《广播电视技术概论》知识总结(完整版)


    《广播电视技术概论》 第一章概述小结 一、广播的定义:一种“定点发送、群点接收”的通信方式。 “广播”的两层含义: 1、泛指:通过无线电波或有线系统向广大听众或观众传送节目的过程。 2、特指:声音广播。 二、广播电视的特点: 1、形象化:以声音和图像的形式来传递信息。 2、及时性:以电波传播的速度来传送信息。 3、广泛性:覆盖范围最广泛的一种传播媒介。 三、广播电视的发展沿革 1、三代广播:(第一代)AM-调幅声音广播,(第二代)FM-调频声音广播,(第三代)DAB-数字声音广播。 2、三代电视:(第一代)黑白电视广播,(第二代)彩色电视广播,(第三代)数字电视和高清晰度电视广播。 四、广播电视系统的基本组成和作用 1、节目制作与播出:利用必要的广播电视设备及技术手段制作出符合标准的广播电视节目信号,并按一定的时间顺序(节目表)将其播出到发送传输端。 2、发送与传输:将广播电视节目信号进行一定的技术处理(如编码、调制等)后,经过某种传输方式(如地面射频传输、卫星广播、有线传输等)传送到接收端。 3、接收与重现:接收广播电视节目信号,并对其进行必要的处理和变换,最终还原成图像及声音。 4、监测网:对广播电视链路中的各个环节进行信号的监测,及时了解播出安全的播出的质量情况。 五、广播电视的基本传输方式 1、地面无线电开路传输:主要业务有调幅中、短波广播、调频广播、VHF/UHF频段电视广播等。 (1)调幅广播:中波MW调幅广播的频率范围是526.5~1605.5 kHz,每个频道的带宽为9 kHz,共划分为120频道;主要是地波传播。短波广播SW的频率范围是2.3~26.1 M Hz,每个频道带宽是10 k Hz,;主要是天波传播。 (2)调频广播:频率范围为87~108 M Hz,每套调频节目所占带宽为200 k Hz空间波直线传播(视距)。 (3)VHF/UHFF地面电视广播:每个频道带宽是8 M Hz,共安排了68个标准频道,从DS-1到DS-68,其中,甚高频(米波)VHF的标准频道从DS-1到DS-12;特高频(分米波)的标准频道从DS-13到DS-68,空间波直线传播(视距)。 2、有线网络传输:利用同轴电缆、光缆等媒介进行传输,通过一定的分配网络,为用户提供多套广播电视节目的网络系统。 (1)CATV增补频道划分:111-167MHz有Z-1 ~Z-7的 8个频道,223-463MHz有Z-8~Z-37 的30个频道,566-606MHz有Z-38~Z-42的5个频道,合计42个增补频道。 (2)双向HFC网波段划分表 波段 频率范围 业务内容 R Ra:5.0-20.2MHz 上行业务 上行窄带数据业务、网络管理(上行) Rb :20.2-58.6MHz 上行宽带数据业务 Rc :58.6-65.0MHz 上行窄带数据业务、网络管理(上行) X 65-87 MHz 过渡带 FM 87-108MHz 下行业务 广播业务 A 110-1000MHz 模拟电视及数字电视广播 网络管理控制(下行) 下行宽带数据业务 (3)现有CATV系统下行参数表 上限频率 标准频道 增补频道 可传模拟电视套数 300MHz DS-6~DS-12 Z-1~Z-16 23 450MHz DS-6~DS-12 Z-1~Z-35 42 550MHz DS-6~DS-22 Z-1~Z-37 54 750MHz DS-6~DS-42 Z-1~Z-42 79 860MHz DS-6~DS-56 Z-1~Z-42 93 3、卫星传输:利用地球同步卫星上的转发器进行信号的传输。 广播电视卫星传输主要使用频段: (1)C频段(3.7 ~ 4.2 GHz):有24个频道。 (2)Ku频段(11.7~12.75 GHz):有24个频道。 4、增加两种新的传输方式: (1)因特网广播 (2)移动多媒体广播 六、广播电视制播设备和技术 1、声音信号:录音室(或播音室)、传声器、拾音技术、调音台、录音设备、声音节目的编辑加工设备、高质量的监听系统等。 2、图像信号:演播室、摄像机、录像机、编辑制作设备、视频切换台等。 七、接收与重现 1、接收设备:在接收端接收所传送的信号,并经过一定的处理及变换后送往显示器或扬声器进行音像重现的设备。 2、三种基本接收方式:有线接收、地面无线接收、卫星接收。 3、终端设备:(1)扬声器:将音频信号转换成声音信号的电-声转换设备。(2)显示器:将视频信号转换成光图像的电-光转换设备。 八、广播、电视监测 1、监测方式:固定监测、流动监测、遥控监测。 2、传输方式:无线传输、有线传输、卫星传输。 3、工作频段:中波广播、短波广播、 调频广播、地面电视 、有线电视 、卫星电视。 4、监测数据:开路监测(服务区内某接收点动态监测)、闭路监测(通路有限范围内信号传输的监测)。 5、四个监测网:卫星数字电视监测网、有线广播电视监测网、无线广播电视监测网、海外广播电视监测网。 第二章声音广播基础知识小结 一、声音:物体振动产生的声波通过介质对人耳产生的感觉。 (一)声音产生和传播 1、声音的产生:粒子波动运动的结果,由物体机械振动或气流扰动引起弹性媒质发生波动产生。 2、声音的传播:必须通过空气或其它的媒质形成声波进行传播。 3、声音的传播特性:(1)声源的方向性,(2)声波的反射和折射,(3)声波的衍射与散射。 (二)描述声波的基本参量 1、频率:空气密度和压力每秒钟变化的次数,常用符号f 表示,单位是赫兹(Hz)。 2、周期:一个声波完成一次振动所需要的时间,用符号T表示,单位为秒(s)。 3、波长:声波在一个周期的时间内传播的距离,用符号λ表示,单位通常为米(m)。 4、传播速度:声波每秒内传播的距离,用符号υ 表示,单位为米/秒(m/s)。 (三)表征声音强弱的参量 1、声压:声波引起的交变压强,单位是帕(Pa =1N/m2 )基准声压=2×10-5 Pa 。 2、声功率:声源在单位时间内向外辐射的总声能,声源辐射功率。单位是瓦(W)。 3、声强:声波能流密度,穿过垂直于声波传播方向上单位面积内的声功率,用符号I表示,单位是W/ m2。基准声强(参考声强)=10-12 W/ m2。声强与声压的平方成正比关系。 (四)声音的三要素 1、响度(声音的大小):人耳对声音强弱的主观感觉。可用声压级表示。与声波的幅度密切相关。 2、音调(声音频率的高低) :人耳对声音高低的感觉。与声波的基波频率密切相关。人能听到声音的范围是20Hz~20kHz。 3、音色(声音的特色) :人耳对各种频率、各种强度的声波的综合反应。与声波的频谱(波形)密切相关。 (五)电平和分贝的概念 1、电平的定义:某点功率P1与选定基准功率P0之比的对数关系,用分贝表示。 P1(dB) = 10lg(P1/P0) [dB] 2、电平的性质:描述功率的物理量。 3、绝对电平:由于可采用不同的基准电平P0,所以形成不同的分贝制。 当P 0=1[W ]时,则称P1(dB)的值为以分贝瓦 [dBW]为单位的绝对功率电平。 当P 0 =1[mW ] 时,则称P1(dB)的值为以分贝毫瓦[dBm] 为单位的绝对功率电平。 在射频和视频系统中,若阻抗同为z =75Ω时,则电平P1(dB) = 10lg(P1/P0) =10lg[(U22/z2) / (U12/z1) ] = 20lg (U2/U1)+ 10lg(z1 / z2) = 20 lg (U1/U0)[dB]。 当P 0 =(1mV)2 /75Ω=0.0133μW时,则称P1(dB)的值为以分贝毫伏[dBmV]为单位的绝对电压电平。当P 0 =(1μV)2 /75Ω=0.0133pW时,则称P1(dB)的值为以分贝微伏[dBμV]为单位的绝对电压电平。   在音频系统中,若阻抗同为z =600Ω时,当P 0 =(0.775V)2 /600Ω=1 [mW ],则称P1(dB)的值为以分贝音频单位[dBu]为单位的绝对电压电平。   4、相对电平:用分贝表示两个电平的相对大小。设测量点2和测量点1处的功率分别为P2和P1,电压分别为U2和U1,阻抗分别为z2和z1,则P2相对于P1的相对电平可表示为  A[dB]= 10lg(P2/P1) = 10lgP2- 10lgP1 = P2 [dB] - P1 [dB] =10lg[(U22/z2) / (U12/z1) ] = 20lg (U2/U1)+ 10lg(z1 / z2)   当z2 = z1时, A[dB]= 20 lg (U2/U1)[dB] A[dB]>0,放大器; A[dB] <0,衰减器;A[dB]=0,保持器。 5、常用分贝制之间的转换: 0 [dBW]=30 [dBmW],0 [dBmW] =48.75 [dBmV],0 [dBmV] =60 [dBμV] 6、电信号分贝值的几种表示方法: (1)功率放大倍数= 10lgPo/Pi (dB) (2)功率信噪比=10lgS/N (dB) (3)电压放大倍数=20lgUo/Ui (dB) (4)功率电平级=10lgP/Pr (dB) (5)电压电平级=20lgU/Ur (dB) 7、分贝速算简表 真数x 10lg x[dB] 20lg x[dB] 1 0 0 2 3 6 3 4.75 9.5 4 6 12 5 7 14 6 7.75 15.5 7 8.5 17 8 9 18 9 9.5 19 10 10 20 二、传声器和扬声器 (一)传声器 1、作用:将声音振动转变为相应的电流变化的换能器件。声能Þ机械能Þ电能 2、常用:动圈传声器和电容传声器。 3、原理:(1)声波接收器:感应外界的声波并将其转换成相应的机械振动(声能—机械能),(2)力/电换能器:将机械振动转换成相应的电信号(机械能—电能转换)。 (二)扬声器 1、作用:将按声音变化的电信号转换为声音信号的换能器件。电能Þ机械能Þ声能 2、种类:电动式、压电式、舌簧式等。 3、原理:(1)通过交变电流的音圈在电磁力作用下产生振动,电能—机械能转换,(2)振膜随着音圈振动,产生声音,机械能—声能转换。 三、立体声原理 (一)双耳听觉特性 1、立体声:具有层次分明、具有立体感(方位感和深度感)的声音效果。 2、人耳辨别声源方向的两个物理因素:(1)声音到达左右耳的时间差(或相位差);(2)声音到达左右耳的声级差(或强度差)。 3、立体声广播中实际立体声效果实现方式:使用声级差方式实现,便于和单声道系统兼容。 (二)立体声的拾音方式:(1)A-B方式,(2)X-Y方式,(3)M-S方式,(4)仿真头方式,(5)多声道拾音方式。 (三)立体声的听声 1、最佳听声位置:左右扬声器连线为底边的等腰三角形的顶点。 2、双声道听声系统:利用两个扬声器的声级差产生的声像分布实现立体声效果。利用声级差的方法有利于立体声和单声道之间兼容。 (四)多声道环绕声 1、5.1声道 (1)聆听者前面3个声道:L= 左,C= 中,R= 右。 (2)聆听者后面2个声道:LS= 左环绕,RS= 右环绕。 (3)聆听者前面增加.1声道(大约150Hz 以下超低音):LFE=低音炮。 2、6.1或7.1声道:在5.1声道基础上增加1或2个环绕声,放置在左环绕和右环绕之间。 四、数字音频技术基础 (一)数字音频基本概念 1、模拟信号和数字信号 (1)模拟信号:在时间和幅度上都连续变化的信号。 (2)数字信号:在时间和幅度上都离散的信号。 2、模拟信号和数字信号两者之间的区别 信号 信号基本特征 信息表示方法 模拟信号 无限连续性:函数的取值为无限多个,信号的定义域和值域都是连续的。 准确比例性:待传递的信息可准确表示且包含在信号的波形之中(比例关系)。 数字信号 有限离散性:函数的取值为有限多个,信号的定义域和值域都是离散的。 近似对应性:待传递的信息只能近似表示,且包含在码元的不同组合之中(对应关系)。 (二)声音信号数字化 1、取样:将时间轴上连续的信号成为时间上离散的脉冲序列,即将信号在时间域离散化。 (1)奈奎斯特取样定理:要想取样后能够不失真地恢复出原信号,则取样频率必须大于信号最高频率的二倍。 fs³2 fm ①取样后的频谱中,各个周期之间相互不重叠。 ②采用一个截至频率为fs/2的低通滤波器可将原始信号的频谱恢复。 (2)数字音频取样频率:①数字卫星广播:32kHz,②CD: 44.1kHz,③演播室: 48kHz。 2、量化:在幅度轴上将连续变化的幅度值用有限位的数字表示,即将信号幅度离散化。 (1)量化比特数(n)与十进制的量化等级数(M)之间的关系:n = log2M 量化比特数= log2量化等级数 (2)数码率=取样频率(fs)×量化比特数(n)(bps,比特/ 秒) (3)存储量=(采样频率×量化比特数×声道数 )/8(Byte,字节) (4)量化信噪比: ①单极性的信号(如亮度信号):SNR[dB]=10.76+6n [dB] ②双极性的信号(如声音信号):SNR[dB]=1.76+6n [dB] 3、编码:将已量化的信号幅值用二进制或多进制数码表示。 (1)信源编码(Source Encoding):解决模拟信号的数字化、降低冗余度和提高数字信号的有效性所进行的编码。主要任务:① A/D变换,②压缩编码。 (2)信道编码(Channel Encoding):提高数字传输可靠性、降低误码率、按一定规则加入冗余码元所进行的编码。主要任务:①码型变换,②(2)差错控制。 (三)数字信号处理系统组成 1、前置低通滤波器:将输入信号中高于某一频率(即取样频率的一半)的频谱分量滤除,以保证取样后不发生频谱重叠。 2、模/数(A/D)转换器:对滤波之后的模拟信号进行取样、量化和编码,将模拟信号转换为数字信号。 3、数字信号处理器:对数字信号按预定要求进行各种处理,包括滤波、变换、检测、谱分析、估计、压缩、识别等,以便获得人们所希望的信号。 4、数/模(D/A)转换器:将处理之后的数字信号转换成模拟信号。 