《電視信號的產(chǎn)生》PPT課件.ppt

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1、第四章 電視信號的形成、處理,4.1 電視系統(tǒng)概述電視系統(tǒng)包括信號源、信號處理電路、傳輸線路及終端顯示設(shè)備等。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,在廣播電視系統(tǒng)中，電視信號源產(chǎn)生的電視信號稱為視頻電視信號，而發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號稱為射頻電視信號。在電視臺(tái)的演播室里，信號源主要有攝像機(jī)、飛點(diǎn)掃描儀、電視電影機(jī)、磁帶錄像機(jī)(數(shù)字/模擬)、測試信號發(fā)生器和激光視盤機(jī)等。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,廣播彩色電視攝像機(jī)的組成攝像機(jī)是電視系統(tǒng)的最重要的信號源，其性能的優(yōu)劣往往對整個(gè)電視系統(tǒng)的質(zhì)量有著舉足輕重的作用。攝像機(jī)的性能要求： 分辨率要高。好的水平分辯率可達(dá)750線，差的也不能小于300線。 彩色逼真，輪廓清晰、灰

2、度分明。 失真與干擾要小。 靈敏度要高。較好的攝像機(jī)的靈敏度約在40lx左右。 鏡頭口徑及變焦比要高。一般采用115倍的變焦鏡頭。 使用特性要好。調(diào)節(jié)簡單、使用靈活方便、小型輕便等。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,廣播彩色電視攝像機(jī)的組成彩色電視攝像機(jī)的基本組成： (1) 攝像機(jī)頭。包括鏡頭、分光系統(tǒng)、攝像管、預(yù)放器、掃描電路、尋像器、電源及附屆設(shè)備等。 (2) 視頻信號處理部分。主要包括視頻放大、增益調(diào)整、電纜校正、黑斑校正、輪廓校正、彩色校正、校正、雜散光補(bǔ)償、矩陣電路及消隱電路等。 (3) 編碼器、同步機(jī)。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,廣播彩色電視攝像機(jī)的組成,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,彩色電視攝像

3、機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)彩色攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)主要由變焦距鏡頭、分色鏡、中性濾光片和色溫濾光片組成。有些還有背景光投射裝置、光學(xué)圖像縮小鏡。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,彩色電視攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)1、變焦距鏡頭： 有變焦距鏡頭的攝像機(jī)，能在拍攝點(diǎn)不動(dòng)的情況下，緩慢或快速地連續(xù)改變攝取場面的大小。使電視圖像更加生動(dòng)活潑。 變焦距原理：,公式43和44知，改變焦距也可以改變成像尺寸，可以改變鏡頭的視場角,H/2,H/2,f,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,彩色電視攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)1、變焦距鏡頭：,焦距的連續(xù)改變：,根據(jù)幾何光學(xué)原理，由焦距分別為f1、f2的兩個(gè)透鏡組成透鏡組，則合成焦距為：,由上式知： f1、f2固定，改變兩

4、透鏡之間的距離d，也可以改變透鏡組的焦距。,若取f11、f21，則凸透鏡和凹透鏡組成的透鏡組的合成焦距f1/d,改變d很容易改變f。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,彩色電視攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)1、變焦距鏡頭：,在使用時(shí)，往往固定一個(gè)透鏡，改變另一個(gè)透鏡的位置，焦距發(fā)生改變，但成像面的位置也改變。因此，增加一組透鏡并隨著變焦透鏡的移動(dòng)相應(yīng)的移動(dòng)，使成像位置不變。 兩個(gè)透鏡組成變焦距鏡頭的合成焦距與兩個(gè)透鏡位置的關(guān)系如圖44。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,彩色電視攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)1、變焦距鏡頭：,彩色攝像機(jī)的變焦距鏡頭如圖43（a）所示，包含了調(diào)焦組、變焦組、補(bǔ)償組及移像組。其光路如圖43（b）所示。調(diào)整調(diào)焦組

5、的位置，可使有任意物距的物體成像在A點(diǎn)。移動(dòng)變焦組，改變其與調(diào)焦組之間的距離，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的焦距變化，連續(xù)改變攝取景物場景的大小。但成像位置也變了。移動(dòng)補(bǔ)償組，改變補(bǔ)償組與調(diào)焦組之間的距離，使成像位置永遠(yuǎn)固定在B點(diǎn)。通過移像組，將固定位置B點(diǎn)上的像轉(zhuǎn)換到攝像管的靶面上,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,彩色電視攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)2、分色棱鏡：,分色棱鏡的使用目的：為了把鏡頭射來的光束分解為紅、綠、藍(lán)三個(gè)基色光束，并將他們分別投射到三個(gè)攝像管的靶面上產(chǎn)生紅、綠、藍(lán)三路電信號。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,分色棱鏡由（I）、（II）和（III）三部分粘合組成，其中在Mg和Mb面上分別蒸涂上不同厚度的干涉薄膜。當(dāng)光線F

6、投射到Mg面上時(shí)，能把綠光G反射出來而讓其它光透過。反射出來的綠光投射到界面（1）上，因入射角較小，超過臨界角而發(fā)生全反射，于是G光經(jīng)Fg射入G攝象管。,透過Mg面上光到達(dá)Mb面時(shí)能把藍(lán)光B反射出來而讓余下的R光透過，反射出來的B光在界面（2）上全反射后穿過Fb而到達(dá)B攝象管。透過的R光經(jīng)（III）部分穿過Fr到達(dá)R攝象管。光線在介質(zhì)中所走的路程與介質(zhì)折射率的乘積稱為光程，R、G、B三路的光程應(yīng)嚴(yán)格一致。Fr、Fb、Fg來進(jìn)一步校正。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,分色原理：干涉膜Mr和Mb所以會(huì)射出某些波長的光而透射其他波長的光圖45中折射率為n1、厚度為d的干涉膜涂在折射率為n2的玻璃了。入射光

7、從折射率為n0的空氣中進(jìn)入干涉膜的第一界面時(shí)反射光為I1；透過的光在第二個(gè)界面上又受到第二反射，該反射光透第一界面（也有一部分反射）進(jìn)入空氣的光為I2；如從C點(diǎn)向I1作垂線交于D點(diǎn)，并以C、D兩點(diǎn)為基準(zhǔn)。光束I1所走的光程n0.AD，顯然比光束F2所走的光程n1.（ABBC）短，其光程差,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,分色原理：,根據(jù)光的波動(dòng)理論，當(dāng)兩束光相位相反時(shí)，迭加后相互換消，故合成幅度最?。欢辔幌嗤瑫r(shí)，合成幅度最大。因此，當(dāng)式（4-6）中/2時(shí)，I1和I2相互抵消，反射光為零，即幾乎全部透過；當(dāng)時(shí)，I1和I2加強(qiáng)，反射光幅最大，透射光幾乎為零。這樣，如n1、n0和i等均固定，則只要選擇適當(dāng)

8、的膜厚d即可達(dá)到所需要反射光的要求,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,三、中性濾光片和色溫濾光片,中性濾色片：當(dāng)攝象管在強(qiáng)光下工作時(shí)，應(yīng)減少光圈。但有時(shí)為了達(dá)到一定藝術(shù)效果，不允許減少光圈，這就需要在光路中加入減少光量的衰減器，即中性濾色片。其常用的透光率有100、25、10、1.5數(shù)種；而光譜響應(yīng)特性應(yīng)當(dāng)平直。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,三、中性濾光片和色溫濾光片,色溫濾色片：攝象機(jī)的光譜性曲線的設(shè)計(jì)和白色平衡的調(diào)整，都是對一定色溫的照明而言的。目前攝象機(jī)都是按3200K照明色溫設(shè)計(jì)的，它的白色平衡是按D65白色要求調(diào)整的。因此，在攝象機(jī)光學(xué)鏡頭中，都加有把3200K轉(zhuǎn)換到6500K的D白色的色溫轉(zhuǎn)換。

