第三章 广播电视系统 3 ． 1 广播电视系统概述

1. 第三章 广播电视系统 3．1 广播电视系统概述 广播电视系统是一种用于广播的非专用电视系统，它一般采用无线电方式进行信号传输，因此，也称为无线电视系统或开路电视系统。广播电视系统的技术比较成熟，是被广泛使用的现代电视系统。现代的广播电视系统往往包括卫星广播电视系统(BSTV)。 广播电视系统的终端设备是广播电视接收机(简称电视机)。在电视机里，接收到高频电视信号后，经过一系列与发端对应的相反变换和处理，恢复出原来的图像信号和伴音信号，分别加到电视机中的显像管和扬声器上，从而再现发端的图像相声音。

2. 3．2 电视信号的产生 （图像和伴音） 在广播电视系统中，电视信号源产生的电视信号称为视频电视信号，而发射机发射的信号称为射频电视信号。在电视台的演播室里，产生视频电视信号的信号源主要有摄像机、电视幻灯机、电视电影机、磁带录像机(数字/模拟)、测试信号发生器和激光视盘机等；但就电视台的节目源来讲，还可以有电视实况转播车、转播卫星和城市问或国际间的微波中继线路等。 3．2．1 彩色电视摄像机 摄像机是电视系统的最重要的信号源，其性能的优劣往往对整个电视系统的质量有着举足轻重的作用。摄像机的性能要求： · 分辨率要高。好的水平分辩率可达750线，差的也不能小于300线。 · 彩色逼真，轮廓清晰、灰度分明。 · 失真与干扰要小。 · 灵敏度要高。较好的摄像机的灵敏度约在40lx左右。 · 镜头口径及变焦比要高。一般采用1～15倍的变焦镜头即可。 · 使用特性要好。要求调节简单、使用灵活方便、小型轻便等。

3. 1．彩色电视摄像机的基本组成 彩色摄像机主要有三管机和单管机两种。一般构造类如下： (1) 摄像机头。包括镜头、分光系统、摄像管、预放器、扫描电路、寻像器、电源及附届设备等。 (2) 视频信号处理部分。主要包括视频放大、增益调整、白电平调整、黑电平调整、电缆校正、黑斑校正、轮廓校正、彩色校正、γ校正、杂散光补偿、矩阵电路及消隐电路等。 (3) 编码器、同步机和彩条信号发生器。 2．摄像管 摄像管是摄像机的关键器件之一，摄像管的质量、体积和种类决定着摄像机的质量、体积和调节方式。 早期的超正析像管已被占主导地位的氧化 铅光电导管所代替。此外，固体摄像器件(如CCD器件、CMOS器件)也正在迅速发展，已被应用于新闻采访、家用和工业电视系统中。

4. 3．光学系统 彩色摄像机的光学系统主要由变焦距镜头、 分色镜、中性滤光片和色温滤光片组成。 有变焦距镜头的摄像机，能在拍摄点不动 的情况下，缓慢或快速地连续改变摄取场面的 大小。变焦镜头的变焦比(最大焦距与最小焦距 之比)在演播室内一般在10左右，在室外还要更 大，可达30左右。 分色镜是摄像机中的分色系统，主要有双向平面镜和棱镜面种类型。棱镜用得最为普遍。它是在一个玻璃三棱镜的一个表面上镀上多层干涉薄膜，利用光的干涉原理使某些光谱的光从薄膜反射出去，而其它光谱的光则透过薄膜，从而达到分色的目的。 加入中性滤光片，是为了实现不减小光圈而又要减小光通量的目的。对中性滤光片的要求是衰减量合适，光谱响应持性平直。 在变焦镜头与分色镜头之间加入色温滤光片，利用色温滤光片的光谱响应特性可以补偿因光源色温不同而引起的光谱特性的变化，从而在不同的照明光源条件下都能正确地重现彩色。