5、模拟低通滤波器:滤除信号中不需要的高频分量,平滑成所需的模拟输出信号。 (四)音频信源编码 1、压缩机理:(1)去除信号中的“冗余”部分,包括在时域和频域都存在的信息冗余度;(2)去除声音中与听觉无关的“不相关”部分,对于人耳感觉不到的不相关部分不编码、不传送。 2、MPEG音频压缩标准 (1)两种编码方法:①掩蔽型通用子频带集成编码与频分复用MUSICAM(Masking Pattern Adapted Universal Subband Integrated Coding And Multiplexing)。②自适应频谱感知熵编码ASPEC(Adaptive Spectral Perceptual Entroy Coding)。 (2)三个层次(编码算法序列):①MP1:简化的MUSICAM,②MP2:标准MUSICAM,③MP3:ASPEC算法与算法MUSICAM结合。 3、MPEG-1音频编码标准 (1)数据率:32kbps~384kbps, (2)四种声音模式:单声道、双声道、立体声、联合立体声。 4、MPEG-2两种音频编码标准 (1)MPEG-2 BC:兼容MPEG-1音频压缩编码算法。应用层次:L1、L2、L3。工作模式:5.1声道环绕声。 (2)MPEG-2 NBC/ MPEG-2 AAC:与MPEG-1不兼容,结合使用多种最新技术,在极低数据率时实现广播级的音频质量。应用层次:主要类型、低复杂度类型、可变化取样频率类型。工作模式:最高48声道。 (3)MPEG-2音频编码标准发展和扩展 ①多声道环绕声编码(5.1声道)和多语言(7种)节目编码; ②低(半)取样频率(LSF)低比特率编码。(16、22.05、24kHz)。 5、MPEG-4音频编码标准 (1)包含对人工合成和自然两种不同声音素材进行压缩编码的多种算法。 ①基于内容的编码:引入音频对象,实现基于内容的编码。 ②三种编码形式:传统的自然音频编码、结构音频缩码和合成/自然混合编码。 (2)支持不同质量要求的信号等级:高保真、中等质量音乐、宽带语言、电话质量语言、很低比特率语言、合成音乐、合成语言。MPEG-4支持的数据率为2~64kb/s。 (3)增加了通信用途:用于各种传输线路和连接方式,可以各种数据率传送信息。 (五)数字音频的信道编码 1、差错控制的三种方式: (1)前向纠错(FEC):信源代码本身包含检错纠错能力,发送端发送的数据内包括信息码元以及供接收端自动发现错误和纠正误码的监督码元。 (2)自动请求重发(ARQ):解码器对接收码组逐一按编码规则检测其错误。如果无误,向发送端反馈“确认”ACK信息;如果有错,则反馈回ANK信息,以表示请求发送端重复发送刚刚发送过的这一信息。 (3)混合纠错(HEC):上述两种方式的有机结合,发送端发出的信息内包含有给出检错纠错能力的监督码元,当误码量少在纠错能力内时,实行自动纠错;误码量超过纠错能力时,不论错码多少,接收端能通过反馈信道请求发送端重发有关信息,即利用ARQ方式进行纠错。 2、数字音频常用信道编码 (1)奇偶校验码:最简单的线性分组码。在每个分组后的信息码组后面附加上1bit监督码元作为奇偶校验位,使得总码长n(包括k个信息码元和1个监督码元)中的码重为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)。 (2)循环冗余校验码(CRC):具有循环性的线性分组码。编码简单且误判概率很低,在通信系统中得到了广泛的应用。 (3)里德-所罗门码(RS):一种适合于多进制的、具有强纠错能力的、非二进制纠错码;以符号为单位进行编译码和检纠错的循环码。 (4)交织(Interwave):为达到纠正突发错误,使差错分布均匀,将相邻信息单元在时域和频域上尽可能分开传送所采取的措施。本质上是一种将数据序列顺序进行变换,使突发差错信道变成独立随机突发差错信道的方法。 (5)交叉交织理德-所罗门编码(CIRC):不需要反馈信道且实时性好的理德-所罗门编码。 (6)误码掩蔽:采用数据替换掩错。利用连续信号的相关性,当误码范围过大而接收端无法纠正时,可以利用前面已接收、存储的相关数据来代替。 第三章广播中心技术小结 一、广播电台和广播中心 1、广播系统基本组成:(1)音源采集:各种声音的信号源。(2)自动化制播系统:由各种工作站、服务器、硬盘阵列、局域网组成,承担节目的制作和播出。(3)自动化监测系统:由各种工作站、服务器、局域网组成,完成各工艺节目质量的监测。(4)传音链路:采用电缆、光缆、微波、卫星等,将所需的声音节目传送到节目发送部门。(5)发射台:将音频节目信号调制成频带信号,并完成向受众的传送。 2、发展趋势:(1)内容信息化 ,(2)服务现代化 ,(3)渠道多元化。 3、广播中心组成: (1)节目制作中心:制作各种符合要求的广播节目。 ①前期制作:通过素材采集、录音、摄录形成节目素材的工艺过程。 ②后期制作:对节目素材编辑、剪接、复制、配音、合成等制作成可供播出的完整节目成品的一系列工艺过程。 (2)播控中心:按一定的时间顺序将所需的声音节目播出,传送到节目传输部门。 ①节目播出:根据广播节目表的安排,按顺序进行编排,并按时播出各种节目。 ②节目传送:将节目信号通过电缆、光缆、微波、卫星传送到广播发射台等。相应的传音链路称为演播室至发射机链路STL(Studio Transmitter Link)。 二、声音采集技术 (一)录音技术:把声能转变为其它形式的能量而加以存储,以便在不同的场合和时间进行重放的技术。 1、三类存储媒介:(1)磁记录:磁性材料,如磁带、磁盘等,(2)光记录:感光材料,如光盘等。(3)固体记录:半导体存储器件。 2、声音的获取方式: (1)采访用传声器(话筒); (2)采访机:包括磁带录音机、数字磁带录音机DAT、微型光盘MD、固态采访机(采用闪存的小型数字采访机)。 (3)电话采集系统:自动将电话通话内容记录在电脑硬盘上,以便剪接、整理,日后进行播出的专用系统。由计算机部分、语音压缩采集卡和录音软件组成。 (4)CD抓轨系统: ①CD抓轨:把一些不能直接复制的CD音频文件借助第三方软件复制到硬盘并成为计算机文件。 ②CD抓轨转换软件:专为电台开发的CD抓轨和音频格式转换软件,可以直接将CD上的歌曲抓取到软件界面中进行播放,并且能够很方便的实现各种音频格式之间的转换。 3、光盘记录技术 (1)记录原理:声音电信号Þ调制Þ激光束Þ®照射CD光盘的感光树脂Þ® 留下由一个个记录标志组成的螺旋形光迹Þ 记录下数字声音信号。 (2)读出原理:读出激光束Þ照射Þ记录层的光迹Þ扫过不同凹坑点Þ反射光的密度强弱也随之相应变化Þ 形成一个连续的光信号流Þ光电转换器件Þ数字电流信号Þ放大、整形和处理Þ数字声音信号 4、磁带录音机的基本工作原理 (1)消磁:超音频信号Þ消音磁头Þ产生磁场Þ抹去磁带原有信息。 (2)录音:输入的信号Þ录音放大器放大+超音频信号Þ录音磁头Þ磁信号Þ磁带记录。 (3)放音:磁带信号Þ放音磁头Þ电信号Þ 放大器Þ扬声器。 5、磁带录音机两种消音方法:(1)恒磁场消音法,(2)交变磁场消音法(超声波消音法)。 6、数字磁带录音特点:(1)所记录的电信号是数字信号,是比特,而不是信号波形;(2)不必考虑线性失真问题;(3)必须提高记录信息的密度,带宽是模拟式磁带录音机的30倍以上。 7、广播转播车功能:(1)现场信号处理:话筒、调音台、录音机、音频处理器、周边设备。(2)现场扩音。(3)现场信号回传:微波、卫星。 8、对播音室(录音室)的声学要求 播音室:(1)应有适当的混响时间,而且房间中声音扩散均匀。(2)应能隔绝外面的噪声。 控制室:有一定的空间和一定的混响时间,以便工作人员逼真地监听节目的音质。 9、混响和混响时间 (1)混响:声源停止发声后,在声场中由迟到的反射声形成的声音的“残留”现象。 (2)混响时间:当一个连续发声的声源,在达到稳态声场后声源突然停止发声,则从声源停止发声到室内声能密度衰减到原来的百万分之一(60dB)时所经历的时间。 (3)混响时间的影响:混响时间长,丰满度增加,清晰度下降。 三、广播节目制作技术 1、数字音频工作站DAW定义:以微型计算机为控制设备, 以硬磁盘为记录媒介的非线性数字音频系统。 2、基本原理:通过数字声卡,对输入的模拟音频信号进行模拟/数字取样,转换为计算机的数字声音文件,由计算机对声音进行各种处理,完成声音的加工功能。 3、组成: (1)主机:核心中央处理器(CPU)和中央存储器(CM)。 (2)硬磁盘:外部存储器。 (3)数字信号处理器(DSP):负责音频信号的数字化处理,并直接将数字信号送硬盘储存。在数字状态下对音频进行各种特技处理。 (4)各种接口:A/D转换器接口、D/A转换器接口和控制接口,以实现对各种功能的选择或操作。 (5)相关软件模块:利用处理软件对声音数据进行操作。 4、特点:(1)以专业的要求录入和播放声音;(2)良好的操作平台;(3)全面快捷的声音编辑功能;(4)具备声音效果处理功能。 5、分类:(1)录制工作站;(2)编辑工作站;(3)播出工作站;(4)审听工作站;(5)广告工作站。 四、节目处理技术 1、音质评价术语:11个词汇描述。分成优、良、中、差、劣五个等级。 清晰(模糊);丰满(单薄);圆润(尖硬);明亮(粗糙);柔和(灰暗);融合(发散); 平衡(不平衡);临场感(临场感差);真实(失真);立体效果明显(立体效果不明显);总体音质效果理想(总体音质效果不理想)。 2、声音的频谱特性:人耳的听音范围为20Hz~20KHz,可划分为三个频段:(1)低频段(500Hz以下)、(2)中频段(500Hz-7Hz),(3)高音频高频段(7KHz以上)。 3、声音的处理 (1)对于语言信号的处理:选择适当的传声器,确定传声器的数量、位置和角度,选择传声器的指向性。 (2)对于音乐的声音信号处理:注意传声器的使用、拾音方式选择和调音技术三个方面。 4、声音处理设备:对音频信号进行修饰、加工处理的设备。 (1)压缩器:当输入信号超过称为阈值增益就下降,信号被衰减的自动音量控制器。 (2)限幅器:峰值限制(峰值切削)的声音处理装置。 (3)噪声门:当输入信号电平超过了门限时电路导通,且门限可以调整的电子门电路。 (4)均衡器:利用人的心理声学特性,对声音信号进行修饰和美化的谐波发生器。 (5)听觉激励器:为更加逼真反映现场感而加入一定特定成分“失真”信号的谐波发生器。 (6)延迟器:将主声延迟一定时间后再送入声场的设备。 (7)混响器:调节声音混响,增加音乐节目临场感和空间感的声音处理装置。 5、满刻度电平FSD:数字音频网络保证信号转换不引起电平的变化规定的数字域信号电平。 (1)0dBFS的定义:模拟域中A/D转换器(ADC)最大的不削波信号电平所对应的数字域信号电平。 (2)对应关系:大多数设备0dBFS对应于模拟电平的+24dBu。有些设备0dBFS对应于模拟电平的+15dBu。 五、广播节目播出技术 (一)节目的三种播出方式 1、直播:节目不经过录音制作工序播出方式。“播录”:播音员在进行直播的同时,也可同时进行录音,以便日后多次重播。 2、录播:事先录制好节目,需要时用放音机将节目播出方式。 3、转播:(1)实况转播:节目源来自节目演出的现场,播音员在现场进行播音解说的播出方式。(2)台际转播:节目源来自其它电台的播出方式。 (二)调音控制台 1、作用:将多种输入信号按一定的要求进行加工处理、组合后输出。 2、组成:(1)输入部分:对输入信号进行放大和处理。(2)输出部分:对各个输出通道的信号进行放大、主音量控制等。(3)监听部分:监听调音或录音的质量。 3、主要技术指标:(1)增益:在80dB~90dB的范围之内。(2)频率特性:一般不均匀度应小于1.5dB。(3)非线性失真:一般应保持小于1%。(4)噪声:输入通道放大器为低噪声放大器。(5)串音率:一般应高于70dB。 六、广播中心网络化 (一)广播台网 1、广播台网定义:以现代信息技术和广播数字技术为基础的,实现广播电台内容生产、运营和管理等综合业务的信息化网络平台。将整个广播中心以计算机网络为基础的传播方式,完成节目的录制、制作、播出工作。 2、广播电台相对独立的四个网络:(1)广播制播网,(2)播控传输网,(3)综合业务网,(4)广播门户网。 3、主要系统:(1)节目制作播出系统,(2)新闻业务系统,(3)办公自动化系统。 (二)网络化制播系统 1、基本功能:(1)音频节目录制;(2)音频节目播出;(3)音频节目管理。 2、扩展功能:(1)节目录制监测;(2)广告节目管理;(3)异地节目传送。 3、主要特点:(1)高质量、高效率。(2)利用计算机技术进行节目制播。(3)保证不间断安全优质播出,制播成本较低。(4)完善的数据库功能。 4、存储区域网络(SAN):由盘阵以及光纤交换机设备构成的存储子网。SAN上的存储空间可由以太网主网上的每一系统所共享。 5、廉价冗余磁盘阵列(RAID):通过将多个存储设备按照一定的形式和方案组织起来,能获取了比单个存储设备更高的速度、更好的稳定性、更大的存储能力的存储设备的解决方案。RAID磁盘阵列共分8级,常用为RAID 0、 RAID 1、 RAID 3和 RAID 5。 (三)节目数字存储与交换系统 1、数字化转储系统设计目标: (1)音频资料高保真数字化。 (2)高效可靠的批处理流程。 (3)集中统一的转储质量控制。 (4)对生产过程进行完整记录。 2、音频资料转储工作流程: (1)音频资料数据带和元数据准备。 (2)老化录音磁带恢复处理。 (3)加载音频磁带,启动数据采集。 (4)转储质量审听。 (5)生成输出数据包。 (6)进行刻录。 (7)生成日志文件。 