为4.7μs，场同步信号的脉冲宽度为160μs，为2.5个行周期，如图1-16所示。奇数场的最后一个行同步脉冲的前沿与场同步脉冲的前沿相距半个行周期，而偶数场最后一个行同步脉冲的前沿与场同步脉冲的前沿相距一个行周期，所以行同步脉冲的位置在奇数场和偶数场中有半行之差，保证了隔行扫描的准确性。图1-16行同步信号和复合同步信号(a)行同步信号；(b)复合同步信号1.5.2复合消隐信号

复合消隐信号的作用是消除电子束在逆程期间出现的回扫线。消除行逆程回扫线的信号称为行消隐信号，其脉冲宽度为12μs；消除场逆程回扫线的信号称为场消隐信号，场消隐的时间为25TH+12μs=1612μs。因为采用隔行扫描，奇数场的场消隐起点与前面的一个行消隐相差半行，偶数场的场消隐起点与前面的一个行消隐相差一行。为了不丢失行同步信号，场消隐信号按行周期开槽。其幅度与图像的黑电平对齐，如图1-17所示。图1-17复合消隐信号1.5.3均衡脉冲与开槽脉冲

均衡脉冲信号的作用是保证隔行扫描的准确性。由于行、场同步脉冲信号的宽度相差很大，因此既可采用微分电路从复合同步信号中分离出行同步脉冲信号去控制行振荡，也可采用多重积分电路抑制行同步信号取出场同步信号去控制场振荡，实现行、场扫描的同步。由于奇数场和偶数场的场同步信号的前沿和前面一个行同步信号的间距分别为一个行周期和半个行周期，因此通过积分电路后，奇数场和偶数场同步信号的积分波形不一致，结果导致扫描光栅的并行和垂直分辨力降低。为了消除奇、偶两场的时间误差，在场同步信号前后若干行内将行同步信号的频率提高1倍，同时为了使频率提高后的行同步信号的平均电平不变，将这些脉冲的宽度减少为原来的一半，故其脉冲宽度为2.35μs。在场同步信号的前后各有5个脉冲，分别称为前均衡脉冲和后均衡脉冲。场同步内的开槽脉冲频率提高1倍也是基于同样的原因，使得在奇数场和偶数场的场同步期间及前后若干行的同步波形完全相同，保证了隔行扫描的准确性，如图1-18所示。图1-18均衡脉冲信号开槽脉冲信号的作用是保证不丢失行同步信号。在场同步期间，若行同步信号中断，则容易造成行不同步，为了保持行同步信号的连续性，保证场同步期间行扫描的稳定，往往在场同步信号内开5个小凹槽，形成5个齿脉冲，利用凹槽的后沿作为行同步信号的前沿。该凹槽称为开槽脉冲，其宽度为4.7μs，间隔为半个行周期，齿脉冲宽度为27.3μs，如图1-19所示。图1-19黑白全电视信号波形(a)奇数场；(b)偶数场1.5.4图像信号

黑白图像信号是携带景物明暗变化信息的电信号，在扫描正程形成，也称为视频信号，其波形随画面的内容而定，如图1-20所示。其特点是：

(1)单极性。图像信号只有正值，没有负值，其平均值不为零，称为单极性信号。图像信号平均值的大小反映了图像的平均亮度，即背景亮度。在信号传输中，可以隔断直流只传送交流信号，但在图像重现前必须恢复其直流成分以呈现背景亮度。彩色电视机的亮度处理就利用了这一点。图1-20图像信号如前所述，图像信号只有正极性和负极性之分，我国采用负极性调制。

