第5章 電視的形成、處理與記錄

5.1數(shù)字演播室系統(tǒng)模擬電視向數(shù)字電視過渡，數(shù)字設備逐漸替代模擬設備，使模擬演播室成為數(shù)字演播室。在數(shù)字演播室內，設備之間流通的信號為串行數(shù)字接口（SDI，SerialDigitalInterface）信號。未壓縮的10位量化視頻信號，數(shù)據(jù)傳輸速率270Mb/s，可以提供高質量的信號以滿足對播出信號的要求。第5章電視信號的形成、處理與記錄串行數(shù)字視頻接口信號彩色電視圖像信號有兩種PCM編碼方式：分量編碼和全信號編碼，數(shù)字演播室采用全信號編碼。全信號編碼：對彩色電視信號直接進行編碼，形成數(shù)字信號。對全信號編碼必須滿足的條件：采樣點滿足正交結構。采樣頻率一般選取4fsc，既滿足正交結構又克服了色度副載波對亮度的影響。串行信號不單獨傳送時鐘，接收端需要從接收信號中恢復出時鐘。為避免過多的連“0”和連“1”，加入擾碼。用偽隨機碼加擾的方法也稱為隨機化的方法，是采用偽隨機碼（PRBS）對輸入的MPEG-2碼流進行隨機化處理。就是用較長的偽隨機序列與MPEG-2序列送入移位寄存器一個比特一個比特地“模2加”，使原來的信號規(guī)律也具有了偽隨機性質。這樣連“0”、連“1”的現(xiàn)象就被消滅了。SDI信號在傳輸中采用反轉的不歸零碼（NRZI）跳變代表“1”，不跳變代表“0”111001005.1數(shù)字演播室系統(tǒng)數(shù)字演播室的主要設備：各類視頻源，視頻矩陣，切換臺，同步信號發(fā)生器，數(shù)字特技機，非線性編輯機，視頻分配器，監(jiān)視器。設備之間采用串行數(shù)字接口（SDI，SerialDigitalInterface）。SDI信號在傳輸中采用反轉的不歸零碼（NRZI），不單獨傳送時鐘，接收端需要從接收信號中恢復出時鐘。為避免過多的連“0”和連“1”，加入擾碼。未壓縮的10位量化、串行傳輸?shù)囊曨l信號，數(shù)據(jù)傳輸速率270Mb/s。5.2彩色電視攝像機完成光電轉換并形成電視信號的主要設備。彩色電視攝像機的基本組成（3大部分）：①攝像機頭——鏡頭、分光系統(tǒng)、攝像管、預放器、掃描電路、尋像器、電源及附屬設備等。②視頻信號處理部分——模擬處理：黑斑校正、γ校正、增益提升、白平衡調節(jié)、雜散光校正、黑電平調整等；數(shù)字處理：A/D轉換、彩色校正、精細的γ校正、三維濾波、輪廓校正等。③編碼器、同步機。三片式彩色CCD攝像機方框圖5.3.1圖像信號中直流分量的恢復電視信號各幀的直流分量反映景物的背景亮度，通常是緩慢變化的。視頻通道多采用交流放大，使直流分量丟失，在重現(xiàn)圖像中看不到背景亮度的緩慢變化，造成圖像亮度的畸變。5.3圖像信號的處理（a）具有直流分量的圖像信號（b）圖像信號中的直流分量（c）丟失直流分量后的圖像信號通常采用三極管強迫鉗位電路：信號輸入已鉗位信號輸出鉗位脈沖T1T2T3+E+利用鉗位電路，把隨圖像內容變化的黑電平重新鉗定在同一個電平上，以恢復圖像信號。（行消隱期間）C鉗位電路的另一個作用是消除低頻干擾。如下圖疊加在行消隱信號上的低頻干擾，經(jīng)鉗位電路后被有效的抑制。但鉗位電路不能消除調制型干擾。疊加型干擾可以消除調制型干擾不能消除鉗位電路對低頻干擾的作用5.3.2黑斑校正黑斑現(xiàn)象：由攝像器件暗電流不均勻、光電靶背景光照不均勻、光電靶靈敏度不均勻等引起的圖像黑色不均勻，在重現(xiàn)圖像上出現(xiàn)陰影或色斑的現(xiàn)象。疊加型黑斑校正：產(chǎn)生一個與附加信號波形相反的校正信號，與原信號相加。調制型黑斑校正：產(chǎn)生一個與附加信號波形相反的校正信號，與原信號相乘。校正信號：由行、場消隱脈沖積分而得的行頻、場頻鋸齒波信號以及再一次積分而形成的行頻、場頻拋物線形信號。折線性γ校正放大器漸變性γ校正放大器查找表E

