電視原理第5章電視信號的形成、處理與記錄

第5章電視信號的形成、處理與記錄

5.1數(shù)字演播室系統(tǒng)5.1.1串行數(shù)字視頻接口信號在數(shù)字演播室，設(shè)備之間用串行數(shù)字接口SDI，4：2：2串行數(shù)字分量是由4：2：2并行數(shù)字分量轉(zhuǎn)換來的。10位量化時(shí)數(shù)據(jù)傳輸速率為270MHZ。兩種PCM編碼方式：分量編碼和全信號編碼

分量編碼：對3個(gè)分量信號進(jìn)行數(shù)字化和編碼。全信號編碼：對彩色全電視信號進(jìn)行數(shù)字化和編碼。5.1.2數(shù)字演播室的視頻系統(tǒng)由數(shù)字演播室系統(tǒng)圖可以了解其整體結(jié)構(gòu)數(shù)字演播室中的視頻源有攝像機(jī)、各種錄像機(jī)、經(jīng)微波或衛(wèi)星傳輸來的臺外現(xiàn)場直播的信號等。這些視頻信號統(tǒng)由數(shù)字視頻矩陣進(jìn)行分配和調(diào)度,經(jīng)過特技機(jī)和切換臺進(jìn)行特技處理和切換。由切換臺輸出的信號經(jīng)嵌人音頻信號后送往播控部門。數(shù)字視頻矩陣是電視中心實(shí)現(xiàn)節(jié)目共享的設(shè)備。

它有M個(gè)輸人端口和N個(gè)輸出端口,因而形成一個(gè)M×N的矩陣,輸出端口的信號可從M個(gè)輸入端口的信號中選擇。數(shù)字視頻矩陣的功能設(shè)置通過操作板實(shí)現(xiàn),操作板與矩陣主機(jī)的接口是RS232、RS4222、RS485等標(biāo)準(zhǔn)接口。為便于操作,操作板一般安放在系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)架上,一些大型的視頻矩陣系統(tǒng)還可以實(shí)施遠(yuǎn)距離的遙控操作。

視頻切換臺是電視中心在多個(gè)節(jié)目源中進(jìn)行切換輸出的設(shè)備,它可以從多個(gè)節(jié)目源中選擇一路或多路的組合輸出。切換方式可采用快切和特技切換。快切是指各路節(jié)目源間的瞬間切換,它在電視屏幕上的表現(xiàn)是由一個(gè)節(jié)目的畫面迅速轉(zhuǎn)換到另ˉ個(gè)節(jié)目的畫面。為防止切換時(shí)畫面的分裂和跳變,通常切換是在場消隱期間進(jìn)行的。特技切換是從多路輸入的節(jié)目源中選擇一路或多路實(shí)施組合輸出以達(dá)到一定的藝術(shù)效果,如慢切換和劃像等。其它較為復(fù)雜的特技則通過視頻切換臺與數(shù)字特技機(jī)的接口由數(shù)字特技機(jī)來完成。

數(shù)字特技機(jī)運(yùn)用數(shù)字技術(shù)將視頻信號在圖像的二維或三維空間進(jìn)行較為復(fù)雜的處理,使畫面具有壓縮、放大、旋轉(zhuǎn)、翻頁、水波紋、油畫等一系列精彩的藝術(shù)效果。這些特技是視頻切換臺所不能完成的,視頻切換臺的特技切換只能完成幾路信號以不同幅度比例進(jìn)行的組合,也可以生成各種形狀的分界線動(dòng)態(tài)的分割屏幕,但不能對圖像信號進(jìn)行深度的處理,這也是數(shù)字特技機(jī)與視頻切換臺在特技處理上的區(qū)別。

5.2彩色電視攝像機(jī)5.2.1彩色電視攝像機(jī)的分類和組成按信號方式可分為：

1．模擬彩色攝像機(jī)

2．?dāng)?shù)字（碼）彩色攝像機(jī)

按用途分類：1.廣播用攝像機(jī)：技術(shù)指標(biāo)高，圖像質(zhì)量好，價(jià)格昂貴。2.專業(yè)攝像機(jī)：體積小，重量輕，價(jià)格便宜。3.家用攝像機(jī)：小巧、靈活，價(jià)格低廉，攝錄一體。4.特殊用途攝像機(jī)：航天探測、商業(yè)監(jiān)視、圖像通訊等領(lǐng)域

按攝像器件分類：1．真空管攝像機(jī)：采用電子掃描方式，主要有氧化鉛和硒砷碲兩種。2．固體攝像機(jī)：采用固體掃描讀取電荷，成熟的是CCD攝像機(jī)按攝像器件的數(shù)目：１．三管（片）攝像機(jī)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，價(jià)格較高，但圖像質(zhì)量好，主要用于廣播和專業(yè)領(lǐng)域。２．二管（片）攝像機(jī)：產(chǎn)量愈來愈小３．單管（片）攝像機(jī)：結(jié)構(gòu)簡單，體積小，價(jià)格低，主要用于家庭或非專業(yè)領(lǐng)域。

按使用場合：１．臺式攝像機(jī)：供演播室（ESP）和轉(zhuǎn)播車用２．便攜式攝像機(jī)：供外拍用，主要包括EFP、ENG和家用攝像機(jī)３．監(jiān)視用攝像機(jī)。按攝像方式：１．同時(shí)攝像方式；（三管式，三片／板式）２．時(shí)間分離方式：Ａ．順序式；（單管式，單板/片式）Ｂ．線順序式；Ｃ．面順序式。

按攝像機(jī)的記錄載體：

1．磁帶；｛如VHS（V12）、V8、D8、MINIDV｝

2．MD（minidisk)；（采用MPEG-2壓縮技術(shù)）3．8cm的DVD光盤；（如日立DZMV200A）4．硬盤；（采用MPEG-4壓縮技術(shù)，如三星ITCAM-7）5．SD-MMC存儲卡（SecureDigital-multimediacard）6．記憶棒（memorystick）；（SonyDCR-IPI）7．CF卡（CompactFlash）

彩色攝像機(jī)的組成

攝像光學(xué)系統(tǒng)攝像器件電路系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)（主要指鏡頭）光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（攝像管或器件）電路系統(tǒng)（視頻處理電路）或1

