2011年广播电视(电视中心系统)技术能手竞赛复习笔记Ver_1.0.doc

1 附件2 2011年广播电视 (电视中心系统) 技术能手竞赛复习大纲及参考书目 目录目录 一、一、 基础理论基础理论-3 1.1.电视原理电视原理-3 1.电视图像的生成电视图像的生成-3 2.电视图像的传送电视图像的传送-3 3.三基色原理三基色原理-6 4.全电视信号全电视信号-7 5.pal制彩色电视制彩色电视-8 1.2.数字电视基础与演播室标准数字电视基础与演播室标准 -14 1.信号数字化基础信号数字化基础-14 2.数字电视信号取样原理数字电视信号取样原理-15 3.标准清晰度数字电视演播室编码参数和接口标准清晰度数字电视演播室编码参数和接口-15 4.数字高清晰度电视演播室编码参数和接口数字高清晰度电视演播室编码参数和接口-18 5.声音信号数字化基础声音信号数字化基础-20 6.数字声音信号接口数字声音信号接口-22 7.音频满度电平音频满度电平-23 1.3.线性编辑和非线性编辑线性编辑和非线性编辑 -25 1.线性编辑线性编辑-25 2.非线性编辑非线性编辑-25 1.4.数字电视信源编码数字电视信源编码 -26 1信源编码基础介绍信源编码基础介绍-26 2电视信号传送电视信号传送-31 3台内编辑制作台内编辑制作-32 4播出压缩编码播出压缩编码-34 5音频编码音频编码-34 6电视图像信号和声音信号的码率计算（增加知识点）电视图像信号和声音信号的码率计算（增加知识点）-35 1.5.视频显示技术视频显示技术 -36 二、专业知识二、专业知识-37 2. 1. 传统视音频系统传统视音频系统-37 1.视频系统视频系统：视频客观测量指标概念、技术要求及适用范围，视频接口指标，视频编解码的基本概念， 上下变换的基本概念；-37 2.音频系统音频系统（未完成）-41 3.其他其他：音频嵌入解嵌，电视中心同步系统的功能及应用，电视中心时钟系统的功能和应用，工艺电 源质量，系统接地，信号调度和切换系统，灯光系统，建声和电声；-43 2. 2. 电视台网络化系统电视台网络化系统-48 1.全台网架构和互联互通全台网架构和互联互通-48 2.ip 网络的基本概念网络的基本概念-48 3.fc 网络的基本概念网络的基本概念-48 4.存储的基本概念存储的基本概念-50 5.网络安全的基本概念网络安全的基本概念-51 6.以太网络性能和布线指标以太网络性能和布线指标（未完成）-51 7.网络监控和管理技术网络监控和管理技术-52 8.网络节目质量自动技术审查网络节目质量自动技术审查-52 2. 3. 其他相关知识其他相关知识-54 1.webservice的基本概念的基本概念-54 2.soa的基本概念及相关协议的基本概念及相关协议(soap/http/wsdl 等等)-54 2 3.ip-san、fc-san 和和 nas 的基本概念及相关协议的基本概念及相关协议-55 4.操作系统和数据库的概念及基本应用操作系统和数据库的概念及基本应用-59 5.编目及其标准编目及其标准-60 6.总局总局 62 号令及实施细则号令及实施细则-60 2. 4. 电视中心分系统专业知识电视中心分系统专业知识-60 2. 4. 1 播控系统播控系统（播出系统）-60 2. 4. 2 制作系统制作系统（未完成）-72 2. 4. 3 媒资系统媒资系统-75 2. 4. 4 收录系统收录系统-78 2. 4，5 新闻系统新闻系统-79 2. 4. 6 演播系统演播系统-80 2. 4. 7 电视中心音频电视中心音频-82 2. 4. 8 数字摄录设备数字摄录设备-88 3. 4. 9 新媒体新媒体-99 2. 4. 10 电视中心监控系统电视中心监控系统-101 2. 5. 运维和技术管理运维和技术管理 -102 三、专业技能三、专业技能-103 3.1. 测量仪器的使用测量仪器的使用 -103 1.高标清视频信号源高标清视频信号源-104 2.