第二章广播电视发送基本原理.ppt

1、2.1 广播电视发送系统组成概述,。,2.1 广播电视发送系统组成概述,。,2.1.2 视频图像信号处理,从摄像机送来的图像信号通常要在电视台中心机房的调像台和导演控制台进行以下的补偿处理: (1) 电缆校正。 由于摄像机离中心机房往往比较远, 电缆较长, 它的分布电容和电感会使信号的高频分量跌落, 影响图像清晰度。 为此, 设置一电缆校正放大器, 通过调节电路的幅频特性, 使信号的高频分量得到补偿。电缆放大器实际上就是一个放大倍数随频率增加而增加的电路。,(2) 黑斑校正。 由于多种原因, 比如摄像机镜头的各区域亮度不均匀性、 投射在光电靶面的背景光的不均匀性及扫描电子束在靶面边缘不能垂直上

2、靶等原因, 会使重现画面上出现黑斑效应(在彩色电视中则表现为色斑效应), 为此, 设置专门的黑斑校正电路加以抵消或抑止。 (3) 轮廓校正(孔阑校正)。 由于孔阑效应而使图像信号出现过渡期, 使输出波形轮廓不分明, 影响图像清晰度。 为此, 采用专用轮廓校正电路(接收机中则称勾边电路)使信号突变部分的轮廓得到补偿。使界线更加清晰 (4) 灰度校正(校正)。 用来克服由于显像管调制特性非线性引起的收、 发间图像的亮度失真, 在调像台设置附加电路加以校正。,(5) 直流分量恢复。 由于视频通道部分往往采用交流放大器, 它将使图像信号中的缓慢的低频分量丢失, 因而丢失图像的背景亮度。 为恢复这一分量

3、, 常采用箝位电路以恢复原图像的背景亮度。 (6) 彩色校正。 在彩色电视中还要进行彩色校正, 以使摄像机的光谱响应特性与显像管的三基色混合曲线相一致, 才不致引起彩色失真。 来自摄像机的视频图像信号经过上述各种补偿、校正后, 在中心机房形成黑白(或彩色)全电视信号, 输送到导演控制台进行信号的剪接选择, 实现各种特写镜头的重叠和完成各种特技功能, 以增强艺术效果。 经选择后的全电视信号和相应的伴音信号分别送到图像发射机(去调幅图像载频)和伴音发射机(去调频伴音载频)。,2.2 全射频电视信号 一、 调幅原理 调幅即幅度调制。 这种调制方式是使作为载波的高频正弦信号uP的振幅随着所要传送的信号

4、瞬时值而变化。如图所示。低频的正弦波称为调制信号, 高频等幅信号称为载波。,图 1-22 调幅波的波形,设低频调制信号为 载波信号为 则调幅波信号为,（2-1）,式中, ma=Um1/Upm为调幅度, 其值介于01之间。 将(2-1)式进行三角函数分解, 则有,或表示成为,从上式可以看出, 调幅信号除了原载频fP之外, 还包括两个新的频率(fP+f1)和(fP-f1), 这两个频率称为调幅波的两个边频。在这种用单一频率f -1调制的情况下, 载频的幅度为UPm, 上、下两个边频的幅度是 。其调幅波的频谱如图2-4(b)所示。,二、 已调高频电视信号 用全电视信号对载波进行调幅, 调幅后的高频信

5、号称为已调高频电视信号, 其波形如图2-4(a)所示。 它的包络线形状和全电视信号波形相同, 其包络内的频率仍为载频频率fp。 图(a)为负极性调幅, 图(b)为正极性调幅。 我国采用负极性调幅。,图 2-4 视频调幅波及频谱,负极性调制有三个主要优点: 负极性调幅波的同步脉冲顶对应于图像发射极的输出功率最大值, 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很多, 显然工作效率高; 在传输过程中, 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(白电平也为高电平), 经解调后在荧屏上呈现为亮点, 较易被人眼

6、察觉, 而负极性调制, 干扰脉冲虽也为高电平(白电平为低电平), 经解调后在荧屏上呈现为暗点, 人眼对暗点不敏感, 并且也易于通过自动干扰抑制电路减小其影响; 负极性调制便于将同步脉冲顶用作基准电平进行信号的自动增益控制。,全电视信号不同于单一频率的调制信号, 其信号频率带宽为06 MHz。根据(1-12)式可知, 全电视信号调幅波的频谱分布是在载频fP的两边各有一个边带: 上边带(fP+f1max) 和下边带(fP-f1max), 总的带宽是最高调制频率f1max的两倍, 即26 MHz。 参见图2-4 (c)、 (d)。 2.2.2 伴音信号的调制 电视广播中伴音的频率范围为50Hz 到1