5.2.3電視攝像管1、CCD的工作原理電荷耦合器件簡稱，是一種金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)集成電路器件，1、電荷耦合器件（CCD）的工作原理（一）MOS電容器的結(jié)構(gòu)（二）光電轉(zhuǎn)換和電荷存儲半導(dǎo)體在光照的作用下產(chǎn)生本征激發(fā)形成電子-空穴對,在耗盡區(qū)電場的作用下,空穴流入P型襯底,電子收集到勢阱中形成電荷包.電荷數(shù)目與該處的光照強(qiáng)度成正比.（三）電荷的轉(zhuǎn)移1.在時(shí)刻t1,第一相時(shí)鐘V1處于高電壓，V2、V3處于低壓。這時(shí)第一組電極A、D、…下面形成深勢阱，在這些勢阱中可以貯存信號電荷形成“電荷包”，如圖所示。2.在t2時(shí)刻V1電壓線性減少，V2為高電壓，在第一組電極下的勢阱變淺，而第二組（B、E、…）電極下形成深勢阱，信息電荷從第一組電極下面向第二組轉(zhuǎn)移，直到t3時(shí)刻，V2為高壓，V1、V3為低壓，信息電荷全部轉(zhuǎn)移到第二組電極下面。3.重復(fù)上述類似過程，信息電荷可從V2轉(zhuǎn)移到V3，然后從V3轉(zhuǎn)移V1電極下的勢阱中，當(dāng)三相時(shí)鐘電壓循環(huán)一個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)，電荷包向右轉(zhuǎn)移一級（一個(gè)像元），依次類推，信號電荷一直由電極A、B、C……向右移，直到輸出。三相脈沖驅(qū)動(dòng)方式為最基本的方式。為使傳輸速度快，可采用二相脈沖驅(qū)動(dòng)方式。為使傳輸更可靠，可采用四相脈沖驅(qū)動(dòng)方式。（四）

CCD的電荷輸出ΘΘDGOGV3V2轉(zhuǎn)移方向電荷CSW+BR輸出電壓V0OG：輸出柵，在其上加不同的控制電壓，可控制電荷在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻從V3電極下轉(zhuǎn)移到場效應(yīng)管的控制柵極。同時(shí)，它對V3電極的脈沖和輸出場效應(yīng)管起到隔離作用。DG：直流偏置柵極，其作用等效電路中虛線所表示的開關(guān)在其上加入控制脈沖VpG，控制開關(guān)通/斷?！鱒：信號電壓。由于VpG脈沖可通過場效應(yīng)管的極間分布電容的耦合，將在輸出信號中出現(xiàn)，而引入了雜波。2、面陣CCD攝像器件按信號電荷的傳輸方式可分為幀轉(zhuǎn)移型（FT）攝像器件、隔列轉(zhuǎn)移型（IT）攝像器件（又稱行間轉(zhuǎn)移）及幀-行間轉(zhuǎn)移型（FIT）攝像器件。（一）幀轉(zhuǎn)移型（FrameTransfer）該器件由相同像素?cái)?shù)量的成像部分、存儲部分和讀出寄存器三個(gè)基本部分組成。

1、場正程期間（18.4ms）圖像的二維信號電荷被積累在成像區(qū)；2、場逆程期間（1.6ms）通過加在成像區(qū)和存儲區(qū)電極上的時(shí)鐘脈沖使成像區(qū)的整場信號電荷快速轉(zhuǎn)移到存儲區(qū)；3、下一個(gè)場正程期間，成像區(qū)積累光生電荷生成下一場電像，存儲區(qū)所存的上一場圖像信號電荷在時(shí)鐘脈沖作用下，在行逆程期間（12微秒）將一行光生電荷送進(jìn)讀出寄存器，從而使存儲區(qū)內(nèi)各行光生電荷向讀出寄存器方向進(jìn)一次；4、在行正程期間，在讀出寄存器脈沖的驅(qū)動(dòng)下，使一行信號電荷向輸出結(jié)構(gòu)依次轉(zhuǎn)移，經(jīng)輸出極輸出。

幀轉(zhuǎn)移（FT）結(jié)構(gòu)（二）行間轉(zhuǎn)移型（InterlineTransfer）在一個(gè)CCD芯片上完成感光、存儲和讀出的功能。1、場正程期間（18.4ms）感光部分被入射光照射產(chǎn)生光生電荷；2、場逆程期間（1.6ms）受轉(zhuǎn)移柵控制，各列成像單元內(nèi)的信號電荷同時(shí)被快速（約1微秒）水平轉(zhuǎn)移到各自所對應(yīng)的垂直移位寄存器；3、下一個(gè)場正程期間，成像區(qū)再次積累光生電荷，垂直移位寄存器中存儲的電荷在每個(gè)行消隱（逆程）期間各列電荷包垂直上移一行，將一行電荷送入水平移位寄存器；4、在行正程期間，將水平移位寄存器中的電荷讀出，這樣形成了視頻信號。（三）幀-行間轉(zhuǎn)移型（FIT）在行間轉(zhuǎn)移型結(jié)構(gòu)的傳感器與水平移位寄存器之間附加了場存儲區(qū)。1、場正程期間（18.4ms）成像區(qū)的光敏器接收入射光形成電荷包；2、場逆程期間（1.6ms）受轉(zhuǎn)移柵控制，各列成像單元內(nèi)的信號電荷同時(shí)被快速（約1微秒）水平轉(zhuǎn)移到各自所對應(yīng)的垂直移位寄存器，緊接著又以極快的速度轉(zhuǎn)移到下面場存儲區(qū)。3、下一個(gè)場正程期間，成像區(qū)積累光生電荷生成下一場電像，存儲區(qū)所存的上一場圖像信號電荷在時(shí)鐘脈沖作用下，在行逆程期間（12微秒）將一行光生電荷送進(jìn)讀出寄存器，從而使存儲區(qū)內(nèi)各行光生電荷向讀出寄存器方向進(jìn)一次；4、在行正程期間，在讀出寄存器脈沖的驅(qū)動(dòng)下，使一行信號電荷向輸出結(jié)構(gòu)依次轉(zhuǎn)移，經(jīng)輸出極輸出。CCD都具有高光抑制功能，即有消除“開花”和“彗尾”的功能。因?yàn)樵贑CD器件中設(shè)置有“溢流溝道（OverFlowDyke）。在過曝光時(shí)，溢出的過量電子將通過溢流溝道垂直向下流入襯底，保證了即使產(chǎn)生一個(gè)超常的強(qiáng)光,電子電荷的最大量也總是相等的，消除了“開花”現(xiàn)象。（4）動(dòng)態(tài)分辨力與電子快門動(dòng)態(tài)分辨力是攝像機(jī)對運(yùn)動(dòng)圖像所呈現(xiàn)的分辨力，即呈現(xiàn)運(yùn)動(dòng)畫面細(xì)節(jié)的能力，它決定了正在制作的運(yùn)動(dòng)圖像的細(xì)節(jié)，同時(shí)它決定了后期制作中靜幀畫面的清晰度。制約動(dòng)態(tài)分辨力的因素：（A）攝像器件的惰性；（B）曝光時(shí)間。曝光時(shí)間：相繼兩次電荷讀出的時(shí)間周期。攝像管攝像機(jī)：由于電子束不可能聚焦特細(xì)，因而在掃描一行時(shí)也會(huì)掃到相鄰行，使曝光時(shí)間趨向于1/60s（NTSC）或1/50s（PAL）。CCD攝像機(jī)：依靠時(shí)鐘瞬間取出電荷，不存在惰性。提高動(dòng)態(tài)分辨力唯一的辦法是減小曝光時(shí)間。機(jī)械快門存在噪音且只能用于幀轉(zhuǎn)移方式中，故先廣泛采用電子快門。