高标清视频分析仪高标清视频分析仪-106 3.音频分析仪音频分析仪（未完成）：-106 4.波形监视器波形监视器（未完成）-106 5.数字示波器数字示波器（未完成）-106 6.码流分析仪码流分析仪-106 7.图像质量分析仪图像质量分析仪-106 3.2. 数字摄像机电特性的测量数字摄像机电特性的测量 -106 3.3. 视音频系统的测量视音频系统的测量 -108 概念：视频线性失真概念：视频线性失真-108 概念：视频非线性失真概念：视频非线性失真-109 1.高标清数字视频接口（眼图特性高标清数字视频接口（眼图特性)-110 2.高标清数字视频通道指标高标清数字视频通道指标-112 3.数字音频、模拟音频及嵌入音频指标数字音频、模拟音频及嵌入音频指标-115 4.音视频相对延时的测试音视频相对延时的测试-116 5.同步特性测试同步特性测试（未完成）-116 6.色域误差测量色域误差测量-117 7.模拟分量视频信号测量模拟分量视频信号测量-117 8.数字分量视频信号测量数字分量视频信号测量-118 3.4. 图像质量测量图像质量测量 -118 1.图像质量的客观测量方法图像质量的客观测量方法-118 2.图像质量的主观评价方法图像质量的主观评价方法-119 3.5. 制播网络性能测试制播网络性能测试（未完成） -119 参考书目参考书目-121 3 一、一、 基础理论基础理论 1.1. 电视原理电视原理 电视图像生成及传送的基本原理、三基色原理、全电视信号、pal 制彩色电视； 1.电视图像的生成电视图像的生成 （2006年提纲：第一部分、三） 即光电转换过程。 1)摄像管阴极发射出来的电子束，在电子枪的电场及偏转线圈的磁场力作用下，高速、 顺序地扫过靶面各单元。 2)当电子束接触到靶面某单元时，就使阴极、信号板(靶)、负载、电源构成一个回路。 如下图所示。 在负载 rl 中就有电流流过，其电流大小取决于光电靶在该单元的电阻值大小。光照强 处，对应阻值较小、流过负载的电流就较大，因而 rl 两端产生的压降也就较大，输出信号 的电位也就越低。当电子束扫描时，在负载 rl 上就依次得到与图像上各像素亮度对应的电 信号，由此完成把一幅图像分解为像素，又把对应像素的亮度转变为大小变化的电信号的光 电转换过程。 2.电视图像的传送电视图像的传送 （2006年提纲：第一部分、二）年提纲：第一部分、二） 1)电视传像的方法是将光图像分解为许多小单元，这些组成图像的最小单元成为像素像素； 接着将每个像素进行光电转换，得到能代表每个像素亮度亮度、色度色度（色调和饱和度） 信息的相应（三个）电平值；最后按一定的顺序顺序将每个像素的这些电平值构成相应 的电信号传送出去。 在发端是基于光电转换器件，在收端是基于电光转换器件。实现这两种转换的器件分别 是摄像管和显像管。 该部分还涉及摄像机的光电转换、传送/扫描机制、显示终端电光转换。 4 2)中国广播电视扫描参数（模拟、标清电视系统）中国广播电视扫描参数（模拟、标清电视系统） 扫描方式：隔行扫描 行频fh：15625hz场频fv：50hz（帧频25hz） 行周期th：64s场周期tv：20ms 行正程时间ths：52s场正程时间tvs：18.4 ms 行逆程时间thr：12s场逆程时间tvr：1.6 ms 每帧扫描行数z：625行每帧显示行数z：575行 每场扫描行数：312.5行每场显示行数：287.5行 3)中国中国hdtv演播室标准参数演播室标准参数 、1080/50i：隔行扫描，有效扫描行数为1080/帧，总行数1125，场频50hz，行频 28125hz 取样频率：y为74.25mhz，cr/cb为37.125mhz 每行总样点数：y为2640，cr/cb为1320 每行有效样点数：y为1920，cr/cb为960 每场有效扫描行数：1080行 模拟带宽：亮度30mhz，色度15mhz 编码格式：线性量化，8bit或10bit/分量。 