5. 3．2．2飞点扫描器 对于透明的彩色幻灯片或影片的扫描和重现，可以用幻灯机或电影放映机把透明片子上的影像投射到彩色摄像机的靶面上，不要银幕，这样光电变换的效率高。 在电视电影摄像机中，常常用到的一种设备叫飞点影片扫描器，简称飞点扫描器FSS。 飞点扫描器的最大优点在于，三个基色信号在时间上完全一致。这是因为三个基色光任何时候都是由同一个光点分解出来的。所以，图像上不存在彩色重合误差。但是，胶片子上画面的密度对重现图像的信杂比有影响。用线阵 CCD也可做成彩色影片扫描器，其组成与CCD摄像机类似。

6. 3．2．3录放相机 电视台插放的节目．除直播和转播外，大部分节目是对已记录和存储的节目的重放。在电视节目的存储方面，目前应用最广泛的是磁带录像机VTR、激光视盘LD、数字视盘DVD。 磁带录像就是把视频电视倍号(电信号)以剩磁的形式记录在磁带上。记录方式即可以是模拟的，也可以是数字的。数字式有许多优点，如失真、噪声小，复录对图像质量的影响小。 (1) U型机或称Umatic。它采用3/4英寸宽磁带，属专业型机种，在地方电视广播中用得较多。 (2) β型机或称β— max。它采用1/2英寸宽磁带，带盒较小，俗称小1/2机，现已基本被淘汰。 (3) VHS(S-VHS)。它也采用采用1/2英寸宽磁带，带盒较β型机大，俗称大1/2机。 (4) 8mm(Hi8) 。它采用8mm 英寸宽磁带，8mm水平解析度一般是250线，而Hi8则一般在380至400线左右。生产厂家主要有SONY和SHARP等。 (5)大型电视台的电视广播用磁带录像机，早期的有1英寸宽磁带开盘式，现在已多用数字分量式录像机。 (6)对于视盘存储方式，目前主要是激光视盘（LD、VCD、DVD等）。激光视盘是以微小凹坑形式存储信息激光束方式读取信息。 最近还出现很多格式各不相同的硬盘录像机和我国正在开发的EVD等。

7. 3．3 电视信号的处理 从摄像管输出的信号，在进入编码器之前需要进行一系列的校正处理。这些处理除预放及噪声校正(高频补偿)在机头内完成外，其余都在控制台(或调像台)进行，包括电缆校正、黑斑校正、轮廓校正(三色通道共用)、灰度校正、直流分量恢复和彩色校正等。 3．3．1校正处理 1．噪声抑制 由摄像管输出的信号非常微弱，需要在摄像机机头内紧靠摄像管处设置预放器，将弱信号放大。若预放器的输出信杂比较低(小于45d8)，则在则在电视接收机屏幕上会出现雪花状的噪声干扰，所以摄像机内设置有噪声抑制电路或噪声校正电路。

8. 2．电缆校正 摄像机头离控制台往往比较远，从机头到控制台传输电缆的分布参数会使图像信号的高频分量跌落，影响图保清晰度。所以，在控制台要进行高频分量的提升处理，使衰减的高频分量得到补偿；完成这一功能的电路是电缆校正放大器。

9. 3．黑斑校正 由于多种原因，如摄像机镜头各区域亮度不均匀，投射在光电靶面的背景光不均匀及电子束在靶面边缘不能垂直上靶等，会使重现图像出现黑取或色斑。为此，需要设置专门的电路加以校正。 黑班效应有两种形式，即叠加型黑斑和乘积型黑斑。叠加型黑 班是在没有发生畸变的图像信号上叠加了一个不均匀的附加倍号，对此类黑班，只要在电路中产生一 个与附加信号波形相反的校正信号即可完成校正;乘 积型黑斑是图像信号受到附加信号的调制而产生的, 对此类黑班，只要用与附加倍号波形相反的信号对有畸变的图像信号进行再调制即可完成校正。 4．其它校正 轮廓校正、直流恢复 、灰度(γ)校正、彩色校正、时基校正等。