七、广播中心的安全播出 1、保证数据的安全措施: (1)采用双服务器群集技术; (2)采用RAID容错磁盘阵列柜; (3)主干网交换机与服务器连接采用双通道结构,互为备份; (4)应用软件设置相应权限; (5)建立严格的防病毒责任制; (6)防止非法操作及误操作,严禁安装和运行无关或来路不明的软件; (7)与外部网络互连时必须设置防火墙等措施。 2、保证播出的安全措施: (1)播出工作站采用双机热备份; (2)主站采用网络播出,备站采用本地硬盘播出; (3)备用播出工作站中始终保持3天的播出节目单和节目内容。 3、环境安全中应该注意事项: (1)要注意广播中心的用电安全; (2)防雷接地系统应符合要求; (3)温湿度控制适宜。 第四章声音广播系统小结 一、无线电广播基础知识 (一)广播电视波段(频段)划分 1、中波(中频):526.5kHz(570m)至1605.5kHz(187m),国内声音广播。 2、短波(高频):2.3MHz(130m)至26.1MHz(11.5m),国外声音广播。 3 、米波(甚高频VHF):48.7MHz(6.16m)至223MHz(1.35m),又分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个波段。 4、分米波(特高频UHF):470MHz(0.64m)至958MHz(0.31m),主要用于地面电视广播,可容纳56个频道,它又分为Ⅳ、Ⅴ两个波段。 (1)Ⅳ波段470MHz —566MHz,DS-13 ~DS-24 (2)Ⅴ波段606MHz —798MHz,DS-25 ~DS-48 5、微波:可分为特高频UHF(分米波)、超高频SHF(厘米波)、极高频EHF(毫米波)。 卫星广播通常使用波段:(1)C波段(3.9~6.2GHz),(2)Ku波段(11.7~12.2GHz)。 (二)无线电波的传播特性 1、电波的传播途径: (1)天波传播—经过电离层反射后到达接收点; (2)空间波传播—经过对流层在自由空间传播; (3)地波传播—沿地球表面传播。 2、各波段电波传播的特点: (1)中波传播特点:白天主要由地波传播。晚间D层消失,天波由E电离层反射可传到较远距离。 (2)短波传播特点:主要由天波传播。有衰落现象。传播的距离很远,可达上万公里。 (3)超短波(米波和分米波)传播特点:只能靠空间波视距传播。传播距离一般只有几十公里。发射天线架得越高传播效果越好。 (4)微波传播特点:只能靠视距传播。传播距离只有几十公里,可用中继形成微波链路传输。 (三)覆盖网和传输网 1、覆盖网:扩大节目覆盖范围的网络。由转播台、差转台和同步卫星实现。 2、传输网:台际节目信号传输的网络。通常主用光纤链路,备用微波链路。 (四)调制和解调 1、调制:在发送端,将要传送的信息(调制信号)运载到高频率的交变电流(载波)上的过程。 涉及到三种信号:(1)载波:受调制的高频交变电流信号。(2)调制信号:调制载波的信号。(3)已调波:调制后的载波信号。 2、解调:在接收端,从已调波上将它运载的信息检取出来的过程。 3、模拟调制方式:调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)。 4、数字调制方式:幅度键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。 (五)调幅技术 1、定义:用调制信号(音频信号或视频信号)去控制改变高频载波信号的振幅,从而使高频载波的振幅随调制信号的变化而变化。调幅过程实质上是将调制信号的频谱进行“搬移”操作,搬至载频的两边。 2、分类: (1)普通调幅AM:主要应用于中波调幅广播(MW)。 (2)平衡调幅DSB-AM:“只传两个边带,不传载波”。主要应用于调频立体声广播副信道差信号(S = L- R)对38kHz副载波的调制。彩色电视中的色度信号对彩色副载波的调制。 (3)单边带调幅SSB-AM:只用一个边带依然保持调制信号的特征,并可节省一半带宽。主要用于短波广播中。 (4)残留边带调幅VSB-AM:主要用于电视广播中对图像信号对图像载波的调制。上边带0~6 MHz全传,下边带0~0.75 MHz全传, 0 .75 ~1.25 MHz减传,1.25 MHz ~6 MHz不传 。发射总带宽为 1.25 + 6.5 + 0.25 = 8 MHz 。 3、频谱结构:(1)载波分量fc,(2)上边带fc-Fm~fc,(3)下边带fc~fc+Fm。 4、两个重要参数: (1)调幅度 m a:反映调幅波振幅变化的相对程度。 (2)通频带 B=2 Fm:反映已调波的有效带宽(最高话音频率的两倍)。 (六)调频技术 1、角度调制:高频载波的相位受到调制信号的控制的调制方式的统称。 (1)角度调制分类:调频(FM)和调相(PM)两种; (2)角度调制共性:①高频已调波的振幅U c稳定;②高频已调波的总相角Φ(t)随调制信号变化。 3、调频定义:高频载波的瞬时频率按调制信号的变化而变化,而且幅度保持不变。 4、调频指数:m f= Δωf /Ω=Δfm/F=最大频偏/调制频率 m f实质是最大的相位偏离值,表示在调频过程中,瞬时相位Φ(t)变化幅度,反应了调制深度,单位是[弧度]。 5、有效带宽: B = 2( m f + 1) F = 2( △f + F ) 调频广播标准规定B = 200 kHz;电视广播中伴音标准规定B = 250 kHz。 6、调幅和调频的主要区别 (1)高频载波振幅:调幅的振幅是变化的。调频是等幅波。 (2)高频载波频率:调幅高频载波频率不变;调频频率变化。 (3)已调波频带宽度:调频比调幅波宽得多。 (4)声音质量:调频比调幅好。 (5)传输距离:调幅的传输距离和覆盖范围比调频大。 (七)广播发射台 1、发射台的基本任务: (1)产生高频振荡激励电能, 由高频振荡器将电源的能量转换为高频振荡的能量,产生高频电流或电压; (2)控制高频振荡电能, 用传送的节目信号(基带信号)去调制高频振荡,使高频电能按所传送信号的变化而变化; (3)将受控高频振荡电能转换为空间电磁波,由天线向空间发射。 2、广播发射台的构成: (1)发射机:用被传送的音频信号对其载波进行调幅,并放大到额定功率电平。 (2)馈线和天线:馈线-将发射机输出的已调制的高频电流送到天线上去的装置。天线-将已调制的高频电流的能量转换成电磁波的形式辐射出去的设备。为了使天线输入阻抗与馈线阻抗相匹配,在天馈线之间一般装有调配装置。 (3)节目传输分配系统:节目传输系统-经电缆、光缆、微波、卫星、短波、调频中继将电台节目信号送到发射台。节目分配系统-将STL送来的信号分配到发射机和监听、监测设备。 (4)附属设备:冷却系统-采用强制冷却使发射机耗散功率产生的热量尽快散发。假负载-当发射机调整和功率计校正时,为发射机提供一个标准的负载电阻,并能承受发射机送来的全部功率。监控、监测设备(调试检测)-测试发送设备技术指标,供监听、监测发射机工作状态。控制台-切换被传送的信号到发射机的输入端;对发射机进行开、关机等主要操作;对发射机主要工作状态和运行质量进行监测。 (5)变电配电系统-为了不间断地向各种设备供电,发射台一般都有两路电源,用一备一,并设有配电装置。 二、中、短波广播发射技术 1、板极调幅发射机的组成 (1)激励器:产生发射机的发射频率(载频)。 (2)高频放大器:对高频信号进行放大。 (3)被调级(高末级):用音频信号对高频载波进行幅度调制,并进行功率放大。 (4)音频处理器:按发射机的要求,对音频信号进行加工处理。音频处理器三个作用:①压缩节目动态范围,提高平均调幅度。②防止过调制。③改善传输系统的信杂比。 (5)音频放大器(调幅器):把微弱的、经过加工处理的音频信号放大到所需的电平。 2、脉宽调制PDM发射机的组成 (1)数字编码器:把音频信号变成一系列用脉冲宽度反映音频信息的脉冲波。 (2)开关放大器:经若干级开关放大器放大到所需功率电平。 (3)低通滤波器:把音末调制级脉冲波还原为音频电压。 (4)射频末级:再用还原后的音频电压对射频末级进行调幅。 3、脉冲阶梯调制PSM发射机 (1)脉冲阶梯调制:将音频模拟信号转换成数字 信号,利用数字处理技术将它输出叠加成一种能反映音频信号变化规律的阶梯波形。 (2)过程:音频信号Þ串联电压源的数量Þ阶梯输出电压Þ低通滤波Þ高末级板压Þ板调。 4、数字调幅DAM发射机 (1)数字调幅发射机:将连续模拟信号转换成数字式开关脉冲信号,直接用数字化音频控制信号在射频功率放大器末级实行高电平调幅,产生阶梯形已调波的发射机。 (2)工作原理:①音频信号先经数字处理,变换为12比特数字流,并进行编码,用来控制各射频功率放大器的开关。②通过接通射频功率放大器的数量多少,来控制发射机输出射频电平。③经带通滤波器光滑处理滤除量化台阶和不需要的频谱分量后,就得到幅度调制的射频已调波输出。④最后经馈线、调配室传送到天线系统发射出去。 三、调频广播发射技术 1、导频制调频立体声广播系统 (1)编码器:将立体声的左、右两路声音信号编码成一个复合信号。 (2)调频器:将复合信号调频成高频已调波。 (3)鉴频器:将高频已调波解调成复合信号。 (4)解码器:将立体声复合信号解码成左、右两声道音频信号。 2、导频制立体声广播制式:采用“和差传送”方式和二重调制(AM-FM)方法以实现兼容性的立体声广播制式。 3、导频制调频立体声编码器 (1)由L和R信号形成主信道信号和副信道信号 –主信道信号:M=L+R,频谱范围:0Hz~15kHz –副信道信号:S=L-R,频谱范围:0Hz~15kHz (2)用差信号对38kHz的副载波信号进行平衡调幅,调制后的信号的频谱范围:23kHz~53kHz。 (3)采用平衡调幅方式抑制副载波,降低发射功率(副载波中不携带要传送的信息)。 (4)将主信道信号和调制后的副信道信号相加,另外再加上导频信号P(19kHz),就得到了基带复合信号:U=(L+R)+ (L-R)M +P 4、调频多工广播:指在正常调频节目播出的同时,利用频谱所附加的副载波来增加声音和其它信息的一种扩大业务范围的广播方式。 (1)辅助通信许可业务 SCA:增加一路不同内容的单声道广播通道,基带信号中心频率:67kHz,基带信号频谱范围:61~73kHz。 (2)广播数据系统RDS:为少数特定用户服务。用户购买专用附加接收设备可收听到附加节目广播。基带信号中心频率:57kHz,基带信号频谱范围:57kHz±2400Hz。 5、调频同步广播:采用多部发射机、具有相衔接的覆盖区域、使用相同的载波频率和广播节目以实现特定区域覆盖的技术手段。 主要技术要求(三同一保):(1)保证多部发射机之间的同频;(2)保证在发射天线馈源端系统同相;(3)保证发射机有相同的调制度;(4)保证交叠区最低可用场强。 四、广播接收技术 (一)调幅广播接收机 1、天线:感应电磁波信号并将其转换成电信号; 2、高频调谐放大器:通过改变回路的谐振频率来进行频道选择,同时对所选频道的高频信号进行放大; 3、本地振荡器:自行产生高频信号,其频率与调谐回路的谐振频率同步改变,且总是比后者高465kHz; 4、混频器:将放大后的高频信号与本地振荡器产生的高频信号进行频率混合,并输出二者的差频信号; 5、中频放大器:对混频器输出的中频信号(载波为465kHz)进行放大; 6、检波器:对调幅信号进行解调,恢复原来的音频信号; 7、低频放大器:对音频信号进行放大; 8、扬声器:完成电-声转换,并以足够的强度辐射声波。 (二)导频制调频解码器 (1)利用低通滤波器得到复合信号中的主信道信号L+R; (2)利用带通滤波器得到已调的副信道信号(L-R)M ; (3)利用选频电路得到导频信号P; (4)对(L-R)M进行平衡解调,得到副信道信号L-R; (5)将主信道信号和副信道信号相加、相减,得到立体声的左声道信号L和右声道信号R。 五、数字音频广播 (一)数字声音广播 1、DAB技术要点:以数字技术为基础,采用先进的音频数字编码、数据压缩、纠错编码及数字调制技术,在接收端可获得与原始发送信息相同质量的节目内容。 2、国际上三种DAB系统:(1)欧洲的尤里卡147-DAB制式;(2)美国的带内同频道(IBOC)DAB制式;(3)日本的单路节目的DAB广播方案。 3、DAB系统工作频段:30MHz~3GHz。 4、DAB 覆盖手段:地面单频同步网、本地电台、卫星和有线网络。 5、DAB系统的发送端(1)音频编码器:利用MUSICAM算法进行音频信源编码,目的是压缩音频数据,降低数码率;(2)复用器:压缩后的信号送入多路复用器与数据业务一起复用;(3)信道编码:信道编码的作用是对传输信息码流进行纠错编码,使传输码流本身有一定的纠错检错能力,由此来提高传输的可靠性;(4)正交频分复用OFDM调制:OFDM是一种对多径传播不敏感的传输方法。另外,在OFDM调制过程中,还将通过复合器加入快速信息信道FIC(Fast Information Channel)符号、同步信号等。(5)发射机:经OFDM调制后的信号送到发射机进行载波调制和功率放大,然后通过天线发射出去。 6、DAB系统的接收端(1)高频部分(又称调谐器):通过天线选择出所需要的传送声音节目和数据业务的频率块,然后进行频率变换,将高频信号变成中频信号和基带信号;(2)OFDM解调:完成对OFDM信号各个载波的解调,恢复出分配在各个载波上的数据流。在这一过程中,还将通过解复合器把每个传输帧的比特流细分为同步信道(SC)、快速信息信道(FIC)和主业务信道(MSC)。(3)信道解码:对接收到的码流进行纠错解码,实现误码的纠错和检错;(4)解复用部分:将复用在一起的音频和数据分开;(5)MUSICAM信源解码:对音频数据进行去压缩,获得原始的音频数据。 (二)DAB五项关键技术 1、信源编码:采用掩蔽型自适应通用子频带综合编码与复用MUSICAM,声音信号频谱分割为32个子频带,充分利用了人类听觉的心理声学现象和声音信号统计的内在联系。