、1080/24p：逐行扫描，有效扫描行数为1080/帧，总行数1125，帧频24hz，行频 27000hz 取样频率：同上。 每行总样点数：y为2750，cr/cb为1375 每行有效样点数：同上 编码格式：同上。 4)图像分解力（清晰度）与信号带宽图像分解力（清晰度）与信号带宽 （1）垂直分解力垂直分解力m：垂直分解力是指沿着图象垂直方向上能够分辨的象素数目。其一， 它与分解图象有效行数（1）z成正比；其二，它与扫描电子束和被扫描象素的 相对位置有关。根据大量图像的统计平均得到根据大量图像的统计平均得到： m= k1*(1-)*z式中 k1=0.75是克尔（kell）系数，是场逆程系数，z是 每帧扫描行数。按我国电视标准，z625，0.08，故m400线。 垂直分解力的决定因素垂直分解力的决定因素 有效扫描行数z，它是垂直分解力的理论极限。对于625行/50场电视系统垂直 分解力极限为： m zz（1-）575tvl 场逆程系数，一般取0.08。 5 tvl称为电视线，指电视屏幕上呈现的z *（1-）黑白线总数。 实际垂直分解力实际垂直分解力 理想状况下，垂直分解力m = z(1)= 575 tvl。 由于画面垂直细节与电子束扫描线间的相对位置关系有随机性，所以实际的垂 直分解力数值m小于有效扫描行数。最差情况：中间一列图像，摄像时，扫描 线恰覆盖黑白条各一半，接收端呈现一条 灰色带，此时，m0；右面两种图像 的m z/2。 最差最好的情况均为特例，由于一般图像具有随机性，故统计上垂直分解力介 于有效行数z和z/2 之间为： m = kev z(1) 式中：kev为小于1的系数，概率上取k =0.75。 kev 称为垂直凯尔（kell）系数，0.5kev1。一般取k 0.650.75。 对于我国的62550系统，取kev 0.75。因此实际垂直分解力可认为是： m= kevz (1)0.75625(10.08)431 tvl。 我国我国625行行/50场扫描制式中实际的垂直分解力场扫描制式中实际的垂直分解力m 431 tvl。 隔行扫描对垂直分解列的影响隔行扫描对垂直分解列的影响 隔行扫描垂直方向有移动的细节容易产生视见并行。 采用隔行扫描的电视系统在计算实际的垂直分解力时还要乘上一个小于1（通常 取0.7）的隔行扫描系数隔行扫描系数。 m = 0.7kevz (1) = 0.70.75625（1-0.08）= 301 tvl （2）水平分解力水平分解力n：电视系统沿着图像水平方向能分解的象素数目叫做水平分解力。 水平方向的分解力由电视通道设备的通频带宽度和电子束横截面的大小决定。 实验表明，水平分解力与垂直分解力相当时图象质量为最佳。因此，考虑到光 栅宽度为高度的k（幅型比）倍，即n=k*m。 理想状况下，n = 4/3*m = 4/3575 = 767 tvl（当理想垂直分解力m = z(1)= 575 tvl，画面宽高比4:3时）。 6 水平分解力n = 2fmax图像信号带宽ths有效行时间 / 画面宽高比(l/h) （3）图像信号带宽（即视频信号带宽）图像信号带宽（即视频信号带宽） fmax=1/2td = n/2ths = 583/（25210-6）5.6mhz 其中：n为水平分解力，ths为有效行时间，td=ths/n为扫描正程时电子束扫过每个像素 时间， 2td为摄像输出信号（近似正弦波）周期。 详细计算公式为： 逐行扫描情况下：fmax = 1/2(l/h) z2kevfv(1-)/(1-) 其中，按我国电视625/50制式标准，l/h为宽高比=4/3，z为每帧扫描行数=625，kev为 克尔系数=0.75，fv场频=50hz，为行逆程系数=0.1875，为场逆程系数=0.08。则有 fmax10.2mhz。 若采用隔行扫描，有：fmax = 1/2fmax，则fmax5.1mhz。 图像信号带宽fmax = 1/2n水平分解力(l/h)画面宽高比/ths行有效时间 3.