9、但在實(shí)際工作中，照明光源是變化的。如室外自然光照在早、中、晚，陰、晴天時(shí)，色溫都不一樣。這時(shí)，如用攝象機(jī)去拍攝任意色溫照明時(shí)的景物，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的彩色失真。為了使攝象機(jī)在不同色溫光照時(shí)，攝取的景物與3200K光照、平衡于D65白色時(shí)一樣，必須對由于色溫不同而引起的光譜能量分布的變化進(jìn)行補(bǔ)償。通常在攝象光學(xué)系統(tǒng)中加入色溫校正濾色片，它具有一定的光譜特性。它剛好能補(bǔ)償色溫變化引起的光譜特性誤差，把不同溫的照射光源，轉(zhuǎn)換到3200K色溫光源。例如，把4800K的照射光轉(zhuǎn)到3200K的濾色片呈淺桔色。一般攝象機(jī)都有幾片色溫濾色片，以適應(yīng)不同光照時(shí)的色溫轉(zhuǎn)換要求,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,電視攝像管1、氧化

10、鉛光導(dǎo)攝像管：,前面我們介紹了視像管，由于視象管的惰性大，暗電流高而不穩(wěn)定，限制了它在彩色電視中的應(yīng)用 氧化鉛管的結(jié)構(gòu) 氧化鉛管除光電靶與視象管不同外，其余結(jié)構(gòu)和工作原理均與視象管相同。氧化鉛管的光電靶如圖46所示，它在透明導(dǎo)電膜上蒸鍍了三層氧化鉛薄膜。其中間一層是厚1020um的純凈的PbO本征層，稱為I層；在掃描側(cè)是摻有雜質(zhì)的N型PbO 層，稱為N層。P層和N層極薄，光電轉(zhuǎn)換主要在I層進(jìn)行，這三層構(gòu)成PIN光敏二極管結(jié)構(gòu),4.2 圖像信號的產(chǎn)生,電視攝像管1、氧化鉛光導(dǎo)攝像管：,氧化鉛管克服了視像管的惰性大，暗電流不穩(wěn)定的缺點(diǎn) 由于N層和P層電阻率很低，I層電阻率卻很高。靶壓通常為45伏，

11、將全部加在I層上，因此I層內(nèi)部的電場強(qiáng)度很高（45V/15um3106V/m）。I層內(nèi)受光激發(fā)所產(chǎn)生的載流子，在強(qiáng)電場作用下，以極高的速度通過I層，到達(dá)靶內(nèi)側(cè)面，渡越時(shí)間越短，復(fù)合的機(jī)會(huì)就減少。因此，在I層中由光激發(fā)出來的載流子幾乎全部參加導(dǎo)電，故光電轉(zhuǎn)換效率發(fā)揮充分，其靈敏度比視象管高。載流子渡越時(shí)間短本身就意味著記錄惰性小。另外由于I層較厚，使電容性惰性也小，但是靶厚卻使其分辨力略低于硫化銻管。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,電視攝像管1、氧化鉛光導(dǎo)攝像管：,氧化鉛管克服了視像管的惰性大，暗電流不穩(wěn)定的缺點(diǎn) 由于靶上加有45伏電壓，對PIN二極管來說是反向偏置，光電導(dǎo)管的暗電流就是通過這個(gè)反偏二

12、極管的反向電流。它的數(shù)值非常低，只有0.51.5nA。由于暗電流小，所以PbO管的信號雜波比（S/N）高，黑色電平均勻穩(wěn)定，無黑斑效應(yīng)。對彩色電視圖象的底色調(diào)整十分有利，很適于在彩色攝象機(jī)中。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,電視攝像管1、氧化鉛光導(dǎo)攝像管：,氧化鉛管的主要性能 靈敏度 由于在PbO管的I層內(nèi)部形成高達(dá)3106V/m的高電場，入射光激的載流子幾乎全部參與導(dǎo)電，使光電轉(zhuǎn)換效率得到充分發(fā)揮，光電靈敏度可達(dá)400uA/lm。1 英寸靶面的攝象管輸出0.3uA信號電流時(shí)靶面照度只需4LX。 光電轉(zhuǎn)換特性 當(dāng)靶壓為定值時(shí)，輸出電流與靶面照度的關(guān)系曲線稱為攝象管的光電轉(zhuǎn)換特性。PbO管的值為0.8

13、50.95，近似為1。所以其光電轉(zhuǎn)換特性為一條45的直線，如圖49所示。由于這一特性，因而使得在彩色攝象機(jī)易于滿足不同電平的彩色平衡。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,電視攝像管1、氧化鉛光導(dǎo)攝像管：,氧化鉛管的主要性能 光譜特性 攝象管的光譜特性表示輸出信號電流與入射光波長之間的函數(shù)關(guān)系，而光譜特性決于靶材料和結(jié)構(gòu)。不同波長光的光電轉(zhuǎn)換特性是不一樣的，光電轉(zhuǎn)換失去效應(yīng)的波長稱為截止波長，而hC/Eg（h為普朗克常數(shù)，C為光速，Eg為光電材料的禁帶寬度）。因PbO的Eg2.0電子伏特，故620nm。顯然，對紅色管來說是不夠的（應(yīng)為700nm）。為此在I層內(nèi)摻入禁帶寬度僅為0.4電子伏特的PbS使紅管的

14、截止波長得以擴(kuò)展，這種攝象稱紅色增強(qiáng)管，如攝象管XQ1025R。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,電視攝像管1、氧化鉛光導(dǎo)攝像管：,氧化鉛管的主要性能 光譜特性 波長較短的藍(lán)光，因受靶中N層的吸收，進(jìn)入I層時(shí)已較弱。為了不致過多的影響靈敏度，藍(lán)管的N層應(yīng)做得較薄。 彩色攝色機(jī)對紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三種管子的光譜特性有不同的要求，所以PbO管的R、G、B管是專用的，在管腳都有注明，使用時(shí)應(yīng)予注意。圖47中示出紅、綠、藍(lán)三種PbO管的光譜特性。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,電視攝像管1、氧化鉛光導(dǎo)攝像管：,氧化鉛管的主要性能 分解力 攝象管對景物細(xì)節(jié)的光電轉(zhuǎn)換能力稱為管子的分解力。它不僅與光電靶的材料

15、、結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且與掃描電子束的聚焦有關(guān)。 通常用調(diào)制特性來表示電視攝象管的分解力。如果被攝圖象為黑白線條，且每對線條的亮度變化幅度都一樣，則管子輸出信號幅度變化的相對值（或稱調(diào)制深度）與線條對數(shù)（也就是黑條與白條數(shù)，或稱線數(shù)）的關(guān)系曲線即為調(diào)制特性。 （ 625行掃描標(biāo)準(zhǔn)中，5MHz對應(yīng)為400線）。 調(diào)制特性也可以表示為調(diào)制深度與頻率的關(guān)系曲線,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,電視攝像管1、氧化鉛光導(dǎo)攝像管：,氧化鉛管的主要性能 分解力 圖47為一組1英寸氧化鉛管的調(diào)制特性曲線。圖中曲線表明，隨著頻率或線數(shù)的增加，調(diào)制深度將降低。還可以看出，藍(lán)管的調(diào)制大于綠管，紅管為最低。因?yàn)?，光電層對短波長的光吸

16、收得快，這樣波長最長的紅光因吸收得最差，便擴(kuò)散得厲害，散射造成了分解力的降低。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,電視攝像管1、氧化鉛光導(dǎo)攝像管：,低照度下的惰性與背景光的加入 盡管氧化鉛管靶中I層較厚，相對于視象管而言，電容惰性較小，但是由于I層的電阻率高，介電系數(shù)大，其電容惰性仍較嚴(yán)重。在低照度下，靶內(nèi)側(cè)面形成的電位起伏較低，幾乎與攝象管極電位接近，故靶內(nèi)側(cè)電位對著靶的電子束具有一定的排斥力。加上氧化鉛管也采用了慢電子束掃描，電子束到在靶面時(shí)的速度已接近零，因此多數(shù)電子不能上靶，只有少數(shù)能量較高的電子能夠上靶。這樣，一次掃描不能把靶面上的電位抹平，需要多次掃描才行，從而造成余象或運(yùn)動(dòng)物體后面出現(xiàn)拖尾

