第五章--电视广播系统

1、第五章 电视广播系统,本章将介绍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。还将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。 学习本章内容时，应注重基本概念的理解和系统的整体构成；掌握系统中各个环节的作用以及它们之间的相互关系；掌握三种电视广播方式各自的特点，以及相互之间的关系。,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。如下图所示。 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。 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

2、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。,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

3、八方辐射出去，这就是典型的覆盖式传输，或称广播。 根据广播方式的不同，又可将电视广播系统分为三大类，即地面电视广播系统、卫星电视广播系统及有线电视广播系统。 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。,一、电缆传输 电缆传输是指用同轴电缆传输电视信号。 1、同轴电缆的结构 它由内导体（芯线）、绝缘体（电介质）、外

4、导体（屏蔽层）和护套（覆盖层）四部分组成。 内导体通常由单股铜线、镀铜铝线、或镀铜钢线制成。 外导体由铜丝网或金属管制成。内、外导体之间由绝缘层隔开并保持轴心重合，同轴电缆也因此得其名。 绝缘层在很大程度上决定着同轴电缆的传输速度和损耗特性，通常使用的绝缘层材料是干燥空气、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等材料的混合物。 护套由聚乙烯或乙烯基类材料制成，可保护外导体层不受损伤。,同轴电缆的外形,同轴电缆的结构,2、同轴电缆的性能,同轴电缆的性能主要包括特性阻抗、衰减常数、屏蔽系数、温度系数以及潮气对电缆的影响等。 A、特性阻抗。是指在同轴电缆终端匹配的情况下，电缆上任何点的电压与电流的比值。同轴电缆在

5、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，这也是有线电视系统的标准特性阻抗。 B、衰减常数。表示单位长度电缆对信号衰减的分贝数。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。 C、屏蔽系数。表示屏蔽作用的大小。这是电缆的一项非常重要的指标。电缆既要防止周围环境的电磁波的干扰，又要防止电缆中所传信号泄漏而干扰其他设备。 D、温度系数。表示温度变化对电缆特性的影响程度。通常，温度增加，电缆的损耗就会增加，反之，亦然。因而必须对在温度发生变化是应该对电缆进行相应的补偿措施。

6、E、潮气对电缆的影响。潮气会使电缆的损耗急剧加大，因而在生产电缆时应该考虑到它的抗潮湿性。如铝制铠装电缆。,同轴电缆可以直接传输视频信号，称为基带传输。其主要可用于近距离传输，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。 同轴电缆也可以传输调制后的高频电视信号，称为频带传输。其主要可用作于远距离的传输。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。,二、光缆传输,由于电缆传输系统存在传输距离短、温度变化对信号影响较大、频带宽度较窄等弊端，近年来，主要是采用光缆取代电缆进行电视的信号传输。 光缆传输是指用光缆来传输电视信号。它

7、主要利用具有全反射特性的光学纤维作为传输媒介，以光波作为载波，传输电视信号。传输介质是光纤。光纤按传输模数可分为单模光纤和多模光纤，目前应用在电视传输中的光纤基本为单模光纤。 光纤由十分脆弱的石英玻璃为主要材料制成，为了使光纤成为实用的光传输媒介，必须对光纤进行保护和增强，因此要把光纤制成光缆。 常见的光缆结构有层绞式光缆、骨架式光缆、中心管式光缆等。光缆的构件较多，大体上可分为缆芯和护套两大部分。,光缆的外形结构,中心管式光缆截面示意图,1、光缆的性能 光缆的性能包括衰耗特性、频率特性、温度特性、力学特性等。 A、衰耗特性。光信号在光纤传输过程的损耗主要有吸收、散射、弯曲、连接和耦合几种。而

8、光线的固有损耗是与波长有关的，长波长损耗较小，短波长损耗较小。但即便如此，也远低于同轴电缆的损耗，因此，光线可传输足够长的稳定性和可靠性。 B、频率特性。光缆的传输频带很宽，单一光源单模光纤的传输频带仅受光端机的限制。 C、温度特性。是指光缆的光纤特性与温度有关。通常要求光缆在温度变化时引起的损耗忽略不计，从而保证传输的稳定性。 D、力学特性。包括抗张强度、抗冲击力、抗弯曲能力、抗绕去能力、抗扭转能力和耐压扁性能。,2、光缆的主要特点 A、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。 B、频带宽，传输容量大。一根多芯光缆可传输几百套电视节目。 C、抗电磁