γE數(shù)字γ校正電路常用的γ校正電路：5.3.3γ校正消除由電—光轉換非線性特性所引起的圖像灰度畸變。實驗證明，當系統(tǒng)總的γs=1.26時效果較好。彩色顯像管γ≈2.8，攝像管的γ≈1，則通道γ校正電路的γ≈1.26/2.8=0.45。

5.3.4彩色校正攝像機光譜特性應與接收端顯像三基色的混色曲線一致，混色曲線有負值存在，而攝像機光譜相應曲線只有正值，為克服由此帶來的彩色失真所加的校正措施稱為彩色校正。380400500600700光譜響應彩色校正方法：修正法：略去光譜響應特性的負區(qū)，只保留正區(qū)，并將正區(qū)適當壓縮以使重現(xiàn)彩色的失真程度限制在容許范圍之內。合成法：把光電器件丟掉的光譜響應曲線負區(qū)用矩陣電路近似恢復。380400500600700光譜響應380400500600700光譜響應GGB倒相衰減R倒相衰減1.4.3攝像光譜相應曲線顯像三基色混色曲線5.4彩色電視信號編碼器PAL制編碼器PAL制CVBS由亮度信號、色度信號、色同步信號、復合消隱信號和復合同步信號組成。PAL逐行倒相編碼方案有幾種？方案1：平衡調幅后對VF色度分量逐行倒相方案2：先對(R－Y)逐行倒相，后平衡調幅方案3：先對色副載波cosωsct逐行倒相，后平衡調幅

1.副載波逐行倒相的PAL制編碼方案為進一步提高esu、esv相位的準確性和穩(wěn)定性——采用了數(shù)字電路2.數(shù)字電路預制副載波編碼方案不同相位的副載波方波波形圖0°180°3.PAL制色同步信號——由恒定相位分量和逐行倒相分量組成色副載波相位信息PAL識別信息存在問題——場同步期間色同步信號干擾場同步的分離教材P111(3-24)3.PAL制色同步信號為保證場同步可靠分離，在場同步期間（包括前均衡后均衡）最好沒有色同步出現(xiàn)，在場同步和前均衡后均衡期間“挖掉”色同步信號?！较[門脈沖場同步：2.5H前均衡：2.5H后均衡：2.5H色同步消隱門脈沖寬度≥7.5H3.PAL制色同步信號因為PAL色同步信號為逐行倒相信號，欲使消隱前的最后一行與消隱后第一行的色同步相位相同，消隱門脈沖的寬度必須為奇數(shù)個行周期——規(guī)定：門寬取9H為保證色副載波鎖相的穩(wěn)定，各場中斷前后的色同步相位應相同又因為PAL色同步信號為逐行倒相信號，且每幀為奇數(shù)行625，若第一幀奇數(shù)行為不倒相行，則第二幀的不倒相行為偶數(shù)行，則固定的9H消隱門只能保證同一個消隱門前后的色同步同相，不能保證兩幀四場的消隱門前后的色同步都同相。3.PAL制色同步信號不能保證兩幀四場的消隱門前后的色同步都同相。3.PAL制色同步信號解決辦法：消隱門位置不固定色同步消隱門每場向前移1/2H，四場循環(huán)一次——色同步消隱迂回脈沖門為保證兩幀四場的消隱門前后的色同步相位都同相PAL的特有問題——色同步消隱迂回門3.PAL制色同步信號5.4.2MPEG編碼器

