1.3 电视信号的形成和传输

1.3.1 电视节目的发射和接收

我们在电视屏幕上看到的节目，都是先由摄像机和话筒将现场景物和声音变成电信号（视频图像信号及伴音信号）送到发射台经调制发射，或是先用录像机将这些声像电信号记录下来进行编辑后送入发射机再发射出去。

为了能把声像信号传送到千家万户，要选择适当的射频载波信号。50～1000MHz的射频信号如有足够的功率可以传输数十里至数百千米，只要天线发射塔足够高就可以覆盖较大的面积（城市及远郊）。将视频图像信号和伴音信号“装载”（调制）到这种射频信号上就可以实现电视信号传输的目的。

电视节目发射前的图像和伴音信号的处理过程如图1.9所示。从图中可见，视频图像信号由摄像机产生，音频伴音信号由话筒产生，分别经处理（调制、放大、合成）后由天线发射出去。

电视节目接收的处理过程如图1.10所示，天线接收的高频信号经调谐器放大和混频后变成中频信号。中频载波经放大和同步检波，将调制在载波上的视频图像信号提取出来。图像信号经检波和处理，在同步偏转的作用下由显像管将图像恢复出来。音频信号经FM解调、低放后由扬声器恢复出来。

电视信号主要由图像信号（视频信号）和伴音信号（音频信号）两大部分组成。图像信号的频带为0～6MHz，伴音信号的频带一般为20Hz～20kHz。为了能进行远距离传送，并避免两种信号的互相干扰，发射台将图像信号和伴音信号分别采用调幅和调频方式调制在射频载波上，形成射频电视信号从电视发射天线发射出去，供各电视机接收。

射频图像信号是视频图像信号对图像载波（fp）进行幅度调制产生的一种调幅波，调幅波有上下两个边带，即（fp+6MHz）和（fp-6MHz），占有12MHz带宽。这样，在有限的广播电视波段就容纳不了多少个频道。另外，这样宽的频带使接收机的造价也大大增加。因此，在保证图像信号不受损失的条件下，将下边带进行部分抑制，以减小带宽，这就是残留边带方式，如图1.11所示。可见，一个频道就只占8MHz的带宽了。

伴音信号一般是先调频在6.5MHz的载波上（电视机中的第二伴音中频信号），再将6.5MHz的伴音载波信号与图像载波混频，产生出比图像载波高6.5MHz的伴音射频信号。为了提高伴音信号的信噪比，伴音信号在调频之前要先经过预加重处理，即有意识地提升伴音信号中的高频部分，解调后利用去加重电路，恢复为原伴音信号，这样可以抑制其三角噪声。

调幅的射频图像信号和调频伴音信号，经双工器合在一起组成射频电视信号，共占8MHz的频带宽度。这种射频电视信号经过高频功率放大后即可从天线发射出去供电视机接收，也可用电缆直接馈送给电视机。

我国的射频电视信号分甚高频（VHF）和超高频（UHF）两波段。甚高频段包括1频道到12频道，其中1～5频道又称为低频段（即VI或VL），频率范围在50～92MHz；6～12频道，又称为高频段（即VⅢ或VH），频率范围在168～220MHz；超高频段包括13频道到68频道，频率范围在470～960MHz。

