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广播电视技术概论 之十 电视广播系统 学习目标 掌握电视广播系统的构成及各部分的作用 掌握电视信号的传输方式及特点 了解电视信号的调制技术 了解地面电视广播系统 卫星电视广播系统 有线电视广播系统的构成及基本工作原理 第一节电视广播系统的构成 电视广播系统主要由三个部分组成 即信号源端 传输系统及接收端 信号源端 信号源端的主要任务是制作并播出符合一定标准的电视节目 这一工作主要在节目制作部门或电视中心完成 所使用的关键技术及工作原理已在上一章中做了介绍 传输部分的作用是将播出的电视节目以可靠的方式经适当的传输通道传送到接收端 传输方式可分为有线方式和无线方式 有线方式是指传输媒介为有线通道 如电缆 光缆等 无线方式是指传输媒介为无线电波 卫星转发 微波中继 地面超短波覆盖等都属于无线传输方式 接收端的任务是利用适当的接收设备接收传输通道送来的电视信号 并正确重现出原始的图像及伴音 电视信号的传输方式分类 广义上讲 电视信号的传输方式有两种 即定向性传输和覆盖性传输 定向性传输是指从一个地点到另一个地点的传输 比如从电视中心到发射台或卫星地面站的传输 实况转播时由现场到电视台的传输等 覆盖性传输是指由点到面的传输 也就是所谓的广播 比如 在地面电视广播中 电视信号是以超短波形式沿地面进行传输的 传输时以发射天线为中心向四面八方辐射出去 这就是典型的覆盖式传输 或称广播 电视广播系统分为三大类 地面电视广播是指电视信号经调制后 以无线电波形式沿地表进行传输覆盖 卫星电视广播是指利用地球同步卫星对电视信号进行转发 从而实现长距离的传输和大面积的覆盖 有线电视广播是指利用有线网络进行电视信号的传输和分配 第二节电视信号传输方式 电视信号的传输方式主要有电缆传输 光缆传输 微波传输 卫星传输和地面超短波传输等方式 1 电缆传输 电缆传输是指用同轴电缆传输电视信号 同轴电缆可用于近距离传输 如电视中心各设备之间的传输 电视中心与发射台之间的传输等 同轴电缆也可用作远距离的传输 但由于同轴电缆的衰耗较大 因此在传输过程中需增加一些放大器 近年来 很多远距离的电缆传输已被光纤取代 同轴电缆的衰减特性与所传信号的频率有关 也就是说不同频率的信号受到的衰减程度不同 为了校正电缆的这种频率失真 一般要设置相位及幅度均衡电路 同轴电缆可以直接传输视频信号 也可以传输调制后的高频电视信号 前者称为基带传输 后者称为频带传输 在电视中心各设备之间以及较短距离的中心与发射台之间的传输可以采用基带传输 而较远距离的传输则要用频带传输 同轴电缆在使用时需注意阻抗匹配问题 一般传输视频信号的同轴电缆其特性阻抗为75欧姆 传输射频信号的同轴电缆其特性阻抗为50欧姆 而传输音频信号的同轴电缆其特性阻抗为300欧姆 2 光缆传输 光缆传输是指用光缆来传输电视信号 其传输介质是光纤 光缆传输的主要优点 损耗低 传输距离长 光纤的无中继传输距离在20公里以上 因此可实现长距离的信号传输 传输容量大 一根多芯光缆可传输几百套电视节目 传输质量高 没有电磁辐射 也不受其它外界电磁场干扰 体积小 重量轻 使用寿命大大超过电缆 目前 光缆传输已广泛应用于广播电视系统 特别是有线电视系统 用光缆传输电视信号需首先将电视信号转换成激光 称为电光调制 调制方法有多种 如幅度调制 频率调制 脉宽和脉冲调制等 现在广泛应用的是调幅 光强度调制方式 即AM IM方式 另外 在一根光纤上也可传输多路电视信号 这称为多路复用 复用方式有时分复用 波分复用 码分复用等 实现电光调制和多路复用的设备称为光端机 3 微波传输 微波是指波长为1米至1毫米或频率为300兆赫至300吉赫范围内的电磁波 微波传输是利用微波频段的电磁波来传输电视信号 