MPEG編解碼器主芯片SM2210視頻引擎單元鎖相回路微控制器單元預處理單元細化與判決單元SDRAM控制單元后處理單元視頻流單元運動估計單元主機接口單元主機位流/命令SDRAM視頻數(shù)據(jù)像素時鐘27MHzBT.601/BT.65681MHz27MHz系統(tǒng)時鐘＋3.3V＋1.8V視頻引擎單元：DCT和IDCT，量化和反量化，變長編碼和解碼，運動補償?shù)?。視頻流單元：編碼時，形成PES包，插入包頭信息；解碼時，從PES包中提取包頭信息。運動估計單元：完成前向或雙向整像素運動估計。細化與判決單元：細化運動矢量到半像素精度；幀內/幀間編碼模式判決，運動補償模式選擇。SDRAM控制單元：為各功能單元提供與片外SDRAM編解碼數(shù)據(jù)緩存器的接口。主機接口單元：用于與PC主機系統(tǒng)的通信。微控制單元：從主機下載微碼，調度芯片各功能單元的工作。預處理單元：對輸入視頻進行格式變換(隔行/逐行、幀率)。后處理單元：由SDRAM中的重建幀生成符合BT.601標準的4：2：2格式數(shù)字電視信號，包括格式轉換。MPEG編碼器外圍電路攝像頭模擬視頻解碼器SAA7114模擬視頻編碼器BT860MPEG編解碼器SM2210SDRAM調諧器FM1236USB接口控制CY7C68013音頻復用S端子/CVBS輸入RF輸入音頻信號輸入音頻信號輸出與PC通信S/CVBS輸出BT.601/BT.656格式信號

2IC

2IC

2IC調諧器FM1236：將射頻信號解調成CVBS信號。模擬視頻解碼器SAA7114：將攝像頭攝取的視頻信號，來自S/CVBS端口的視頻信號，或來自調諧器的CVBS信號進行A/D轉換，形成BT.601/BT.656格式的數(shù)字信號。MPEG編解碼器SM2210：將來自SAA7114或直接輸入的BT.601/BT.656格式的數(shù)字信號進行MPEG-2壓縮編碼，形成數(shù)字電視信號基本流。模擬視頻編碼器BT860：為檢驗編碼效果，接收來自SM2210的解碼后的BT.601/BT.656格式的數(shù)字信號，編碼成PAL或NTSC制模擬電視信號。USB接口控制CY7C68013：通過USB接口下載來自主機的控制微碼，并通過I2C總線設置FM1236、SAA7114、BT860的參數(shù)；另一方面，通過主機接口完成MPEG比特流的傳輸。5.5模擬電視射頻信號的形成頻帶約為0Hz～6MHz的視頻基帶信號和50Hz～15KHz的音頻基帶信號必須調制在射頻載波上，形成射頻（RF）信號，以無線電波的形式向外傳播。

我國地面廣播電視系統(tǒng)射頻全電視信號(1)、使用頻段：甚高頻VHF：48MHz～223MHz

超高頻UHF：470MHz～960MHz(2)、調制方式：圖像信號的調制采用殘留邊帶調幅(VSB)，伴音信號采用調頻(FM)。由于圖像與伴音的調制方式不同而不致于互相干擾，接收到的伴音信號的質量也較高。5.5.1

圖像信號的調制

1.殘留邊帶調制方式VSB(VestigialSideBandmodulation)雙邊帶調幅DSB-AM和單邊帶調幅SSB-AM單邊帶調幅與雙邊帶調幅相比，調制信號的幅度下降為1/2，而且增加了一個正交調制項。(2)殘留邊帶調幅VSB-AM(VestigialSideBandAM)發(fā)送一個完整的上邊帶和一小部分下邊帶，即0.75MHz以內為雙邊帶，0.75～1.25MHz為不對稱雙邊帶，1.25～6MHz為單邊帶。伴音載頻fS比圖像載頻fP高6.5MHz，距fP為-1.25MHz處的最小衰減量為20dB。殘留邊帶幅頻特性：已調信號的頻帶比DSB窄，節(jié)省頻率資源；頻帶形成濾波器比SSB易實現(xiàn)，相頻特性非線性小；易檢波解調；利于伴音第二中頻的內差載頻的產(chǎn)生。VSB是一種不均衡調制，若幅頻特性不加改變進行檢波，則低于0.75MHz的雙邊帶頻率成分檢波輸出的振幅比1.25～6MHz的單邊帶頻率成分大一倍，產(chǎn)生幅度失真。因此，要恢復原來信號頻譜，就要求接收機的中放具有特殊幅頻特性。接收機中放的特殊幅頻特性圖像中頻伴音中頻表示接收機中頻特性準確地調整到A點（斜線的中點），所希望的平滑的幅頻特性；表示接收機中頻特性調整到B點，高頻衰減；表示接收機中頻特性調整到C點，高頻加強，低頻相對減弱。調制極性