(2)脉冲性。图像信号经常出现上、下跳变沿，反映图像内容上的亮暗突变，即具有脉冲性的特点，它往往出现在景物中物体边缘等细节部分，对应图像信号频谱中的高频成分。

(3)相关性。对于一般的活动图像，相邻两行的图像信号的差别很小，在行间和帧间具有很强的相关性；对于静止图像而言，则具有行重复性和帧重复性，即周期性。

(4)图像信号的频谱分布是离散而又成群的，呈梳状结构；能量主要集中在以行频及其谐波为主的谱线附近；谐波次数越大，能量越小；在每群谱线之间至少有(1/3)fH空隙的带宽资源可利用，这为彩色信号的传输提供了条件，即采用频谱间置的方法将色度信号间置在亮度信号之间。

1.5.5黑白全电视信号波形

黑白全电视信号的波形如图1-19所示。其幅度比例按标准规定是：同步信号为100%，黑电平与消隐电平为75%，白电平为10%～12.5%，图像信号介于白电平与黑电平之间，统称为灰色电平。

1.6彩色全电视信号

1.6.1彩色三要素

由光和颜色的本质可知：彩色是可见光作用于人眼而引起的一种视觉反应。光的颜色与可见光的波长有关，物体的颜色取决于两个因素：一是光源的特性；二是物体表面对光的吸收、反射和透射的特性。当可见光的波长从长到短变化时，就会出现红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等五颜六色的单色光。白色光不是单色光，而是由多种彩色光按一定比例混合而成的光。我们通常用亮度、色调、色饱和度三个特性参数来表示任意彩色对人眼产生的视觉效应，俗称彩色三要素。亮度(Y)表示彩色引起的视觉明暗程度的变化，它与彩色光本身的强弱、彩色光的波长及物体表面的反射特性有关。不发光物体的亮度取决于其反射光功率的大小。

色调是指颜色的类别，是决定颜色的基本特性，与彩色光的波长(频率)有关。不发光物体的色调由照明光源和该物体的吸收、反射或透射特性共同决定。

色饱和度是指颜色的深浅程度，表示某单色光中含白色光的多少，白色光比例越大，饱和度越低。一般将色调和色饱和度统称为色度信号。1.6.2三基色原理

根据人眼的视觉特性，利用人眼的三种锥状细胞，任选三种不同比例的基色成分组合起来，可以重现原景物的彩色感觉。要求三种基色必须是互相独立的，任意一种基色不能由另外两种基色混合而成(独立性)。将它们按不同比例进行组合可以得到自然界中绝大多数的彩色，反之亦然(可逆性)。混合色的色调和色饱和度由三基色的混合比例决定(混合性)；混合色的亮度等于三种基色的亮度之和(叠加性)。具有这些特性的三种基色叫三基色。由于人眼对绿光、蓝光、红光最敏感，因此在彩色电视中选用了红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)作为三基色。三基色原理是彩色电视的技术基础，发送端将彩色信号分解成三基色，在接收端又用三基色还原彩色信号。

1.6.3混色原理

由三基色原理可知：

红色+绿色+蓝色=白色

红色+绿色=黄色 红色+蓝色=紫色 绿色+蓝色=青色红色+青色=白色 绿色+紫色=白色 蓝色+黄色=白色

黄色+青色=浅绿色 紫色+黄色=浅红色 青色+紫色=浅蓝色

当两种颜色混合得到白色(W)时，这两种颜色互为补色，可用一个等边三角形来表示——彩色三角形，如图1-21所示。其意义在于：

(1)三角形的三个顶点分别代表三基色红(R)、绿(G)、蓝(B)。图1-21混色原理和彩色三角形

(2)三个顶点的色饱和度为100%，在R-W或G-W或B-W线上，其颜色是相同的，但色饱和度是不同的，越接近顶点色饱和度越大。

(3)三角形内任何一点由不同比例的R、G、B混色后得到。

(4)三角形每条边上的颜色由两种颜色混色后得到。

(5)穿过W点的任一条线与三角形边线及顶点相交的两点所代表的颜色互为补色。混色的方法有三种：空间相加混色法、时间相加混色法和生理相加混色法。

(1)空间相加混色法利用人眼空间分辨能力较差的特点实现混色：使三种基色的发光点离得很近，只要观察的距离足够远，当三种基色发光点同时发光时便能获得混色后的彩色效果。目前，这种混色方法用于同时制的彩色电视机中。