即通过微波发射机将电视信号转换成微波波段的信号 并利用定向发射天线发射出去 4 卫星传输 卫星传输是指利用地球同步卫星上的转发器进行信号的传输 它相当于一个特殊的微波中继传输系统 只不过其中继站安装在同步卫星上 卫星传输系统的构成如图所示 由上行地球站 广播卫星和卫星接收站组成 5 超短波传输 超短波传输是指利用超短波段的电磁波来传输广播电视信号 超短波的频率范围是30 1000兆赫 这种传输方式主要用于地面电视广播 即VHF 甚高频 和UHF 特高频 电视广播 另外 声音调频广播也采用超短波传输方式 第三节电视信号调制技术 电视信号的传输有两种主要方式 即基带传输和频带传输 基带传输是指将电视信号直接送入信道传输 主要用于设备之间以及演播室内的节目传输 频带传输是指将电视信号进行调制后再送入信道传输 在电视广播系统中 不论是地面开路广播 还是卫星广播或有线电视广播 都要使用频带传输 即在传输之前 需要对电视信号进行调制 下面介绍几种主要的调制方式 VSB AM 残留边带调幅 VSB AM VestigialSideBand AmplitudeModulation 是一种特殊的调幅技术 它是将一个双边带调幅信号通过一个滤波器滤掉一部分下边带 形成所谓的残留边带信号进行传输 残留边带调幅信号的形成过程如图所示 调制信号首先经过一个普通调幅器进行调幅 得到双边带调幅信号 然后再通过一个残留边带滤波器进行滤波 即得到残留边带调幅信号 残留边带调幅后的电视信号频谱 电视射频信号频谱 PSK 相移键控 PSK Phase ShiftKeying 是一种数字调制方式 调制时 载波的相位随调制信号状态不同而改变 PSK也可分为二进制PSK 2PSK或BPSK 和多进制PSK MPSK MPSK中最常用的是四相相移键控 即QPSK 在卫星信道中传送数字电视信号时采用的就是QPSK调制方式 PSK信号也可以用矢量图表示 矢量图中通常以零度载波相位作为参考相位 图画出了2PSK QPSK 8PSK的矢量图 图中只画出了矢量的端点 省去了矢量箭头 这样的矢量图也称为星座图 在星座图中 星座间的距离越大 信号的抗干扰能力就越强 接收端判决再生时就越不容易出现误码 QAM 正交调幅 QAM QuadratureAmplitudeModulation 就是用两个调制信号对频率相同 相位正交的两个载波进行调幅 然后将已调信号加在一起进行传输或发射 在NTSC制和PAL制中形成色度信号时 用的就是正交调幅方式将两个色差信号调制到色度副载波上 QAM也可用于数字调制 数字QAM有4QAM 8QAM 16QAM 32QAM等调制方式 其中 16QAM和32QAM广泛用于数字有线电视系统 16QAM调制器框图 OFDM 正交频分复用 OFDM OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing 属于多载波调制 它将调制信号分成多路 对多个在频率上等间隔分布且相互正交的子载波进行调制 然后经频分复用组合在一起 OFDM是欧洲数字视频广播 DVB 系统中地面电视广播的调制方案 也是数字音频广播 DAB 的调制方案 OFDM调制器原理框图 第四节地面电视广播系统 1 系统构成 地面电视广播是指利用超短波进行传输 覆盖的一种广播方式 即在发送端 将电视信号经专用传输线路由电视中心传送到地面发射台 调制到射频后由发射天线以空间电磁波的形式向周围空间辐射 在接收端 空间电磁波经接收天线变成感应电流 并在接收机中进行解调 变成原始的视 音频信号 我国模拟电视广播的视频信号带宽为6MHz 射频带宽为8MHz 包括图像和伴音 也就是说 一套电视节目在传输时需占据8MHz的带宽 2 模拟地面电视广播 模拟地面电视广播系统发送端原理框图 模拟地面电视广播系统接收端原理框图 3 数字地面电视广播 