9、干扰强，传输质量高。光缆传输的是光信号，所以它没有电磁辐射，也不受其它外界电磁场干扰。 D、成本低，体积小，重量轻。制造光缆比制造电缆可节约大量的铜等贵重金属，相对来说降低了成本。 E、稳定性、寿命长，不易老化。与铜线和同轴电缆相比，光纤温度系数小，传输特性基本不随温度变化。,三、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。 采用微波传输可将省会及附近城市的有线电视网连接在一起，组成一个大规模的网络，如全省有线电视网。另外，在一些临时性

10、的场所或外景地进行新闻采访、体育转播等活动时，也可采用定向微波把现场节目传回到电视播控中心，这样就避免了临时铺设电缆或光缆的麻烦。,微波波段的电磁波能量主要以直线进行传播。由于微波的波长很短，它具有近似光波的传播性质，传输过程中遇到障碍物时，会发生反射、折射、衍射等现象，所以微波传输都是利用其直线传播的特点，进行视线距离内的通信。 在进行长距离微波传输时，需要采用接力方式，将信号进行多次中继转发。另外，在城市中进行微波传输时，由于高楼大厦的阻挡，也需要采用微波中继方式，中继转发天线通常安装在高楼顶上。,微 波 天 线 的 外 观,微波及微波传输的特点 A、微波波段频率资源丰富。波段占有频率范围

11、宽，可以多波道传输。 B、微波可以以细波束定相传输，提高发射机的发射效率。 C、微波受外部的干扰和影响比较小，传输质量高、性能稳定。 D、适应性和灵活性强。可适用于地形复杂的地区如山谷、河流，也可以适用于电缆、光缆难以铺设的区域。 由于上述优点，微波传输比广泛应用在广播电视信号传输中，尤其是电视现场制作（EFP）、电视实况转播的转播车和电视中心之间进行信号传输的常用方式。 缺点：波束沿直线传输，遇障碍物将会被阻挡，需要增设微波中继（接力）站，以增加微波传输距离。,四、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

12、上。 卫星传输系统的构成如右图所示，由上行地球站、广播卫星和卫星接收站组成。,上行地球站的功能是将要传输的电视信号进行调制、上变频和放大后，以足够的功率馈送到天线，并发送到同步卫星的转发器上；另外，上行站还可接收来自卫星的下行信号，用于监测传输质量和自动跟踪卫星。 广播卫星是位于地球大气层之外的同步卫星，其上的天线和转发器可接收来自地球站的上行信号，经过下变频和放大等处理环节后，产生下行信号，通过天线将其转发到地面的服务区域。 地球接收站的功能是通过天线接收来自卫星的下行信号，并对其进行放大、变频、解调等处理环节，得到所需的电视信号。,卫星传输系统,通信卫星外形 东方红3号,五、超短波传输,超

13、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301000兆赫。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。 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。通常发射天线的高度越高、发射功率越大，则覆盖面积越大。 目前已有的中央发射塔塔高386.5米，天津电视塔的塔高为403米，上海东方明珠电视塔高460米。天线塔高和发射功率的大小受服务区域的限制，若服务区域小，则不必采用很高的天线塔和大的发射功率，因为这样做会造成对服务区外的干扰。,发射塔的外形,大 连 广 播

14、电 视 发 射 塔,东 方 明 珠 发 射 塔,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。,一、VSB-AM（残留边带调幅）,VSB-AM（Vestigial SideBand-Amplitude Modulation）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

15、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，如下图所示。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。,残留边带调幅只传输了上边带和一部分下边带，因此较之双边带调幅可大大节省频带。另外，从信息角度看，残留边带调幅虽然只传输了一个完整的边带，但其中已包含了调制信号的所有信息，因此，接收端可从接收到的残留边带调幅信号中恢复出完整的调制信号,残留边带调幅分为数字和模拟两种方式。当调制信号为模拟信号时，称为模拟VSB调幅，当调制信号为数字信号时，称为数字VSB调幅。 模拟VSB-AM方式用于模拟

