第1章 電視信號傳輸與接收的基礎知識

1.1 電視節目的采集和傳輸

1.1.1 電視信號的形成、發射和接收

人們在電視屏幕上看到的節目，都是先由攝像機和話筒將現場景物和聲音變成電信號（視頻圖像信號及伴音信號）送到發射臺經調制發射，或是先用錄像機將這些聲像電信號記錄下來進行編輯后送入發射機再發射出去。

為了使聲像信號能傳送到千家萬戶，要選擇適當的射頻載波信號。50 ～1000MHz的射頻信號如有足夠的功率可以傳輸數十千米至數百千米，只要天線發射塔足夠高就可以覆蓋較大的面積（城市及遠郊）。將視頻圖像信號和伴音信號“裝載”（調制）到這種射頻信號上就可以實現電視信號傳輸的目的。

電視節目發射前的圖像和伴音信號的處理過程如圖1-1所示。從圖中可見，視頻圖像信號由攝像機產生，音頻伴音信號由話筒產生，分別經處理（調制、放大、合成）后由天線發射出去。

電視節目的接收過程如圖1-2所示，天線接收的高頻信號經調諧器放大和混頻后變成中頻信號。中頻載波經放大和同步檢波，將調制在載波上的視頻圖像信號提取出來。圖像信號經檢波和處理，在同步偏轉的作用下由顯像管將圖像恢復出來。音頻信號經FM解調、低放后由揚聲器恢復出來。

1.1.2 模擬電視信號的調制和傳輸方式

電視信號主要由圖像信號（視頻信號）和伴音信號（音頻信號）兩大部分組成。圖像信號的頻帶為0～6MHz，伴音信號的頻帶一般為20Hz～20kHz。為了能進行遠距離傳送，并避免兩種信號的互相干擾，在發射臺將圖像信號和伴音信號分別采用調幅和調頻方式調制在射頻載波上，形成射頻電視信號從電視發射天線發射出去，供電視機接收。視頻已調幅（AM）的信號波形與音頻已調頻（FM）的波形如圖1-3所示，這樣可有效地避免伴音和圖像之間的相互干擾。

電視節目的調制、發射、傳輸和接收的過程如圖1-4所示。

射頻圖像信號是一種調幅波，即載波信號（fp）受視頻圖像信號的調制而形成的。調幅波有上下兩個邊帶，即（fp+6MHz）和（fp-6MHz），占有12MHz帶寬。這樣，在有限的廣播電視波段就容納不了多少個頻道。另外，這樣寬的頻帶使接收機的造價也大大增加。因此，在保證圖像信號不受損失的條件下，將下邊帶進行部分抑制，以減小帶寬，這就是殘留邊帶方式，如圖1-5所示。可見，一個頻道就只占8MHz的帶寬了。

伴音信號一般是先調頻在6.5MHz 的載波上（電視機中的第二伴音中頻信號），再將6.5MHz的伴音載波信號與圖像載波混頻，產生出比圖像載波高6.5MHz的伴音射頻信號。為了提高伴音信號的信噪比，伴音信號在調頻之前要先經過預加重處理，即有意識地提升伴音信號中的高頻部分，解調后利用去加重電路，恢復為原伴音信號，這樣做可以抑制其三角噪聲。

調幅的射頻圖像信號和調頻伴音信號，經雙工器合在一起組成射頻電視信號，共占8MHz的頻帶寬度。這種射頻電視信號經過高頻功率放大后即可從天線發射出去供電視機接收，也可用電纜直接饋送給電視機。

我國的射頻電視信號分甚高頻（VHF）和超高頻（UHF）兩波段。甚高頻段包括1～12頻道，其中1～5頻道稱為低頻段（即VI或VL），頻率范圍為50～92MHz；6～12頻道稱為高頻段（即VⅢ或VH），頻率范圍為168～220MHz。超高頻段包括13～68頻道，頻率范圍為470～960MHz。