1.3.2 PAL制电视信号的编码方法

视频摄像机所摄景物的光信号通过镜头组进入摄像机，通过分色器，将所摄彩色图像分解成红（R）、绿（G）、蓝（B）三幅基色图像（参见图1.12），分别送到三只CCD摄像元件（或摄像管），CCD图像传感器再把这三幅基色图像光信号转换成R、G、B三个基色电信号。这三个基色电信号在矩阵电路经编码组成一个复合视频信号。视频信号的编码过程如图1.13所示，R、G、B信号先经矩阵电路形成一个亮度信号EY和两个色差信号EB-Y和ER-Y。两色差信号的频带为0～1.3MHz，故各自先经过一低通滤波器限制。B-Y信号与相位为0°的副载波送到U平衡调制器，调幅后获得U分量。所谓U信号是指B-Y色差信号调制于色副载波后的R-Y已调信号。R-Y信号和经PAL开关送来相位为±90°的色副载波信号在V平衡调制器产生逐行倒相的V分量。由此可知V信号即是已调制的R-Y色差信号。由于U调制器和V调制器的色副载波相差90°，故叫“正交平衡调制”。这里的PAL开关是一种电子倒相开关，它在逐行倒相开关信号（1/2行频）的控制下，使色副载波逐行倒相180°后再加到V调制器，从而使V调制器输出的V信号也逐行倒相。

PAL开关的控制信号是1/2行频，即7.8kHz的开关信号，它由行同步信号经分频整形后得到的。这样就造成了送到V平衡调制器的副载波信号的相位一行为+90°，而下一行为-90°。U分量和V分量在加法器混合在一起组成色度信号，经谐波滤波器去除多余的谐波成分之后再到加法器（信号混合电路）与亮度信号混合。亮度信号在混合前还必须嵌入电视接收机扫描用的行、场消隐脉冲和复合同步脉冲信号。场、行消隐脉冲及复合同步脉冲是由摄像机内部的同步发生器产生的。图中的加法器就完成这一嵌合作用。由于两个色差信号经窄带滤波器处理后产生延时作用，所以为了对此延时进行补偿，在混合前还要对亮度信号施加大约0.6～0.7µs的延迟。使亮度及色度信号具有相同的延迟。这样行、场消隐脉冲、复合同步脉冲、0.6～0.7µs的延迟后的亮度信号和色度信号组合在一起形成PAL制彩色全电视信号（FBAS），最后通过视频放大器放大后，就可用于调制射频载波，再经天线发送或直接供录像机记录了。

1.3.3 PAL制彩色信号的特点

我国电视信号采用的是PAL制，它是在NTSC制的基础上经改进而成的，是将NTSC制中色度信号的一个正交分量逐行倒相，从而抵消了在传输过程中产生的相位误差，并把微分相位误差的容限由NTSC制的±12°提高到±40°。1967年，联邦德国和英国正式采用PAL制广播，西欧、大洋州地区及一些其他国家先后都采用PAL制。PAL制信号的主要特点是正交平衡调制和逐行倒相。

1.正交平衡调幅

正交调幅是将两个色差信号ER-Y和EB-Y分别调制在频率相同，相位差90°的两个色副载波上，再将两个输出合成在一起。在接收机中，根据其相位的不同，可从合成的副载波已调信号中分别取出两个色差信号。正交调幅即能在一个副载波上互不干扰地传送两个色差信号，又能在接收机中简单地将他们分开。

色差信号的正交平衡调制的方框图如图1.14（a）所示。图中共有两个平衡调制器，一个是ER-Y信号的，一个是EB-Y信号的。设前者的副载波为cosωsct，后者为sinωsct（振幅均设为1）。那么，两个平衡调幅器的输出分别是ER-Ycosωsct和EB-Ysinωsct，它们在线性相加器中合成，形成色度信号：

F=ER-Y cosωSCt+EB-Y sinωSCt

如图1.14（b）所示为合成信号与两平衡调幅器输出之间的矢量关系。图中对角线的长度代表色度信号F的振幅，Φ是F的相角。

2.逐行倒相的处理方法

PAL就是逐行倒相的缩写，PAL制就是在正交平衡调幅制的基础上加上一个逐行倒相措施，所以称为逐行倒相正交平衡调幅制。所谓逐行倒相，是将色度信号中的一个分量，即FV逐行倒相，而不是将整个色度信号倒相，更不是将整个视频信号倒相。为了方便，把不倒相的那些行叫做NTSC行，倒相的那些行叫做PAL行。