(1)减少冗余:尽量降低声音信号中冗余。(2)丢弃不相关:尽量降低声音信号中不相关(人耳不能感觉到的部分),只对人耳能感觉到的信号进行编码和传输。 2、信道编码:(1)卷积编码:码率兼容删除型卷积码RCPC,(2)循环冗余校验码CRC:对声音辅助信息和比例因子(SCF)加入检测比特错误的校验。,(3)交织技术:时间交织(相邻码元在时间上分开传送)和频率交织(相邻码元在频率上分开传送)。 3、传输方法:编码正交频分复用COFDM,一种对多径传播不敏感的多载波宽带传输方法。(1)编码(C):信道编码采用编码率可变的可删除卷积编码;(2)正交频分(OFD):数据流分配到有相等间隔的、频谱关系彼此正交的大量副载波上传送,调制采用四相差分相移键控DQPSK=4DPSK。(3)复用(M):多套节目数据相互交织地分布在大量副载波上,形成DAB块复合在一起传送。 COFDM基带信号或 “DAB块”:在DAB信号传送时,经信道编码的信息要被分配到频谱成正交关系的许多副载波上传送,所有这些已调副载波叠加在一起形成包含数字信息的信号,“DAB块”的中心频率通常为2.048MHz,带宽为1. 536MHz。 4、插入保护间隔:使彼此相继的符号即使在有反射时也相互独立。(1)阻止前一相邻符号对当前符号的交叉符号。(2)持续期防止反射波干扰。 5、同步网技术:通过同步网实现覆盖。 单频同步网SFN: (1)“单频”:发射频率相同,网内多台发射机使用中心频率相同、带宽为1.536MHz的DAB频率块;(2)“同步”:播出节目相同,调制信号在时间上精确同步。 单频网SFN特点。(1)网中所有发射机都必须同步。(2)可实现多套节目的大面积覆盖。(3)传输可靠性提高。(4)发射功率不需要很大。 (三)数字调幅广播(AM)系统 1、工作频段: 30MHz以下。 2、DRM系统标准目标:通过协调保留一个世界有效的并自由提供使用的30MHz以下数字声音广播发射和接收标准。统一全世界数字AM(长、中、短波)广播的规范。 3、两种传输系统: (1)多载波并行传输系统:利用多载波宽带系统同时传送数据。要点:①采用编码正交频分复用( COFDM )调制技术,利用多载波宽带系统同时传送数据。②每个载波采用低速率的QPSK、16QAM或64QAM。③音频编码采用MPEG-4 AAC(先进音频编码)方法。优点:抗干扰能力强,接收机简单;缺点:发射机的峰值系数较高,对发射机的非线性校正要求较高。 (2)单载波串行传输系统:使用单个载波,进行多状态的调制。要点:①使用单个载波,进行多状态数字调相( MPSK )或多个状态调幅调相(32/64-APSK)的调制方法,② 9或10kHz带宽,在与模拟调幅广播同播时(各自占用相邻的独立频道),有用(净)数据率可达10~24kb/s。③音频编码采用MPEG-4 AAC(先进音频编码)方法。优点:数字AM发射时,仍然可以保持模拟发射时的高效率;缺点:主要是接收机较复杂。 4、数字AM系统 (1)发射:①音频信号Þ编码+数据流②复用Þ③信道编码④交织Þ⑤成帧Þ⑥数字调制Þ⑦调幅发射 (2)接收:①射频接收Þ②数字解调Þ③帧解调Þ④解交织Þ⑤信道解码Þ⑥解复用Þ⑦数据流+编码音频信号Þ音频信号 (四)其它的数字声音广播系统 1、卫星数字音频广播 (1)组成:地球同步轨道卫星、广播上行站、数字接收机及地面控制运营网。 (2)优势:音质纯净、覆盖面积大、费用低、最经济选择带宽和移动接收。 2、数字多媒体广播DMB (1)定义:从数字音频广播(DAB)技术优势(能在高速移动环境下可靠接收信号)的基础上发展而来的一种无线高速信息传输技术。 (2)功能:传输音频信息、数据、文字、图形与视频等多种信息。 3、网络广播 (1)定义:数字化的音频视频信息以因特网为传播介质提供的音频服务的广播形态。 (2)特点: ①以“异步性”代替了以往的“同步性”,用户可以在自己合适的时间进行收听收看; ②以“窄播”代替了以往的“广播”,内容可以更加细化和专门化,完全针对特定的用户群; ③以“互动”改变了受众以往的“被动”,向用户提供了信息的选择权以及用户与传播者之间更密切更快捷的沟通。 第五章电视广播基础知识小结 一、电视 1、电视定义:通过通信线路将现场或记录的活动景物(带伴音)在异地及时的以图像形式重现的技术,也就是根据人眼视觉特性以一定的信号形式实时传送活动景物(或图像)的技术。 2、电视系统:从对景物信息的摄取直到在显示设备上重现出景像构成完整的工作系统。 3、电视基础:①可见光的特性,②人的视觉特性,③色度学基础知识。 二、光的基础知识 1、可见光谱:能够引起人眼的视觉反应的电磁波的光谱范围。 (1)波长范围:380nm~780nm。 (2)颜色表现:随着波长的减小,红、橙、黄、绿、青、蓝、紫连续分布。 (3)人眼能够感知的三种光:①直射光,②透射光,③反射光。 (4)单色光和复合光:①单色光(谱色光):单一波长和波谱宽度小于5nm的光。②复合光(非谱色光):含有两种或两种以上波长成分的光。 (5)光和色的区别:光是一种客观存在的物质(电磁波);色是人眼对可见光这种物质的视觉反应。 2、光源与色温 (1)光源:能发光的物理辐射体。 (2)光源的光谱功率(辐射功率谱):光源的辐射功率在各个波长的分布情况。 ρ(λ)=dΦ(λ)/d(λ)[W/m] (3)光源的相对辐射功率:各个光源的光谱功率分布相对于黄绿光的光谱功率分布的比值。Φ(λ)= ρ(λ)/ ρ(555) (4)绝对黑体:既不反射也不投射光线,而能完全吸收入射光的物体。 (5)色温:当光源发射光的相对辐射功率谱及相应颜色与黑体在某一温度下辐射光色完全相同时黑体的绝对温度(K)。 注意:色温并非光源本身的实际温度,而是表征光源波谱特性的参量。目的是进行色度的计算和白光的比较。 规律:在几种标准白光中,温度升高,光色变化是从暗红Þ橘红Þ浅黄Þ纯白Þ浅蓝Þ亮蓝。色温较低者,偏红;色温较高时,偏蓝。 (6)标准光源:①A光源(A白);2854K。②B光源(B白);4800 K。③C光源(C白);6800 K。④D65光源(D65白);6500 K。⑤E光源(E白);5500 K。色温较低,偏红;色温较高,偏蓝。 3、光度量单位 (1)光通量F:人眼感觉度量的光辐射功率。光通量是在可见光范围内的定积分。单位:流明[lm] (2)发光强度I:单位立体角内发出的光通量。I=F/Ω [ cd]。单位:坎德拉[ cd] (3)亮度B:指定方向发光强度与垂直于指定方向的发光面面积之比。B=I/S^。单位:坎德拉/平方米[cd/m2] (4)照度E:是光通亮与被照物体表面积的比值。E=F/S。单位:勒克斯[lx] 三、视觉特性 1、视敏特性:人眼对不同波长的光具有不同灵敏度的特性。 (1)视敏函数:K(λ)=1/Pr(λ),光辐射功率的倒数。 (2)相对视敏函数:V(λ)=K(λ)/Kmax=K(λ)/K(555)=Pr(555)/ Pr(λ) 2、亮度感觉:人眼所能感觉到的最大亮度与最小亮度的差别及在不同环境亮度下对同一亮度所产生的主观明亮程度的感觉。 辐射功率相同但波长不同的光给人眼的亮度不相同。 (1)相对视觉阈(韦伯-费赫涅尔系数)δ=ΔBmin/B=0.005~0.05 (2)对比度C (反差):原景物或重现图像的最大亮度与最小亮度之比。C=Bmax/Bmin (3)亮度层次n (灰度级数):在画面最大亮度与最小亮度之间可分辨的亮度感觉差级数。n=lnC/δ+1=(2.3 /δ) lnC,对比度越大,亮度层次越丰富。 3、视觉惰性和闪烁感觉 (1)视觉惰性:描述主观亮度与光作用时间的关系。视觉的建立和消失都有一定的惰性。视觉惰性,特别是视觉暂留特性是现代电影和电视的基础。 (2)临界闪烁频率(fc):不引起视觉闪烁感的光源最低重复频率。fc=45.8Hz 4、人眼的分辨力 (1)人眼分辨力(视觉锐度):人眼分辨景物细节的能力。 分辨角(视敏角):在被观察物体上,人眼能分辨出的最近两个相邻点对眼睛形成的张角。θ=3435(d/l)[分] (2)特点: ①人眼对彩色细节的分辨力要远低于对黑白细节的分辨力。 大面积着色原理在电视中的应用:用较宽的信号带宽(0~6)MHz传送亮度信息,用窄带宽(0~1.3)MHz或(0~1.5)MHz传送色度信息 。 ②人眼对运动景物的分辨力要低于对静止景物的分辨力。 四、色度学基础 (一)物体的颜色和彩色三要素 1、发光物体的颜色:取决于该物体对人眼入射光的光谱功率分布情况。 2、决定不发光物体颜色的因素:①物体本身的反射特性或透射特性。②照明光源的光谱功率分布。 3、彩色三要素: (1)亮度:彩色光作用于人眼而引起的视觉上的明亮程度。表征彩色光对人眼刺激程度的强弱,单位是坎德拉/平方米。照射光源功率越大,物体反射(或透射)的能力越强,则物体越亮;反之,越暗。 (2)色调:彩色的颜色类别,色调用波长表示。光源的色调由其光谱分布P( λ)决定;物体的色调由照射光源的光谱P(λ)和物体本身反射特性r (λ)或者透射特性t (λ)决定,即取决P(λ)r (λ )或P(λ )t (λ)。 (3)饱和度(色纯度):彩色的深浅、浓淡程度。彩色光被白光冲淡的程度,用百分数表示。色调和饱和度合称为色度(Chromaticity)。各种单色光饱和度最高,单色光中掺入的白光愈多,饱和度愈低,白光的饱和度等于零。 (二)人眼彩色视觉特性 1、人眼视觉特性 (1)波长定色:一定的光谱分布表现为一定的颜色, (2)同色异谱:同一种颜色则可以是不同的光谱分布。人眼无法辨别光的光谱成分及功率分布情况。 彩色视觉效果等同原理:人眼无法辨别光的光谱成分及功率分布情况。在电视图像的重现过程中,不必重现原景物的光谱分布,只需使重现图像与原景物有相同的彩色视觉效果就行。 2、人眼辨色能力 (1)色调分辨阈:人眼能分辨出色调差别的最小波长。阈值随波长不同而不同。 (2)饱和度分辨阈:人眼能分辨出饱和度差别的最小量值。 (三)三基色原理:根据人眼彩色视觉特性总结出的重现彩色感觉和混合的规律。用三种不同颜色的单色光(三基色光)按一定比例混合,可得到自然界中绝大多数的彩色。 1、原理叙述:合成彩色的三个基色相互独立,合成彩色的亮度由三个基色亮度之和决定,合成彩色的色度由三个基色的比例决定。 2、主要内容:①彩色可分解和合成;②三基色相互独立;③色度取决于混合比例;④总亮度为分亮度之和。 (四)混色法 (1)相加混色法:①时间混色法:应用于彩色电视机。②空间混色法:应用于彩色显象管。③生理混色法:应用于立体电视。 (2)混色规律:红+绿=黄,红+蓝=品红,绿+蓝=青,红+绿+蓝=白。 (3)补色:一种与该颜色以适当比例混合时,可产生白色或灰色的另一颜色。 (4)互补规律:红+青=白,绿+品红=白,蓝+黄=白。 (五)计色系统 (1)配色方程:彩色光F = R[ R ]+G[ G ]+B[ B ]= 三色分量之和 方程含义: F色光可由R个红基色单位,G个绿基色单位和B个蓝基色单位混配而得。 (2)RGB计色系统(物理计色系统):利用物理三基色和规定的基色量[ R ]、[ G ]、[ B ]为单位量,用配色方程进行彩色量度和计算的系统。 ①色模:m=R+G+B,代表彩色光所含三基色单位的总量,即三色系数的总和; ②相对色系数:r= R/m,g= G/m,b= B/m,也称色坐标,分别表示当三基色单位总量为1时,混配某一色光所需的[ R ]、[ G ]、[ B ]的系数。 ③相对色系数之和为1:r+g+b=1。 (3)XYZ计色系统(标准计色系统):选择一组假想的三基色单位(X)、(Y)、(Z),进行彩色量度和计算的系统。 ①方程:F=X(X)+Y(Y)+Z(Z) ②三色系数:X、Y、Z。 ③特点:基色XYZ只是假想的三基色,三个色系数均应为正值;合成彩色光F的亮度应仅由Y[Y]项的系数Y决定,合成光F的色度仍由X、Y、Z的比例关系决定。X=Y=Z时,仍代表等能白光。 (六)亮度方程:彩色光的亮度Y与三基色(R、G、B)的关系式。 (1)SDTV亮度方程:Y=0.291R+0.587 G +0.114 B»0.30 R+0.59 G +0.11 B (2)HDTV亮度方程:Y=0.2126R+0.7152G+0.0722B (3)物理含义:①说明红、绿、蓝各为一个单位时的亮度。白色光的亮度是三基色亮度的算术和。在配色实验中,红、绿、蓝三路基色光信号如按亮度公式加权求和,就可以得到用Y表示的混配色的亮度信息。②三基色亮度对白色光的亮度贡献不同。③彩色电视矩阵编码的依据。 五、模拟电视基础 (一)电视基本工作原理 1、在发送端,用电视摄像机拍摄外界景物,经摄像器件的光电转换作用将景物内容的亮度和色度信息按一定规律变换成相应的电信号,作适当的处理后通过无线电波或有线信道传输出去。 2、在接收端,用电视接收机接收电信号,经显示装置的电光转换后,将电视信号按对应的空间关系转换成相应的景物画面,即在屏幕上重现原始景物的彩色画面。 (二)图像分解与传送 1、像素:组成图像的基本单元。每个像素具有单值的光特性(亮度和色度)和几何位置。像素亮度既是空间(二维)函数,同时又是时间函数。 2、 图像的传送 (1)同时制传送(并行传输):将构成一幅图像的所有像素同时转换成电信号,并同时传送出去。(无法实现) (2)顺序制传送(串行传输):按一定顺序将一个个像素的光学信息轮流转换成电信号,用一条传输通道依次传送出去,在接收端的屏幕上再按同样的顺序将电信号在相应的位置上转换成光学信息。特点:①发送端和接收端各有一个转换开关。②转换开关用电子方法实现的,有很高的接通速度。③收、发两端开关的接通要同步,保证图像的正确重现。 3、同步:收发两端按照相同的规律进行扫描,收发双方扫描规律必须严格一致。同步两方面含义: (1)同频:收发两端的扫描速度相同;(2)同相:收发两端的时空对应关系一致。 (三)电视扫描原理 1、扫描:电视系统中顺序分解像素和综合像素的实现过程。将组成一帧图像的像素,按顺序转换成电信号的过程(或逆过程)。扫描是顺序制传送系统的核心。 (1)两个扫描过程:①发送端光电转换过程中的扫描,②接收端电光转换过程中的扫描。 (2)扫描实质:时空转换。 (3)电视系统扫描特点:扫描轨迹为直线型的线性扫描。 (4)扫描分类:①行扫描:水平方向正程自左至右,逆程自右至左。②场扫描:垂直方向正程自上至下,逆程自下至上。 2、扫描方式: (1)逐行扫描:在对一帧(幅)画面进行光电转换及电光转换的过程中,一行一行从上到下依次进行的扫描方式。 (2)隔行扫描:将一帧电视图像分成奇数场和偶数场两场来扫描,奇数场扫描画面的奇数行,偶数场扫描画面的偶数行,奇数场和偶数场图像嵌套在一起形成一幅完整的图像。奇数行和偶数行互不重叠、等距相嵌。 (3)隔行扫描优点:①克服逐行扫描方式电视信号的带宽过宽。②能在不改变帧频的条件下克服闪烁现象。 3、我国电视标准规定: (1)一帧扫描总行数为625行,其中,帧正程575行,帧逆程50行; (2)采用隔行扫描方式,每场扫描312.5行,场正程287.5行,场逆程25行; (3)场频为50Hz,场周期为20ms; (4)行频为15625Hz,行周期为64μs,行正程时间为52μs ,行逆程时间为12μs ; (5)扫描光栅的宽高比为4:3。 4、隔行扫描光栅的形成: (1)下一帧扫描起始点应与上一帧起始点相同,以保证各帧扫描光栅重叠(扫描行数Z必须为整数); (2)相邻两场扫描光栅应精确镶嵌,以获得最高的清晰度(Z选为奇数 ,每场均须包含半行,这时虽相邻两场扫描的起点不相重合,但两场光栅却能精确镶嵌)。 (四)彩色图像的摄取 1、摄取过程:彩色光学图像Þ分解Þ三基色信号Þ编码Þ彩色全电视信号Þ传输 彩色图像的摄取的两个过程:①分解:彩色图像Þ三基色光图像;②转换:三基色光图像Þ三基色电信号。 产生图像信号原理:基于电荷储能原理。 2、重现过程:彩色全电视信号Þ解码Þ三基色信号Þ混色Þ原始光学彩色图像。 3、理论依据:(1)人眼同色异谱特性,(2)三基色原理。 4、摄像器件:(1)摄像管:利用了光电靶的作用和电子束的扫描来实现光电转换的摄像器件。(2)电荷耦合器件CCD:以电荷的多少代表图像信号的亮暗、以时钟信号控制代替电子束扫描实现图像信号的摄取、光电变换和输出的摄像器件。 5、CCD工作过程:光输入Þ电荷包存储Þ电荷包转移Þ信号电荷输出 (1)在CCD 的感光面上,分布有几十万甚至几百万个独立的铝电极,各自对应一个像素和势阱。 (2)摄像时,外界的光学景物通过摄像机的光学镜头成像于CCD的感光面上,使CCD内部产生电子-空穴对。少数载流子被电场吸引到势阱中,形成电荷包。将光学图像变成了由电荷包中电荷的多少来描述的电子图像,完成了光像到电像的转换。 (3)在外加时钟脉冲的驱动下,各个势阱中的电荷包按一定顺序从CCD中转移出去,形成图像信号输出到外电路。 (五)彩色图像的显示 1、彩色图像重现基本原理 (1)显示屏上紧密排列的红、 绿、 蓝三色发光点组成显示单元,每单元对应一个像素。 (2)三色发光点强度分别受三基色信号强弱控制。 (3)三色发光点紧密镶嵌一起,人眼所感觉到的依空间位置混合构成的彩色图像。 2、显示彩色图像的共同特点:(1)都采用空间混色法,(2)每个显示单元同红、绿、蓝三色光点组成,(3)三色光点的发光强度由三基色电信号控制。 3、显像器件 (1)阴极射线管CRT:利用电子束的强弱随图像信号的大小变化,将一帧时域的图像信号在屏幕上变成一幅平面光学图像的显示器件。 CRT的工作过程:三基色电信号通过栅极控制三个电子束的强度,三条电子束穿过同一阴罩孔轰击各自的荧光粉点,使红、绿、蓝三色光强之比对应于三基色电信号之比,在这一像素上重现原来的色度和亮度。在偏转系统控制下,三条电子束按相同规律在屏幕上进行水平和垂直方向的扫描,从而得到一幅幅彩色画面。 (2)液晶显示器LCD:利用液晶材料的特性实现电光转换和图像显示的平板显示器件。 (3)等离子显示器PDP:利用惰性气体放电时产生的紫外线辐射诱发荧光粉发光的平板显示器件。 (六)黑白全电视信号 1、组成:黑白全电视信号=正程传送的图像信号(S)+逆程传送的复合消隐信号(X)+逆程传送的复合同步信号(T)。 2、图像信号极性 (1)负极性图像信号:黑电平高、白电平低的图像信号。指图像信号的大小与景物的亮暗成反比,即景物越亮,信号电平越低。负极性调制优点:(1)工作效率高。(2)传输过程中干扰脉冲不被人眼察觉。(3)便于实现自动增益控制。 (2)正极性图像信号:白电平高、黑电平低的图像信号。指图像信号的大小与景物的亮暗成正比,即景物越亮,信号电平越高。 3、图像信号波形三个主要特点:(1)单向性,(2)脉冲性,(3)周期性。 4、关于消隐信号的规定: (1)行消隐脉冲:脉宽:12μs,重复周期64 μs 。 (2)场消隐脉冲:脉宽:25H+12= 25×64+12 =1612μs。每场一个,重复周期20ms。 (3)复合消隐脉冲:重复周期:40ms。 5、复合同步信号:分别叠加在行、场消隐脉冲之上,与消隐脉冲信号一起在逆程期间传送的行同步信号和场同步信号。 关于同步信号的规定:(1)行同步脉冲:宽度为4.7μs,叠加在行消隐脉冲之上,重复周期64 μs 。(2)场同步脉冲:宽度为160微秒(2.5TH)叠加在行消隐脉冲之上,重复周期20ms。 6、均衡脉冲:(1)作用:保证奇偶场光栅的精确镶嵌。使两场场同步脉冲的积分波形几乎一致。(2)数量:在场同步前后各加入5个均衡脉冲。 7、槽脉冲:(1)作用:保证在场同步期间不丢失行同步信息。(2)数量:在场同步期间内加入5个宽度为4.7微秒的槽脉冲。 8、电视信号频谱结构特点:(1)离散性和成群性。频谱成分 fmn=nfH+mfF;(2)信号能量并没有占满整个视频带宽,至少有三分之一的空隙可以利用。 9、电视图像信号的带宽:图像信号最低频率到最高频率之间的频率范围。我国电视系统规定图像信号的带宽为6MHz。 10、电视系统的分解力:(1)垂直分解力:电视系统沿垂直方向所能分解的黑白相间的横线条数或像素数目,它受扫描行数Z的限制。(2)水平分解力:沿着图像水平方向电视系统所能分解的像素数目(或黑白相间的条纹数目)。 (七)彩色图像信号的传送 1、彩色电视与黑白电视兼容基本条件: (1)彩色电视信号中必须包含亮度信号和色度信号。 (2)占用相同的频带宽度(6MHz)。 (3)具有相同的扫描参数,如行频、场频、隔行扫描比、宽高比等。 (4)应尽量减小亮度信号与色度信号的相互干扰。 2、兼容制彩电传送的信号:(1)亮度信号:包含全部的亮度信息。(2)两个色差信号:红色差信号和蓝色差信号,包含全部的色度信息。 3、大面积着色原理:人眼对颜色细节的分辨力远低于对亮度细节的分辨力。对过于精细的彩色细节,人眼无法分辨,也即“彩色细节失明”。因此,(1)亮度信号(景物的明细部分)用宽带(6MHz)高清晰度方式传送,以保证清晰度。(2)色度信号(景物的颜色差别)用窄频带(1.3MHz)低清晰度方式传输。色差信号经过频带压缩后用较窄的频带传送。 4、恒定亮度原理:保证原亮度信号恒定不变,被摄景物的亮度,在传输系统是线性的前提条件下均应保持恒定,与色差信号失真与否无关,只与亮度信号本身的大小有关。 5、高频混合原理:三基色信号的高频部分用相同的高频亮度信号来代替。在发送端从全频带的三基色中抽出亮度信息,单独用6MHz的宽带传输,留下的纯色度信息则用1.3 MHz的窄带传送到接收端,亮度信息与色度信息合并,经处理后又复原成全频带的三基色信号。 6、色差信号的三个处理: (1)频带压缩:依据“大面积着色原理”,亮度采用全带宽传输,色差信号采用1.3MHz窄带传输,以压缩色差信号的传输频带。既保持足够的色度信息,又节省频带。 (2)频谱搬移:通过调幅方式实现亮度信号主要占据视频频带的低端,已调色差信号主要占据视频频带的高端。 (3)频谱间置:依据亮度信号和已调色差信号的谱线簇在视频频带的高端正好错开半个行频的距离。在视频频带的高端通过频谱交织,以实现亮、色信号之间的频分复用。 7、两个色差信号采用正交平衡调幅: (1)采用同步检波实现色差信号解调,两个已调的色差信号占据相同的频带,在接收端可利用同步检波技术将这两个色差信号解调出来。 (2)大大减小色度信号对亮度信号的干扰,已调的色差信号中没有副载波分量。 8、色同步信号:在彩色全电视信号中发送的一个能反映发送端基准副载波频率和基准相位的信号。 色同步信号作用:(1)接收机恢复副载波提供一个相位基准,提供色副载波频率和相位信息,保证接收端恢复的副载波与发送端的副载波同频同相。(2)提供收、发两端PAL开关步调一致的相位信息,提供V信号切换极性信息。(3)接收机中的自动消色,自动饱和度控制。 (八)彩色全电视信号: 1、组成:彩色全电视信号=亮度信号+已调色差信号+ 复合消隐信号+ 复合同步信号+色同步信号。 2、亮度信号和已调色差信号:构成彩色图像信号,代表被摄图像的亮度和色度信息,用以在接收端重现彩色图像。 3、复合消隐和复合同步信号:作用与特点与黑白电视完全相同。 4、色同步信号:传送副载波的基准频率和相位信息,保证接收端恢复的副载波与发送端的副载波同频同相。 (九)标准彩条信号:用电子方法产生的标准测试信号。 1、标准彩条信号在屏幕上显示方式:按亮度递减顺序依次为白、黄、青、绿、品、红、蓝、黑。 2、标准彩条信号的颜色:三基色、三补色及黑白两个中性色。 3、标准彩条信号的分类:(1)(2) (十)彩色电视制式 1、三种兼容制彩色电视制式:(1)NTSC制(正交平衡调幅制)(2)PAL制(逐行倒相正交平衡调幅制)(3)SECAM制(逐行轮换、储存、调频传色制)。 2、共同点:(1)都传送了亮度信号和红色差信号及蓝色差信号,(2)都采用以色差信号调制在彩色副载波上的方式实现频谱间置,以达到兼容的目的。 3、主要区别:色差信号调制载波的方式不同。 4、PAL制彩色电视信号 PAL制彩色全电视信号=彩色图像信号+同步信号 =(亮度信号+色度信号)+(复合同步信号+消隐信号+色同步信号) = (亮度信号+U信号±V信号) + (行同步信号+场同步信号+行消隐信号+场消隐信号+色同步信号) 5、彩色电视信号的类型 (1)复合电视信号:包含亮度信号、色差信号和所有定时同步信号的单一电视信号。 (2)分离电视信号(S-Video信号):亮度信号和色差信号分离的一种电视信号。 (3)分量电视信号:三个基色分量信号作为独立的电视信号。 六、数字电视基础 (一)数字电视 1、数字电视含义:将模拟电视信号数字化,然后进行各种处理(如编码、调制、传输、存储等)的电视系统。数字电视是一个系统概念,在全数字环境中完成电视节目生产和流通的全过程。 2、数字电视的分类 (1)按信号传输方式分类:地面数字电视,卫星数字电视,有线数字电视。 (2)按业务和质量分类:低清晰度电视LDTV(图像水平清晰度大于250 线),标准清晰度电视SDTV(图像水平清晰度大于500线),高清晰度电视HDTV(图像水平清晰度大于800 线)。 3、数字电视两种编码方式 (1)复合编码方式:将彩色电视信号作为一个整体进行取样、量化和编码,得到一个数字复合电视信号;取样频率fs =17.72MHz,对 PAL制,每行的取样点数=1135。 (2)分量编码方式:对亮度信号和两个色差信号分别进行取样、量化和编码,得到三个数字分量电视信号。 4、固定正交取样结构:每一行的样点正好处于前一场和前一行样点的正下方,而且与前一帧的样点重合。 5、分量编码取样频率应考虑因素: (1)满足取样定理:取样频率≥2.2fm=13.2MHz。 (2)实现固定正交取样结构: f s=n× fH (行频的整数倍)。 (3)兼容两种扫描系统:f s=m×2.25MHz( 2.25MHz的整数倍)。 (4)节省码率:f s尽量靠近2fm。 6、SDTV分量编码方式 (1)4∶2∶2∶方式:亮度信号的取样频率=13.5MHz。色差信号的取样频率=6.75MHz。 (2)4∶4∶4编码方式:亮度信号和两个色差信号(或R、G、B信号)的取样频率=13.5MHz,且取样结构完全相同。 (3)4∶1∶1编码方式:亮度信号取样频率=13.5MHz,色差信号取样频率=3.375MHz。 (4)4∶2∶0编码方式:亮度信号取样频率=13.5MHz,色差信号取样频率=3.375MHz,但两个色差信号每两行取一行。 7、过载保护带:电视信号8比特量化时,亮度信号的动态范围限制在16~235量化级之间;色差信号的动态范围限制在162~40量化级之间。 8、数字电视信号数码率 (1)复合编码数字电视信号的数码率=复合信号取样频率×量化比特数[bps] (2)分量编码数字电视信号的数码率=亮度信号取样频率×量化比特数+2×色差信号取样频率×量化比特数[bps] (二)高清晰度电视 1、定义:使观看者在图像高度的大约3倍距离处观看图像细节时,能达到或接近具有正常视觉锐度的观看者观看原始景物的感觉。 2、特点:(1)扫描行数大于1000行。(2)每行取样点数应不少于1800。(3)画面宽高比16:9。(4)采用方形像素。(5)高质量的立体声伴音。(6)兼容SDTV信号格式。 3、取样频率:(1)R、G、B、Y:74.25[MHz];(2)R-Y、B-Y:37.125[MHz]。 4、三种显示分辨率格式:720P(1280×720,逐行)、1080i(1920×1080,隔行)和1080P(1920×1080,逐行)。 (三)电视伴音信号编码 1、伴音取样频率:(1)满足取样定理: fs≥(2.1~2.5)fm。(2)图像、声音时分复用:是行频fH的整数倍。(3)应与图像取样频率保持固定的倍数关系,从同一时钟源得到。 2、伴音编码的位数:通常为16位。 (四)数字电视的信源编码 1、必要性:(1)数码率很高,(2)数据量很大。 2、可能性:(1)空间和时间冗余,(2)视觉冗余,(3)熵冗余。 数据量=信息量+冗余量=主要信息量+次要信息量+[空间冗余+时间冗余+统计冗余] 3、压缩编码方法: (1)预测编码:根据某一模型利用过去的样值对当前样值进行预测,然后将当前样值的实际数值与预测值相减得到一个差值,只对这一预测误差值进行编码, 主要消除时间冗余和生理冗余。 (2)变换编码:利用数学工具将图像信号变换到变换域进行描写。然后再根据图像在变换域中系数的特点和人眼的视觉特性进行适当量化编码,主要消除空间冗余。 (3)熵编码:对出现概论大的符号(携带较少的信息量)用短的码字编码,对出现概论小的符号(携带较多的信息量)用长的码字编码,尽量使对不同符号编码的平均码长接近于信源熵,主要消除熵冗余。 4、帧内压缩编码(空间冗余压缩编码) :在一帧(或一场)内进行的,利用了电视图像信号的空间相关性来消除一帧(或一场)内图像的冗余信息。 5、帧间压缩编码(时间冗余压缩编码) :在相邻帧之间进行,利用了电视图像信号的时间相关性来消除相邻帧之间的冗余信息。 6、运动处理的两个过程: (1)运动估值(Motion Estimation)是指根据子像块内亮度相同或差值最小找出相匹配的子像块,从而求出运动矢量。 (2)运动补偿( Motion Compensation)是指按运动矢量将上一帧位移,求出当前帧的估值。 7、压缩编码的三个步骤: (1)映射(预测编码,变换编码) :对表示信号的形式进行映射变换,解除或削弱图像信号内部的相关性,降低结构上的冗余度。 (2)量化(消除视觉冗余) :进行符合主观视觉特性的量化,减少表示信号的精度。 (3)统计编码(熵编码) :利用统计编码消除用于编码信号所包含的统计冗余。 由于映射和统计编码是可逆的,而量化是不可逆的,所以,解码过程中造成的失真完全由量化引起。 8、变换编码:利用图像在空间分布上的规律性来消除图像冗余的一种编码方式。 9、离散余弦变换DCT编码过程:(1)分块。(2)DCT变换。(3)量化。(4)之字型扫描读出(之字型扫描和并/串变换)。(5)变字长熵编码(游程编码)。 10、图像压缩的主要技术指标:(1)图像压缩比,即压缩前后图像存储量之比;(2)压缩算法的难易程度或执行速度;(3)重现图像精度,即重现图像与原图像相比的失真。 11、视频压缩标准: (1)JPEG:静止图像有损压缩标准。算法是基于DCT离散余弦变换和可变长编码。 (2)H.261 :多媒体通信视听业务的编码标准。码率是p×64kbps(p=1,2…,30)。 (3)MPEG-1:用于数据速率高达大约1.5Mbps的数字存储媒体的电视图像和伴音编码标准。 (4)MPEG-2:活动图像及有关声音信息的通用编码标准。一般为4Mbps~9Mbps、最高达15Mbps的运动图像及其伴音的数字压缩编码。 (5)MPEG-4:甚低速率视听编码标准。 (6)MPEG-7:多媒体内容接口标准。 12、MPEG的层次结构:(1)“块”(Block):DCT处理单元,(2)“宏块”(Microblock):运动处理单元,(3)“宏块条”(Slice):同步恢复单元,(4)“图像”( Pictrue):基本编码单元,(5)“图像组”(Group of Pictrue):视频随机存取单元,(6)“图像序列”(Vidio Sequence):节目段落随机存取单元。 13、MPEG三种压缩编码模式: (1)I-帧(Intra pictures) :帧内编码帧,必须传递,且周期性出现在图像序列中。 (2)P-帧(Predicated pictures) :前向预测帧。 (3)B-帧(Bidrectional ictures):双向预测帧。 (五)数字电视的系统复用 1、复用:将视频基本流、音频基本流、数据基本流按照一定方式组合在一起,形成适合于存储或传输的单路或多路复合流的过程。 2、节目复用:将一套数字电视节目的视频、音频和辅助数据混合成一个数码流。 3、传输复用:将多套数字电视节目的数码流复合成MPEG-2传送码流,送到信道编码器。 4、节目码流(PS):用于误码比较小的传输或存贮媒介,为本地应用相对于无误码的环境设计; 5、传输码流(TS):用于误码比较大的传输或存贮媒介,用在广播系统和长距离网络中。在TS中可以包括多个节目。因此接收TS时首先要解复用。 6、TS结构特点: (1)包长:188字节TS包= 4个字节包头+184个字节净荷。(2)各传输系统之间的连接形式,是传输设备间的基本接口。(3)由带有一个或多个独立时基的一个或多个节目组合而成。(4)每一个打包在TS中的PES都伴有一个包标识符(PID)。 (六)节目专用信息和业务信息(PSI /SI) 1、节目专用信息PSI :MPEG-2中用于规定不同节目和节目中的不同成分如何复用成一个统一码流的信息。PSI位于MPEG-2传输数据包188字节的有效载荷中。机顶盒解码器自动地设置解码器所需各种参数的信息。 (1)主要作用:自动设置和引导解码器进行解码,保证在一个携带多个节目的TS中正确找到特定的节目和组成节目的组件。 (2)PSI的组成: ①节目关联表(PAT):PID=0x00,关联节目号和PMT的PID值。 ②节目映射表( PMT):说明一个或多个节目组成部分(视频、音频、PCR)的PID值。 ③网络信息表(NIT):说明物理网络的参数(FDM频率、发送器号码等频道调谐参数)。 ④有条件接收表(CAT):PID=0x01,建立EMM流与每个独立的PID值的联系。 ⑤传输流描述表( TSDT ):PID=0x02,给出了传输流的一些主要参数。 2、业务信息SI:在DVB标准中对MPEG-2的PSI进行了扩充形成的对整个系统所有码流的描述信息。 (1)主要作用:提供整个网络中寻找不同节目所需的信息。 (2)SI组成: ①网络信息表(NIT):PID为0x00010。提供与多组传输流、物理网络及网络传输相关的一些信息。 ②节目业务群关联表(BAT):PID为0x00011。提供业务群(一系列相关节目的集合)的信息,给出了业务群的名称以及每个业务群中的业务列表。给不同观众组合不同节目提供了便利。 ③业务描述表(SDT):给出复用器中与每个业务(Service)有关的信息。 ④事件信息表(EIT):PID为0x0012。按时间顺序提供每一个节目中包含的节目段信息。SI中,只有EIT才有可能被加密。 ⑤运行状态表(RST):PID为0x0013。用于快速更新某节目或某些节目的运行参数,提供某一节目(事件)或多个节目(事件)的运行状态和时间的信息。 ⑥时间及日期表(TDT):PID为0x0014。提供节目开始的具体时间;给出与当前的时间和日期相关的信息。 ⑦时间偏移表(TOT):PID为0x0014。给出与当前时间、日期和本地时间偏移相关的信息。与时间日期表TDT表配合使用。 ⑧填充表(ST):PID为0x0014。表明表的内容是无效的,用于使现有的段无效的信息。 ⑨兆帧初始化包(MIP):PID为0x0015。协助完成单频网络的同步的信息。 ⑩不连续信息表(DIT):PID为0x001E。表明码流中这一部分与前面的码流可能不再连续的信息。 ⑾选择信息表(SIT):PID为0x001F。表明 “部分”码流的业务信息。 (七)数字电视的信道编码 1、误码控制分类:(1)按照基本功能可分为检错码、纠错码和纠删码。(2)按照误码产生的原因可分为用于随机误码的纠错编码和用于突发误码的纠错编码。(3)按照信息码组与附加数据之间的运算关系可分为线性码和非线性码。(4)按照信息数据与附加数据之间约束关系,可分为分组码和卷积码。 2、基本概念 (1)编码码组:通常用(n,k)表示。k表示信息码元的个数, r=n-k表示监督码元的个数, n表示编码码组中总的码元数。 (2)码重W(码的重量):码组中“1”的个数。 (3)码距d(汉明距离,码的距离) :两个码组中对应位置上取值不同(“1”或“0”)的位数。两个码字对应位模2加后“1”的个数。 (4)最小码距d0 :各码组之间码距的最小值。它决定了码组的纠错能力。 3、最小码距与纠错能力的关系:在一个码组中 (1)为了检测e个误码,要求d0≥e+1; (1)为了纠正t个误码,要求d0≥2t+1; (1)为了纠正t个误码并检测e个误码,要求d0≥e+t+l。 4、线性分组码:线性分组码:将k个信息码元与附在后面的r个(r=n-k)监督码元用一组线性方程式联系起来,组成长度为n个码元的纠错编码形式。 5、循环码:具有封闭性和循环性的线性分组码。 6、RS码:将输入码元分为k×m比特的组(每组包含k个码元,每个码元包含m个比特),后附r的个监督符号,构成总长为n个符号,且满足n=2m-1,以为单位进行编译码和检纠错的循环码形式。 7、卷积码:码字内的r个校验码元不仅与本码字内的k个信息码元有关,还与前面的(N-1)个码字内的信息码元有关,用于纠正突发错误的纠错编码形式。 8、交织:为达到纠正突发错误,使差错分布均匀,将相邻信息单元在时域和频域上尽可能分开传送所采取的措施。 9、DVB纠错编码 (1)纠错编码类型:数学方法上是代数码、检验关系上是线性码、形式变化上是系统码、循环结构上是循环码。 (2)纠错编码方式: ①②外层纠错编码:采用截短的里德-索罗门码RS(204,188,t=8),同时可纠正8个误码。RS码对突发噪声有较强的纠错能力。 ②内层纠错编码:采用交织深度l=12的卷积交织技术,可以将连续发生的误码分散到多组RS码中,提高对群差错的纠错能力。 第六章电视中心技术小结 一、电视中心两大任务 1、电视节目制作:指根据节目内容及要求,采用有效的技术手段及制作方法,制作出具有声音、图像和艺术效果的电视节目。一般可分为: (1)前期制作:为电视节目收集所需的素材; (2)后期制作:将所得到的各种素材进行加工处理,制作成可以播出的符合要求的成品节目。 2、电视节目播出:将各类节目按预先排定的节目时间程序,经播出机房分别播出到节目发送与传输部门。 3、电视中心六类主要设备 (1)信号源设备:主要有摄像机、电视电影机、卫星电视地面接收机等; (2)记录设备:主要有磁带录像机、硬盘录像机、激光视盘等; (3)编辑制作设备:主要有磁带编辑机,非线性编辑机、特技机、字幕机等; (4)声音设备:主要有传声器、录音机、调音台等; (5)视频切换设备:对视频信号进行混合、切换等处理; (6)其它设备:包括扬声器、监视器、波形示波器、矢量示波器、灯光设备、转播设备等。 二、摄像机 1、主要功能:将外界的光学景物变成符合标准的电视信号。 2、基本构成: (1)镜头:将外界景物的光学影像经过选择后投射到摄像器件的感光面上成像。由许多光学玻璃镜片、镜筒和多个伺服电机等部分组成。 (2)寻像器:聚焦和选景构图,检查工作状态和图像质量。 (3)机身:包括有内光学系统、光电转换器件、视频处理放大器、同步信号发生器、编码器以及各种自动调整和控制电路等。 3、工作原理: (1)分光成像:被摄景物的光像Þ变焦镜头Þ红、绿、蓝三个基色光像。 (2)光电转换:三个基色光像Þ同时进行光电转换Þ相应的红、绿、蓝三基色电信号。 (3)编码输出:三基色电信号Þ放大处理Þ编码器Þ彩色全电视信号。 4、PAL制电视的编码过程: (1)经过视频处理和放大的三基色电信号R、G、B首先进入编码矩阵,编码成亮度信号Y和色差信号R-Y、B-Y。 (2)R-Y和B-Y信号通过低通滤波器进行频带压缩,进行正交平衡调幅。 (3)调幅之后的两个色差信号加在一起,并与延时后的亮度信号及复合同步信号相加,形成彩色全电视信号。 5、视频处理放大器:对三基色电信号进行放大、校正和补偿的电路。包括: (1)预放器:对光电转换器件输出的微弱电信号进行放大。 (2)增益提升电路:同时决定红、绿、蓝三路放大器的增益。 (3)增益控制电路:控制红和蓝两路放大器的增益,实现白平衡。 (4)黑斑校正电路:消除图像中的黑斑现象。 (5)白斑校正电路:对图像中的白斑进行校正。 (6)彩色校正电路:弥补分色棱镜分光特性的不足,使摄像机的总分光特性尽可能接近理想。 (7)轮廓校正:克服孔阑失真的影响,使图像轮廓鲜明,细节清晰。 (8)校正:对光-电、电-光转换过程中的非线性进行校正,使重现图像的亮度层次和颜色不失真。 6、摄像机编码器:将红、绿、蓝三基色信号编码成一个亮度信号和两个色差信号,并把它们按某一电视标准组合成一个彩色全电视信号输出。 7、同步信号发生器:产生定时和基准信号(行、场推动脉冲,复合消隐脉冲,复合同步脉冲,K脉冲,P脉冲,色副载波等),供视频处理放大器、编码器以及光电转换器件使用。 8、自动控制系统:以单片机微处理器为基础,通过预先固化在微处理器内的控制程序实现对摄像机工作状态的自动控制、调整、显示、告警等功能。 (1)自动白平衡:在电路系统中精确调整红、绿、蓝三路信号的相对增益,使输出三基色电压相等,从而使重现图像的颜色恢复标准白。 (2)自动黑平衡:在盖上镜头盖或关闭光圈的情况下,调节好绿路的黑电平,调节红路与蓝路的黑电平,使它们与绿路的黑电平相等。 (3)自动光圈控制:用视频处理放大器输出的三基色信号的图像亮度信息控制光圈电机的转动,从而调节光圈大小,使摄像机输出的图像信号峰-峰值电平保持在0.7VP-P。 9、数字摄像机:图像信号处理及信号的记录使用数字信号完成的摄像机。 (1)最大的特征:磁带上记录的信号为数字信号,而非模拟信号。 (2)工作过程:数字摄像机摄取的图像信号经CCD转化为电信号后,马上经电路进行数字化,以后在记录到磁带之前的所有处理全部为数字处理,最后直接将处理完的数字信号直接记录到磁带上。 三、录像机 1、录像机:以磁带硬盘为存储媒体对视频信号进行纪录、存储和重放的设备。 