圖像信號采用負極性調制——優(yōu)點：效率高——同步脈沖頂對應于圖像發(fā)射機輸出功率最大值，圖像中亮的部分一般比暗的部分面積大，因而負極性調制的平均功率比峰值功率小50％～60％，即發(fā)射效率高。另一方面，同步信號可以在一定程度上忍受調制特性大幅度時的非線性失真，因此負極性調制所能發(fā)射的最大功率約為正極性調制的1.5倍。干擾小——在傳輸過程中，當有脈沖干擾疊加在調幅信號上時，對正極性調制來說，干擾脈沖為高電平(白電平)，經(jīng)解調后在熒屏上呈現(xiàn)為亮點，較易被人眼察覺；而負極性調制，干擾脈沖仍為高電平，但經(jīng)解調后在熒屏上呈現(xiàn)為暗點，人眼對暗點不敏感，并且也易為自動干擾抑制電路消除或減弱。有利于AGC控制——負極性調制還便于將同步頂用作基準電平進行自動增益控制(AGC)。

伴音信號的調制——調頻(FM)電視廣播中伴音信號的頻率范圍?。?0Hz-15kHz之間。我國規(guī)定伴音己調信號的最大頻偏Δfm為50kHz，則伴音信號已調波的帶寬B：

B＝2(Δfm+fm)＝2(50+15)＝130kHz。調頻信號的預加重調頻信號的邊頻豐富，具有良好的抗干擾性能。但由于伴音信號頻率范圍相對較寬，當頻偏一定時，音頻的低端與高端的調頻指數(shù)mf相差很大，高頻端的mf很小，使高頻端的抗干擾能力變差。解決的辦法是在發(fā)端采用預加重措施，在接收端采用去加重電路，以均衡高、低端的抗干擾能力。

射頻全電視信號的頻譜及頻道劃分

視頻圖像信號和伴音信號分別對圖像載頻和伴音載頻進行VSB調幅和FM調頻后形成射頻全電視信號，其頻譜如下圖所示，總頻帶寬度(頻道帶寬)為8MHz。每個電視頻道以8MHz為間隔，我國電視頻道在VHF和UHF頻段共分為68個頻道。VHF-Ⅰ：48～92MHz（DS1～DS5）VHF-Ⅲ：167～223MHz（DS5～DS12）UHF-Ⅳ：470～566MHz（DS13～DS24）UHF-Ⅴ：606～958MHz（DS25～DS68）有線電視增補頻道：A1：111～167MHz（Z1～

Z7）A2：223～295MHz（Z8～

Z16）B：295～463MHz（Z17～

Z37）

5.5.2電視發(fā)射機圖像發(fā)射機伴音發(fā)射機模擬彩色電視發(fā)射機幅頻特性電視發(fā)射機的主要指標：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圖像信號調制極性及調制方式：負極性振幅調制伴音調制方式：調頻，最大頻偏Δfm＝50kHz圖像發(fā)射機與伴音發(fā)射機的功率比：10:l～15:15.6模擬電視同步信號的形成5.6.1同步信號的定時原理同步信號的定時就是建立起整個電視系統(tǒng)的時間標準。7種同步信號：供演播室用：行推動信號H；場推動信號V；供接收機用：復合同步信號S；復合消隱信號B；副載波fsc；色同步旗形脈沖K；PAL識別脈沖P這些信號在頻率和相位方面有著嚴格的關系，可由一個標準的定時信號通過一定的處理和變換來產(chǎn)生。