一个任意色调的色度信号，如果NTSC行用Fn表示。那么它的PAL行的矢量Fn+1就应该是Fn以U轴为基准的一个镜像。图1.15以紫色为例说明了这种情况。其中实线表示NTSC行，虚线表示PAL行。

为了使接收机能按色度信号的本来相位正确重现原来的色调，在接收端必须采用相应的措施，将PAL行的色度信号FV的相位重新倒过来。否则，就会失去原来的色调。其他色调也有类似的变化。

1.3.4 色度信号的解码过程

色度信号的解码电路是比较复杂的，为了说明信号的解码过程，这里只用其方框原理来加以说明。解码电路是发射端编码电路的逆处理电路，它主要由两部分组成，即色度信号处理电路和色同步信号处理电路。色度信号处理电路的作用是将已编码的色度信号还原成三个色差信号，以便在矩阵电路或末级视放中与亮度信号相加而最终还原成三基色信号。色同步信号处理电路的作用是恢复0°和90°相位的副载波和逐行倒相的副载波，从而准确地还原色度信号，如图1.16所示。

从中频通道中视频检波电路送出的视频信号，在色信号处理电路中，首先由带通滤波器（4.43±0.5MHz）阻止亮度信号而取出色信号。色信号中包含两部分：色度信号和色同步信号。在色信号处理之前首先要将色度信号和色同步信号分离，这里使用时间分离法，利用行同步信号延迟后形成色同步选通脉冲将二者分离。

除去色同步信号的色度信号，再由梳状滤波器将两个正交信号V和U分离。梳状滤波器是由延迟线、加法器、减法器组成，如图1.16中虚线方框所示。由于使用延迟线，故这部分电路又叫延迟解调器。经梳状滤波器输出的V、U信号分别加到R-Y及B-Y同步解调器（或叫V解调器及U解调器）上，解出两色差信号。视频信号中各种信号分离方法如图1.17所示。

1.3.5 电视信号的传输方法

1.图像的扫描

从前述可知，电视图像是由摄像机将景物图像变成电信号进行传输的，一幅图像是由水平和垂直排列的像素单元构成的，如图1.18所示。在传输时，先将图像在垂直方向切割成一条一条的信号，相当于一条扫描线，然后按从左至右的顺序传输出去，在接收端再将送来的一排一排的信号照原样排列起来，就形成了原来的图像。

上述是一幅静像的传输过程，如果要传输连续的活动图像，至少每秒要传输25幅静图像，这要靠垂直扫描的速度来实现。

在电视技术中，我们把一幅静止的图像叫一帧，每秒传输的帧图像数称为帧频，用fv表示：

fv =25Hz

扫描一帧图像所需的时间称为帧周期，用Tv表示，它是帧频的倒数，即

一帧图像是由很多水平扫描线组成的，这个扫描的线数被称为行频，用fH表示，PAL制标准为每帧图像扫描625行，每秒25帧，所以，

fH =25 × 625=15625Hz

水平扫描一行的时间被称为行周期，用TH或H表示：

电视图像的传输是连续的，电视扫描的行帧扫描是连续的、周期性的，因而都有正程和回程。行扫描中电子束从屏幕左侧到右侧是正程，正程时间约为52µs，从右回到左是回程被称为“逆程”，时间约为12µs。帧扫描中从上到下是正程，从下再回到上侧是逆程，逆程的时间相当于50个行扫描周期，因而正程中的行扫描数为625-50 = 575行。

正程扫描期间输出电视信号，帧扫描正程575行，就意味着在图像的垂直方向出现575个像素，显像管屏幕宽高比如果是4∶3，在水平方向就出现个像素，一帧图像的像素为575 × 766 ≈ 44万个，每秒扫描25帧图像，每秒在屏幕显现的像素有25 × 44万个=1100万个，相邻两个像素之间的电压是不同的，也就是说每秒图像信号电压的变化为万次，约550万次。可知图像信号的最高频率为5.5MHz，为留有裕量，我国规定，图像信号的最高频率为6MHz。