5.3圖像信號的處理

5.3.1圖像信號中直流分量的恢復(fù)圖像信號的最低頻率分量反映景物背景亮度的緩慢變化．通常稱為直流分量。但在視頻通道巾多采用交流放大器，使直流分量丟失，在復(fù)現(xiàn)的圖像中將看不到背景亮度的緩慢變化，造成圖像亮度的畸變。

由于電視圖像信號具有單極性的特點(diǎn)，即信號只存在以固定黑色電平為基準(zhǔn)的一個(gè)方向上。所以，只要利用鉗位電路，把經(jīng)交流放大器后出現(xiàn)的隨圖像內(nèi)容而變化的黑色電平，重新鉗定在同一個(gè)電下上，就可以恢復(fù)原圖像信號的性質(zhì)。所以，在視頻通道個(gè)設(shè)有直流分量恢復(fù)電路——鉗位電路。

一、鉗位電路的作用

鉗位電路可以消除疊加型干擾

鉗位電路不能消除調(diào)制型干擾

鉗位電路的工作原理消除疊加型干擾（如前圖所示）

單向鉗位作用失去了鉗位作用

大的干擾信號破壞了鉗位產(chǎn)生了錯(cuò)誤的鉗位動(dòng)作

強(qiáng)迫鉗位電路

5.3.2黑斑校正通過前面的學(xué)習(xí)我們可以知道，由于分色棱鏡的色漸變效應(yīng)、鏡頭各區(qū)域亮度的不均勻性、投射在靶面上的背景光不均勻、攝像管靶面不均勻和掃描電子束在靶面邊緣處不能垂直上靶等原因，都能導(dǎo)致重現(xiàn)圖像上出現(xiàn)陰影或色斑。這類現(xiàn)象統(tǒng)稱為黑斑效應(yīng)。

為了提高畫面的均勻性，一方面要努力消除產(chǎn)生黑斑效應(yīng)的原因，另一方面還要在電路中采取補(bǔ)償措施，將黑斑削弱。而且，補(bǔ)償方法應(yīng)隨黑斑性質(zhì)的不同而不同。至于那些隨機(jī)性的黑斑，是無法通過電路來校正的，只有根除其產(chǎn)生原因才能克服。

圖像上的黑斑一段有兩種類型。其中之一是圖像信號本身沒有畸變．只是更加了一個(gè)不均勻的附加倍號，如靶面受不均勻的背景光照射而引起的黑斑效應(yīng)就屬于這一類。對此，只要在電路中產(chǎn)生一個(gè)與附加信號波形相反的校正信號便可實(shí)現(xiàn)黑斑校正，如圖所示。

加法補(bǔ)償

再調(diào)制，乘法補(bǔ)償

調(diào)制型黑斑校正電路方框圖

5.3.3λ校正具有折線特性的λ校正放大器輸入信號小時(shí)，3個(gè)二極管導(dǎo)通；負(fù)反饋較小。信號增加，3個(gè)二極管依次斷開，負(fù)反饋增大，放大器的增益下降?？梢垣@得λ=0.45折線非線性增益特性

具有漸變特性的λ校正放大器輸入信號小時(shí)，輸出增益大，輸入信號大時(shí)，輸出增益小?？梢垣@λ=0.45傳輸特性

5.3.4彩色校正在彩色電視系統(tǒng)中，為了正確重現(xiàn)被攝景物的彩色，攝像機(jī)的光譜響應(yīng)特性應(yīng)與接收端顯像三基色的混色曲線相一致?；焐€有負(fù)值存在，然而從攝像機(jī)鏡頭到攝像管，各部分的光譜響應(yīng)曲線卻都只有正值。為了克服由此帶來的彩色失真，必須加入彩色校正。

一、修正法此法是略去光譜響應(yīng)特性的負(fù)區(qū)而只保留其正區(qū)，并將正區(qū)適當(dāng)壓縮以使更現(xiàn)彩色的失真程度限制在容許范圍之內(nèi)。早期的彩色攝像機(jī)和目前使用的較簡單的攝像機(jī)都采用這種方法。為使重現(xiàn)彩色不產(chǎn)生過分的失真，在略去負(fù)區(qū)的同時(shí)，應(yīng)將與之鄰近的正區(qū)也去掉一部分，并使兩區(qū)去掉的面積大致相等。圖示出了對光譜響應(yīng)曲線作這種近似處理的情況。

由于人眼對彩色的分辨力有限，所以利用經(jīng)過修正的實(shí)用攝像光譜響應(yīng)曲線，仍能獲得比較滿意的傳色效果。但是，這種處理方法除了不夠精確外，還因減少攝像管入射光的能量而使攝像機(jī)靈敏度有所下降。