10. 3．4 电视信号的形成 3．4．1 视频全电视信号的形成 1 ．同步信号 电视台通常设置有两台同步机(其中一台备用)，产生各种所需的同步信号。比如，PAL制彩色电视同步机产生七种同步信号：行推动信号H、场推动信号V、复合同步信号S、复合稍隐信号A、副载波F、色同步旗形脉冲K和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。

11. 电视台在进行节目联播或作实况转播时，必须保证本台的同步与外来的同步一致，否则将会造成图像翻滚，甚至丢失图像。 (1)帧同步器法。这是一种基于数字处理的开环锁相法。它是将外来视频信号变为数字信号后存储延时。读出时钟的基准用本台信号同步，从而达到外来信号与本台信号同步锁相的目的，如图3-14所示。这种方式类似子前述的时基校正。 (2)台从锁相。台从锁相是本台同步机受外来信号锁定。实现台从锁相的前提是：有外来信号时，本台同步信号发生器被外来信号锁定；当外来信号中断时，同步信号发生器自动转为内锁相；转换过程必须平稳。 (3)台主锁相。将外来节目源的各种同步信号锁定在本台同步机所产生的各种信号的频率和相位上，这就是台主锁相。

12. 3．4．2 射频全电视信号的形成 视频全电视信号(包括伴音信号)只有经过调制和混频，形成射频全电视信号，才能发射。 1．地面广播电视系统射频全电视信号的形成 (1)使用频段。我国规定广播电视系统选用的甚高频（VHF）频率范围为48～223MHz，超高频(UHF)频率范围为470～960MHz。 (2)调制方式。在地面广播电视系统中，图像信号的调制采用残留边带(VSD)调幅，伴音信号采用用调频方式，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。 ① 图像信号的残留边带调幅。在地面广播电视系统中，图像信号的残留边带调幅就是发送一个完整的上边带和一小部分下边带，抑制大部分另一下边带。（0.75～1.25MHz保留） 我国标准规定，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20 dB。

13. 残留边带方式的优点： 已调信号的频带较窄；滤波器比SSB滤波器易实现，易解调(峰值包络检波器即可)。但VSB调制是一种不均衡调制，对图像信号中低于0.75MHz的频率成分，具有双边带特性，经峰值包络检波后输出信号的振幅较大。对于图像信号中的1.25—6MHz的频率成分，具有单边带特性，经解调后输出信号振幅减半。这样，低频分量振幅较大，使图像对比度增加，但高频分量跌落会使图像清晰度下降。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。 超外差接收时，中频的频谱将会倒置（高、低端互易）

14. 视频图像信号的负极性调幅 采用负极性调制有以下三方面的优点：(a) 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。(b) 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)，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。(c) 负极性调制还便于将同步顶用作基准电干进行自动增益控制(AGC)。

15. ②伴音信号的调频。电视广播中伴音信号的频率范围在50Hz到15kHz之间。为了提高伴音信号的接收质量，送往伴音发射机的伴音信号经过调频(FM)后变成宽带信号。我国规定伴音己调信号的最大频偏为50kHz（调频广播为75kHz），所以已调伴音信号的带宽B为 B＝2(Δfm+fm)＝2(50+15)＝130kHz。 调频信号的边频丰富，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。

16. (3)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调幅和调频后形成射频全电视信号，其频谱如图3-20所示，其总频带宽度(频道带宽)为8MMz。 以8MHz为间隔，我国电视频道在VHF和UHF频段共分为68个频道，见表3-1。其中，频率为92～167MHz、566～606MHz的部分供调频广播和无线电通信使用（调频广播使用88～108 MHz，其中88～92 MHz频带内可以安排电视频道）。在开路电视系统中不安排电视频道，但在有线电视中常设置有增补频道以增加频道数量。此外，每个频道的中心频率及所对应的中心波长是估算天线尺寸和调试接收机的重要参数。