2、分类: (1)分量录像机:亮度信号和色度信号分别在各自的通道中进行处理,并分别用各自的磁头进行录放; (2)复合录像机:亮度信号与色度信号最终要复合在一起,用一个磁头进行录放。 3、磁带录像机组成 : (1)视频录放系统:记录与重放视频信号。 (2)声音录放系统:记录与重放声音信号。 (3)机械与控制系统:机械系统负责控制磁带运行过程。控制系统对机械系统的执行元件和录放电路进行控制,完成机械动作和电路状态的转换。 (4)伺服系统:控磁鼓的旋转速度和相位;控制走带速度以及重放时磁带的纵向位置;控制录放状态下磁带所受的张力。 (5)电源:为各系统的电路、电机、显示屏提供所需的直流电源。 4、视频信号与音频信号之间有三个明显区别: (1)视频信号的上限频率远高于音频信号的上限频率, (2)视频信号的带宽比音频信号要宽的多, (3)视频信号对相位失真要比音频信号敏感得多。 5、数字录像机构成及功能: (1)A/D转换和D/A转换:实现数字和模拟两种信号的输入和输出。 (2)压缩编码和压缩解码:采用码率压缩技术,降低比特率。 (3)纠错编码和纠错解码:将误码率降低到一定限度。 (4)通道编码及通道解码:将数字信号变成适合于磁性记录的信号码型,满足录像机磁性记录的要求。 6、硬盘录像机(数字视频录像机):兼有计算机和磁带录像机功能的记录存储设备,计算机化的录像机。 硬盘录象机特点:(1)以内置的硬盘为介质,进行非线性录放;(2)采用非接触读写方式,避免图像质量的劣化;(3)既当编辑机,又当服务器,一机多能;(4)文件形式直接记录。 四、编辑制作技术 1、电视编辑制作:将零散的音视频素材编辑加工成符合要求并具有一定艺术效果的电视节目。 (1)编辑制作技术手段:电子编辑、特技效果、字幕、动画等。 (2)电子编辑:用电子方式将不同的素材按一定顺序组合成一个有完整内容的节目的制作技术。 2、线性电子编辑:基于磁带存储、存储模式与时间顺序有关、受时间顺序“线性”约束、不可随机存取的电子编辑。 (1)插入编辑:插新换旧,在一个完整的节目中间的某一段换上新的节目内容,原来的内容被消掉,换上新的内容。 (2)组合编辑:续接素材,在磁带已录内容的后面连续地接续记录新内容的一种编辑方式。 3、非线性电子编辑:基于硬盘存储、存储模式与时间顺序无关、不受时间顺序“线性”约束、可随机存取的电子编辑。 (1)“非线性” 含义:所用素材的长短和前后顺序可以不按制作的长短和先后顺序进行任意编排和剪辑。 (2)非线性编辑系统组成:①输入接口单元--A/D转换,压缩处理,② 存储单元--保存压缩后的音视频信号,③中央处理单元--对原始素材的编辑、特技、字幕、配乐等处理,④输出接口单元--解压缩、D/A转换。 4、视频切换:在多路输入视频信号中任选一路或数路信号输出。 (1)快切:一幅画面迅速变换为另一画面的简单切换方式。快切换通常由视频开关在场逆程期间完成。 (2)慢转换:图像的混合过渡,一幅画面缓慢替换为另一画面的切换方式。有叠画(X切换)和淡入淡出(V切换)两种方式。 (3)划像(扫换):把两个信号源提供的图像按一定几何图形和比例关系组合成一幅画面的分画面特技。特点:整个电视屏幕被A、B两个画面分割成两部分,分界线是规则形状,而且两个画面的分界线还可沿某个方向移动。 (4)键控:沿一定轮廓线抠去一个图像一部分,并镶入另一图像的分画面特技。 背景画面:被挖去一部分的图像,前景画面:被填入的图像。 特点:①分割画面的分界线大多为不规则形状,由图像信号本身来形成。②表现效果是一幅图像中的某个区域被抠掉并填入另一幅图像,在画面上插入字幕、符号或某种较复杂的图形、轮廓等。 分类:按照键信号不同键控方式分为自键、外键和色键。 5、数字视频特技:对视频信号本身进行尺寸,位置变化和亮、色信号变化的数字化处理,产生各种特别效果的技术。 (1)特技:在两段素材的衔接处(即切换点)设置一些特殊的视觉效果。 (2)原理:把模拟视频信号变成数字视频信号以后存储在帧存储器中,然后,通过对这些数字信息进行不同的处理,就可得到各种各样的特技效果。 6、字幕机基本工作原理: (1)由计算机产生所需的字符和汉字信息,(2)把信息转换成符合标准的电视信号,(3)利用键控方式叠加到背景画面上。 7、动画:通过连续播放一系列画面,创造出一种能给视觉连续变化和运动幻觉的技术。 五、电视节目制作系统 1、电子新闻采集系统ENG:使用便携式的摄像、录像设备,进行电视新闻采集的系统。 (1)基本构成:便携式摄像机和录像机;一名摄像师和一名记者。 (2)卫星新闻采集系统SNG:配备一个小型卫星上行系统 ,一辆转播车,及时将新闻素材或编辑好的新闻节目传送到电视台。 2、电子现场节目制作系统EFP:在事件发生的现场或演出、竞赛现场制作电视节目,进行现场直播或录播的即时制作系统。 (1)基本构成:转播车,摄像机、摄像机控制器CCU、视频切换台、调音台、视音频分配器、录像机及信号监视设备。导演、多名摄像师和记者。 (2)工作方式:转播车现场开通,多机摄录,进行现场直播或现场录像,摄录过程与事件发生发展同步进行。 3、演播室节目制作系统ESP:在电视台的演播室中利用高档设备制作出质量较高的电视节目的系统。 (1)基本构成:视频系统、音频系统和灯光系统。 (2)特点:可制作出质量较高的电视节目;电视台自办节目的主要手段。 4、虚拟演播室系统VSS:传统演播室的色键技术与计算机图形图像处理技术结合的电视节目制作系统。 (1)原理:用计算机场景工作站生成的三维图像作为演播室的“虚拟”背景,并跟踪摄像机运动实时调整和“移动”该虚拟背景,使之与拍摄的主持人图像(前景)同步变换,实现三维场景的移动变换与真实摄像机相一致的模拟效果。 (2)组成:摄像设备、摄像机位置参数分析和控制、图形计算机、背景素材库和图像合成等设备。 六、电视播出系统 1、播出:按照预先编排好的节目时间顺序,在播出机房用切换方式将电视节目的图像和伴音送往传输与覆盖部门。 2、三种播出形式:(1)直播:在节目制作的同时进行播出;(2)录播:播出事先录制好的节目;(3)转播:将现场或其它电台的节目接收下来,经放大等处理后由本台播出。 3、组成:(1)节目源:提供播出节目。(2)视频切换台和音频切换台:同时对各路节目的图像及其伴音进行切换输出。(3)两路传输通路:一路经微波、电缆或光缆等传输方式送往地面发射台、卫星地面站或有线电视前端,从而实现地面广播、卫星广播或有线电视广播;另一路由录像机录制成节目带,用作资料或记录。 4、半自动播出系统:计算机根据事先输入的节目时间表来控制切换台,自动切换节目通道,但录像机的上带及退带都是由人工完成的播出系统。 5、全自动播出系统:全部由计算机进行管理和控制的播出系统。 6、硬盘播出系统:将要播出的电视节目存入硬盘存储器,播出时直接从硬盘调出所需的节目内容的电视节目播出系统。 (1)上载工作站:向播出服务器上载需播出的音视频节目; (2)播出工作站:控制播出服务器的输出通道,实现节目的自动播出,; (3)文件管理服务器:为工作站服务,存储公共数据; (4)播出服务器:硬盘播出系统的核心,实现音视频数据的上下载,并能实现多频道的自动播出。存储器通常采用磁盘阵列结构。常有一主一备两个。 (5)播出切换台:实现节目的播出切换。 七、电视中心网络化:以服务器为核心,利用网络来传送音视频数据和文件,同时实现自动化的管理方式和并行的工作模式。 1、电视台网:以现代信息技术和数字电视技术为基础,以计算机网络为核心,实现电视节目的采集、编辑、存储、播出交换以及相关管理等辅助功能的网络化系统。 (1)主要技术:现代信息技术、数字电视技术 (2)基础核心:计算机网络 (3)实现功能:采、编、播、存、用 (4)三个层面:电视台网层、板块层、板块要素层。电视台网由板块构成,板块由板块要素构成。 2、音视频文件格式: (1)素材交换格式MXF :一种在服务器、数据流磁带机和数字档案之间交换节目素材的文件格式。 (2)高级授权格式AAF :一种带有标签和地址的图像、声音及元数据打包方式。 (3)格式使用:电视中心网络中将MXF和AAF配合使用,节目编辑制作时采用AAF格式,传输及交换时采用MXF格式。 八、媒体资产管理系统 1、媒体资产的含义:素材+元数据=内容,内容+权限=资产 2、媒体资产管理的定义:一个对各种媒体资产的统一管理和控制,高效保存和利用的系统。 3、媒体资产管理的要求:满足媒体资产拥有者收集、保存、查找、编辑和发布各种信息的要求,为媒体资产的使用者提供访问内容的简便方法。 4、媒体资产管理的重点:“存储是核心、检索是关键”。 5、三种存储方式:(1)在线存储:存储设备永久连接在计算机系统中,并随时保持可实时快速访问的状态。(2)离线存储:存储设备或存储介质平时没有装在计算机系统中,在存取数据时需要将存储设备或存储介质临时性地装载或连接到计算机系统中,当数据访问完成时可以脱开连接。(3)近线存储:介于在线存储和离线存储之间,既可以做到较大的存储容量,又可以获得较快的存取速度。 6、媒体资产管理系统的功能:数字化存储,编目管理,检索查询,非编素材转码,资料发布,设备管理。 7、媒体资产管理系统的组成:素材输入子系统、编目标引子系统、存储子系统、管理子系统、检索查询子系统、素材输出子系统、信息发布子系统。 第七章电视广播系统小结 一、电视广播系统 1、组成: (1)信号源端:制作并播出符合一定标准的电视节目。 (2)传输部分:将播出的电视节目以可靠的方式经适当的传输通道传送到接收端,传输方式可分为有线方式和无线方式。 (3)接收端: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。 2、两种信号传输方式: (1)定向性传输:从一个地点到另一个地点的传输。 (2)覆盖性传输:指由点到面的传输(广播)。 3、电视信号传输方式: (一)电缆传输: 1、电缆组成:内导体(芯线)、绝缘体(电介质)、外导体(屏蔽层)和护套(覆盖层)四个部分。 2、电缆特性:①电缆的传输特性(传输的信号频率越高,衰减就越大; 衰减量与电缆的长度成正比)。②电缆的温度特性。③电缆的阻抗特性。 3、传输方式:①基带传输,②频带传输。 (二)光缆传输: 1、光纤四个组成:①纤芯(光密媒质,传导光波)。②包层(光疏媒质,将光波封闭在光纤中传播)。③纤外涂覆层(一次涂覆层)。④塑料保护层(二次涂覆层)。 2、光纤的模式:表示光纤中电磁场(传导模)沿光纤横截面的场形分布和沿光纤纵向的传播速度。 3、光纤分类:①多模(MM)光纤:光纤中有多个传导模。②单模(SM)光纤:光纤中只有一个传导模(基模)。 4、光缆组成:①缆芯,②护套,③外护层。 (三)微波传输:利用微波频段电磁波传送电视信号。 1、微波:波长为1m~1mm或频率为300MHz~300GHz范围内的电磁波。 2、微波接力(中继):每个接力站把前一站送来的微波信号接收下来,经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。 (四)卫星传输:利用地球同步卫星上的转发器(中继站)进行信号的传输的微波中继传输系统。 组成:①上行地球站,②卫星接收站,③卫星测控站,④卫星转发器。 (五)地面超短波传输:利用超短波段(30~3000MHz)的电磁波来传输广播电视信号。 分类:(1)甚高频VHF :频率 30~300 MHz,米波,实际使用48~223 MHz,DS-1~DS-12。(2)特高频UHF:频率 300~3000 MHz,分米波,实际使用470~958 MHz,DS-13~DS-68。 二、电视调制技术 (一)两种传输方式 1、基带传输:将信号基本频谱传输的方式。 2、频带传输:借助于调制解调装置,将基带信号经频谱搬移后进行传输的方式。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。 (二)残留边带调幅(VSB-AM):一种将一个双边带调幅信号通过滤波器滤掉一部分下边带,形成残留边带信号进行传输的调幅技术。 1、形成过程:调制信号首先经过普通调幅,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,得到残留边带调幅信号。 2、优势:(1)可大大节省频带。只传输了上边带和一部分下边带。(2)接收端易于实现。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。 3、分类:(1)模拟VSB:组成8MHz带宽电视频道。(2)数字VSB:按照市制信号电平级分为2-VSB和多进制VSB。 (三)相移键控PSK:一种载波的相位随调制信号状态不同而改变的数字调制方式。 1、分类:二进制PSK(2PSK或BPSK),多进制PSK(MPSK)。 2、特点:(1)载波的振幅不变,只是相位改变。(2)可用星座图描述。星座间的距离越大,信号的抗干扰能力就越强,接收端判决再生时就越不容易出现误码。 (四)正交调幅QAM:用两个调制信号分别对频率相同、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的调制技术。 1、关系:MQAM=x2QAM=2nQAM。M为调制状态数、调制符号数、星座图上的星点数,x为符号的进制数,n为每次调制(每个符号)所携带的比特数。 2、特点:(1)载波的幅度和相位一样被调制。(2)既有较高的频带利用率和较好的功率利用率。(3)数字输入信号分成两个分离的通道。用符号I和Q代表。(4)增加成组组合的比特位数可减少调制信号带宽,但对相同的误比特率要求更高的载噪比。 (五)正交频分复用OFDM: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的多载波调制方式。 1、原理:(1)要传送的数据流经过串-并转换后被分裂成K组数据流,(2)分别对相应数目的K个子载波进行调制,调制时可采用QAM或PSK。