同步信號定時方案之一————用具有高穩(wěn)定度的負載波振蕩作為標準信號，產(chǎn)生高穩(wěn)定度的2fH

、fH、fV脈沖。2fH=625fVfSCfSC

-25集成電路同步機方案fsc(色副載波)2fH=31.25kHzfH

fV

f0

T0

＝1/f0＝0.8us3T0

＝均衡脈沖寬度6T0

＝行同步脈沖寬度為保證場同步可靠分離，在場同步和前、后均衡期間需要消隱色同步信號。通過色同步消隱迂回門脈沖來消隱K脈沖實現(xiàn)。數(shù)字電視演播室時鐘頻率：f0＝27MHz27MHz/2＝13.5MHz（亮度信號采樣頻率）13.5MHz/2＝6.75MHz（色度信號采樣頻率）13.5MHz/864＝15625Hz（625/50掃描行頻）13.5MHz/858＝15734.265Hz（525/60掃描行頻）5.6.2同步設備之間的鎖相原理為了實現(xiàn)來自不同信號源的多路信號的混合與切換，必須使本臺同步機產(chǎn)生的各種同步信號與外來信號中的同步信號在頻率與相位上嚴格一致。同步機的這種工作方式稱同步機的鎖相。本地同步信號發(fā)生器受控于外來輸入信號的鎖相方式稱臺從鎖相。將外來電視節(jié)目源的各種同步信號鎖定在本地同步機所產(chǎn)生的各信號的頻率與相位上稱臺主鎖相?，F(xiàn)在普遍用幀同步機進行臺主鎖相。本地同步信號發(fā)生器受控于外來輸入信號的鎖相方式稱：臺從鎖相(SlaveLock)臺從鎖相

簡單的臺從鎖相臺主鎖相5.7電視信號的錄放原理5.7.15.7.2磁帶錄像關鍵部件：磁頭，磁帶記錄：電磁轉換重放：磁電轉換磁帶錄像機——VTR（VideoTapeRecorder）模擬磁帶錄像機（記錄低載頻、淺調頻模擬電視信號）數(shù)字磁帶錄像機（記錄經(jīng)PRBS加擾的NRZ數(shù)字電視信號）模擬磁帶錄像機主要格式：U(Umatics)型（專業(yè)用）VHS（VideoHomeSystem）型（民用）S－VHS（SuperVideoHomeSystem

）（專業(yè)用）數(shù)字磁帶錄像機主要格式：非壓縮：D－1（4：2：2分量編碼）D－2（4倍副載頻采樣全電視信號編碼，3/4英寸）D－3（4倍副載頻采樣全電視信號編碼，1/2英寸）D－5（4：2：2分量編碼，4：3和16：9模式）壓縮：D-Betacam（4：2：2分量編碼,DCT壓縮）DV（4：2：0分量編碼,DCT壓縮，家用）DVCPRO25（4：1：1分量編碼,DCT壓縮，專業(yè)級）DVCPRO50（4：2：2分量編碼,DCT壓縮，專業(yè)級）5.7.2光盤錄像光盤（LD，LaserDisc），關鍵部件：光盤，激光頭記錄：信息坑槽，重放：光電轉換光頭結構數(shù)字光盤（CD，CompactDisc）凹坑和非凹坑的平坦部分代表0，凹坑的兩個邊緣代表1

8到14調制（EFM，EighttoFourteenModulation），兩個1之間至少有2個0，至多有10個0光道結構恒角速盤:CAV

(ConstantAngularVelocity)，恒定角速度，光道為同心圓環(huán)。恒線速盤:CLV

(ConstantLinearVelocity)，恒定線速度，光道呈螺旋型。光盤錄像系統(tǒng)分類：只讀（R-O，Read-Only），只寫一次(W-O，Write-Only)可反復讀寫:磁光盤(MOD，Magneto-OpticalDisk)

相變光盤（PCD，Phase-ChangeDisk）數(shù)字視盤的格式和標準：VCD（VideoCompactDisk）：

MPEG-1視頻壓縮，分辨力352×288，存儲量700MBSVCD（StandardVideoCompactDisk）：

MPEG-2視頻壓縮，分辨力480×576，存儲量700MBDVD（DigitalVideoDisk或DigitalVersatileDisk）：

MPEG-2視頻壓縮，RS