7、5kHz。伴音信号采用调频方式传送。 载波被伴音信号调频以后称为已调高频伴音信号。,一、 调频原理 所谓调频, 就是用需要传送的伴音信号去调制载波的频率, 使载波频率随伴音信号的瞬时值而变化。 设调制信号为单一频率的低频信号 u2=U2mcos2t 伴音的载波信号为 uS=USmcosst 则可以写出调频波的数学表达式,（2-2）,式中: mf为调频波的调频指数, 也即最大相移,（2-3）,kf为比例常数, 表示单位调制信号所引起的频率偏移(rad/sV)。 故调频波的最大频率偏移为,（2-4）,由(2-3)、(2-4)式可见, 调频波的频率变化m与调制信号频率2无关, 而调频波的最大相移(调

8、频指数)与调制信号频率2成反比。 单频调制信号时调频波波形如图2-4所示。当调制信号瞬时值大时, 载波频率瞬时频率变高, 当调制信号瞬时值小时, 载波频率瞬时频率变低。 与已调幅波一样, 调频波的频谱中也将包含有新的频率成分, 其有效边频对数与边频幅度变化规律都取决于调频指数mf。分析(2-2)式可知, 当mf较大时, 调频波中包含的频谱比调幅波复杂得多, 有fS、 fSf2、 fS2f2、 fS+3f2、 , 理论上有无穷多对边频, 而且边频的振幅可能高于载波振幅, 见2-4图(c)。,单频调制调频波的频谱宽度: 若将振幅小于载频振幅10%的边频忽略, 则调频波所含频谱宽度可近似表示为 B=

9、2(fm+f2) (2-5),式中, fm=m/2, 为最大频偏; f2为调制信号频率。,图 2-4 调频波,图 2-5 已调高频伴音信号的频谱,二、 已调高频伴音信号的频谱 已知音频信号最高频率为fmax =15kHz, 我国规定已调频波最大频偏为50kHz, 则由(2-5)式, 已调伴音信号的带宽为 B=2(fm+fmax) =2(50+15)=130 kHz 其频谱图如图2-5所示。图中fs为伴音载频, fs两边各留有0.25MHz的带宽容纳边频。由此可知, 调频波所携带的边频很丰富, 因此伴音的音质、音域都比调幅波好。 调频波另一优点, 是抗干扰性好, 因为干扰一般首先引起调频波的幅度

10、产生变化, 对这种寄生调幅, 可用限幅器加以消除。,但是, 由于音频信号从15Hz 15 kHz, 频率变化1 000倍, 因此当频偏一定时, 音频低端与高端的调频指数变化非常大, 高频端时, 调频指数mf将减小, 这会使抗干扰性能变差。 此外, 频偏f与调制信号的振幅成正比, 通常语声中高音频分量的振幅比低音频分量小, 更会使抗干扰性能变差。解决的办法是在发送端采用预加重措施, 压低低音频分量的振幅(相当于提高了高音频分量的相对幅度), 以均衡、提高抗干扰的性能。在接收端则需将解调后得到的音频信号中的高频分量加以衰减, 即采取去加重措施, 以恢复原伴音中高、低频分量振幅的比例。,射频图像信号

11、的残留边带方式及全射频电视信号的频谱 一、 射频图像信号的残留边带方式 如前所述, 图像信号经过调幅以后, 在载频两边出现了两个对称的边带, 其频谱由图像的内容而定。因图像信号的最高频率是6 MHz, 因而调幅后的频带宽度是12MHz。这一方面很不经济, 使允许的波段内容纳的频道数减少一半, 另一方面, 信号频带过宽, 将对信道系统的某些性能提出更高的要求, 增加了设备的复杂性。 我们从调幅波的频谱中可以发现,调幅高频信号由两个对称的上、下边带组成, 且上、下两个边带结构相同, 都是传送同一种信息。如果, 在发射的时候设法抑制其中一个边带, 只发送一个边带, 那么仍然可以完成传送信息的任务,

12、而它的频带宽度都却可以压缩一半。,要实现单边带传输, 就需设法抑制掉其中一个边带。 但在图像信号中含有很低的频率成分, 使上、下边带靠得很近, 不可能有这样一个理想滤波电路, 所以要完全滤去某一个边带是很不容易的, 因此, 在电视系统中, 采用残留边带方式传输。 残留边带调制的射频图像信号如图2-6。实现的方法仍是先产生双边带的调幅信号, 然后通过带通滤波器保留高频载频fP和全部上边带 , 而滤去下边带的大部分, 只残留(fP -1.25)以上的频率分量, 其中(fP-0.75)全部残留、 (fP -1.25)至(fP -0.75)频率分量过渡残留。,图 2-6 残留边带调制频谱图,残留边带方