三基色原理三基色原理 （2006年提纲：第一部分、一）年提纲：第一部分、一） 彩色三要素：彩色三要素：亮度、色调、色饱和度 亮度；彩色光作用于人眼引起明暗程度的感觉，用y表 示。 色调：彩色光的颜色类别。 饱和度：颜色的深浅程度，即颜色的浓度。 色度：即色调和饱和度合称为色度。传输彩色图像，实 质上是传输图像像素的亮度和色度。 三基色：红色、绿色、蓝色三基色：红色、绿色、蓝色 三基色原理：三基色原理： a、三基色必须是相对独立的产生。即 其中人一种基色都不能由两外两种 基色混合而得。 b、自然界中的大多数大多数颜色，都可以用 三基色按一定比例混合得到；或者 说其中的大多数颜色都可以分解为 三基色。 c、三个基色的混合比例，决定了混合 色的色调和饱和度。 7 d、混合色的亮度等于构成该混合色的各个基色的亮度之和。 由图可见： 红光 + 绿光 = 黄光 红光 + 蓝光 = 紫光（品红） 绿光 + 蓝光 = 青光 红光 + 绿光 + 蓝光= 白光 彩条信号彩条信号：白、黄、青、绿、品（紫）、红、蓝、黑 标推彩条信号还可以用另一种由四个数码表示的命名法。 例如l00-0-100-0彩条信号、100-0-75-0彩条信号等。在四位数 码中，各信号均指经校正后的信号。每一数字表示相应条的 基色信号的百分比幅度，而基准则是组成白条的任一基色 信号的幅度。第一和第二个数字分别表示组成无色条(白、 黑条)的r、g、b基色电平的最大值和最小值；第三和第四 数字分别表示组成各有色条的r、g、b基色电平的最大值 和最小值。例如，若组成白条的基色信号的幅度为1，则 100-0-75-0彩条的各基色幅度为：白条信号为1；黑条信号 为0；对应的各彩条信号的最大值为0.75，最小值为0。 另外，了解人眼视觉特性人眼视觉特性： (1) 与电视技术有关的视觉特性主要有：视敏特性、 亮度感觉、人眼的分辨力、视觉惰性等。 (2) 人眼视网膜上的感光细胞有两类：一类是杆状细 胞，一类是锥状细胞。其中锥状细胞既可以感知 光的亮度，也可感知光的颜色。 4.全电视信号全电视信号 （2006年提纲：第一部分、四）年提纲：第一部分、四） 将图像信号、复合同步、复合消隐、槽脉冲和均衡脉 冲等叠加，即构成黑白全电视信号，通常也称其为视频信 号。 全电视信号具有在06mhz范围内、离散分布的频谱 结构。为了分析问题简单，常以右图表示全电视信号的频 谱。 黑白全电视信号标推规定：黑白全电视信号标推规定： 以同步信号的幅值电平作为100（幅度最大）；则黑色电平和消隐电平的相对幅度 8 为75；白色电平相对幅度为1012.5；图像信号电平介于白色电平与黑色电平之间。 各脉冲的宽度为： a. 行同步4.7s； b. 场同步160s (2.5行，h表示行，v表示场)； c. 均衡脉冲2.35s； d. 槽脉冲4.7s； e. 场消隐脉冲1612s； f. 行消隐脉冲12s。 彩色全电视信号标推规定：彩色全电视信号标推规定： (1) 行周期（标称值）h为64s，行正程宽度为52s，行消隐脉冲宽度为12s (2) 行同步脉冲宽度为4.7s，场周期（标称值）为20ms (3) 亮度信号方程为 y = 0.299r + 0.587g + 0.114b (4) 色度信号频率为fsc 1.3 mhz，即色度信号的频带宽度为3.135.73mhz (5) 色同步信号持续时间为2.25s，色同步前沿与行同步前沿间隔为5.6s (6) 场同步160s (2.5行，h表示行，v表示场)； (7) 均衡脉冲2.35s； (8) 槽脉冲4.7s； (9) 场消隐脉冲1612s； (10) 行消隐脉冲12s。 5.pal制彩色电视制彩色电视 （2006年提纲：第一部分、三）年提纲：第一部分、三） 参见数字电视制作与播出技术p401.6 pal（phase alternation line），逐行倒相正交平衡调幅制。pal制为了克服ntsc制 的缺点，也就是色度副载波对相位失真过于敏感的缺点，使用了v分量（即（rv）分量） 逐行倒相技术。 