16、地面电视广播和模拟有线电视广播中的调制。基带电视信号的带宽为6MHz，若采用一般的双边带调幅方式，调幅之后每套节目带宽将高达12MHz。而采用残留边带调幅后，每套节目的带宽约为7MHz，比单边带略宽一点，而比双边带要窄很多，因此可容纳更多的频道。 数字VSB-AM中，根据调制信号电平级的数量，可分为二进制VSB（2-VSB）和多进制VSB。其中，多进制VSB又分为4电平VSB（4-VSB）、8电平VSB（8-VSB）、16电平VSB（16-VSB）、32电平VSB（32-VSB）等等。数字VSB调幅可用于数字电视的地面广播，如美国的ATSC数字电视系统即采用8-VSB作为地面广播的调制方式。,

17、二、PSK（相移键控）,PSK（Phase-Shift Keying）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）。 在2PSK中，载波相位只有0和两种取值，分别对应于调制信号的“0”和“1”。2PSK调制器及典型波形如下图所示。由“0”和“1”表示的二进制调制信号通过电平转换后变成由“-1”和“1”表示的双极性NRZ信号，然后与载波相乘，即可形成2PSK信号。,在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。 QPSK调制器及相应波形如右图

18、所示。它可看成是由两个2PSK调制器构成。输入的串行二进制信息序列经串-并变换后分成两路速率减半的序列，由电平转换器分别产生双极性二电平信号I(t)和Q(t)，然后对载波Acos2fct和Asin2fct进行调制，相加后即可得到QPSK信号。,三、QAM（正交调幅）,QAM（Quadrature Amplitude Modulation）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、3

19、2QAM等调制方式。其中，16QAM和32QAM广泛用于数字有线电视系统。下面以16QAM为例介绍其原理。 如下图，给出了16QAM调制器框图及星座图。作为调制信号的输入二进制数据流经过串-并变换后变成四路并行数据流。这四路数据两两结合，分别进入两个电平转换器，转换成两路4电平数据。例如，00转换成-3，01转换成-1，10转换成1，11转换成3。这两路4电平数据g1(t)和g2(t)分别对载波cos2fct和sin2fct进行调制，然后相加，即可得到16QAM信号。,四、OFDM（正交频分复用）,OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）

20、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。 如下图，是OFDM调制器的原理图。要传送的数据流经过串-并转换后被分裂成K组数据流，它们对相应数目的K个子载波进行调制，调制时可采用QAM或PSK。调制后的各路信号混合在一起，实现频分复用。,第四节地面电视广播系统,一、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

21、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。,地面电视广播可分为模拟地面电视广播和数字地面电视广播。 二、模拟地面电视广播 1、发送端原理 模拟地面电视广播系统发送端的组成如图所示。图中的上部是图像通道，下部是伴音通道。,图像通道：视频处理双边带调幅残留边带特性双工器 双工器：又称天线共用器，是一个比较特殊的双向三端滤波器。作用是防止图像信号与伴音信号在同一副天线上产生相互干扰。 伴音通道：音频处理调频混频双工器,调制后的图像和伴音信号称为射频信号，其带宽为8MHz。频谱结构如图所示。伴音载频和图像载频相差6.5MHz。

22、（我国电视标准规定，伴音调频信号功率为图像调幅信号功率的1/10）。,2、接收端原理 拿PAL制彩色电视制式来说，模拟地面电视广播系统接收端的组成，如图所示。,三、地面电视广播系统的特点 （书本P65） 1、是一种用于广播的非专用电视系统。由于它一般采用无线电方式进行信号的传输，因此，也称之为无线电视系统或开路系统。目前主要是广播这一单一业务。 2、利用高频电磁波在空中传递信号，无须架设电缆，在覆盖范围内的任何地点都可以接受，较为方便。 3、保密性差，覆盖范围有一定限制，重影和空间杂波辐射引起的各种干扰导致图像质量下降。（缺点）,第五节卫星电视广播系统,一、系统构成 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，即电视信号（包括图像信号和伴音信号）经过一定的处理后发送给地球同步卫星，再由卫星将信号转发给地面的电视信号传输系统。 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。,广播卫星：核心。主要任务接收来自上行地球站的广播电视信号，并经低噪声放大、下变频及功率放大等处理后，再转发到所属的服务区域。 上行地球站：固定上行站和移动上行站。将电视台或播控中心传来的广播电视节目信号进行基带处理、调制、上变频和高功率放大，然后通过天线向广播卫星发送信号，此信号称为上行信号。 地球接收站：集体接收站和个体接收站。用来接