17、。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,電視攝像管1、氧化鉛光導(dǎo)攝像管：,低照度下的惰性與背景光的加入 為了克服照度下的惰性，常用的方法是加入背景光，即向靶面投射一層均勻的光，人為的提高靶面電位，使電子束容易上靶，從而使余象得以消失。加入均勻的背景光，相當(dāng)于增加了輸出圖象信號中的直流分量，這很容易從圖象信號中去掉。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,電視攝像管1、氧化鉛光導(dǎo)攝像管：,高照度下的惰性與抗彗尾電子槍： 對應(yīng)于高亮度的物體，氧化鉛管的電容性則以另外一種形式表現(xiàn)出來。在高照度下，靶面內(nèi)側(cè)出現(xiàn)很高的電位。由于掃描電子束不足，一次掃描不能抹平這些高電位，結(jié)果，在每次掃描后都有一部分高電位殘存下來，從而造成余象。

18、另外，在靶面內(nèi)側(cè)，這些高亮度象素點(diǎn)的電位很高，將吸引周圍的電子，其作用相當(dāng)于高電位向外擴(kuò)散。所以，從靜止物體的圖象來看，就會(huì)出現(xiàn)高度面積向外擴(kuò)展、滲透的所謂“開花現(xiàn)象”。若為運(yùn)動(dòng)物體，則在高亮度部分的后面出現(xiàn)一條擴(kuò)展的彩色拖尾，稱為彗星尾,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,電視攝像管1、氧化鉛光導(dǎo)攝像管：,高照度下的惰性與抗彗尾電子槍： 采用抗彗尾電子槍ACT（Anti Comet Tail）和自動(dòng)電子束最佳（ABC）電路可以克服上述現(xiàn)象。前者是采用特殊結(jié)構(gòu)的電子槍，能在掃描逆程期發(fā)射出很強(qiáng)的電子束，從而能把經(jīng)正程掃描后在靶面上殘存的電位全部抹平；后者則是利用攝象管外的電子束控制電路，根據(jù)入射光通量來控

19、制攝象管的柵極，將電子束的電流控制在適當(dāng)?shù)臄?shù)值范圍內(nèi)，保證一次掃描能將靶面內(nèi)側(cè)的電位全部抹平,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,電視攝像管2、電荷耦合器件CCD：,CCD是電荷耦合器件（Charge Coupled Device）的簡稱，它是一種金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）集成電路器件。 與光電導(dǎo)攝像管相比，具有以下特點(diǎn)：,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,電視攝像管2、電荷耦合器件CCD：,CCD的單元結(jié)構(gòu)： CCD攝像器件是由幾十萬個(gè)單元按一定排列制成的有序陣列，每個(gè)單元的核心結(jié)構(gòu)如下：,在P型（或N型）硅單晶襯底上采用氧化工藝在表面上形成一層很薄的優(yōu)質(zhì)二氧化硅（SiO2）,再在其上蒸發(fā)一層間距很小的金屬電極，

20、形成金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在電極上加適當(dāng)?shù)恼ɑ蜇?fù)）偏壓，它所形成的電場穿過SiO2層排斥襯底里的多數(shù)載流子 空穴（或電子），從而在電極下形成一個(gè)電荷耗盡層。這個(gè)耗盡層又會(huì)利用形成的電場把少數(shù)載流子吸引并儲(chǔ)存到SiO2-Si的界面附近，因此，常把這個(gè)耗盡層稱為“勢阱”。偏壓越高，勢阱越深。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,電視攝像管2、電荷耦合器件CCD：,CCD的工作原理： A：光電轉(zhuǎn)換和電荷積累 當(dāng)硅晶體受到光照射時(shí)，半導(dǎo)體由于光激發(fā)，在晶體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生電子空穴對。由此產(chǎn)生的電子會(huì)在電場的吸引下落入勢阱內(nèi)而儲(chǔ)存起來，形成電荷包。勢阱內(nèi)儲(chǔ)存的電荷的數(shù)目與該處所受光照的強(qiáng)弱和積累時(shí)間成正比。 B：信號電

21、荷的轉(zhuǎn)移 勢阱內(nèi)電荷包轉(zhuǎn)移是通過相鄰MOS單元結(jié)構(gòu)上Vg的變化來實(shí)現(xiàn)的。相鄰的上Vg所加的有規(guī)律的脈沖電壓，稱之為時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。利用勢阱內(nèi)電荷包有向勢阱更深處移動(dòng)的屬性，有規(guī)律的改變驅(qū)動(dòng)電壓的高低，可使電荷包按要求轉(zhuǎn)移。通常有三相時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)、二相時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)和四相時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)等幾種方式，都是依靠相應(yīng)的時(shí)鐘脈沖序列控制電壓高低來實(shí)現(xiàn)。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,電視攝像管2、電荷耦合器件CCD：,CCD的工作原理： 三相時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)：,每三個(gè)勢阱為一組，對它們的Vg加上三相時(shí)鐘脈沖。由于每個(gè)時(shí)刻上三個(gè)柵壓只有一個(gè)Vg為高電平，其余兩個(gè)為低電平，所以只有一個(gè)為深勢阱，其余兩個(gè)為淺勢阱。淺勢阱中的電荷包向深勢阱中轉(zhuǎn)移。

22、隨著時(shí)鐘脈沖的推移，深勢阱中的電荷包隨之向前移動(dòng)。每經(jīng)過一個(gè)半時(shí)鐘周期，電荷包便順序轉(zhuǎn)移三個(gè)勢阱。如果改變?nèi)齻€(gè)電壓的高低順序，可以改變電荷的移動(dòng)方向，所以三相時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)電荷包的雙向移動(dòng)。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,電視攝像管2、電荷耦合器件CCD：,CCD的工作原理： C：信號電荷的輸出,V3為轉(zhuǎn)移的最后一個(gè)電極，電極上所加為時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電壓。 Vog是由時(shí)鐘電路形成的輸出柵，所加電壓為固定值，等于時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)高低電壓的平均值。輸出柵之后為對絕緣層開一個(gè)窗口，并擴(kuò)散入n ，使與P型襯底間構(gòu)成一個(gè)PN結(jié)，作為輸出二極管。 N上加正電壓，P襯底接地，故工作于反偏狀態(tài)。 V為直流電源，是一高電壓，K也是

23、集成工藝生成的MOS場效應(yīng)管，工作于開關(guān)狀態(tài)，也稱復(fù)位管。K閉合時(shí)，輸出二極管反偏，在P襯底中，形成很深的勢阱。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,電視攝像管2、電荷耦合器件CCD：,CCD的工作原理： C：信號電荷的輸出,電荷包輸出過程為：當(dāng)V3時(shí)鐘電壓由高變低時(shí)， V3下勢阱變淺，電荷包通過Vog流向反偏二極管n+的勢阱中，并通過電容C流向電源 ，在C下端輸出一個(gè)負(fù)尖脈沖。脈沖幅度正比于電荷包中電荷數(shù)量，即相應(yīng)像素的光通量。輸出每個(gè)負(fù)脈沖后，復(fù)位開關(guān)K受控閉合，電容C放掉下端所充電荷，使電位回復(fù)，等待下一次的電荷包輸出。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,電視攝像管2、電荷耦合器件CCD：,面陣CCD攝像器件

24、 ： 面陣CCD攝像器件有行間轉(zhuǎn)移式（IT）、幀間轉(zhuǎn)移式（FT）和行幀間轉(zhuǎn)移式（FIT）三種,A、行間轉(zhuǎn)移式 IT式CCD中一列列感光單元與一列列垂直移位寄存器相間的排列，最下面是一個(gè)水平移位寄存器。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,電視攝像管2、電荷耦合器件CCD：,A、行間轉(zhuǎn)移式 場消隱期間電荷包從各個(gè)感光單元受時(shí)鐘信號控制在很短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)移到垂直移存器，場正程期間感光單元重新積累電荷包。在場正程期內(nèi)的行逆程期間垂直移存器將電荷包向下轉(zhuǎn)移一個(gè)單元，最下一行電荷包進(jìn)入水平移存器，而場正程內(nèi)的行正程期間水平移存器將一行的電荷包順序移至輸出端，形成一行行的圖像信號輸出。其缺點(diǎn)是傾斜射入的光線容易漏進(jìn)垂直移