(2)时间相加混色法利用人眼的视觉惰性实现混色：将三种基色发光点放在同一点，按时间顺序依次发光，只要三种基色发光点的发光速度足够快，便可获得混色效果。目前顺序制彩色电视机采用了这种混色方法。

(3)生理相加混色方法：使两眼同时观看两种不同色的同一彩色景物，产生两种彩色印像，在大脑中即可产生混色后的彩色效果。目前，这种混色方法还没有用于彩色电视技术中。

1.6.4兼容制彩色电视

所谓兼容，就是指黑白电视接收机能接收彩色电视信号，重现黑白图像；彩色电视接收机能接收黑白电视信号，重现黑白图像。

要实现兼容，必须满足下列基本条件：

(1)在彩色电视的图像信号中，要有代表图像亮度的亮度信号和代表图像色彩的色度信号。

黑白电视接收彩色节目时，只要将亮度信号取出就可显示黑白图像。彩色电视接收机应具有亮度通道和色度通道。当接收彩色节目时，亮度通道和色度通道都工作，重现彩色图像；当接收黑白节目时，只有亮度通道工作，色度通道关闭，显示黑白图像。

(2)彩色电视与黑白电视具有相同的视频带宽和射频带宽。这就要求彩色电视须将色度信号穿插在视频(亮度)信号中，通过频带压缩和频谱交错的方法来实现。

(3)彩色电视与黑白电视具有相同图像和伴音的载波频率及调制方式。

(4)彩色电视与黑白电视具有相同的行、场扫描频率和同步方式。

1.6.5亮度信号

亮度信号在彩色电视中称为Y信号。根据三基色原理和兼容制彩色电视的基本要求，亮度信号方程通常可以表示为

Y=0.30R+0.59G+0.11B

相应的电压方程为：

UY=0.30UR+0.59UG+0.11UB

由于兼容制彩色电视传送方式中要求独立传送Y信号，从亮度方程中可以知道，若再传送R、G和B中的两个信号，通过亮度方程就可以得到另一个信号。这样，在兼容制彩色电视中，至少要传送包括Y信号在内的三个信号。1.6.6色差信号

兼容制彩色电视已经传送了Y信号，这样R、G、B色信号中的亮度成分就不必再传送了，只要传送R－Y、G－Y、B－Y信号中的两个即可，这样的信号称为色差信号。其中，R－Y为红色差信号；G－Y为绿色差信号，B－Y为蓝色差信号。三者之间的关系可以表示为

0.30(R－Y)+0.59(G－Y)+0.11(B－Y)=0由于在三个色差信号中，G－Y信号的幅度最小，且G－Y可以很方便地由R－Y和B－Y通过线性电阻矩阵(混合色差信号的系数小于1)混合而成，即

G－Y＝－0.51(R－Y)－0.186(B－Y)

因此为了提高信噪比，减少系统发射的复杂程度，在彩色电视中只传送R－Y、B－Y两个色差信号即可。其特点是：

(1)可减少色度信号对亮度信号的干扰。当传送黑白图像时由于R=G=B，R－Y=B－Y=0，不会对亮度信号产生干扰。

(2)能够实现亮度恒定，即重现图像的亮度只由传送亮度信息的亮度信号决定。

(3)可节省色度信号的发射能量。

在兼容制彩色电视中，为了获得三基色信号，传送了亮度信号和两个色差信号。由于Y、R－Y、B－Y都是由三基色信号通过线性矩阵电路转化而来的，如图1-22所示，因此它们具有相同的频谱结构和频带宽度(各为6MHz)。图1-22亮度信号和色差信号矩阵电路1.6.7大面积着色原理