二、合成法自從出現(xiàn)了具有直線性光電轉(zhuǎn)換特性和低雜波電平的氧化鉛管以來，在近代彩色攝像機(jī)中，開始用電信號合成的方法來獲得接近理想的攝像光譜響應(yīng)特性。這種方法是把光電器件丟掉的光譜響應(yīng)曲線負(fù)區(qū)設(shè)法用矩陣電路給以近似恢復(fù)。由圖看到，R、G、B三條光譜響應(yīng)曲線是互相重疊的，每條曲線的負(fù)區(qū)都對應(yīng)著另一條曲線的正區(qū)。

線性矩陣電路所完成的線性交換可表示為

5.4彩色電視信號編碼器5.4.1PAL制彩色全電視信號的形成方案PAL制彩色全電視信號由亮度信號、色度信號、色同步信號、復(fù)合消隱信號和復(fù)合同步信號組成。因?yàn)樯刃盘栍胁煌男纬煞椒?，所以PAL信號也就有不同的編碼方案。一、副載波逐行倒相的PAL制編碼方案

圖給出一種應(yīng)用最廣的，副載波逐行倒相的編碼方案。其特點(diǎn)是先形成逐行倒相副載波esv然后送入平衡調(diào)幅器．由V色差信號調(diào)制而得到色度信號中的逐行倒相的v分量。首先，利用矩陣電路將已經(jīng)λ校正的基色信號R、G、B按下式進(jìn)行線性組合，從而形成一個(gè)亮度信號Y和兩個(gè)色差信號(R-Y)、(B-Y)。

進(jìn)入亮度通道的Y信號，也可以是早期四管攝像機(jī)Y通道輸出的經(jīng)λ校正的亮度信號Y（1/λ

）次方。為減少進(jìn)入接收機(jī)色度通道的亮度串色，在編碼器亮度通道中可接入副載波(esc)陷波器，而當(dāng)不希望它影響黑白兼容圖像的清晰度時(shí)，也可將其旁路。為均衡色度信號因頻帶受限而在時(shí)間上產(chǎn)生的延遲，Y通道還接有延遲線。延遲線輸出的Y信號．再經(jīng)放大、鉗位等處理電路，并混入復(fù)合消隱信號(BL)和復(fù)合同步信號(s)后便形成黑白全電視信號。

在色度通道里，(R-Y)、(B-Y)先經(jīng)帶寬限制，壓編成V、U信號，再由鉗位電路鉗定零電平，然后進(jìn)入平衡調(diào)幅器。在兩個(gè)調(diào)幅器中，分別實(shí)現(xiàn)V信號和U信號對副載波esv和esu的平衡調(diào)幅。兩個(gè)已調(diào)信號再經(jīng)相加組合和濾除調(diào)制中產(chǎn)生的諧波之后，便形成色度信號ec(t)。濾波網(wǎng)絡(luò)可采用低通或帶通。此網(wǎng)絡(luò)還能濾除載漏的諧波，而當(dāng)使用帶通時(shí)，調(diào)制信號的泄漏也可去除。

二、數(shù)字電路預(yù)制副載波編碼方案esc經(jīng)移相并變成方波后送入相位比較器和90°相移粗調(diào)電路，被比較的信號來自兩個(gè)平衡調(diào)幅器。比較的結(jié)果用來控制四倍副載頻(4fsc)振蕩器的頻率和相位。

若將其中的一組副載頻方波(0°、180°或90°、270°)逐行切換輸出，便能獲得逐行倒相的esv。用這種數(shù)字電路來預(yù)制esu和esv的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。不過為了將它付諸實(shí)施，要求這些高速電路的工作必須穩(wěn)定而可靠。

三、PAL制色同步信號

PAL色同步信號包含兩個(gè)分量，一為傳遞副載波相位信息的鎖相分量，一為傳遞開關(guān)狀態(tài)信息的識別分量。為使eb(t)不干擾圖像，它不僅須在行消隱期間傳送，幅度也不宜太大，而且它的副載波相位應(yīng)對應(yīng)人眼不敏感的色調(diào)。當(dāng)色同步信號按上述方法形成時(shí)，這些要求實(shí)際上已經(jīng)得到滿足。但是，就625行隔行掃描PAL制來說．色同步信號的傳送，還必須符合下圖所示的規(guī)定。

圖表明，eb(t)(用箭頭表示)在場消隱期間被消隱若干行．這是為了避免對接收機(jī)場同步產(chǎn)生干擾。但另一方面，為保證接收機(jī)恢復(fù)的副載波在場正程之始就具有正確相位eb(t)應(yīng)在場同步之后盡早傳送。

eb(t)相位的逐行擺動(dòng)，對接收機(jī)鎖相環(huán)是個(gè)干擾。為避免因消隱前后eb(t)的相位不同造成鎖相環(huán)工作狀態(tài)的較大擾動(dòng)，在同步機(jī)中，需用圖所示的每場移半行、四場一循環(huán)的包同步消隱脈沖(也稱過回門脈沖)，在場消隱期間消隱奇數(shù)個(gè)K脈沖。

特技切換時(shí)，eb(t)的相位必須確定而且彼此同步。即各編碼器輸出的每場最初一個(gè)與最后一個(gè)色同步信號均應(yīng)為同一確定相位(例如+135°，用朝上的箭頭表示)。因這些行與有P脈沖的行對應(yīng)，所以只要將P脈沖接到雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的恰當(dāng)?shù)闹昧愣?，控制PAL開關(guān)的方波就有確定相位。因此，總可以實(shí)現(xiàn)上述要求。為少敷設(shè)一條電纜，用來確定雙穩(wěn)態(tài)輸出的相位的脈沖，也可以由P脈沖改為VP脈沖。5.5模擬電視射頻信號的形成因?yàn)橐曨l圖像信號具有6MHz帶寬，所以地面電視廣播頻段選在超短波范圍，我國規(guī)定的甚高額波段(VHF)頻率范圍為48—223MHz，超高頻波段(UHF)頻率范圍為470一960MHz。此外，還有有線電視與衛(wèi)星電視廣播，其頻率范圍大大擴(kuò)展，電視覆蓋范圍已近全球。本節(jié)僅以前者為例說明射頻電視信號的形成。