25、存器內(nèi)，影響垂直清晰度。尤其是高亮度像點(diǎn)時(shí)，會(huì)造成垂直拖尾亮條；另外由于垂直移存器占去一多半感光面積，降低了器件的靈敏度。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,電視攝像管2、電荷耦合器件CCD：,B、幀間轉(zhuǎn)移式 FT式CCD有一個(gè)成像部分和一個(gè)與之大小相同和單元數(shù)目相同的存儲(chǔ)部分，以及一個(gè)水平移存器,場消隱期間成像部分中各個(gè)電荷包一一對應(yīng)的移入存儲(chǔ)部分各勢阱內(nèi)，然后，場正程期間電荷包的轉(zhuǎn)移和輸出像ITCCD一樣。主要缺點(diǎn)是在場消隱期間內(nèi)，電荷包轉(zhuǎn)移的距離較長，且在該期間內(nèi)仍有光線照射在成像部分上，會(huì)造成圖像垂直方向有些模糊。需加一個(gè)機(jī)械快門，使之在場消隱期間用葉片擋住光，因此增加了整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。,4.

26、2 圖像信號的產(chǎn)生,電視攝像管2、電荷耦合器件CCD：,C、幀行間轉(zhuǎn)移式,電荷包從垂直移存器轉(zhuǎn)移入存儲(chǔ)部分從20ms縮短為20us，其速度比IT式快上千倍，故拖道電平可減少60db 。FIT工作原理是，場消隱期間感光區(qū)電荷包瞬間轉(zhuǎn)移至遮光的垂直移位寄存器-IT方式。而后像FT一樣設(shè)置遮光的存儲(chǔ)部分，很快20us將垂直移存器的電荷包逐個(gè)轉(zhuǎn)移至存儲(chǔ)部分并像FT一樣再從水平移存器一行行輸出信號。,4.2 圖像信號的產(chǎn)生,電視攝像管2、電荷耦合器件CCD：,電子快門： 當(dāng)CCD攝像器件有附加有電子快門時(shí)，可以拍攝高速運(yùn)動(dòng)的物體，并給出較為清晰的運(yùn)動(dòng)圖像。其工作原理是將一場內(nèi)積累電荷包的時(shí)間分為兩段，前

27、一段積累的電荷包通過溢流溝道舍棄掉，后一段積累的電荷包正式用于讀出。后一段時(shí)期越短，相當(dāng)于電子快門速度越快,4.3 圖像信號的處理,攝像器件輸出的信號非常微弱，在進(jìn)行傳輸和記錄之前要進(jìn)行放大、補(bǔ)償?shù)忍幚?4.3 圖像信號的處理,4.31 反噪波校正預(yù)放器輸入電路,輸入電路的總電阻：Ri 輸入電路總電容：Ci 輸入電路阻抗Zi： Zi的模為： 頻率特性（如圖b）：,隨頻率的增加而降低,4.3 圖像信號的處理,4.31 反噪波校正預(yù)放器輸入電路,把攝像管像當(dāng)作信號源，由于其內(nèi)阻大，故可看作恒流源：,輸入電路引入的噪波：,4.3 圖像信號的處理,4.31 反噪波校正反噪波校正放大器,為了使從攝像管到

28、預(yù)放器輸出的總頻率特性平坦，則放大器的頻率特性與輸入電路的頻率特性的乘積在信號頻帶內(nèi)為一常數(shù)K0。,放大器的增益應(yīng)隨頻率增加而增大，故稱高頻補(bǔ)償放大器或反噪波校正放大器。,1）經(jīng)過放大器后輸入電路電阻引入的噪波,4.3 圖像信號的處理,4.31 反噪波校正反噪波校正放大器,2）放大器引入的噪波,第一級采用場效應(yīng)管，場效應(yīng)管引入的噪波：,經(jīng)過放大器后，場效應(yīng)管引入的噪波為：,整個(gè)頻段，場效應(yīng)管引入的噪波功率為：,4.3 圖像信號的處理,4.31 反噪波校正反噪波校正放大器,2）放大器引入的噪波,當(dāng) 較大時(shí)，,整個(gè)頻段，場效應(yīng)管引入的噪波功率可寫為：,所以，放大器輸出的總的噪波電壓有效值為：,4.

29、3 圖像信號的處理,4.31 反噪波校正反噪波校正放大器,信噪比分析：,輸出端有效電壓：,信噪比為：,分貝表示為：,4.3 圖像信號的處理,4.32 圖像信號中直流分量的恢復(fù),引入直流分量恢復(fù)的原因：,圖像信號的最低頻率分量反映景物亮度的緩慢變化，是直流分量；但傳輸通道中多采用交流耦合，是直流分量丟失，引起亮度畸變。故有必要恢復(fù)圖像信號中的直流分量。,電視圖像信號是單極性信號，同步信號固定與某一黑色電平，經(jīng)交流耦合后，同步信號的電平處于不同的電平值。因此，設(shè)法將同步信號鉗位在原來的黑色電平。則圖像信號的分量可以恢復(fù)。,直流分量恢復(fù)的思路：,4.3 圖像信號的處理,4.32 圖像信號中直流分量的

30、恢復(fù),鉗位電路的作用：,1）直流分量的恢復(fù)，如圖415。 2）低頻干擾疊加的消除，如圖416。,4.3 圖像信號的處理,4.32 圖像信號中直流分量的恢復(fù),鉗位電路的工作原理：,1）二極管鉗位電路，如圖417 正脈沖到來時(shí)，二極管導(dǎo)通，RL上端電位為0，C充電（左正右負(fù)）。 正脈沖過后，電容C上的電壓反加到二極管，使其截止。電容C通過RL放電，輸出電壓為負(fù)。 下次脈沖帶來，重復(fù)上兩步，每次脈沖到來，輸出電位為0，故將一序列不平的脈沖頂部鉗位在零電平。 缺點(diǎn)：充放電時(shí)間常數(shù)選取較困難，抗干擾性差。,4.3 圖像信號的處理,4.32 圖像信號中直流分量的恢復(fù),鉗位電路的工作原理：,2）強(qiáng)制鉗位電路

31、，如圖418 V2為鉗位三極管，在V2的基極強(qiáng)制性輸入一系列行消隱期間的行同步脈沖（鉗位脈沖）。則當(dāng)V2基極有鉗位脈沖時(shí)，V2飽和導(dǎo)通。前級輸入信號對C迅速充電。此時(shí)輸入信號脈沖被鉗位在V2的集電極（鉗位電平）。 V2鉗位脈沖之后，V2截止，C通過前級輸出阻抗和下級輸入阻抗放電。,4.3 圖像信號的處理,4.33 電纜校正,攝像機(jī)頭離控制臺(tái)往往比較遠(yuǎn)，從機(jī)頭到控制臺(tái)傳輸電纜的分布參數(shù)會(huì)使圖像信號的高頻分量跌落，影響圖保清晰度。所以，在控制臺(tái)要進(jìn)行高頻分量的提升處理，使衰減的高頻分量得到補(bǔ)償；完成這一功能的電路是電纜校正放大器。,某同軸電纜的特性,4.3 圖像信號的處理,4.34 黑斑校正,黑斑