在兼容制彩色电视中所传送的三个信号由于有相同的频带宽度，三个信号一共要用18MHz宽的频带，因此必须设法将信号的频带加以压缩。由于人眼对彩色图像细节的分辨能力低于对亮度信号细节的分辨能力，因此彩色图像的细节部分可以用亮度信号来代替，而将色度信号中代表细节部分的信号去掉，达到压缩色差信号频带的目的。在图像信号中，高频成分是图像的细节，低、中频信号是图像的轮廓，通过大面积着色原理可以将色度信号中的高频部分去掉，保留亮度信号的细节部分，即用亮度信号中的高频分量代替色度信号中的高频分量，这就是所谓的高频混合原理。

我国电视标准规定：亮度信号的带宽为0～6MHz；色度信号的带宽为0～1.3MHz。因此，重现彩色的三个基色信号为 R=(R－Y)0～1.3+Y0～6=R0～1.3+Y1.3～6

G=(G－Y)0～1.3+Y0～6=G0～1.3+Y1.3～6

B=(B－Y)0～1.3+Y0～6=B0～1.3+Y1.3～6

由此可见，三个基色信号在0～1.3MHz的带宽内含有彩色成分，在1.3～6MHz的带宽内只有亮度信号成分。1.6.8频谱交错原理

从图像信号的频谱结构可以知道，Y信号的能量不是连续的，而是一些离散的线簇。Y信号的能量主要集中在低频端，高频端的能量较小。Y信号以行频及其谐波为主谱线，在主谱线两侧的谱线是以帧频为间距的，距主谱线越远能量越小，且成束分布，因此可以将色度信号按一定的方式插入亮度信号中一起传送，这样就可以同时传送Y信号和两个色差信号了。具体方法是：由于亮度信号的低频端谱线幅度大，为了减小亮度信号对色差信号的干扰，通常将两个色差信号调制到一个频率较高的副载波fsc上，然后再插入Y信号的高端中，这就是频谱交错原理。

由于色差信号有与亮度信号相同的频谱结构，压缩后占据较窄的带宽，对副载波进行平衡调幅形成色度信号后发生了频谱迁移，各谱线群出现在fsc±nfH处，因此只要选用副载波频率为半行频的奇数倍，即fsc=(n－1/2)fH，就能将色度信号正好插在亮度信号频谱的空隙内，俗称半行频间置，如图1-23所示。图1-23频谱交错原理1.6.9平衡调幅

所谓平衡调幅，就是抑制载波的调幅，它具有如下特点：

(1)平衡调幅波的幅值正比于调制信号振幅的绝对值。

(2)当调制信号为正半周时，平衡调幅波与载波同相；当调制信号为负半周时，平衡调幅波与载波反相。

(3)当调制信号改变极性时，平衡调幅波随之反相180°。

(4)载波信号的正峰点所对应的平衡调幅波的包络线波形与调制信号一致，因此只要在原载波的正峰点对平衡调幅波进行采样，就能得到原调制信号，故在接收端必须设置正确的副载波，在减小色度信号对亮度信号干扰的同时，也减小了发射功率，如图1-24所示。图1-24平衡调幅原理所谓正交平衡调幅，是用两个频率相同但相位相差90°的副载波分别传送两个色差信号R－Y(V信号)、B－Y(U信号)，也即将B－Y色差信号调制在相位为sinωsct的副载波上，得到(B－Y)sinωsct信号，用Usinωsct表示；将R－Y色差信号调制在相位为sin(ωsct+90°)=cosωsct的副载波上，得到(R－Y)cosωsct信号，用Vcosωsct表示。这样就可得到两个相位相差90°的平衡调幅信号，如图1-25(a)所示。图1-25正交平衡调幅原理1.6.10色度信号和标准彩条信号