13、式的主要优点是压缩了图像信号调幅波频带; 滤波性能比单边带易于实现; 可以采用简单的峰值包络检波器实现解调。 但残留边带调制是一种不均衡调制, 对于图像信号中低于0.75 MHz的频率成分, 即图2-6中的fp0.75频率分量, 具有双边带特性, 因而经峰值包络检波器解调后, 输出信号中这些频率分量的振幅较大。 对于图像信号中的1.25MHz6MHz的频率分量实现单边带调制, 则经过同一检波器解调后, 这些频率分量的振幅只是上述的一半。而图像信号中0.75 MHz1.25 MHz的频率分量则处于过渡状态。这样, 低频分量振幅大虽使图像对比度提高了, 但高频分量的相对削弱会使图像的清晰度下降,

14、因此要恢复原来信号频谱, 就要求电视机的中频放大电路具有特殊的幅频特性。,二、 全射频电视信号频谱 综合已调高频图像信号和已调高频伴音信号, 就形成在高频通道中传输的全射频电视信号, 两者在频谱上相互错开以免干扰。我国电视标准规定伴音载频fs比图像载频fp高6.5 MHz, 各频道间隔为8MHz。则残留边带制全射频电视信号频谱如图2-5所示。,图 2-5 全射频电视信号频谱,2.2.4 无线电波段的划分与图像载频的选择 一、 无线电波段的划分 图像信号和伴音信号分别对图像和伴音载频进行调幅和调频调制后形成了残留边带制全射频电视信号(见图2-7), 再由发射天线以无线电电磁波的形式向空间发射出去

15、, 而电视机的天线将空间中传播的无线电电磁波接收下来, 再经过一系列的处理后还原出图像信号和伴音信号。 电磁波在真空中的传播速度等于光速, 约为3108m, 电磁波的波长和频率的关系可用下式计算: ,式中, 为波长; f为频率; c为光速。 无线电电磁波的频率范围较宽, 我们根据其波长划分为若干个波段, 如表2-1所示。,表1-1 无线电电磁波波段的分段,二、 图像载频的选择及电视频道的划分 无线电广播大多是用中波和短波这两个波段进行调幅广播的, 其载频信号约在500kHz27MHz之内。 由于电视广播一个频道就占8MHz, 因此, 如果载频选择较低, 比如载频选在20MHz, 则相对带宽f/

16、fp(=8/20=40%)很大, 这给发射机、发射天线及馈线系统, 以及接收端的电视机和信号传输带来很多困难; 同时, 由于频道带宽为8MHz, 在短波段以下是容纳不下几个频道的, 因此, 电视广播的载频必需选在甚高频以上。但载频选择过高, 也给电视系统设备制造带来困难。,目前我国广播电视主要使用米波波段(甚高频VHF)和分米波波段(特高频UHF), 并正在开发厘米波波段(超高频SHF)的卫星广播波段。 我国电视频道划分如表2-2所示。 由表2-2可以看出: (1) 各频道的伴音载频始终比图像载频高6.5 MHz。 (2) 频道带宽的下限始终比图像载频fp低1.25MHz, 上限则始终比伴音载

17、频fs高0.25 MHz。 (3) 各频道的本机振荡频率始终比图像载频高38 MHz, 比伴音载频高31.5MHz。,(4) 表中, (92167) MHz、 (566606) MHz为供调频广播和无线电通讯等使用的波段, 不安排电视频道。 (5) 每个频道的中心频率及所对应的中心波长是估计天线尺寸和调试电视机时的参数。例如, 第二频道的中心频率为,对应的中心波长为,三、 超短波传播的特点 无线电电磁波根据波长特点有三种传播方式, 如图2-8。 中波和长波主要以地面波方式传播; 短波的波长较短, 沿地面传播时损耗大, 则利用大气电离层的反射作用传播, 即主要靠天波传播; 超短波对大气电离层穿透力强, 且绕射能力差, 由于波长过短, 更容易被地面、 山丘、 建筑物等吸收, 所以只能以空间波方式传播。,图 2-8 无线电电磁波的传播方式,超短波的传播距离与天线高度有直线关系, 通常只有几十km至100 km的范围, 即