17. 2．卫星广播电视射频全电视信号的形成 (1)频段划分。卫星广播电视系统都使用微波频段。 ·微波频段带宽很宽，具有丰富的频率资源，可容纳更多的频道，且允许每个频道占用较宽的带宽； ·微波频段频率高、波长短，可使星上和地面的天线尺寸大大减小，增益提高，方向性增强，从而减小卫星的体积相重量，降低对发射功率的要求，且可防止对邻近区域约干扰； ·微波频段不易受大气扰动噪声的影响； ·微波能穿过电离层； ·无线电业务已占用较低频率，而微波频段相对比较“空闲”。 根据国际电信联盟ITU的有关规定，卫星广播下行频段有六个，目前使用较多的为C波段（2.5G）和Ku波段（12G）。由于波段资源有限，卫星广播下行电波均采用不同的极化方式，达到频率复用的目的。

18. 3．5 电视信号的发射 3．5．1电视发射机 电视发射机是电视发送设备的重要组成部分，它由电视图像发射机和伴音发射机组成。 1．电视发射机的种类 电视发射机的种类主要根据电视图像发射机的分类方法不同而有各种命名。就图像发射机而言，可以有多种分类。 按照工作频率范围来分，有VHF电视发射机和UHF电视发射机两种。 按照输出功率的大小来分，有小型电视发射机(1kW以下)、中型电视发射机(1～10kW)和大型电视发射机(10kW以上)三种。 按照图像信号的调制形式来分，有直接调制式相中频调制式两种。目前的电视发射机一般都采用中频调制方式。 按照放大方式来分，有双通道电视发射机和单通道电视发射机两种。双通道电视发射机是对图像信号和伴音信号分两个通道分别进行调制和放大，然后加以合并再发送的。

19. 2．电视发射机的组成及工作原理 电视发射机由图像发射机和伴音发射机组成。目前，常用的中频调制电视发射机有两种型式，即双通道电视发射机和单通道电视发射机。 fP fPI 双工器 fSI fSI

20. 3．电视发射机的主要指标 根据我国的电视标准，电视发射机有以下主要指标： ·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，Δfm＝50 kHz，预加重时常数为50μs。 ·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。

21. 3．5．2电视发射天线 电视发射天线，根据频段的不同，主要分为VHF天线和UHF天线两大类。 在VHF频段，蝙蝠翼天线是一种被广泛采用的天线，可以较好地满足对电视发射天线的要求。蝙蝠翼天线属于旋转场型天线，图中仅画出了一个方向的振子， 实际上每层都是由两个这样的振子相互垂直放置而成。这样的天线，频带宽、方向性和增益都较好，比较适合做电视发射天线。 在UHF频段，广泛采用的发射天线是带反射板的四偶极子天线及其改进型双环天线，它们具有增益高、频带宽等特点，但造价较高。

22. 4．6 电视信号的无线传输及扩大电视覆盖范围的方法 3．6．1电视信号的无线传输 1．电视信号的传播特性 (1) 视距传播。电视信号属于超短波波段，频率高，波长短，沿直线方向传播到直接可见的地方，即视距传播。 视距(最大直视距离)与发射天线相接收天线的高度有关。设发射天线和接收天线的高度分别为h1和h2，则视距d为 式中，h1和h2以m为单位。实际上，大气层对电波会有一定的折射作用，从而会改变视距的大小。在正常折射时，有效传播距离d/比视距会稍远些，近似为 。 (2) 多径传播。电视信号经地面或遇到障碍物(如大建筑物等)会产生反射，直射信号和反射信号在接收天线上相互干扰，形成多径传播。多径传播的结果表现为重影(右重影。为什么？)。 (3) 绕射传播。电视信号的绕射能力很弱，特别是UHF频段，几乎没有绕射能力。因此，在高大障碍物后面常常会形成“阴影区”。在“阴影区”，电视信号的接收质量较差。