色度信号就是两个色差信号进行正交平衡调幅处理后相加的信号，用F表示，是代表图像彩色信息的信号：其矢量图如图1-25(b)所示。从图中可以看出：

(1)色度信号的振幅和相位之中包含了彩色图像的全部色度信息，振幅取决于色差信号的幅值，反映了彩色图像的饱和度。

(2)相角φ由色差信号幅值的比值大小决定，反映了彩色图像的色调。标准彩条信号是一种彩色电视中常用的测试信号，由彩色电视信号发生器产生，用来对彩色电视系统进行测试与调整，标准彩条信号由三个基色、三个补色以及黑、白共八种颜色的等宽竖条组成，自左至右按亮度的高低排列依次为：白、黄、青、绿、紫、红、蓝、黑。标准彩条信号常用四个数字来标志，对应为a-b-c-d或a/b/c/d，其中a为白条电平，b为黑条电平，c为基色条高电平值，d为基色条低电平值，如100%饱和度、100%幅度的彩条信号记作100-0-100-0或100/0/100/0，如图1-26(a)所示。由于标准彩条信号的电平范围大大超过了黑白全电视信号所规定的标准电平范围(143IRE)，且由实验证明，当彩条信号的最高电平和最低电平分别不超出白电平的33%和不低于黑电平的-33%时，图像质量基本不受影响，因此必须将两个色差信号进行压缩。

压缩后的R－Y信号用V表示为

V=0.877(R－Y)

压缩后的B－Y信号用U表示为

U=0.493(B－Y)用U、V信号调制副载波的色度信号为按照上面的压缩系数对100%饱和度、100%幅度的彩条信号重新进行计算，可以得到表1-1所列数据，可以画出压缩后的标准彩条信号波形和彩色全电视信号波形，如图1-26(b)所示。由此可见，彩色全电视信号是由色度信号(F)、亮度信号(Y)、复合同步信号(B)、复合消隐信号(S)等组成的，简称FYBS。表1-1压缩后的标准彩条信号参数图1-26标准彩条信号波形(a)压缩前；(b)压缩后

1.7电视信号的调制

图像信号和伴音信号频率比较低，不能直接向远处传送，必须将它们分别调制在频率较高的载频上，然后通过天线发射出去。图像信号采用调幅方式，伴音信号采用调频方式，调制后的图像信号和伴音信号统称为射频电视信号。

1.7.1负极性调制

用负极性的图像信号对载频进行调制，称为负极性调制；用正极性的图像信号对载频进行调制，称为正极性调制，如图1-27所示。图1-27电视信号的调制极性(a)负极性调幅信号；(b)正极性调幅信号我国电视标准规定，图像信号采用负极性调幅，因为负极性调幅具有下列特点：

(1)节省发射功率。一般图像中亮的部分比暗的部分面积大，负极性调幅波的平均电平比正极性调幅波的平均电平低，因此负极性调制的平均功率比正极性调制小。

(2)抗干扰能力强。干扰信号通常是以脉冲形式叠加在调幅信号上的，它使得调幅波包络电平增高，负极性调制时干扰信号解调后在屏幕上显示为黑点，不易被察觉。

(3)便于实现自动增益控制。负极性调幅波的同步顶电平就是峰值电平，便于用作基准电平进行信号的自动增益控制。1.7.2残留边带制调幅

由于图像信号调幅后，载波两侧会出现内容完全一致的上、下两个边带，视频信号的带宽达12MHz，使得有限信道内容纳的节目数减少。为了节约频带，实际应用中采用了残留边带的方式。为了提高信噪比，上边带全部发送，同时考虑到低频信号不易分离，下边带残留了0～0.75MHz的低频成分，即对0～0.75MHz的图像信号采用双边带发送，0.75～6MHz的图像信号采用单边带发送，于是信号的总带宽为7.25MHz，如图1-28所示。图1-28残留边带制调幅方式采用残留边带制调幅方式会产生相频失真，主要表现为波形失真，导致重现图像亮暗不准确，特别在明暗边缘处表现得更明显。引起相频失真的主要电路是发射用的残留边带滤波器和已调信号的双工器以及接收机的中频放大电路。采取的措施是在发送端设置群延时补偿网络，在接收端采用群延时特性良好的声表面波滤波器。1.7.3伴音信号的调制

