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1、第5章电视信号的形成 处理与记录 天津大学电子信息工程学院 电视原理 TianjinUniversity 5 1模拟电视的数字演播室系统 TianjinUniversity 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 主要设备包括 各类视频源 摄像机 磁带录像机 VCD DVD 视频硬盘 字幕机 卫星电视接收机 现场实况信号等 视频矩阵和切换台 数字特技机 非线性编辑机 视频分配器 同步信号发生器 监视器彩色电视图像信号有两种编码方式 分量编码和全信号编码 未压缩的10位量化视频信号 数据传输速率270Mb s 在数字演播室内 设备之间流通的信号为串行数字接口
2、 SDI SerialDigitalInterface 信号 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 TianjinUniversity 5 2彩色电视摄像机 彩色电视摄像机的基本组成 3大部分 摄像机头 镜头 分光系统 摄像管 预放器 扫描电路 寻像器 摄像管电源及附属设备等 视频信号处理部分 模拟视频信号处理 黑斑校正 增益提升 白平衡调节 杂散光校正 黑电平调整 校正和预弯曲等 数字信号处理 A D转换 三维滤波 轮廓校正 彩色校正 精细的 校正 白压缩等 编码器 同步机和彩条信号发生器 高
3、级摄像机还有微处理机单元 TianjinUniversity TianjinUniversity 5 3 1图像信号中直流分量的恢复 图像信号的最低频率分量反映景物背景亮度的缓慢变化 称为直流分量 视频通道多采用交流放大 使直流分量丢失 结果是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 电视信号具有单极性 利用钳位电路 把经交流放大后的随图像内容变化的黑电平 重新钳定在同一个电平上 就可以恢复图像信号的性质 5 3图像信号的处理 TianjinUniversity 具有直流分量的图像信号图像信号中的直流分量丢失直流分量后的图像信号 TianjinUniversity 钳位电路的另
4、一个作用是消除低频干扰 如下图叠加图像信号上的低频干扰 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 调制型干扰 钳位电路通常采用三极管强迫钳位电路 TianjinUniversity 5 3 2黑斑校正 原因 光学系统引起的图象亮度不均匀 光电靶结构不均匀 电子不能在靶面所有位置都垂直上靶 照明光源照射不均匀等黑斑现象 黑色不均匀 图象亮度在水平方向上或垂直方向上按直线规律变化有规律的黑斑现象黑斑现象在水平方向上或垂直方向上按抛物线规律变化无规律的黑斑现象 随机性黑斑 TianjinUniversity 叠加型黑斑 在电路中产生一个与附加信号波形相反的校正信号 与原信号
5、相加可实现黑斑校正 调制型黑斑 在电路中产生一个与附加信号波形相反的校正信号 与原信号相乘 即对有畸变的图像信号进行再调制 可实现黑斑校正 TianjinUniversity 调制型黑斑校正电路方框图 校正信号通常有4种 即由行 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 TianjinUniversity TianjinUniversity 5 3 3 校正 由于光 电转换特性的非线性引起图像的灰度畸变 为消除这种畸变设置 校正电路 实验证明 当系统总的 s 1 26时效果较好 彩色显像管 约为2 8 摄像管的 近似等于1 则通道的 应等于1 26
6、2 8 0 45 TianjinUniversity 折线性 校正放大器电路原理图 渐变性 校正放大器电路原理图 TianjinUniversity 5 3 4彩色校正 原因 摄像机光谱特性应与接收端显像三基色的混色曲线一致 混色曲线中有负值存在 摄像机各部分光谱相应曲线只有正值 艺术效果处理 人为改变某种颜色的饱和度或色度措施 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的范围之内 图5 24合成法 把光电器件丢掉的光谱响应曲线负区设法用矩阵电路近似的恢复 图5 25 TianjinUniversity 5 4彩色电视信号编码器 PAL制编码器
7、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逐行倒相编码方案先对色副载波cos sct逐行倒相 后平衡调幅 应用广泛 TianjinUniversity TianjinUniversity TianjinUniversity 为进一步提高esu esv相位的准确性和稳定性 可采用数字电路 数字电路预制副载波编码方案 TianjinUniversity 不同相位的副载波方波波形图 0 180 TianjinUniversity TianjinUniversity 色同步消隐门脉冲 场同步期间色同步信号有可能干扰场同步的分离 为保证场同步可靠分离 在场同
8、步和前均衡后均衡期间需要消隐色同步信号 色同步消隐门脉冲 用于消隐K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 5H 为保证色副载波锁相稳定 各场消隐前后的色同步相位应相同 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 TianjinUniversity 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 固定位置的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 解决办法 消隐门位置不固定色同步消隐门
9、每场向前移1 2H 四场循环一次 色同步消隐迂回门脉冲 为保证两帧四场的消隐门前后的色同步相位都同相 TianjinUniversity 色同步消隐固定门脉冲 TianjinUniversity 色同步消隐迂回门脉冲 TianjinUniversity 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
10、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 TianjinUniversity 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 TianjinUniversity 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
11、 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 TianjinUniversity 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 TianjinUniversity 接收机中放的特殊幅频特性 图像中
12、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 TianjinUniversity 中放幅频特性的数学分析 通过同步检波 双边带部分和单边带部分均得到正确复原 TianjinUniversity 调制极性 TianjinUniversity 图像信号采用负极性调制 优点 效率高 负极性调幅时 同步脉冲顶对应于图像发射机输出功率最大值 在一般情况下 一幅图像中亮的部分总比暗的部分面积大 因而负极性调制时 调幅信号的平均功率要比峰值功率小得多 即工作效率高 干扰小 在
13、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 TianjinUniversity 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 fm为50kHz 则伴音信号已调波的带宽B B 2 fm fm 2 50 15 130kHz 调频信号的预加重调频
14、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 TianjinUniversity 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 TianjinUniversity 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 48 92M
15、Hz DS1 DS5 VHF 167 223MHz DS5 DS12 UHF 470 566MHz DS13 DS24 UHF 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 TianjinUniversity 双通道中频调制模拟彩色电视发射机原理方框图 5 5 2电视发射机 电视发射机由图像发射机和伴音发射机组成 TianjinUniversity 模拟彩色电视发射机幅频特性 TianjinUniversity 根据我国的电视标准 电视发射机有以下主要指标
16、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 图像信号调制方式及调制极性 振幅调制负极性 伴音调制方式 调频 fm 50kHz 预加重时常数为50 s图像发射机与伴音发射机的功率比 10 l 15 1 这是为图像发射机与伴音发射机有相同的覆盖范围设置的 电视发射机的主要指标 TianjinUniversity 5 6模拟电视同步信号的形成 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 行推动信号H 场推动信号V 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 5 6 1同步信号的定时原理 TianjinUniversity 同步信号定时方案之一 用具有高稳定度的副载波振荡作为标准信号 产生高稳定度的2fH fH fV脉冲 2fH 625fV fSC fSC 25 TianjinUniversity 集成电路同步机