2.隔行扫描

每秒传送25帧图像会产生闪烁现象。如果增加每秒传送画面的帧数，必然导致电视频宽的增加，由此会带来对设备要求增高等问题。为了解决这一矛盾，采用隔行扫描的办法，即将一帧图像分为两场扫描，先扫描1，3，5，…行，称为奇数场，如图1.19（a）所示，再扫描2，4，6，…行，称为偶数场，如图1.19（b）所示。这样每秒传送图像的帧数不变，每帧图像扫描的行数也不变，因而不会增大电视信号的频带宽度，从而较好地解决了频带宽度与传送活动图像产生的闪烁现象之间的矛盾。由于传送两场之间的时间间隔极短，产生的视觉还是一个完整的画面，其原理如图1.19所示。

每秒扫描的场次数称场频fZ，由于每帧分两场，故场频fZ =fV × 2=25 × 2=50Hz，场周期TZ = 20ms，每场扫描的行数为312.5行，其中逆程为25行，正程为287.5行，必须保证隔行扫描的准确性，避免出现并行现象，奇数场应结束于最末一行的一半，然后回扫，偶数场是扫完最后一行后才回扫，如图1.20所示。

3.行、场偏转原理

显像管管颈外都套有行、场偏转线圈，行、场偏转线圈中分别通有周期性变化（大小和方向）的行、场扫描电流，形成行、场偏转磁场，电子束受磁场力的作用在屏幕上做周期性的往复运动。

如图1.21所示为行扫描电流波形及水平（行）偏移示意图。

设t1时刻，iH = 0，电子束不受磁场作用，打在屏幕中央。t1～t2期间，iH为正，设其方向由右手定则确定。由于这期间电流iH是匀速线性增大的，电流产生的磁场也匀速增大，电子束偏转角也向右匀速增大，因而电子束在屏幕上匀速向右移动。t2～t3期间，电流iH方向不变，但匀速线性减小，电子束的偏转角也匀速减小，电子束在屏幕上向左移动，t3时刻回到屏幕中央。t3～t4期间，iH为负，即电流方向相反，也是线性增长，它产生与t1～t2期间方向相反的匀速增长磁场，电子束向左匀速扫描，t4～t5期间电流方向不变但线性减小，电子束向左的偏转角也匀速减小，t5时刻从左扫回中央。如此周而复始，电子束做周期性的行（水平）扫描运动。图1.21（c）只有行扫描电流作用时的电子束扫描轨迹，此时光栅只显示屏幕中央的一条水平亮线。

场扫描锯齿电流及场偏转轨迹如图1.22所示。同理，如将按场频变化的线性良好的锯齿电流送入场偏转线圈，它所产生的磁场使电子束做垂直扫描运动。当行、场电流同时加到各自的偏转线圈中，其磁场会形成水平和垂直方向的合作用，在进行水平扫描的同时进行垂直扫描。

4.消隐与同步

电视系统是用显像管显示摄像机形成的图像，在显像管扫描的正程传送图像信号，在逆程期间不传送图像信号，电子束在逆程扫描时，会有回扫线出现在屏幕上，这会对图像造成干扰，因此需要使电视机在行、场扫描的逆程期间电子束截止，以消除行、场逆程回扫线，即实现消隐。方法是在图像信号中加入消隐信号，形成复合视频信号，以便使接收机在行、场逆程扫描期间关断电子束，如图1.23所示。

为了使接收机的重现图像与摄像机的图像完全一致，要求接收端与发送端必须同步。所谓同步是指收、发端扫描的频率和扫描的相位（起始位置）完全相同。否则会出现图像紊乱的情况。

5.图像信号的构成

电视信号的波形如图1.24所示，它主要是由图像信号、行、场同步信号以及色同步信号等部分构成的。