由于伴音采用调频方式后可以用限幅去掉叠加在调制信号上的干扰，以获得较高的音质，同时还可以减小伴音对图像的干扰，因此电视伴音采用调频制。

当伴音信号频率大于15kHz时，就会出现刺耳的尖叫声，因此伴音信号的带宽取15kHz。伴音调频信号的频带宽度BWFM可用下式近似计算：

BWFM=2(Δfmax+Fmax)式中，Δfmax为最大频偏，Fmax为伴音信号最高频率。我国电视标准规定，Δfmax=50kHz，Fmax=15kHz，BWFM=130kHz，伴音载频比图像载频高6.5MHz，伴音信号的频带带宽为250kHz，每个电视频道的带宽为8MHz。

为了提高抗干扰能力和信噪比，减少图像和伴音之间的互相串扰，满足远距离传送的要求，伴音信号采用了预加重调频方式，故在接收端必须采取相应的去加重措施，才能逼真还原音频信号。 1.8电视频道和电视制式

1.8.1电视频道

电视信号一般采用甚高频(VHF，米波段)和特高频(UHF，分米波段)频段传送。其中，VHF频段的频率范围为30～300MHz，使用范围为47～230MHz，包括L(Ⅰ)频段(1～5频道)、H(Ⅲ)频段(6～12频道)，Ⅱ频段的92～167MHz范围以及230～470MHz范围为调频广播和电视增补频道；UHF频段的频率范围为300～3000MHz，使用范围为470～958MHz，包括13～68频道，如表1-2所示。从上表可以看出：在DS5频道和DS6频道之间、DS12频道和DS13频道之间以及DS24频道与DS25频道之间存在很大的频带空隙。只要保证每个频道的频带宽度为8MHz，这些空隙可以作为电视系统的增补频道Z1～Z37，如表1-3所示。表1-3电视增补频道划分表1.8.2电视制式

电视制式是对扫描行数、视频带宽、射频带宽、调制极性、伴音载频与图像载频差以及伴音调制方式等一系列参数的统称。表1-4所示是目前国际上应用的几种电视制式，具有兼容特性的实用彩色电视制式有NTSC制、PAL制和SECAM制三种。它们的主要区别在于两个色差信号对副载波频率的调制和处理方式不同，副载波频率不同，便有了不同的彩色电视制式。表1-5所示为三种彩色电视制式标准的性能和主要参数。表1-4部分电视制式的主要参数表1-5三种彩色电视制式标准的性能和主要参数

1. NTSC制

NTSC制是一种较早的兼容性彩色电视制式，根据处理色差信号的特点，它又被称为正交平衡调幅制。下面对这种制式的情况和一些主要特性作以说明。

(1)两个色差信号Q、I采用正交平衡调幅方式调制副载波。Q、I信号与U、V信号的区别是将已调信号的正交轴旋转了33°。Q信号的频带压缩到0.5MHz，以双边带传送；I信号的频带压缩到1.5MHz，以残留边带传送，下边带为1.5MHz，上边带为0.5MHz，如图1-29所示。图1-29Q、I信号与U、V信号的关系

(2)为了减小亮度信号与色度信号之间的串扰，副载波采用半行频间置，以实现亮度信号和色度信号的频谱交错。这种行间置最大，有利于亮度和色度信号的分离，且亮度串色的影响较小。同时可以利用人眼的视觉特性抵消副载波的亮、暗光点干扰。由于副载波的正半周在屏幕上显示较亮的光点，在负半周则显示较暗的光点，因此在行扫描过程中，亮点与暗点交替出现，结果相邻两帧的亮、暗点相互抵消，如图1-30所示。图1-30副载波产生的相邻两帧的亮、暗光点