32、效應(yīng)：由于多種原因，如攝像機(jī)鏡頭各區(qū)域亮度不均勻，投射在光電靶面的背景光不均勻及電子束在靶面邊緣不能垂直上靶等，會(huì)使重現(xiàn)圖像出現(xiàn)黑取或色斑的現(xiàn)象,黑班效應(yīng)有兩種形式, 即疊加型黑斑和乘積型黑斑。 疊加型黑班是在沒有發(fā)生畸變的圖像信號上疊加了一個(gè)不均勻的附加倍號，對此類黑班，只要在電路中產(chǎn)生一 個(gè)與附加信號波形相反的校正信號即可完成校正; 乘積型黑斑是圖像信號受到附加信號的調(diào)制而產(chǎn)生的, 對此類黑班，只要用與附加倍號波形相反的信號對有畸變的圖像信號進(jìn)行再調(diào)制即可完成校正。,所有校正信號有四種，行場消隱脈沖積分而得到的鋸齒波和再一次積分而形成的行頻場頻拋物線信號。 隨機(jī)性的黑斑無法通過電路校正。,

33、4.3 圖像信號的處理,4.34 黑斑校正,4.3 圖像信號的處理,4.35 校正,由于顯像管和攝像管光電轉(zhuǎn)換特性（調(diào)制特性）的非線性，會(huì)引起受、發(fā)圖像的亮度失真，從而引起圖像灰度畸變（畸變）。為了消除畸變，通常設(shè)置校正電路，目前，常用二極管電路構(gòu)成校正電路。,4.3 圖像信號的處理,4.35 校正,1、折線性校正放大器 如圖422，放大管發(fā)射極電阻Re并聯(lián)三個(gè)二極管電阻分支，并對三個(gè)二極管給以遞增的偏壓。 當(dāng)輸入信號小時(shí)，三個(gè)二極管導(dǎo)通，較小的射極電阻使放大管的增益較大。 當(dāng)信號增大時(shí)，射極電壓增高，三個(gè)二極管依次截止，使放大管的增益逐漸縮小。 2、漸變性校正放大器 如圖422b，兩個(gè)射隨器

34、之間接一個(gè)二極管、電阻組成的分壓器。 輸入小信號時(shí)，二極管導(dǎo)通電阻小，V2基極所得的分壓比較大，放大器增益比較大。 輸入大信號時(shí)，反之。,4.3 圖像信號的處理,4.36 彩色校正,為了正確重視被攝景物的彩色，攝象機(jī)的光譜響應(yīng)特性應(yīng)與接收端顯象三基色的混色曲線相一致。但顯象管的三條混色曲線中，每條曲線包含負(fù)值區(qū)域。而攝像機(jī)從鏡頭到攝像管都只有正值，會(huì)帶來彩色失真，因此有必要進(jìn)行彩色補(bǔ)償。,1、修正法 丟掉負(fù)區(qū)面積的同時(shí)，去掉大致相同相鄰正區(qū)面積，使視覺上獲得較滿意的傳色效果。 2、合成法 由于RGB三條光譜響應(yīng)曲線是相互重疊的，即每條曲線的負(fù)區(qū)都對應(yīng)另一條曲線的正區(qū)。所以，某一基色的負(fù)區(qū)可以通

35、過線形矩陣由另外的兩種基色反相以適當(dāng)?shù)姆群铣伞?4.4 PAL制彩色電視信號的形成,4.41 PAL制彩色全電視信號的形成方案,PAL制彩色全電視信號由亮度信號、色度信號、色同步信號 、復(fù)合消隱信號、復(fù)合同步信號組成。 因色度信號有不同的形成方法，故PAL信號有不同的編碼方案。,1、副載波逐行倒相的PAL編碼方案 先形成逐行倒相副載波esc，然后送如平衡調(diào)幅器，由V色差信號調(diào)制而得到PAL色度信號中的逐行倒相的v分量。,4.4 PAL制彩色電視信號的形成,4.41 PAL制彩色全電視信號的形成方案,1、副載波逐行倒相的PAL編碼方案,分析亮度信號、同步消隱信號、色差信號、色同步信號、色度副載

36、波的形成過程。,4.4 PAL制彩色電視信號的形成,4.41 PAL制彩色全電視信號的形成方案,2、數(shù)字電路預(yù)制副載波的PAL編碼方案 為了進(jìn)一步提高esc頻率相位的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，采用數(shù)字電路預(yù)制電路。如圖426 色度副載波esc經(jīng)0360度移相并變成方波后送入相位比較器和90度相移粗調(diào)。被比較的信號來自平衡調(diào)幅器，比較的結(jié)果控制四倍副載頻的頻率和相位。 四倍副載頻經(jīng)數(shù)字分頻，輸出四路相位分別為0、90、180、270的副載波信號，他們之間相位關(guān)系穩(wěn)定精確。 逐行切換0、180或90、270即可輸出逐行倒相的副載波。,4.4 PAL制彩色電視信號的形成,4.41 PAL制彩色全電視信號的形成

37、方案,3、PAL制色同步信號,因K脈沖在行逆程，故可以直接插入色差信號BY、RY。 U通道中副載波180相位，V通道中副載波逐行90、270，合成后相位分別為135 。,4.4 PAL制彩色電視信號的形成,4.41 PAL制彩色全電視信號的形成方案,3、PAL制色同步信號,在場消隱脈沖的場同步脈沖期間，色同步信號疊加在齒脈沖上，如上圖，齒脈沖上色同步信號的負(fù)半周向下超出行同步脈沖電平，造成發(fā)射機(jī)的過調(diào)制。在均衡脈沖期間的色同步信號還會(huì)干擾場掃描同步電路的正常工作。所以，應(yīng)抑制場同步及均衡脈沖期間的色同步信號 。,4.4 PAL制彩色電視信號的形成,4.41 PAL制彩色全電視信號的形成方案,3

38、、PAL制色同步信號,同步及均衡脈沖期間對色同步信號其抑制有兩點(diǎn)要求： 第一，只抑制前、后均衡脈沖和場同步脈沖期間的色同步信號；第二，使得抑制前出現(xiàn)的最后一個(gè)色同步信號和抑制結(jié)束后出現(xiàn)的第一個(gè)色同步信號相位應(yīng)均為135。按此要求需抑制9個(gè)色同步信號，且抑制位置必須按第四、一、二、三場的次序逐場左移半行，稱為色同步的迂迴消除。,4.4 PAL制彩色電視信號的形成,4.42 基色信號的矩陣變換,1、亮度信號的矩陣變換,1）電阻矩陣電路 2）運(yùn)算放大器矩陣電路,4.4 PAL制彩色電視信號的形成,4.42 基色信號的矩陣變換,2、色差信號的矩陣變換,可以根據(jù)如下公式，設(shè)計(jì)相應(yīng)的矩陣電路,由三極管完成

39、倒相與相加的運(yùn)算,4.4 PAL制彩色電視信號的形成,4.42 色度信號的形成,色度信號的形成是通過剛才列舉的矩陣電路得到色差信號，經(jīng)過頻帶壓縮、鉗位后變成合適的U、V信號，對相位相差90 的副載波進(jìn)行平衡調(diào)幅，混合起來得到U、V正交調(diào)制的色度信號,平衡調(diào)幅器： 1）差分放大器實(shí)現(xiàn)平衡調(diào)幅原理 2）實(shí)用平衡調(diào)幅電路分析,4.5 射頻電視信號的形成,電視廣播信號由全電視信號（也稱視頻信號或圖像信號）和伴音信號組成，也稱為視、音頻基帶信號(未調(diào)制前的信號通常稱為基帶信號）。視頻信號頻帶為06MHz、音頻信號的頻帶為40Hz15KHz?；鶐盘柋仨氄{(diào)制在射頻載波上，才能以無線電波的形式通過空間或媒體

