1、,电视节目制作系统,课程简介,,本课内容与任务,了解电视基本原理与技术 了解电视节目制作系统组成 掌握摄、录、编设备和系统的操作,必备技术：电视节目制作技术,基本常识：电视系统是怎么工作的视频信号和视频文件,,授课安排,理论讲授与实验课程穿插进行 理论讲授：32学时电视原理（补充内容，串讲）摄、录、编设备原理与操作（重点）节目制作环境与系统（略讲） 实验操作：18学时设备操作、软件操作（课内实验与课外实验相结合）。,,考核,理论考试：70% 实验考试：20%实验报告和作品 平时：10%考勤,,第0章 电视原理,,教学目的,了解电视技术中的相关概念 了解电视发展的过程和电视技术的演变,,电视的故
2、事,机械电视黑白电子电视彩色电视数字电视 电视技术在摄像技术、传输技术、存储技术、显像技术几个方面都发生了革命性的转变，但是电视的历史却成为电视技术发展的包袱，从电视信号中我们还可以看到电视历史的影子。 电视技术中的很多概念，来源于电视的历史。,,光荣与梦想,顺风耳、千里眼曾是人类的梦想 无线电声音广播实现了声音的远距离传送,话筒,活动图像能远距离传送吗？ 问题的关键活动图像转换为电信号,,活动图像远距离传送的可能性,光的强弱可经光电管（光电换能元件）转换为电流,单个光电管转换得到的是照到光电管上的平均亮度，不能反映图像,,图像的分解,将图像划分为很多小块，每块的平均亮度单独转换为电信号传送，
3、在接收端逐块接收后按原来的位置拼接，即可得到图像的轮廓。 图像的清晰程度取决于划分图像块的细节。,,,传送各图像块的方式,同时传送多个传输信道（胃镜）,,传送各图像块的方式,轮流传送单个传输信道分时传送,,切换开关的实现,要求开关速度很高，利用人眼视觉暂留现象，感觉不到某个像块影像的非连续性。 机械电视：马达带动圆盘转动，轮流拾取各像块的信号。（一个光电转换元件即可） 机械电视能传送的图像质量很差。,,电子扫描示意,,电子扫描实现各像点信号的轮流拾取,,图像信号的传送,,图像的还原,,,问题一 信号还原的位置与原始位置的对应,相同时刻摄像与还原在一行的不同位置时，图像会平移； 同一时刻摄像与还
4、原不在同一行上时，图像会上下偏移。,,问题二 扫描一行或一幅的时间不一致时,若从左至右扫描一行的时间，摄像时与显像时的时间不一致，图像会倾斜。 从上至下若扫描完一幅图像用的时间不一至，则图像会上下翻滚,,解决办法引入同步信号,,概念,行同步信号 场同步信号 消隐信号 亮度信号 复合全电视信号,,问题三 如何保证画面亮度均匀,扫描到下一处以后，原来位置如何保持还是亮的？ 长余辉管，快速刷新,,扫描频率与信号带宽的关系,对一幅图像，扫描得到的是一与图像各点的亮度相对应的交变信号。 极端情况：若各相邻像素点正好黑白相间，则得到电视信号的频率与扫描的点数，扫描一幅（帧）所需的时间相关。 点数与行数和每
5、行的细节有关。 其他参数不变的情况下，扫描一帧的时间越短，则频率越高，即带宽越大，但闪烁感越低。,,降低帧频的方法隔行扫描,过高的带宽带来的问题： 电路的工作频率要提高，技术上和成本上开销大； 对无线电传输频率的占用要增加。 隔行扫描在低的帧频下分为两场扫描，降低闪烁感,我国电视规定：帧频为25 Hz，一帧图像分625行传送，所以行扫描频率为fH=25625=15 625 Hz。 隔行扫描电子帧频较低， 电子束扫描图像时所占的频带宽度较窄（约6 MHz），对电视设备要求不高，是目前电视技术中广泛采用的方法。,,图像信号的频带宽度图像越复杂，细节变化越细，黑白电平变化越快，其传送信号频率就越高。