(3)色同步信号为10±1个周期的一小串副载波群，设在每行消隐信号的后肩，幅度为0.3V，宽度为2.25μs，其相位与色度信号的蓝色差分量相差180°，其主要功能是为接收机中的副载波恢复电路提供频率和相位的基准。在场消隐期间，不传送色同步信号，如图1-31所示。图1-31NTSC制式色同步信号

(4)由于这种制式中每一行都是用同样的方式传送色度信号的(另外两种制式不是这样)，所以不存在对图像质量有不良影响的行顺序效应，彩色还原效果很好。

(5)这种制式具有对相位失真比较敏感的缺点，容易产生色调失真，导致色调畸变。一般相位失真超过±5°，人眼就会觉察出色调的失真。

(6)图l-32所示是NTSC制式编码器的方框图。图l-32NTSC制的编码方框图

NTSC制编码器的工作原理是：编码器中矩阵电路将信号R、G、B进行线性组合，直接形成Y、I和Q信号。由于Y、I、Q三个通道的带宽不同，延迟的时间也就不同。为了最后合成彩色全电视信号时，三者在时间上达到一致，因此在Y和I通道中要接入不同的延迟线。副载波形成电路分别送出33°、123°和180°相位的三个副载波，供Q平衡调幅、I平衡调幅和色同步平衡调幅使用。前两个平衡调幅器的输出相加得到色度信号F，第三个平衡调幅器得到色同步信号B。最后再将Y、F、B以及复合同步信号S脉冲混合，形成彩色全电视信号FYBS。

2. PAL制

PAL制即逐行倒相正交平衡制，是在NTSC制基础上改进而来的，目的就是为了克服NTSC制的相位敏感性，因此许多方面与NTSC制是相同的，只是在对两个色差信号的传送方式上作了一些改动。

1)逐行倒相

在NTSC制中，两个色差信号对副载波采用了正交平衡调幅，在PAL制中改为采用逐行倒相正交平衡制，也就是在NTSC制正交平衡调幅的基础上，对已调红色差信号(V)再进行逐行倒相处理，如图1-33所示。图1-33逐行倒相副载波矢量图逐行倒相的含义是：在每行中对已调蓝色差信号Usinωsct保持不变，而对已调红色差信号Vcosωsct的副载波逐行倒相，即一行为+Vcosωsct，下一行为-Vcosωsct，再下一行又为+Vcosωsct，这样逐行循环下去。

经过逐行倒相处理后的色度信号可以用下式表示：

F=Usinωsct±Vcosωsct具体各行情况如下：

n行——F=Usinωsct+Vcosωsct

n+1行——F=Usinωsct-Vcosωsct

n+2行——F=Usinωsct+Vcosωsct

……

如此交替变化，于是V不倒相行称为NTSC行，V倒相行称为PAL行，PAL行与NTSC行互为镜像。

2)消除色调畸变原理

如图1-34所示，Fn为NTSC行，Fn+1行为PAL行，可以看出它们是互为镜像的。在PAL制中，将PAL行色度信号倒相后，为了还原彩色的本来色调，要在接收机端的解码电路中重新将PAL行色度信号倒过来再与n行的色度信号相加，即

F=Fn+Fn+1

假设由于传输通道中存在微分相位失真，造成了色度信号逆时针方向偏移了Δφ，原Fn移到了位置，原Fn+1也同样逆时针方向偏移Δφ，移到了Fn+1处。无相位失真时F=Fn+Fn+1。当发生相位失真后，PAL行的Fn+1经倒相后到了第一象限，与存在等量相位失真的NTSC行Fn色度信号相加后，其色度信号相位与原不失真色度信号F是同相位的，只是色度信号的幅度比不失真的小了些。但由于色度信号的幅度仅表达了彩色图像的色饱和度，而人眼对色饱和度的分辨力较差，因此不容易发现这一失真。由此可知，PAL制通过将色度信号的相位失真转移到色度信号的幅度失真上，再利用人眼对色饱和度分辨能力比较差的特性，达到抑制NTSC制中存在的色度畸变(相位失真)目的。因色度信号的相位表达了彩色图像的色调，所以PAL制可以抑制色调畸变。图1-34消除色调畸变原理图