40、傳播。 地面廣播選在超短波范圍，所以我國規(guī)定的甚高頻段（VHF）48223MHZ、超高頻段（UHF）470960MHZ,4.5 射頻電視信號的形成,一、圖像信號的殘留邊帶調(diào)幅1一般調(diào)幅模擬信號調(diào)制傳輸最常用的調(diào)制方式為一般調(diào)幅方式，也稱雙邊帶調(diào)幅。設(shè)調(diào)制信號為： ，載波信號為： ，一般調(diào)幅信號的表示式為： 一般調(diào)幅的波形及頻譜給出波形和頻譜。一般調(diào)幅信號的主要特點(diǎn)為包絡(luò)(指已調(diào)信號高頻振蕩振幅的變化規(guī)律)反映調(diào)制信號，故接收端可用包絡(luò)檢波器解調(diào)，電路簡單。但是已調(diào)波頻帶太寬，為2f,其中f為調(diào)制信號頻率，在電視地面廣播中不予采用。,4.5 射頻電視信號的形成,一、圖像信號的殘留邊帶調(diào)幅2單邊帶

41、調(diào)幅從信息角度看，調(diào)幅信號可以只保留一個(gè)邊帶，將只保留載頻和一個(gè)邊帶的調(diào)幅方式稱為單邊帶調(diào)幅方式。只保留上邊帶時(shí)單邊帶調(diào)幅信號的表示式為 單邊帶調(diào)幅的波形及頻譜給出單帶調(diào)幅的波形、頻譜圖，可見帶寬減小一半。,從ussB看出不再反映調(diào)制信號，所以對單邊帶調(diào)幅信號不宜用包絡(luò)檢波器檢波，會(huì)造成解調(diào)信號波形失真，必須用同步檢波器解調(diào)。加之在發(fā)射端完全抑制掉一個(gè)邊帶又保留載頻在電路上實(shí)現(xiàn)困難。因?yàn)闉V波器截止邊沿不易十分陡峭，且相頻特性也不可能理想，因此在電視廣播中不予采用。,4.5 射頻電視信號的形成,一、圖像信號的殘留邊帶調(diào)幅3殘留邊帶調(diào)幅為兼顧較窄帶寬、解調(diào)電路簡單、解調(diào)后信號基本不失真的要求，實(shí)際

42、中電視信號采用殘留邊帶調(diào)幅方式發(fā)射。在電視即保留調(diào)幅信號一個(gè)完整的邊帶（例如上邊帶）和部分另一邊帶（如下邊帶），即殘留了部分邊帶。,殘留副載波產(chǎn)生過程：,4.5 射頻電視信號的形成,一、圖像信號的殘留邊帶調(diào)幅3殘留邊帶調(diào)幅 殘留邊帶調(diào)幅幅頻特性：,我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定殘留邊帶幅頻特性如圖所示，保留上邊帶和部分下邊帶，伴音載頻fS比圖像載頻fP高6.5MHz，距fP為-1.25MHz處的最小衰減量為20 dB。 考慮到保留載頻及部分下邊帶時(shí)留有0.5MHz漸降過渡區(qū)的邊帶濾波器容易實(shí)現(xiàn),故實(shí)際中采用殘留邊帶調(diào)幅。殘留下邊帶的截止頻率（幅頻特性為時(shí)）在0-1.25MHz處。這種殘留邊帶調(diào)幅信號接收端可用普

43、通的幅度檢波電路，理論分析其失真量不大。而目前集成視頻檢波器已采用同步檢波方式，有抑制正交分量的能力，使檢波出信號不存在這方面的失真。,4.5 射頻電視信號的形成,4.51 圖像信號的調(diào)制 一、殘留邊帶調(diào)制方式 接收機(jī)中頻特性：殘留邊帶調(diào)制是一種不均衡調(diào)制，對圖像信號中低于0.75MHz的頻率成分，具有雙邊帶特性，經(jīng)峰值包絡(luò)檢波后輸出信號的振幅較大。對于圖像信號中的1.256MHz的頻率成分，具有單邊帶特性，經(jīng)解調(diào)后輸出信號振幅減半。這樣，低頻分量振幅較大，使圖像對比度增加，但高頻分量跌落會(huì)使圖像清晰度下降。,4.5 射頻電視信號的形成,4.51 圖像信號的調(diào)制 一、殘留邊帶調(diào)制方式 接收機(jī)中

44、頻特性：為了無失真的傳送圖像信號，即在接收端恢復(fù)出的視頻信號中各頻率分量保持正確的比例關(guān)系。現(xiàn)在的接收機(jī)都是超外差式的(中頻通頻帶高低頻率發(fā)生倒置)，即接收射頻信號后先經(jīng)過高頻放大，再和本機(jī)振蕩器的信號混頻，而后得出固定頻率范圍的中頻電視信號，我國規(guī)定圖像中頻為：fPI38MHz。接收機(jī)中頻網(wǎng)絡(luò)必須具有下圖所示幅頻特性。,其特點(diǎn)為：fpi的增益為：Kvi/2； fpi-(0.756MHz)中放增益為Kvi ；fpi的中放增益從0到Kvi (中放增益)線性變化。使得在圖像信號中同一調(diào)制信號頻率的下邊頻帶與上邊頻帶增益之和為Kvi。從而使檢波輸出圖像信號06MHz的幅頻特性平直。,4.5 射頻電視

45、信號的形成,4.51 圖像信號的調(diào)制 一、殘留邊帶調(diào)制方式 接收機(jī)中頻特性：,良好視頻信號傳輸特性的獲得與電視接收機(jī)中頻特性的調(diào)整有很大關(guān)系： 1）只有當(dāng)圖像中頻準(zhǔn)確地調(diào)在中頻幅頻特性曲線斜邊中點(diǎn)A點(diǎn)，fpi、fpifpi0.75MHZ、fpi0.75MHZfpi+6MHZ各處圖像中頻傳輸特性平直。 2）當(dāng)圖像中頻調(diào)得高于斜邊中點(diǎn)，（相當(dāng)于曲線右移）故低頻端增益增大，高頻端增益減小，引起圖像清晰度下降，對比度增強(qiáng)。 3）當(dāng)圖像中頻調(diào)得低于斜邊中點(diǎn)，（相當(dāng)于曲線左移）故低頻端增益變小，高頻端增益增強(qiáng)，引起圖像缺少層次感，出現(xiàn)浮雕現(xiàn)象,4.5 射頻電視信號的形成,4.51 圖像信號的調(diào)制 一、殘留

46、邊帶調(diào)制方式 接收機(jī)中頻特性：,正交失真： 對于0.756MHZ頻帶內(nèi)為單邊帶傳輸，一般檢波器檢波輸出中有正交失真分量如圖436c和式430 。由圖可知，調(diào)制信號與載波信號比越小， 即m越小，正交失真分量的幅度也小，如果載波幅度比調(diào)制信號大很多，則基本不影響圖像質(zhì)量。 每一對邊頻分量的上下邊頻幅度不相等，實(shí)際上也存在正交失真分量，但是理論分析表明，其失真量值比單邊帶調(diào)幅時(shí)小，對圖像重現(xiàn)質(zhì)量也基本無影響，若用同步檢波器，效果更理想。,4.5 射頻電視信號的形成,4.51 圖像信號的調(diào)制 一、殘留邊帶調(diào)制方式,殘留邊帶相位失真： 一個(gè)包絡(luò)不產(chǎn)生失真得傳輸系統(tǒng)的理想相頻特性為： ()=(-c)gc

47、即載波高頻相移c，包絡(luò)延時(shí)g，又：gd（ ()）/d 故，只要系統(tǒng)相頻特性為線性，則g為恒量。 要使調(diào)幅信號通過系統(tǒng)后，檢波不產(chǎn)生失真，要求系統(tǒng)在信號的頻率范圍內(nèi)群延時(shí)為恒值。,4.5 射頻電視信號的形成,4.51 圖像信號的調(diào)制 一、殘留邊帶調(diào)制方式,殘留邊帶相位失真： 電視發(fā)射機(jī)中，幅頻特性和群延時(shí)特性如圖438a、b。 電視接收機(jī)中，幅頻特性和群延時(shí)特性如圖438c、d。 系統(tǒng)中群延時(shí)不均勻，會(huì)引起圖像細(xì)節(jié)出亮度和彩色重合不好，產(chǎn)生彩色鑲邊。 為了保證從發(fā)射極到接收機(jī)，彩色全電視信號不產(chǎn)生相位失真，一般在發(fā)射機(jī)里進(jìn)行總預(yù)校正。如圖439,4.5 射頻電視信號的形成,4.51 圖像信號的調(diào)