5．5．1圖像信號的調(diào)制一、殘留邊帶（VSB）調(diào)制方式視頻圖像信號對射頻載波通常采用調(diào)幅方式。當(dāng)規(guī)定視頻帶寬為6MHz時(shí)，如用雙邊帶調(diào)幅發(fā)射，電視頻道將占有13MHz的帶寬(同時(shí)加有伴音信號)，于是在電視廣播頻段內(nèi)能容納的頻道數(shù)極少，接收機(jī)造價(jià)將很高，有關(guān)設(shè)備也變得龐雜而昂貴。因此，在保證圖像信號質(zhì)量的前提下，盡可能壓縮已調(diào)圖像信號的帶寬。

在載波電話中普遍采用單邊帶傳輸方式，但對圖像信號則不宜采用單邊帶調(diào)幅傳輸。因?yàn)椋旱谝?，圖像信號包含零頻分量，要完全濾除載頻附近的下邊帶是很難實(shí)現(xiàn)的；第二，在采用單邊帶濾波器時(shí)，在載頻處濾波器的幅頻特性變化非常陡峭，與它相應(yīng)的相頻持性也有很大的非線性，使通過網(wǎng)絡(luò)后的信號產(chǎn)生嚴(yán)重的包絡(luò)失真，這對電視圖像信號極為有害，第三，單邊帶調(diào)幅波的正確檢波比較復(fù)雜，而且不適于伴音第二中頻的內(nèi)差載頻的產(chǎn)生。

基于上述考慮，目前電視廣播標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定圖像信號采用殘留邊帶傳送方式，即發(fā)送一個(gè)完整的上邊帶及保留一小部分下邊帶，如圖所示。也就是說在0.75MHz以內(nèi)的圖像信號采用雙邊帶傳送，0.75MHz至6MHz的圖像信號采用單邊帶傳送。

由圖看出，當(dāng)用殘留邊帶濾波器獲得射頻信號時(shí)，相應(yīng)下邊帶0.75—1.25MHz處的幅頻持性變化比單邊帶濾波器載頻處緩慢許多。這種緩降的幅頻特性所對應(yīng)的相頻特性非線性也大為減小。顯然．殘留邊帶濾波器比單邊帶濾波器容易實(shí)現(xiàn)。下面我們將分析殘留邊帶的幅頻特性與相頻持性。

電視廣播發(fā)射機(jī)中殘留邊帶濾波器頻率特性

(1)殘留邊帶幅頻特性對圖所示特性，規(guī)定在距圖像載頻fP為6．5MHz處為伴音載頻fs，距fP為-1．25MHz處的最小衰減量為20dB。在發(fā)送端采用了殘留邊帶調(diào)制方式后，為了無失真地傳送圖像信號，即在接收端能使恢復(fù)出的視頻信號中各頻率分量保持正確的比例關(guān)系，接收機(jī)中頻網(wǎng)絡(luò)必須具有圖5-32a所示的幅頻特性曲線。

圖5-32a

圖5-32b

圖5-33畫出了殘留邊帶信號的矢量圖。圖(a)示出當(dāng)調(diào)制信號頻率很低時(shí)，相應(yīng)于圖A點(diǎn)附近，可認(rèn)為是以雙邊帶傳輸?shù)?，兩個(gè)邊頻分量之和的振幅與單邊帶部分的一個(gè)邊頻分量的振幅相等，其合成矢量與載頻同相。

圖(b)則示出當(dāng)調(diào)制信號頻率小于0.75MHZ時(shí)，是以大小不等的上、下邊頻分量傳輸?shù)模浜铣墒噶拷K端移動(dòng)軌跡呈橢圓形，兩個(gè)邊頻分量之和的振幅與單邊帶部分的一個(gè)邊頻分量的振幅相等；

圖(c)示出當(dāng)調(diào)制信號頻率大于0.75MHz時(shí)，是以單邊帶傳輸?shù)?，其矢量終端移動(dòng)軌跡是一個(gè)圓。可見，由于接收機(jī)中頻放大器頻率持性對圖像載頻兩側(cè)的雙邊帶部分具有互補(bǔ)作用，所以對所有在視頻頻率范圍內(nèi)的信號各頻譜成分來說，其相對幅度關(guān)系可保持不變，如圖5-32b①

但由矢量圖可以看到，單邊帶調(diào)幅信號A(t)除含有同相分量B(t)外，還含有正交失真分旦Q(t)。若用公式表達(dá)，則單頻調(diào)制信號對載波Ecosω(t)調(diào)幅后得到:

在抑制下邊帶后，得到單邊帶調(diào)幅波：式中第二項(xiàng)就是因單邊帶傳輸而產(chǎn)生的正交分量，它將導(dǎo)致調(diào)幅信號的包絡(luò)失真，如圖5-34（c)所示。圖中(a)和(b)分別表示式第一和第二項(xiàng)的波形。實(shí)際上，單邊帶調(diào)幅波是帶有寄生調(diào)相的調(diào)幅波。

圖5-34

圖5-34

圖5-34

(2)殘留邊帶相頻特性以上分析的結(jié)果是認(rèn)為濾波網(wǎng)絡(luò)相頻特性為線性時(shí)得到的。實(shí)際上，相頻特性是非線性的，使輸出信號產(chǎn)生包絡(luò)畸變，所以在電視發(fā)射機(jī)中要對這種非線性進(jìn)行有效的校正。一個(gè)包絡(luò)不產(chǎn)生失真的傳輸系統(tǒng)的理想相頻特性應(yīng)為：

即調(diào)幅信號通過系統(tǒng)后高頻振蕩移相移φC，而振幅包絡(luò)延遲，(即群延時(shí))。因?yàn)樗裕?dāng)系統(tǒng)相頻持性為線性時(shí)群延時(shí)值必為恒量。由此可見，為了使調(diào)幅信號通過系統(tǒng)后．檢波輸出不產(chǎn)生波形畸變，要求系統(tǒng)在信號的頻率范圍內(nèi)群延時(shí)為恒值。