(3)调制后的各路信号混合在一起,实现频分复用。 2、频谱特点:虽然各个子载波上的频谱互有重叠,但每个子载波均处于其它子载波的过零点位置,因此不会相互影响。 3、特点:(1)抗多径干扰能力强。(2)载波数量很大。(3)必须保证各个载波在整个符号周期内正交。(4)各子载波间的最小间隔等于符号周期倒数的整数倍。(5)采用快速离散傅立叶变换(FFT),实现调制和解调。 三、地面电视广播 1、特点:(1)一个频道带宽为8MHz。(2)使用超短波(VHF和UHF)频段。(3)模拟地面电视广播中的图像采用残留边带调幅(VSB-AM),伴音采用调频(FM)。(4)数字地面电视广播采用OFDM或8-VSB调制方式。 2、过程:(1)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电磁波的形式向周围空间辐射;(2)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。 3、极化:电场强度矢量端点随时间变化的轨迹。(1)线极化:水平极化波,垂直极化波。(2)圆极化:右旋圆极化波,左旋圆极化波,可分解为互相垂直的两个线极化。(3)椭圆极化:电场强度矢量轨迹是椭圆。可以分解成一个右旋极化波分量和一个左旋极化波分量。 4、视频信号与音频信号之间有三个明显区别:(1)视频信号的上限频率远高于音频信号的上限频率,(2)视频信号的带宽比音频信号要宽的多,(3)视频信号对相位失真要比音频信号敏感得多。 5、地面模拟电视广播 ①发送端对图像信号的处理过程:视频处理Þ中频双边带调幅Þ残留边带滤波Þ中频处理Þ混频和功率放大Þ与已调伴音信号相加Þ送往天线发射。 ②发送端对伴音信号的处理过程:音频处理Þ调频Þ混频Þ功率放大Þ与已调与图像信号相加Þ送往天线发射。 ③PAL接收机信号分离原理 中频全电视信号(频率分离)Þ 图像中频信号,伴音中频信号 图像中频信号(频率分离)Þ 亮度、复合同步信号,色度、色同步信号 亮度、同步信号(幅度分离)Þ 亮度信号、复合同步信号 复合同步信号(宽度分离)Þ 行同步信号,场同步信号 色度、色同步信号(时间分离)Þ色度信号,色同步信号 色度信号(频率相位双重分离)ÞU信号,V信号 6、DVB-T系统发送端原理:信道编码和复用Þ能量扩散ÞRS编码和外交织Þ卷积编码和内交织ÞQAM映射ÞOFDM成帧ÞOFDM调制Þ上变频Þ天线发射。 7、我国数字电视地面广播传输系统标准 (1)标准名称:GB20600-2006《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》,2006年8月18日正式批准,2007年8月1日起实施。支持高清晰度电视、标准清晰度电视和多媒体数据广播等多种业务,满足大范围固定覆盖和移动接收需要。 (2)标准特点:①使用能实现快速同步和高效信道估计与均衡的PN序列作为帧头。②使用先进的信道编码技术。③加强系统信息保护。④支持单载波和多载波调制两种模式。⑤支持单频网运用。 四、卫星电视广播系统 1、构成:广播卫星、上行地球站、地球接收站、测控站。 2、使用频段: (1)C频段(下行:3.4~4.2 MHz,上行:5.85~7.075MHz)。 (2)Ku频段(下行:11.7~12.2 MHz,上行:14.0~14.8MHz或17.3~17.8MHz)。 3、模拟卫星电视广播 (1)模拟卫星电视发送端三个组成部分:①基带处理:形成基带信号。②中频调制:用基带信号对70MHz的载波进行调频。③射频处理:中频信号进行上变频后变为适合卫星信道传输的频段,然后经过高频功率放大后经双工器送往天线发射。 (2)模拟卫星电视广播接收机:中频信号在第二变频器进行下变频,输出第二中频信号(510MHz)。再经过带通滤波和放大后分两路输出。鉴频器输出的基带信号分为三路。频道选择和微调电路可以确定频道。射频调制的作用是将视频和音频信号调制为地面电视广播用的VHF/UHF信号 。 4、卫星电视接收系统 ① 抛物面天线:把来自空中的信号能量会聚成一点(焦点)。空间平面波Þ馈源球面幅射波。② 馈源:在抛物面天线的焦点处设置一个接受卫星信号的喇叭形装置。电磁波能量Þ高频信号能量。③ 高频头(LNB亦称降频器):将馈源送来的卫星信号进行降频和放大后传送至卫星接收机。高频信号Þ第1中频信号。 ④ 卫星接收机:将高频头输送来的卫星信号进行解调,输出卫星电视图像信号和伴音信号。 第1中频信号ÞV、A信号。 5、数字卫星电视广播 (1)DVB-S系统发送信号处理环节:信源编码和复用Þ 复用适配和能量扩散ÞRS编码Þ卷积交织Þ基带成形ÞQPSK调制Þ上变频Þ高频功放Þ天线发射。 (2)DVB-S系统接收信号处理环节:下行变换ÞQPSK解调Þ匹配滤波Þ维特比译码Þ同步字节检测Þ去交织ÞRS解码Þ解能量扩散Þ解复用和信源解码。 (3)我国第一个拥有完全自主知识产权的卫星信号传输标准:先进卫星广播系统ABS-S:①高质量信号采用无导频的模式,而对于由于使用低廉射频器件引起的噪声信号,可以采用有导频模式。②前向纠错(FEC)只使用具有强大纠错能力的LDPC编码。③对于不同的应用,可以使用不同的码率,并具有四种调制方式:QPSK、8PSK、16APSK和32APSK。④三种成形滤波滚降因子:0.2、0.25和0.35。⑤自适应编码调制(ACM)可应用于互联网技术中。 五、有线电视广播系统 (一)系统概述 1、有线电视 CATV:用射频电缆、光缆、多路微波或及其组合来传输、分配和交换声音、图像及数据信号的电视系统。 2、组成:(1)信号源:产生或接入系统所需的信号。(2)前端:对信号进行变换、交换、复用、调制、混合处理,并将各路处理过的信号转换成一路宽带复合信号送入传输系统。(3)传输系统:延续距离、扩大系统覆盖范围。(4)用户分配网:使用同轴电缆连接各个终端。(5)终端:系统输出口。 3、现代有线电视系统组成: (1)信号源:接入各种电视、声音和数据信号。 (2)前端:由3个前端组成。 ①模拟前端:信号处理过程包括信号放大:采用低噪声放大器进行放大,以提高载噪比。频率变换:为实现传输频道的配置和避开干扰。调制、解调:解调是恢复视、音频信号,调制是将视、音频信号转换为选定频道的射频信号。邻频处理:最大限度地消除邻频干扰。电平调整与控制:使频道内和频道间的电平波动不超过要求的范围。混合:将所有处理后的信号复合在一起,以便用一条线路传输。 ②数字前端:信号处理过程包括A/D变换:将模拟电视信号转换成数字电视信号;信源编码和复用:对数字电视信号及相关数据进行信源压缩编码,并对压缩后的码流进行复用;信道编码和调制:对复用后的数据流进行信道编码和调制;上变频:将调制后的信号上变频到设定的频道;混合:将上变频后的其它各路信号复合成一路。 ③数据前端:对数据信号进行处理。 (3)传输系统:由光缆干线组成。 (4)分配网络:由双向电缆分配网组成。 (5)用户终端:由机顶盒、电缆调制解调器、电视机、计算机、电话机等组成。 (二)有线电视网络的频率规划 1、波段划分:(1)R波段(5~65 MHz):上行业务。(2)X波段(65~87 MHz):过渡带。(3)FM波段(87~108 MHz):广播业务。(4)A波段(108~1000 MHz):模拟电视、数字电视、数据业务。 2、主要的CATV系统:(1)750MHz系统:可安排79个模拟频道(DS-6~DS-42, Z-1~Z-42);(2)862MHz系统:可安排93个模拟频道(DS-6~DS-56, Z-1~Z-42)。 (三)DVB-C信号处理过程 1、信源编码与复用:(1)信源编码:视频、音频和数据信号ÞMPEG-2标准的TS流。(2)复用加扰: 多路TS流Þ多路数字电视节目传输码流,对复用后的码流进行加扰。 2、同步反转能量扩散:(1)同步字节倒相:翻转每8 个TS 包的第一个包的同步字节极性(每隔8个TS 包,同步字节倒相1次);(2)能量扩散:将数据流随机化。 3、RS编码(外码编码):已随机化的传送包Þ误码保护包RS(204,188,t=8)。 4、卷积交织:完成交织深度为I=12的误码保护包的字节卷积交织变换。交织后的数据Þ交叠的错误保护帧。 5、字节到符号映射:将交织产生的字节ÞQAM符号。 6、差分编码:将每个符号的两位最高有效位进行差分编码,再和剩余的4bit Þ相应星座图上的星座点。 7、基带成形:对I 和Q 信号进行余弦滚降平方根滤波。将信号的频域过渡特性改变,形成升余弦滚降信号,得到无串扰波形。滚降系数α= 0. 15。 8、QAM调制:完成QAM调制,将基带信号调制成已调频带信号(中频或射频)。将QAM已调信号连接到RF 信道。 (四)传输与分配网络 1、三种方式:光缆、电缆、微波。 2、光纤同轴电缆混合网HFC定义:用光纤和射频同轴电缆的组合来传输、分配和交换声音、图像和数据信号的有线电视网络。 3、HFC主流模式:总前端+一级光链路+分前端+二一级链路+同轴电缆分配网。 4、HFC数据传输原理:系统传输方式:上、下行非对称信道。下行:在111~860MHz之间的电视频道中划分出一条到多条8MHz带宽信道,用于以广播形式的下行数据发送。上行:数据通过5~65MHz进行回传。 5、HFC数据传输设备: (1)CMTS:作为前端路由器、交换集线器与CATV网络之间的连接设备, (2)CM :通过CMTS与广域网(Internet)实现连接。 6、以太无源光网络EPON: (1)EPON定义:一种基于高速以太网和TDM时分MAC媒体访问控制方式、采用点到多点网络结构、利用光纤和光无源器件进行物理层传输、通过以太网协议提供多种综合业务的宽带接入技术。 (2)信号连接:光信号通过光分路器把光纤线路终端(OLT)一根光纤下行的信号分成多路给每一个光网络单元(ONU),每个ONU上行的信号通过光耦合器合成在一根光纤传输到OLT。 (3)复用方式:EPON通过采用时分复用TDM或波分复用WDM方式,需要一根光纤和一个OLT通过光分路器将信号分送给最终用户。 (4)两种入户改造方案:①EPON+LAN;②EPON+EOC。 六、IPTV技术 1、IPTV的定义:在IP网络上传送包含电视、视频、文本、图形和数据等,并提供QoS/QoE、安全、交互性和可靠性的可管理的多媒体业务。 2、三个组成部分: (1)IPTV前端:实现节目采集、编码、转码、流化、存储与管理、用户管理、认证计费、流媒体服务与播放功能。 (2)IPTV传输网络:使用TCP/IP协议的网络。 (3)IPTV接收端:对接收的视、音频流进行解码和显示。有个人计算机方式(PC)、电视机+机顶盒方式(STB/ TV)和三手机种方式。 3、IPTV的关键技术: (1)视音频编解码技术:主要采用MPEG-4、H.264和AVS。 (2)数字版权管理DRM:保护多媒体内容免受未经授权的播放和复制的一种方法。技术机理是通过对数字内容进行加密和附加使用规则对数字内容进行保护。主要技术包括数据加密、版权保护、数字水印和数字签名等技术。 (3)内容分发网络技术:在网络各节点放置内容缓存服务器,媒体内容根据一定策略发布到最靠近终端用户的边缘服务器,将用户的请求导向到最佳的服务节点上。具体包括:①内容发布技术:建立索引,缓存,流分裂,组播技术;②内容路由技术:负载均衡技术,重定向机制;③内容交换技术:应用层交换,流分裂,重定向技术;④内容管理技术:内部和外部的监控,涵盖了从内容的发布、注入、分发、调整、传递等一系列过程。 七、移动多媒体广播 1、定义:利用数字传输技术,通过无线信道,向各种固定或移动接收终端提供数字广播电视节目和信息服务。 2、实现手段: (1)利用地面数字电视广播网的实现方式:采用无线信道作为传输媒介,向用户提供电视、广播和数据业务。 (2)利用卫星网络的实现方式:卫星数字电视与移动通信网络相结合,通过在智能终端上加载卫星电视接收模块,从而使用户可以直接接收卫星电视的信号。 (3)利用移动网络的实现方式:采用移动流媒体技术,把多媒体广播作为一种数据业务推送给用户。在智能终端(PDA手机等)上安装相应的播放软件才能播放视音频节目。 3、主要标准: (1)DVB-H标准:欧洲DVB组织通过地面数字广播网络向便携/手持终端提供多媒体业务所制定的传输标准。 (2)DMB标准:由欧洲的数字音频广播( DAB)技术基础上发展起来的向手机、PDA 、专用终端、车载终端和便携电视等手持设备传送数字音视频节目标准。 (3)ISDB-T标准:日本采用的地面传输制式(综合业务数字广播-地面传输)标准,不限于单独传输数字电视(图像和伴音),也包括了独立的声音和数据广播。 (4)Media FLO标准:美国高通公司为提供手机电视业务采用FLO(forward link only)技术而专门研发的一种新型多播技术。 4、中国移动多媒体广播CMMB (1)CMMB:利用大功率S波段卫星信号覆盖全国,利用地面增补转发器同频、同时、同内容转发卫星信号补点覆盖卫星信号盲区,利用无线移动通信网络构建回传通道,从而组成单向广播和双向交互相结合的移动多媒体广播网络。 (2)主要特点:天地一体,星网结合,统一标准,全国漫游。 5、新媒体:新的技术支撑体系下出现的媒体形态,以数字信息技术为基础,以互动传播为特点、具有创新形态的媒体。如数字杂志、数字报纸、数字广播、手机短信、移动电视、网络、桌面视窗、数字电视、数字电影、触摸媒体等。 — END — 本文档由香当网(https://www.xiangdang.net)用户上传

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    上***9

    贡献于2022-06-23

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