48、制 二、調(diào)制極性,用正極性全電視信號對射頻載波進(jìn)行調(diào)幅，稱為正極性調(diào)制。其特點(diǎn)是白電平調(diào)制載波幅度最大，同步電平調(diào)制載波幅度最小。 用負(fù)極性全電視信號對射頻載波進(jìn)行調(diào)幅，稱為負(fù)極性調(diào)制。其特點(diǎn)是白電平載波幅度最小，同步電平載波幅度最大。此時(shí)規(guī)定，同步電平載波的幅度為100，消隱電平載波幅度75，白電平載波幅度（1012.5）。,白電平之所以不是0，是為了讓內(nèi)載波式電視接收機(jī)的檢波器里總能差拍出6.5MHz的第二伴音載波，保證伴音接收正常。,4.5 射頻電視信號的形成,4.51 圖像信號的調(diào)制 二、調(diào)制極性,我國選用負(fù)極性調(diào)制的原因： 1、一般圖象中明亮部分總比黑暗部分占的面積大，因此，負(fù)極性調(diào)

49、制時(shí)調(diào)幅信號的平均功率要比峰值功率小，通常小23倍。因此從發(fā)射機(jī)輸出功率的效率上看，負(fù)極性調(diào)制必大大優(yōu)于正極性調(diào)制。另外，在負(fù)極性調(diào)制時(shí)，調(diào)制級中同步脈沖可以增大到進(jìn)入調(diào)制特性曲線的上部彎曲部分，因而可充分利用調(diào)制特性曲線的動(dòng)態(tài)范圍，使已調(diào)波的功率輸出盡量大；正極性調(diào)制則不能利用調(diào)制特性曲線的上部彎曲部分，否則，就會(huì)引起圖象的灰度畸變而較難彌補(bǔ)。因此，負(fù)極性調(diào)制所能發(fā)送的最大功率可比正極性調(diào)制提高1.5倍。,4.5 射頻電視信號的形成,4.51 圖像信號的調(diào)制 二、調(diào)制極性,我國選用負(fù)極性調(diào)制的原因： 2、負(fù)極性調(diào)制時(shí)，同步電平就是信號的峰值電平，便于用作基準(zhǔn)電平進(jìn)行信號的自動(dòng)增益控制。 3、

50、干擾的影響：射頻信號受外來雜散電磁場干擾時(shí)，干擾電壓是迭加在調(diào)幅波電壓上的。脈沖性干擾將向已調(diào)波方向伸出，經(jīng)檢波后在屏幕上形成干擾光點(diǎn)，負(fù)極性調(diào)制時(shí)為暗點(diǎn)，正極性調(diào)制時(shí)為亮點(diǎn)，顯然亮點(diǎn)干擾比暗點(diǎn)干擾易為人們所察覺，雖然，這種脈沖性干擾可能影響電視機(jī)的同步掃描電路，但現(xiàn)在的掃描電路都有良好的抗干擾措施。,4.5 射頻電視信號的形成,4.51 圖像信號的調(diào)制 三、伴音調(diào)制方式,伴音信號與圖象信號一樣，也必須調(diào)制在載頻上，才能發(fā)送出去。為了圖象信號共用一付天線和盡量壓縮電視信號的頻帶，伴音載頻應(yīng)可能地靠近圖象載頻。對于6Mhz視頻帶寬的電視標(biāo)準(zhǔn)，伴音載頻規(guī)定比圖象載頻高6.5Mhz。 伴音通常采用調(diào)

51、幅或調(diào)頻方式。我國電視規(guī)定采用調(diào)頻方式，并且規(guī)定伴音調(diào)頻信號的最大頻偏50KHZ。設(shè)伴音信號最高頻率15KHZ，則調(diào)頻信號帶寬一般取f=2(50+15)KHZ=250300kHz。因此，伴音載頻比圖象載頻高6.5Mhz時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生圖象與伴音已調(diào)波信號頻譜重迭現(xiàn)象。 伴音采用調(diào)頻方式的優(yōu)點(diǎn)是：音質(zhì)好，抗干擾能力強(qiáng)，以及減少與調(diào)幅圖象信號之間的相互串?dāng)_,4.5 射頻電視信號的形成,4.51 圖像信號的調(diào)制 三、伴音調(diào)制方式,為了改善伴音調(diào)頻信號（特別是高頻分量）的抗干擾性能，還須采取高音預(yù)加重措施，即在發(fā)送端人為地對伴音的高頻部分的幅度進(jìn)行提升，增強(qiáng)高音的強(qiáng)度 。 預(yù)加重原因： 高頻電路指出，調(diào)頻

52、信號的抗干擾性能是和調(diào)制度mff /f 成正比的。其中頻偏 f與音頻信號的振幅成正比。 就伴音而言，高音頻部分的振幅通常比低音頻部分小得多； f是調(diào)制信號的頻率。因此高音頻部分的頻偏小， f高，故調(diào)制度mf比低音頻部分小得多，其抗干擾性能（信噪比）比低音頻部分低。 為此在發(fā)送采用微分電路對高音部分的振幅進(jìn)行人為地提升；,4.5 射頻電視信號的形成,4.51 圖像信號的調(diào)制 三、伴音調(diào)制方式,4.5 射頻電視信號的形成,4.51 圖像信號的調(diào)制 五、電視頻道的劃分,我國電視頻道共分為VHF（甚高頻）和UHF（超高頻）兩個(gè)波段；另外，VHF分I、II、III三個(gè)波段，UHF成為IV、V兩個(gè)波段。I

53、、II、IV、V波段供電視廣播用、II波段供通信和調(diào)頻廣播用，書末附錄列出我國68個(gè)頻道的劃分標(biāo)準(zhǔn)。每個(gè)電視頻道都占有8Mhz的頻帶。,4.5 射頻電視信號的形成,4.52 電視發(fā)射機(jī),電視發(fā)射機(jī)是電視發(fā)送設(shè)備的重要組成部分，它由電視圖像發(fā)射機(jī)和伴音發(fā)射機(jī)組成,4.5 射頻電視信號的形成,4.52 電視發(fā)射機(jī),電視發(fā)射機(jī)組成：,4.5 射頻電視信號的形成,4.52 電視發(fā)射機(jī),視頻信號經(jīng)鉗位放大、微分相位校正后，送入圖象調(diào)幅級。通過對中頻振蕩 調(diào)幅形成雙邊帶中頻圖象信號。然后，由集總參數(shù)元件構(gòu)成的殘留邊帶濾波器限制信號帶寬。再經(jīng)群延時(shí)校正、微分增益校正后，送到圖象混頻器與高頻振蕩混頻，形成高頻

54、圖象信號。最后，經(jīng)高頻功率放大饋送到雙工器及天線，并由天線以高頻電磁波形式輻射出去 。,在伴音發(fā)射中，伴音信號經(jīng)放大后進(jìn)入伴音調(diào)頻級，通過對中頻振蕩調(diào)頻形成中頻伴音信號。再經(jīng)伴音混頻而變?yōu)楦哳l伴音信號。最后，經(jīng)功率放大后饋送到雙工器及天線，與圖象高頻信號一起以高頻電磁波的形式輻射出去。,為了保證圖象發(fā)射機(jī)與伴音發(fā)射機(jī)有同樣的覆蓋面積，一般使圖象峰值發(fā)射功率與伴音有效發(fā)射功率之比為10：1,4.5 射頻電視信號的形成,4.6 同步信號的形成,為了保證圖像信號從發(fā)送端到接收端穩(wěn)定、準(zhǔn)確的傳送，在PAL制電視中由電視信號同步機(jī)產(chǎn)生行推動(dòng)信號H、場推動(dòng)信號V、復(fù)合同步信號S、復(fù)合消隱信號B、以及色副載