pal制格式细分： pal-b pal-d：使用地区：中国 pal-g：使用地区：新加坡 pal-h pal-i：使用地区：英国、香港、澳门 pal-k：使用地区：新加坡 pal-k1： 9 pal-n pal-m：格式525线，29.97格（与ntsc格式一样），用ntsc彩色副载波。 使用地区：巴西。 大面积着色原理大面积着色原理 人眼视觉特性的研究表明，人眼对黑白图像的细节有较高的分辨力，而对彩色图像的细 节分辨力较低，这即所谓的“彩色细节失明”。 因而，当重现彩色图像时，对着色面积较大的各种颜色，全部显示其色度可以丰富图像 内容，而对彩色的细节部分，彩色电视可不必显示出色度的区别，因为人眼已不能辨认它们 之间的色度的区别了，只能感觉到它们之间的亮度不同。这就是大面积着色原理的依据。 高频混合原理高频混合原理 在彩色图像传送过程中，只有大面积部分需要在传送其亮度信息的同时还必须传送其色 度成分。颜色的细节部分(对应于信号的高频部分)，可以用亮度信号来取代。这种方法又常 称为“高频混合原理”。 我国电视制式规定我国电视制式规定: 亮度信号的频带宽度为6mhz 色差信号的频带宽度为01.3mhz 色度信号的频率范围为4.43mhz + 1.3mhz，即以4.43mhz为中心的2.6mhz的 带宽，3.135.13mhz 10 视频信号的频带宽度为6.5mhz 全电视信号频带宽度为6mhz 电视机伴音信号的最高频率为15khz pal制色副载波频率为：4.43361875mhz 一个电视频道的带宽是8.0mhz，图像载频比伴音载频 低 6.5mhz； 频谱交错原理频谱交错原理 根据大面积着色原理和高频混合原理，色度信号的带宽虽可以大大地压缩，但是彩色电 视信号中的亮度信号频谱已占有6mhz带宽，若把已压缩的色度信号直接与亮度信号混合， 由于亮度信号和色度信号在时域和频域均有重叠，会出现严重的相互干扰。我们知道，亮度 信号的频谱具有间隙很大梳齿状特征，因而只要设法将色度信号插到亮度信号频谱的空隙色度信号插到亮度信号频谱的空隙中， 实现“频谱交错” ，这样即可使色度信号不占有额外的频带，又可避免亮度、色度信号间的 干扰，使彩色电视信号仍然6mhz的频带范围，从而满足与黑白电视的兼容条件。 采用频谱交错原理可以减少亮度信号和色度信号之间的相互干扰，一方面可以减弱在黑 白电视机上可能出现的副载波干扰光点，另一方面可以削弱在彩色电视机上可能出现的亮度 串色干扰花纹。 要实现“频谱交错” ，需将色度信号的频谱移动半行频（fh/2）的奇数倍，使色度信号 的频谱与亮度信号的频谱错开（为了与黑白电视兼容，不能移动亮度信号的频谱）。实现的 办法是，选择一个合适的载频fsc （色度副载波） ，将色度信号调制在这个副载波上，即 可将色度信号的频谱搬移到合适位置上。 色度信号色度信号 在ntsc制中，它是将正交调幅与平衡调幅结合起来，将两个色差信号分别对相位正交 的两个副载波进行平衡调幅，由此而得到已调信号，称其为色度信号。我国电视制式规定： 色度信号的频带宽度为01.3mhz。 ntsc制和pal制色差信号都采用正交平衡调幅制正交平衡调幅制(两个色差信号的频谱结构相同但相 11 位不同（正交），因而避免相互干扰)，只是pal制色差信号将其中一个分量fv（ry）进 行了逐行倒相。 概念：正交平衡调幅制概念：正交平衡调幅制平衡调幅就是抑制载波的调幅，简称抑载调幅。将两个调 制信号分别对频率相等、相位相差90的两个正交载波进行调幅，然后再将这两个调幅信号 进行矢量相加（频带宽度没有增加），这一调制方式称正交调幅。如果两个调制信号分别对 正交的两个载波进行平衡调幅，其合成信号即为正交平衡调幅信号。 为了实现频谱交错，须将色差信号调制到副载波上。而色差信号有两个(r-y和b-y)， 若分别调制到不同的副载波上，同时传输时会使带宽增加，所以需要进行编码处理，处理方 式的不同从而产生了不同的彩色电视制式。