在電視發(fā)射機(jī)中，為形成殘留邊帶信號，要采用殘留邊帶濾波器，其幅頻特性和群延時(shí)特性分別示于因5-35(a)和(b)?？梢娫诖蠹s(fPIF-5)---(fPIF-1)MHz范圍內(nèi)群延時(shí)特性比較平均，而在通帶兩端卻變化很大。

圖5-35

圖5-35

接收機(jī)中頻網(wǎng)絡(luò)的幅頻待性和群延時(shí)特性分別示于圖5-35

(c)和(d)。由圖得知，在中頻頻帶低端(即相應(yīng)視頻的高頻部分)，群延時(shí)變化很大；在(fPIF-5)---(fPIF-1)MHz范圍內(nèi)基本恒定；而在fPIF---(fPIF+0.75)MHz的大部分范圍內(nèi)變化也并不劇烈。

圖5-35

圖5-35

從發(fā)射機(jī)輸入端直到接收機(jī)輸出端的整個(gè)傳送過程中，為了保證彩色全電視信號不產(chǎn)生相位失真，一般是在發(fā)射機(jī)里進(jìn)行發(fā)端與收端群延時(shí)值的總預(yù)校正(總補(bǔ)償)。校正時(shí)，收端的群延時(shí)以標(biāo)準(zhǔn)接收機(jī)為準(zhǔn)。對于發(fā)、收兩端群延時(shí)特性在頻帶兩側(cè)的上升，必須給以群延時(shí)下降的校正，使總?cè)貉訒r(shí)在0-6MHz范圍內(nèi)基本均勻。圖5-36示出群延時(shí)校正曲線。

圖5-36

二、調(diào)制極性視頻圖像信號是一個(gè)單極性信號，但它對圖像載波調(diào)幅時(shí)可以有兩種不同情況，一種是正極性視頻信號作為調(diào)制信號，一種是用負(fù)極性的視頻信號作為調(diào)制信號。在兩種情況下的調(diào)制信號及已調(diào)波波形示于圖5-37。

圖5-37

圖5-37

我國及世界上很多國家都采用負(fù)極性調(diào)制，它比正極性調(diào)制有較多優(yōu)點(diǎn)，可以從以下兩方面進(jìn)行比較：

(1)發(fā)射機(jī)的效率與功率負(fù)極性調(diào)制時(shí)，已調(diào)波的同步脈沖頂對應(yīng)圖像發(fā)射機(jī)輸出功率最大值。在一般情況下，一幅圖像亮的部分總比暗的部分面積大，因而．在負(fù)極件調(diào)制時(shí)調(diào)幅信號的平均功率要比峰值功率小得多，通常小2-3倍。

正極性調(diào)制時(shí)，對應(yīng)同步頻率脈沖部分圖像發(fā)射機(jī)輸出功率為最小，而對圖像亮的部分，輸出功率大大增加，因而其平均功率比負(fù)極性調(diào)制時(shí)大很多。顯然，從發(fā)射機(jī)的效率來說，負(fù)極性調(diào)制優(yōu)于正極性調(diào)制。如果從發(fā)射機(jī)調(diào)制級工作特性看，在負(fù)極性調(diào)制時(shí)，同步信號可能進(jìn)入調(diào)制特性曲線的上彎曲部分。這時(shí)雖然同步信號受壓縮，但仍可用加大同步信號的辦法來補(bǔ)償，因而擴(kuò)大了調(diào)制級調(diào)制特性的工作范圍。

如果在正極性調(diào)制情況下，也使信號進(jìn)入調(diào)制特性曲線的上彎曲部分，這時(shí)因高亮度信號受壓縮而造成的灰度畸變卻是較難彌補(bǔ)的。所以負(fù)極性調(diào)制時(shí)所能發(fā)送的最大功率可為正極性調(diào)制時(shí)的1．5倍。

5.5.2電視發(fā)射機(jī)電視發(fā)射機(jī)由圖像發(fā)射機(jī)與伴音發(fā)射機(jī)組成，圖5.38所示為雙通道式中頻調(diào)制彩色發(fā)射機(jī)原理方框圖，上部為圖像發(fā)射機(jī)各環(huán)節(jié)；下部為伴音發(fā)射機(jī)各環(huán)節(jié)。視頻信號經(jīng)鉗位放大，微分相位校正后，送入圖像調(diào)幅級。

通過對中頻振蕩調(diào)幅形成雙邊帶中頻圖像信號。然后，由殘留邊帶濾波器限制信號帶寬。再經(jīng)群延時(shí)校正，微分增益校正以后，送到圖像混頻器與高頻振蕩混頻，形成高頻圖像信號。最后，經(jīng)功率放大饋送到雙工器及天線，并由天線以高頻電磁波形式發(fā)射出去。

在伴音發(fā)射機(jī)中，伴音信號經(jīng)放大后進(jìn)入伴音調(diào)頻級，通過對中頻振蕩頻率調(diào)頻形成中頻伴音信號。再經(jīng)伴音混頻而轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l伴音信號(按我國電視標(biāo)準(zhǔn)最大頻偏規(guī)定入50kHz)。最后。經(jīng)功率放大后饋送到雙工器，進(jìn)而由天線將高頻電磁波輻射到空間并傳播出去。

采用雙工器，是為了防止圖像信號與伴音信號在同一副天線上產(chǎn)生互相干擾，同時(shí)也為了保證信號能以最大的能量優(yōu)質(zhì)地傳輸(如實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)、饋線、天線間的良好阻抗匹配)。

大部分大功率電視發(fā)射機(jī)為雙通道,圖像發(fā)射機(jī)和伴音發(fā)射機(jī)的輸出功率按10∶1的比例合成送至天饋線。雙工器的組成:電視發(fā)射機(jī)采用的是定阻抗陷波雙工器。它由兩個(gè)3dB定向耦合器、兩個(gè)副載波諧振腔(fv-443MHz)、兩個(gè)伴音諧振腔(fA)電容分支、電感分支、定向耦合器、吸收負(fù)載、檢波器、指示表頭及同軸饋管等組成。