55、波F，色同步旗形脈沖K和PAL識別脈沖P。,4.61 同步信號的定時(shí)原理,同步機(jī)產(chǎn)生的7種信號在頻率相位方面保持嚴(yán)格的關(guān)系：各種信號都與行頻相關(guān)，與行頻有嚴(yán)格的相位關(guān)系。因此可以用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號產(chǎn)生其他信號。 行頻與場頻的關(guān)系、行頻與消隱號的關(guān)系 行頻與色同步旗形脈沖、PAL開關(guān)的關(guān)系 行頻與色副載波的關(guān)系。,4.5 射頻電視信號的形成,目前的同步機(jī)通常選副載頻作為標(biāo)準(zhǔn)信號，來產(chǎn)生其它各種信號,4.61 同步信號的定時(shí)原理,又：,副載波分頻方案：,4.5 射頻電視信號的形成,4.61 同步信號的定時(shí)原理,副載波分頻方案：,4.5 射頻電視信號的形成,4.61 同步信號的定時(shí)原理,集成化數(shù)字同步機(jī)

56、方案：1.25MHZ方波周期為0.8us，同步機(jī)所需其他同步信號的寬度是它的整數(shù)倍。,fH/4=(fsc-25)/1135,4.5 射頻電視信號的形成,4.61 同步信號的形成,利用定時(shí)部分輸出的2fH 、fH 、fV 三種基本頻率，采用一次形成法和電子綜合法，便可形成所需要的各種同步信號。,一次成形法：,由此可見： 輸出脈沖的寬度僅決定于S端觸發(fā)脈沖和緊跟著它們的R端觸發(fā)脈沖的作用情況。 輸出脈沖的周期僅決定于S端兩個(gè)相鄰的觸發(fā)脈沖之間的間隔（在此間隔時(shí)間內(nèi)R端必須至少有一個(gè)觸發(fā)脈沖輸入）。 一次形成法的關(guān)鍵在于，排列出兩列具有合適時(shí)間關(guān)系的觸發(fā)脈沖，并分別注入R端與S端，就能從Q端得到所需

57、要的各種同步信號，它們可以分別為S、BL、HD、VD、K、P信號或者是它們組合信號。,4.5 射頻電視信號的形成,4.61 同步信號的形成,利用定時(shí)部分輸出的2fH 、fH 、fV 三種基本頻率，采用一次形成法和電子綜合法，便可形成所需要的各種同步信號。,一次成形法：,利用在RS觸發(fā)器的S端和R端加以合適的觸發(fā)脈沖，一次形成所需的各種同步信號，如圖4.5-4所示。假設(shè)R端與S端分別注入圖（b）所示兩列負(fù)脈沖串，t1時(shí)刻之前，Q0；在tt1時(shí)，S0，Q1；當(dāng)tt1時(shí)，R0，Q0；當(dāng)tt3時(shí)，R0，Q仍等于0。同理，可以分析t4、t5、t6時(shí)刻負(fù)尖脈沖的作用情況。,4.5 射頻電視信號的形成,4.

58、61 同步信號的形成,利用定時(shí)部分輸出的2fH 、fH 、fV 三種基本頻率，采用一次形成法和電子綜合法，便可形成所需要的各種同步信號。,一次成形法：,利用在RS觸發(fā)器的S端和R端加以合適的觸發(fā)脈沖，一次形成所需的各種同步信號，如圖4.5-4所示。假設(shè)R端與S端分別注入圖（b）所示兩列負(fù)脈沖串，t1時(shí)刻之前，Q0；在tt1時(shí)，S0，Q1；當(dāng)tt1時(shí)，R0，Q0；當(dāng)tt3時(shí)，R0，Q仍等于0。同理，可以分析t4、t5、t6時(shí)刻負(fù)尖脈沖的作用情況。,4.5 射頻電視信號的形成,4.63 同步設(shè)備之間的鎖相原理,臺(tái)從鎖相（Genlock）,臺(tái)從鎖相是指本地同步機(jī)的頻率與相位受控于外地同步的頻率和相位

59、。利用下圖副載波鎖相系統(tǒng)即可完成這種功能。色同步選通電路輸出的外地色同步信號和本地副載波信號在鑒相器進(jìn)行比較，產(chǎn)生7.8kHz的PAL識別信號。它有兩個(gè)作用： 其一，經(jīng)低通濾波器濾波后，控制本地副載波與外地副載波同頻同相；其二，可作為P脈沖定相用。,4.5 射頻電視信號的形成,4.63 同步設(shè)備之間的鎖相原理,臺(tái)從鎖相（Genlock）,由于鎖定的本地振蕩相位與外來色同步副載波相位有90度相位差，又由于傳送信號的電纜長度對到達(dá)混合設(shè)備的色度信號副載波的相位有影響，所以，圖中還設(shè)置了可調(diào)的移相器。 被外地副載頻鎖定后的本地副載頻，經(jīng)過25Hz頻移后，再經(jīng)若干次分頻及倍頻處理所得到的行頻、場頻脈沖

60、雖與外地的行頻、場頻相同，但是其相位還不能保證相同。因此，除副載波鎖相電路外，還必須設(shè)置行鎖相環(huán)路、場鎖相環(huán)路及P脈沖定相電路。,4.5 射頻電視信號的形成,4.63 同步設(shè)備之間的鎖相原理,臺(tái)主鎖相（Genlock）,臺(tái)主鎖相是指外地同步機(jī)的頻率與相位受控于中心臺(tái)的頻率和相位，下圖示出一種臺(tái)主鎖相方式的原理方框圖。在電視中心臺(tái)，從收到外來（例如轉(zhuǎn)播車）的全電視信號中取出各種同步信號，分別與本地中心臺(tái)同步機(jī)的副載波行、場同步信號及P脈沖鑒相，鑒相輸出的誤差控制電壓，通過傳輸線路返送到轉(zhuǎn)播車，用以控制轉(zhuǎn)播車的同步機(jī)，使之與中心臺(tái)同步。臺(tái)主鎖相可以由中心臺(tái)分別控制多臺(tái)轉(zhuǎn)播車，以便進(jìn)行多路節(jié)目聯(lián)播。

61、這時(shí)，轉(zhuǎn)播車同步機(jī)不再使用25Hz頻移及 PAL耦合器，其副載波與行頻間的確切關(guān)系由中心臺(tái)同步機(jī)保證。,4.5 射頻電視信號的形成,4.63 同步設(shè)備之間的鎖相原理,臺(tái)主鎖相（Genlock）,4.5 射頻電視信號的形成,4.63 同步設(shè)備之間的鎖相原理,全國電視臺(tái)鎖相系統(tǒng)（Natlock）,全國電視臺(tái)鎖相系統(tǒng)是一種擴(kuò)大的臺(tái)主鎖相系統(tǒng)，它使全國所有電視臺(tái)都與中央電視機(jī)保持同步信號具有同頻同相的關(guān)系，從而可以實(shí)現(xiàn)全國范圍內(nèi)的節(jié)目聯(lián)播。 將各地電視臺(tái)（或轉(zhuǎn)播車）送來的同步信號與中央臺(tái)的同步信號進(jìn)行比較，輸出的誤差信號經(jīng)過編碼后形成音頻信號。受控臺(tái)收到音頻誤差信號，由誤差信號解碼器解碼并用以控制移相推動(dòng)器。移相推動(dòng)器是一個(gè)2fH發(fā)生器，它將具有高穩(wěn)定度的副載波分頻而形成2fH的信號，它可根據(jù)不同的控制信號置于不同的校正狀態(tài)。換言之，由不同的控制信號改變其分頻比，從而使受控臺(tái)同步機(jī)的定時(shí)信號產(chǎn)生相移校正，直至與中央臺(tái)鎖定為止。輸出的誤差信號采用音頻信號編碼，具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：其一，增強(qiáng)抗干擾能力；其二，便于使用窄頻帶電話線路進(jìn)行傳輸。,4.5 射頻電視信號的形成,4.63 同步設(shè)備之間的鎖相原理,全國電視臺(tái)鎖相系統(tǒng)（Natlock）,