数字地面电视广播传输的信号是二进制数据 通常采用的调制方式有8 VSB OFDM 如美国的ATSC数字电视系统即采用8 VSB调制方式 而欧洲的DVB系统和日本的ISDB系统则采用了OFDM调制方式 DVB T系统发送端原理框图 DVB T系统接收端原理框图 第五节卫星电视广播系统 卫星电视广播系统是以卫星转发为主要传输方式的广播系统 由于其覆盖面积大 通信容量高 通信质量好 成本低等特点 近年来得到了很快发展 卫星电视广播系统的基本构成如图所示 主要由广播卫星 上行地球站 地球接收站 测控站组成 卫星电视广播的特点 卫星传输是靠安装在卫星上的转发器实现的 因此这种传输方式的覆盖面积很大由于转发是自上而下的 电波不会受到障碍物的阻挡 因此传输质量较高 卫星传输所占用的频段宽 可容纳的节目套数多 信息容量大 卫星广播方式投资省 见效快 卫星广播的频段和频道 卫星广播频段是指用于卫星上行传输和下行传输的频率范围 第六节有线电视广播系统 有线电视系统一般由五个部分组成 即信号源 前端 传输系统 用户分配网及终端 现代有线电视系统组成框图 有线电视广播的特点 可改善弱场强地区的接收效果 减少雪花干扰和外来的各种噪波干扰 能在某种程度上消除重影 传输频带宽 可容纳的频道数量多 可实现双向化和交互性 能够扩大卫星电视的覆盖范围 传输与分配网络 有线电视干线传输系统的主要传输方式有光缆 微波和同轴电缆 而支线和分配网络则通常采用同轴电缆 光缆传输是通过光发射机将高频电信号转换到红外光波段 使其沿光导纤维传输 到接收端再通过光接收机把红外波段的光变回到高频电信号 光缆传输具有频带宽 抗干扰能力强 保真度高 性能稳定可靠等特点 近年来 得到了广泛的应用 微波传输是把电信号的频率变换或调制到微波波段 定向或全方位向服务区发射 在接收端再将其变回到原来的电信号 送入分配网 微波传输方式不需要架设电缆 光缆 只需安装微波发射机 接收机及天线设备 因而施工简单 成本低 微波传输系统从20世纪80年代起得到广泛应用 90年代传入我国 微波传输属于无线传输 因此不可避免地带有无线传输的一些通病 例如 电波容易受到障碍物的阻挡和反射 产生阴影区或形成重影 容易受到雨 雪 雾的影响等 电缆传输是最简单的一种传输方式 具有成本低 设备可靠 安装方便等特点 但因为电缆对信号电平的损耗较大 每隔几百米就要安装一台放大器 因而会引入较多的噪声和非线性失真 这会严重影响信号的质量 电缆传输在以前的有线电视系统中曾得到广泛的使用 但现在一般只在一些较小的系统或在靠近用户分配网的传输部分使用 目前使用较多的传输与分配网络是光缆与电缆的混合方式 HFC 其干线采用光缆传输 支线和用户分配网使用同轴电缆 本章小结 本章介绍了电视广播系统的构成 电视信号的传输方式及使用的调制技术 还介绍目前使用的三大广播系统 即地面电视广播系统 卫星电视广播系统 有线电视广播系统 电视广播系统主要由三个部分组成 即信号源端 传输系统及接收端 电视信号的传输方式主要有电缆传输 光缆传输 微波传输 卫星传输和地面超短波传输等方式 电缆传输是指用同轴电缆传输电视信号 其缺点是衰耗较大 只能用于近距离传输 光缆传输是指用光缆来传输电视信号 其主要优点是损耗低 传输距离长 传输容量大 微波传输是利用微波频段的电磁波来传输电视信号 其特点是以直线传播 传输过程中遇到障碍物会发生反射 折射 衍射等现象 卫星传输是指利用地球同步卫星上的转发器进行信号的传输 其特点是覆盖面积大 传输质量高 超短波传输是指利用超短波段的电磁波来传输广播电视信号 超短波传输需利用地面架高天线进行大功率辐射 以实现远距离的传输或大面积的覆盖 电视信号的传输有两种主要方式 即基带传输和频带传输 基带传输是指将电视信号直接送入信道传输 主要用于设备之间以及演播室内的节目传输 频带传输是指将电视信号进行调制后