我國電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定伴音載頻與圖像載頻相差6．5MHz，這主要是適應(yīng)視頻信號占有6MMz帶寬及調(diào)頻伴音信號占有250一300kHz帶寬的情況。若兩者相差過大，則難共用一副天線，伴音調(diào)制方式采用調(diào)頻，是為了保證音質(zhì)好、抗干擾能力強(qiáng)，以及減少與調(diào)幅圖像信號之間的相互串?dāng)_。為了保證圖像發(fā)射機(jī)與伴音發(fā)射機(jī)有同樣的覆蓋面積，一般使圖像峰值發(fā)射功率與伴音有效發(fā)射功率之比為10：1。

彩色電視發(fā)射機(jī)的幅頻特性。

5.6模擬電視同步信號的形成為保證圖像信號從發(fā)送端列接收端穩(wěn)定、準(zhǔn)確地傳送，在PAL制電視中心由彩色電視同步機(jī)產(chǎn)生七種同步信號，它們是行推動(dòng)信號H和場推動(dòng)信號V，復(fù)臺同步信號S和復(fù)合消隱信號B，以及副載波F、色同步旗形脈沖K和PAL識別脈沖P。在電視標(biāo)準(zhǔn)中，對這些信號在幅度、頻率、相位、波形等方面都作出了嚴(yán)格規(guī)定。

5.6.1同步信號的定時(shí)原理

同步信號定時(shí)部分方案之一

集成電路同步機(jī)方案之一5.6.3

同步設(shè)備之間的鎖相原理概述臺從鎖相臺主鎖相開環(huán)鎖相概述當(dāng)本地電視臺與外地電視臺進(jìn)行節(jié)目聯(lián)播時(shí)，或者利用轉(zhuǎn)播車作實(shí)況轉(zhuǎn)播時(shí)，為了實(shí)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(jī)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(yán)格一致。當(dāng)兩臺或兩臺以上的同步機(jī)聯(lián)用時(shí)，必須保證各同步機(jī)產(chǎn)生的同步信號同頻、同相。同步機(jī)的這種工作方式稱同步機(jī)的鎖相或跟蹤要鎖相的同步信號包括色同步信號中的副載波、行同步以及Ｐ脈沖同步機(jī)鎖相有兩種方式：臺從鎖相和臺主鎖相臺從鎖相當(dāng)本地電視臺轉(zhuǎn)播外地電視臺或轉(zhuǎn)播車的節(jié)目時(shí)，讓本地同步機(jī)的工作為外來同步信號所鎖定，這種方式稱臺從鎖相?，F(xiàn)在廣泛采用集成化同步機(jī)鎖相電路，如CX7903就是常用于同步機(jī)鎖相的集成塊臺主鎖相將外來電視節(jié)目源的各種同步信號鎖定在本地同步機(jī)所產(chǎn)生的各信號的頻率與相位上，這種鎖定方式稱臺主鎖相臺主鎖相原理方框圖如下25Hz頻移PAL耦合器同步信號形成P、K脈沖形成

晶振行、場同步比較器調(diào)制器副載波鑒相器副載波鑒相器編碼器切換設(shè)備編碼器

壓控晶振625：1分頻器同步信號形成P、K脈沖形成解碼器本地全電視信號外來全電視信號輸出中心臺轉(zhuǎn)播車SPK壓控振蕩器PKS開環(huán)鎖相隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了大容量幀存儲器，從而成功地研制出幀同步機(jī)，使開環(huán)鎖相成為可能幀同步機(jī)工作原理的簡單方框圖如下幀同步機(jī)基本工作原理方框圖5.7電視信號的錄放原理5.7.1磁性錄放原理5.7.2數(shù)字磁帶錄像原理5.7.3光盤錄像原理5.7.1

磁性錄放原理磁性記錄原理磁性記錄重放原理低載頻淺調(diào)頻信號錄放方式VHS磁帶錄像機(jī)S-VHS磁帶錄像機(jī)磁性記錄原理磁性記錄中的電磁轉(zhuǎn)換磁性錄放的關(guān)鍵部件之一是磁頭。環(huán)形磁頭鐵心由軟磁性材料制成，鐵心上開有一條很窄的磁頭工作縫隙并繞有磁頭線圈。當(dāng)信號電流通過磁頭線圈時(shí)，鐵心中就產(chǎn)生磁通，并在磁頭縫隙周圍產(chǎn)生強(qiáng)度與信號電流成正比的磁場。＋－磁頭電流(磁場)強(qiáng)度時(shí)間磁頭線圈磁帶磁頭縫隙磁頭鐵芯記錄信號輸入磁帶上的剩磁磁帶移動(dòng)方向磁性記錄原理示意圖

速度＝記錄波長×頻率＝λ×f2um×7.5M＝15m/s降低帶速：讓磁頭相對磁帶旋轉(zhuǎn)，形成一條條橫向或螺旋線磁跡。單磁頭：磁頭旋轉(zhuǎn)周期1/50s，對應(yīng)旋轉(zhuǎn)直徑95.5mm，相對磁帶15m/s四驅(qū)磁頭：磁頭按照90度等分，裝在直徑為52.4mm的圓盤上，圓盤以250r/s旋轉(zhuǎn)，相對磁帶41.2m/s。磁性記錄重放原理磁通從磁帶流入磁頭的磁帶磁通重放信號輸出g磁帶磁頭(a)(b)重放時(shí)，磁頭縫隙中的磁通比例于在范圍內(nèi)的積分即磁頭線圈中感應(yīng)的電動(dòng)勢為由上式可知，當(dāng)磁帶尚未飽和且相對于磁頭作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，重放輸出信號與被錄信號的振幅比為

記錄頻率與磁頭縫隙寬度之積，是能否良好地以必要的信噪比重放信號高頻成分的主要因素。

當(dāng)λ較大或f較低時(shí)。輸出信號與被信號的振幅比

，即f每增加1倍，幅頻響應(yīng)增加

對應(yīng)圖特性上標(biāo)有6dB／倍頻程的直線段ab及其延長線。顯然，重放信號各頻率分量間的幅度關(guān)系，相對于被錄信號來講，將發(fā)生變化。

當(dāng)f接近零時(shí)，重放輸出下降更快。對應(yīng)圖中的Oa段。當(dāng)λ較小或f較高時(shí)，K隨f按正弦規(guī)律變化，當(dāng)g=(2π十1)λ/2(n＝0，1，2，……)時(shí)達(dá)最大值，當(dāng)g＝nλ時(shí)為零。特別是λ