6、 显然图像信号频带宽度等于其最高频率。如果播送一幅左右相邻像素为黑白交替的脉冲信号画面，显然这是一幅变化最快的图像，每两个像素为一个脉冲信号变化周期，而我国电视规定一秒钟传送25帧画面，因此该图像的最高频率为,,彩色电视技术,,彩色电视广播,如何将色彩信息用电信号来表示？,,彩色合成实验,,完整彩色图像分解为三个基色图像,,彩色信息拾取三个相同摄像器件,彩色信号的信息量增加，是否需要三个通道？特殊场合使用。（军事、医学、编辑设备间）,,问题：彩色电视信号能否用于黑白电视机,第一个历史包袱，与黑白电视的兼容 机顶盒解决方案？,,信息压缩与彩色编码方案兼容黑白电视,彩色编码：将三基色信号变为亮度信
7、号和色差信号,亮度关系式：Y=0.3R+0.59G+0.11B 色差关系式： (R-Y)=0.7R-0.59G-0.11B (B-Y)=-0.3R-0.59G+0.89B (G-Y)=-0.3R+0.41G-0.11B 通常选取(R-Y)与(B-Y)作为传送对象。 (G-Y)=-0.51(R-Y)-0.19(B-Y) 将色差信号与Y信号相减即为三基色信号。,,亮度信号与色差信号带宽相同,三个信号不能在原来一个信号的带宽中传送,Y=0.3R+0.59G+0.11B (R-Y)=0.7R-0.59G-0.11B (B-Y)=-0.3R-0.59G+0.89B,兼容的前提：Y的带宽保持不变，设法将（
8、R-Y）和（B-Y）塞进这个带宽中。 对（R-Y）和（B-Y）降频，去掉冗余信息 频率与图像细节相关，降频意味着丢失细节部分,,大面积着色原理降频,彩色图像细节部分用亮度信息表示,,彩色频率移动,降频以后的色差信号的频率变低，但与亮度的低频频率相同，如混合会互相干涉。 频谱搬迁，找到亮度信号中的空白处。,,频谱交错原理,将色度信号通过一副载波的调制，使谱线搬移，并交错地安插在黑白信号的频谱中去。,彩色副载波频率较高，对黑白电视影响不大 彩色全电视信号：亮度信号、调制的色差信号、行场同步信号、消隐信号,,概念彩色电视制式,在对色差信号进行调制时，为了减少信号间的相互影响，需对色差信号作一些处理，
9、处理的方法不同，产生的效果有差别，不同处理方案的信号互不兼容。 目前有三种处理方案，用“电视制式”区别电视信号的类别： NTSC，美国、日本、部分欧洲国家 PAL，英国、中国 SECAM，罗马利亚、前苏联地区 不同制式除彩色编码方案不同外，还有场频等参数不同,,电视信号传输,,电视广播,通过电缆直接将全电视信号从摄像端传至接收端还原是可行的，称为视频传送方式：VIDEO信号。 特点：信号质量高，需用电缆且只能传送一路节目。 电视广播方式，需向大众传播，且能允许多个节目同时传送。 频率调制方法，调制到高频上去，可直接向空中幅射，并可用不同的频率调制，得到射频信号RF 射频信号以直线方式传输。 开
10、路电视广播：直接向空中辐射,,我国无线广播电视频道的划分,,我国广播电视频道的划分,,我国广播电视频道的划分,,我国广播电视频道的划分,,我国广播电视频道的划分,,由表可以看出： 各频道的伴音载频始终比图像载频高6.5 MHz。 频道带宽的下限始终比图像载频fp低1.25 MHz，上限则始终比伴音载频fs高0.25 MHz。 各频道的本机振荡频率始终比图像载频高38 MHz，比伴音载频高31.5 MHz。 表中，92167 MHz、566606 MHz为供调频广播和无线电通讯等使用的波段，不安排电视频道。即1213频道之间，2425频道之间频率并未连续。 （包袱二）,,电缆电视有线电视,开路电