3)频谱和副载波

PAL制与NTSC制在频谱和副载波频率的选择方面存在不同之处。NTSC制中，色度信号和亮度信号之间采用半行频间置，而PAL制中则采用1/4行频间置。这是因为PAL制中V信号副载波采用了逐行倒相，若仍然采用半行频间置就会使Y信号和V信号频谱正好相同，造成两个信号之间的相互干扰，因此要采用1/4行频间置。在采用了1/4行频间置后，U、V信号都与Y信号频谱错开了，U信号与V信号之间相错1/2行频。为了克服副载波对亮度信号干扰所产生的“爬行”现象，可将副载波频率附加25Hz。PAL制副载波频率比NTSC制高2931.25Hz，为4.4361875MHz，一般PAL制取4.43MHz，NTSC制取3.58MHz。

4)色同步信号

PAL制中的色同步信号有两个功能(比NTSC制要多一个功能)：一是为接收机中的副载波振荡器提供频率和相位的基准，这一点与NTSC制相同；二是为接收端解码时能够正确识别PAL行提供的识别信息。

为了使色同步信号实现上述功能，要求在U信号中所加的色同步信号相位为180°，在V信号中所加的色同步信号相位为±90°，即NTSC 行为+90°，PAL行为－90°，如图1-35所示。当两个同步信号矢量相加后，在NTSC行时色同步信号相位为+V(+90°)与－U(180°)，矢量相加后为+135°，在PAL行时的色同步信号相位为－V(－90°)与+U(+180°)，矢量相加后为+225°，即为－135°。图1-35PAL制色同步信号的产生和矢量图为了识别NTSC行和PAL行，在传送NTSC行时色同步信号的相位为+135°，在传送PAL行时色同步信号的相位为-135°，利用该相位特点在接收端可以识别出是NTSC行还是PAL行。

5) PAL制彩色全电视信号的形成

PAL制彩色全电视信号的编码形成过程如图1-36所示。图1-36PAL制彩色全电视信号的编码形成过程

(1) U、V色差信号的产生：编码矩阵电路将彩色摄像系统送来的三基色信号UR、UG、UB转换为一个亮度信号UY和两个色差信号UR－Y、UB－Y；两个色差信号经低通滤波器处理后频带压缩为0～1.3MHz，再经幅度压缩后得到幅度压缩的色差信号。

(2)色度与色同步信号：色差信号U与－K脉冲相加后加至U平衡调幅器，再与sinωsct进行平衡调幅，得到色度信号U分量FU=Usinωsct和色同步信号U分量Fbu=(－B'/2)sinωsct；色差信号V与+K脉冲相加后加至V平衡调幅器，再与±cosωsct进行平衡调幅，得到色度信号V分量FV=±Vcosωsct和色同步信号V分量Fbv=±(B'/2)cosωsct。在相加器中，FU与FV相加形成色度信号F=Usinωsct±Vcosωsct；Fbu与Fbv相加后形成色同步信号Fb=(B/2)sin(ωsct±135°)。PAL开关在半行频方波的控制下输出±cosωsct的副载波，送到V同步检波器。

(3)亮度信号处理：亮度通道的带宽为6MHz，色度通道的带宽为1.3MHz，由于通道延迟时间与带宽成反比，亮度信号延迟小于色差信号延迟，色度信号落后于亮度信号

0.6μs，造成彩色镶边，因此必须对亮度信号和复合同步、消隐信号进行0.6μs的延时，以保证上述所有信号能同时加到信号混合电路，从而形成彩色全电视信号FYBS。

3. SECAM制

SECAM制是法文彩色顺序传送和存储的缩写，又称为行轮换调频制。行轮换是指逐行传送色度信号的一个分量；调频制是指色差信号采用调频方式传送。下面只介绍这种制式的一些主要特性：

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