＝2g時(shí)，K達(dá)最大值，而λ

＝

g時(shí)，K

＝0。后者是磁頭縫隙中磁通正負(fù)相消的必然結(jié)果，通常稱f0為臨界頻率。

圖5-44cK響應(yīng)/dB6dB/倍頻程18dB/倍頻程ab

為提高重放信號的頻率上限。應(yīng)力求減小磁頭縫隙寬度，否則就需要提高磁頭—磁帶相對速度，從而加大記錄波長，使之大于磁頭縫隙寬度。記錄波長與磁頭縫隙寬度之比是能否良好地以必要的信噪比重放信號高頻成分的實(shí)際限制。

盡量減小g

或提高v，可以擴(kuò)展重放信號的頻率上限，但圖表明，重放信號的低頻分量下降仍然很快，而電視圖像信號頻帶很寬為良好地重放其低頻分量。還必須采取措施把頻帶壓縮到幾個(gè)倍頻程。低載頻淺調(diào)頻信號錄放方式1低載頻淺調(diào)頻信號的分析為將電視圖像信號頻帶壓縮到幾個(gè)倍頻程，通常采用信噪比高于調(diào)幅圖像信號的調(diào)頻方式。選擇低載頻和淺調(diào)頻是為了回避錄放頻帶受限的困難。

利用貝塞爾函數(shù)

為進(jìn)一步壓縮頻帶、還可將上邊帶大部分抑制而成為殘留邊帶信號。圖b為這種信號頻譜之一例，其頻帶已被壓縮到約2．4倍頻程。但mf也不能太小，否則將使信雜比降低。視頻帶寬上限頻率(6MHz)的最低邊頻頻率/MHz同步頂電平消隱電平視頻信號峰值白電平低載波淺調(diào)頻信號

VHS磁帶錄像機(jī)磁帶錄像機(jī)(VTR,VideoTapeRecorder)一般分為兩種類型：專業(yè)用型和民用型根據(jù)信號在磁帶上的記錄格式的不同，曾出現(xiàn)過多種記錄方式，目前應(yīng)用最多的是U(Umatics)型和VHS

(VideoHomeSystem)型以及由VHS型發(fā)展而來的S-VHS型U型與VHS型兩種記錄格式的不同點(diǎn)格式U3.84.285.4VHS3.84.14.8/MHz/MHz/MHz：同步信號頂部電平頻率：消隱電平頻率：峰值白電平頻率U型記錄格式錄像機(jī)屬于專業(yè)用類型，而VHS是民用型，因此為提高記錄密度，降低磁帶用量，它們的磁跡分布不相同如下圖所示(a)(b)保護(hù)間隔磁跡寬度較寬磁跡寬度較窄(a)

U格式磁跡示意圖

(b)

VHS格式磁跡示意圖由于VHS錄像機(jī)的亮度帶寬取為3MHz

而且調(diào)頻亮度信號是淺調(diào)制信號，因此它的頻譜分布范圍是從消隱電平的一次下邊頻(1.1MHz)至峰值白電平的一次上邊頻(7.8MHz)。在空出的0~1.1MHz的低頻段，供降頻后的色度信號占用。如下圖所示同步項(xiàng)電平消隱電平峰值白電平載頻范圍記錄帶寬上邊帶抑制黑色下邊帶０1.13.84.857.8VHS調(diào)頻亮度信號頻譜范圍VSH格式采用A.B2個(gè)磁頭。在PAL制式中B場磁跡記錄的色度信號是隔行反相的，而A場的色度信號由于未作移相處理而仍保持為隔行同相。VHS的亮度信號帶寬為3MHz，因些其清晰度不高，圖像質(zhì)量不能令人滿意，但是它具有記錄密度高、體積小、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，因而在消費(fèi)電子領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。S-VHS磁帶錄像機(jī)S-VHS磁帶錄像機(jī)是在VHS錄像機(jī)基礎(chǔ)上，以專業(yè)應(yīng)用為目標(biāo)而開發(fā)的，S是super的縮寫。它與VHS有較好的兼容性為了得到較高的圖像質(zhì)量，S-VHS采用了超高性能磁帶和非晶體磁頭，以及改進(jìn)了亮度信號調(diào)頻標(biāo)準(zhǔn)等措施，而獲得成功S-VHS的磁頭是非晶體薄片疊層磁頭，磁頭芯由多層薄片疊合而成，使渦流損耗明顯降低，提高了電磁轉(zhuǎn)換效率，使錄放頻率特性明顯改善在S-VHS中，亮度信號的調(diào)頻標(biāo)準(zhǔn)提高到5.4~7.0MHz，頻偏為1.6MHz。5.7.2數(shù)字磁帶錄像原理數(shù)字磁帶錄像機(jī)的特點(diǎn)數(shù)字信號的記錄和重放數(shù)字磁帶錄像機(jī)的特點(diǎn)數(shù)字磁帶錄像是把模擬電視信號變換成數(shù)字信號并記錄于磁帶之上，模數(shù)轉(zhuǎn)換是對Y,R—Y,B—Y,信號分別進(jìn)行的，抽樣頻率分別為13.5、6.75、6.75MHz。每一有效行的抽樣數(shù)分別為720、360、360。與模擬磁帶錄像比有三個(gè)特點(diǎn)失真、雜波和復(fù)錄對圖像質(zhì)量的影響較小可采用多磁頭并行錄放技術(shù)，來解決最短記錄波長及磁頭—磁帶相對速度的最高值受限問題數(shù)字電路容易集成化數(shù)字信號的記錄和重放１脈沖信號的記錄特性

/20/2此圖表示：跳變信號的錄放波形磁性層磁化層此圖表明：磁化深度(與記錄電流

成正比例)遠(yuǎn)小于磁性層厚度0(2)圖表明：重放電動(dòng)勢與圖(1)所示重放磁頭中的磁通的時(shí)間變化成比例。重放電動(dòng)勢下降到峰值的一半所對應(yīng)的磁帶長度標(biāo)志著數(shù)字記錄的基本特性(1)(2)(3)(3)圖表明：、均隨IR的增加而加大，但在很小的情況下，前者迅速減小而后者幾乎不變重放脈