1.1.3 電視信號的編碼和解碼過程

1. 電視信號的編碼方法

電視信號的編碼各國有不同的方式，國際上流行的有三種方式，即NTSC制、PAL制和SE-CAM制，我國采用的是PAL制。視頻信號的形成通常是由攝像機完成的，如圖1-6所示。

視頻攝像機所攝景物的光信號通過鏡頭組進入攝像機，通過分色器將所攝彩色圖像分解成紅（R）、綠（G）、藍（B）3幅基色圖像（如圖1-7所示），分別送到3只CCD攝像元件（或攝像管），CCD圖像傳感器再把這3幅基色圖像光信號轉換成R、G、B三個基色電信號。這3個基色電信號在矩陣電路經編碼組成一個復合視頻信號。

PAL開關的控制信號是1/2行頻，即7.8kHz的開關信號，它由行同步信號經分頻整形后得到。這樣就造成了送到V平衡調制器的副載波信號的相位一行為+90°，而下一行為-90°。U分量和V分量在加法器中混合在一起組成色度信號，經諧波濾波器去除多余的諧波成分之后再送到加法器（信號混合電路）與亮度信號混合。亮度信號在混合前還必須嵌入電視接收機掃描用的行、場消隱脈沖和復合同步脈沖信號。場、行消隱脈沖及復合同步脈沖是由攝像機內部的同步發生器產生的。加法器完成了這一嵌合作用。由于兩個色差信號經窄帶濾波器處理后產生延時作用，所以為了對此延時進行補償，在混合前還要對亮度信號施加0.6～0.7μs的延遲。使亮度及色度信號具有相同的延遲。經行、場消隱脈沖及復合同步脈沖的嵌合和0.6～0.7μs的延遲后的亮度信號就可與色度信號混合在一起形成PAL制彩色全電視信號（FBAS），最后通過視頻放大器放大后，就可用于調制射頻載波，再經天線發送或直接供錄像機記錄了。

2. 彩色信號的編碼過程

我國電視信號采用的是PAL制，它是在NTSC制的基礎上經改進而成的，是將NTSC制中色度信號的一個正交分量逐行倒相，從而抵消了在傳輸過程中產生的相位誤差，并把微分相位誤差的容限由NTSC制的依12°提高到了依40°。1967年，西德和英國正式采用PAL制廣播，西歐、大洋州地區及一些其他國家先后都采用了PAL制。PAL信號的主要特點是正交平衡調制和逐行倒相。

3. 彩色信號的解碼過程

色度信號的解碼電路是比較復雜的，為了說明信號的解碼過程，這里只用其方框原理來加以說明。解碼電路是發射端編碼電路的逆處理電路，它主要由兩部分組成，即色度信號處理電路和色同步信號處理電路。色度信號處理電路的作用是將已編碼的色度信號還原成三個色差信號，以便在矩陣電路或末級視放中與亮度信號相加而最終還原成三基色信號。色同步處理電路的作用是恢復0°和90°相位的副載波和逐行倒相的副載波，使色度信號準確還原，色度信號的解碼過程如圖1-8所示。

從中頻通道中視頻檢波電路送出的視頻信號，在色度信號處理電路中，首先由帶通濾波器（4.43MHz依0.5MHz）阻止亮度信號而取出色度信號。色度信號中包含兩部分：色信號和色同步信號。在色度信號處理之前首先要將色度信號和色同步信號分離，這里使用時間分離法，利用行同步信號延遲后形成色同步選通脈沖將兩者分離。

除去色同步信號的色度信號，再由梳狀濾波器將兩個正交信號V和U分離。梳狀濾波器由延遲線、加法器、減法器組成，如圖1-8中虛線方框所示。由于使用延遲線，故這部分電路又叫延遲解調器。經梳狀濾波器輸出的V、U信號分別加到R-Y及B-Y同步解調器（或稱V解調器及U解調器）上，解出兩色差信號。視頻信號中各種信號分離方法如圖1-9所示。