23. 2．电视信号场强的估算 电视接收质量与接收到的电视信号的场强有关。离电视台越近，电视信号的场强越大。接收场强与图像质量的对应关系加表3-5所示。由表可知，要保证接收图像质量，电场强度要在54dBμ(YHF)或66dBμ(UHF)以上。 接收点场强可用下式来估算： 式中，P为发射台辐射功率(kW)；G为与半波振子天线增益之比的相对增益；r为收发问距离(km)；λ为工作频带中心频率波长(m)；h1和h2为发收、天线高度(m)。由于地球是一个球面，在实际中，估算电视信号场强时还要乘以球面修正系数。此外，场强在市区和郊区有很大差别，估算时也要加以考虑。

24. 3．6．2 扩大电视覆盖范围的方法 电视广播的覆盖面主要限制在视距范围内，虽然提高发射天线的高度可以扩大广播的服务范围，但确实有限的。目前实现远距离传输的常用方式主要有三种：微波中继、电视差转和卫星电视广播。 1．微波中继 微波中继又称微波接力，它是在电视广播传送途中，建立许多微波中继(接力)站，用微波把电视信号一站一站地传送。每个接力站把前一站送来的微波信号接收下来，过放大并变换载波频率再传向下一站。在平原地区，通常每隔50km设置一个接力站。 优点：直射性好；传输信号质量高；可双向传输。缺点：造价昂贵。

25. 2．电视差转 电视差转是电视差频转播的简称，电视差转的主要功能是将接收到的主台(或称骨干台)某频道的电视节目，经过差转机的频率变换、放大后，再用另一频道发射出去，从而扩大主台的覆盖范围或服务面积。与中频调制器配合使用，差转机可成为一台电视发射机。如果配有摄录像设备，电视差转台可自办节目，也可转接微波干线信号或卫星广播信号。 (1) 一次变频单通道差转机。 本振频率fL为接收频道和发射频道两个图像载频(或伴音载频)之差，即fL＝|fPT - fPR|=|fST - fSR|。式中，fPT、fPR分别为接收和发射频道的图像载频，fST、fSR为发射和接收频道的伴音载频 (2) 二次变频单通道差转机 优点：本振频率高，谐波干扰小；中频频率低，中放可高增益稳定工作，便于AGC控制。但结构较复杂，成本也较高。

26. 3．卫星电视广播 利用地球同步卫星作为传递电视信号的中继站而实现的电视广播称为卫星电视广播。它是一种扩大电视覆盖范围、实现远距离电视传送的电视中继或转播方法。（包括电视直播卫星） 卫星电视广播系统主要由地面发射站和测控站、卫星星体及地面接收网等三部分组成。 (1) 卫星地面站 卫星地面站主要指上行发射站与测控站。上行发射站有主发射站和移动站两种，其主要任务就是把电视中心的节目或某地区的实况节目送给广播卫星， 同时接收卫星发回的电视广播节目，以便监视节目播出的情况和质量。上行发射站可以有多个，其中主发射站是固定的发射中心。

27. (2) 卫星星体。 (3) 地面接收网。 3．7 电视信号的接收 3．7．1 地面广播电视信号的接收 广播电视接收机 —— 下一章介绍 3．7．2 卫星广播电视信号的接收 ——卫星电视接收机 （模拟与数字） 卫星电视接收机主要包括接收天线、室外单元和室内单元三部分。 接收天线一股都采用抛物面天线。 室外单元主要是一个高频头——高频低噪声放大器、下变频器(含本振)和中放(或前置中放)组成。 室内单元是卫星电视接收机的控制中心和信号处理设备。

28. 测控站通常与主发射站设在一起，统称为主发控站。其主要任务是遥测及遥控：对卫星在空间的位置、姿态及工作状态进行遥测；对测得的结果进行分析；必要时进行遥控，以保证卫星正常工作。测控站通常与主发射站设在一起，统称为主发控站。其主要任务是遥测及遥控：对卫星在空间的位置、姿态及工作状态进行遥测；对测得的结果进行分析；必要时进行遥控，以保证卫星正常工作。