就现有的三大兼容制彩色电视制式而言，ntsc 制发展较早、pal和secam是为克服ntsc制的相位敏感而发展起来的。ntsc制和pal制 色差信号都采用正交平衡调幅制(两个色差信号的频谱结构相同但相位不同（正交），因而 避免相互干扰。)，只是后者将其中一个分量（v分量，即r-y）进行了逐行倒相。 为什么要采用平衡调幅来传送色差信号？为什么要采用平衡调幅来传送色差信号？ 这是因为一般的调幅波信号包含着不含信息内容的载波，而信息包含在上、下两个边 带之中。但是载波占用了一般调幅波信号能量的2/3。抑制掉载波，可使传送同样信息能量 所需功率大为减少；还能减少载波对亮度信号的干扰。在彩色电视系统中，把被色差信号调 制的高频载波叫色副载波。 两个色差信号采用平衡调幅，则色度信号的表达式为和。 其优点在于： （1）传送黑白图象时，由于，则色度信号为零，显然对亮度信号无干扰。 （2）传送彩色图象时，因为没有载频分量，从而减少了色度信号的能量和减轻了色度信号 对亮度信号的干扰。 为什么要采用正交调幅？为什么要采用正交调幅？ 将两个调制信号分别对频率相等、相位相差90的两个正交载波进行调幅，然后再将 这两个调幅信号进行矢量相加（频带宽度没有增加），这一调制方式称正交调幅。如果两个 调制信号分别对正交的两个载波进行平衡调幅，其合成信号即为正交平衡调幅信号。 如果将两个1.3mhz的色差信号ry和by，分别调制在两个载频上，其色度信号带 宽为2.625.2mhz，它与亮度信号重迭过宽，亮度与色度信号间的干扰将相当严重。如 果采用正交调幅就可以克服亮-色相互干扰这一缺点。 彩色电视系统中，为实现色度与亮度信号频谱交错，应用了正交平衡调幅的方式，只 用一个副载波便实现对两个色差信号的传输，而且在解调端采用同步解调又很容易分离出红 色差与蓝色差分量。 为什么采用色度为什么采用色度v分量逐行倒相？分量逐行倒相？ pal制使用v分量逐行倒相技术克服色度副载波对相位失真敏感性。pal制获得色度信 12 号的方法，也是先将三基色信号r、g、b变换为一个亮度信号和两个色差信号，然后再用 正交平衡调制的方法把色度信号安插到亮度信号频谱的间隙之间，这些与ntsc制大体相同。 不同的是，将色度信号中的fv分量（即ry红差分量）进行逐行倒相，色轴不旋转。逐行 倒相并非将整个色度信号倒相，也不是扫描方向的改变，而是保持色度信号中的u分量不变， 使色度v分量（fv分量，r-v 红差信号）的副载波相位逐行改变180。在接收端，为检出 正确v信号，必须使送入v信号同步检波器的副载波相位也和发送端一样进行逐行倒相，检 波以后的v信号就恢复原来状态了。 我国规定使用75%幅度、100饱和度信号的彩条信号作为标准测试信号。如右图2- 3。（“100幅度、100饱和度”彩条的规范中白条电平为1，黑条电平为0，三基色信号 的电平非1即0。但此类彩条色度信号幅度较大，与亮度信号叠加后会造成信号动态范围过大 而产生失真。故我国规定使用75%幅度、100饱和度信号作为标准测试信号。故标准彩条 测试信号标准为100-0-75-0，即75彩条。） 在彩色电视系统中，把被色差信号调制的高频载波叫色副载波。pal制色副载波频率制色副载波频率 为：为：4.43361875mhz。当色度信号的相位发生变化时，会引起色调变化；当色度信号的振 幅发生变化时，会引起饱和度变化。 色同步信号色同步信号 按我国广播电视标准规定，色同步信号由812个周期的副载波组成，位于行消隐后肩 上，起始点距行同步脉冲前沿5.60.1s，峰-峰值等于行同步脉冲幅度，相对于消隐电平 上、下对称，如图2-26所示。 色同步信号是由812个周期副载波组成的一小串副载波群构成（正弦填充脉冲），这 个正弦填充脉冲的周期与行周期相同，位于行消隐的后肩上，前沿滞后行同步脉冲前沿 5.6s，如图2-12所示。色同步信号的幅度与行同步脉冲幅度相等。 13 pal行的色同步信号相位是-135。ntsc行的色同步信号相位为+135，平均相位 180。因此，pal制的