11、视广播存在的问题： 多径传输造成重影 城市高楼造成阴影区 临近城市使用相同频道会造成干涉现象（国家只得统一分配频道） 同一城市使用相邻频道会造成伴音对上一频道图像的干扰限制了收看地点、同一地区可传输节目数,,城市电视广播的解决方案,室外天线（解决多径传输和阴影问题） 共用天线 有线电视广播,,512 有统电视系统的构成,1基本组成(1) 接收信号源 (2) 前端设备(3) 干线传输系统。如干线放大器 (AGC)、 (ASC）和干线电缆或光缆 。 (4) 用户分配网络 (5) 用户终端 电视 接收、调频广播 、线缆调制解调器 (Cable Modem，PC机、IP电话等) 等。,,有线电视的优点
12、,克服了多径传输与阴影区 不与邻近城市互相干扰，可独立安排使用的频道 不向空中辐射，不干扰其他无线电通信系统的工作，原来不用于电视广播的频率也可为电视广播所用：增补频道,,我国有线电视增补频道的划分从无线广播电视频道划分可知，波段为15频道（又称L频段），频率范围为48.592 MHz。 波段为612频道（又称H频段），频道范围为167223 MHz。、波段（又称U频段）为1368频道，频率范围为470958 MHz。在L、H频段及H、U频段之间有部分未使用的空频段。这一部分空频段作为增补频段， 供有线电视系统传输节目。在L、 H频段之间110167 MHz定为增补频段，共有7个增补频道Z1Z
13、7；在H、U频段之间， 223295 MHz范围定为增补1频段，增补频道为Z8Z16； 295447 MHz范围定为增补2频段，增补频道为1735； 447471MHz范围规定为增补B3频段，增补频道为3638。全部增补频道范围包括、B1、B2、B3四个频段共38个增补频道。,,图 1-25 增补频道划分示意图,,我国有线电视广播的传输系统分为四种 以传输系统的上限频率划分： 300 MHz传输系统，可传送节目数为28套，即标准频道VHF（112）和增补频道116。 450 MHz传输系统，可传送节目数为47套，即标准频道112频道和增补频道135 550 MHz传输系统，可传送节目数为60套
14、，即标准频道122频道和增补频道138。 870 MHz传输系统，可传送节目数为95套，即包括标准频道157频道和138全部增补频道。,,传输方式同轴电缆、光缆、微波、卫星作为电视信号的传输介质。应用电视系统的终端通常是工业级的图像监视器，信号采用视频输入方式，所以在传输距离较近、视频信号路数较少时，常常采用视频信号传输方式；而广播有线电视系统的终端为电视接收机，信号的输入方式为射频，所以通常采用射频信号传输方式，且保留着无线广播制式和信号调制方式。广播有线电视系统在中近距离传输时，其传输媒质一般是同轴电缆、光缆、平衡电缆等有线介质。 而在较远距离传输时，用光缆和同轴电缆 光缆混合方式 （HF
15、C ）和微波和卫星等无线传输媒质。,,线缆调制解调器， 下行载波频率88860,,卫星电视信号的接收,卫星电视信号接收天线有两种基本类型：一是主焦点抛物面天线，二是卡塞格伦天线,,3卫星电视接收系统基本组成 抛物面天线把来自空中的卫星信号能量会聚成一点(焦点)。 馈源是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。 高频头（LNB亦称降频器）是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。 卫星接收机是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。,馈源一体化高频头,馈源,DBS：直播卫星 (direct-broadcast satellite),,(1)
16、光分路(耦合)器,(2) 光纤活动连接器光纤链路的接续，可分为永久性的和活动性的两种。永久性的接续，大多采用熔接法、粘接法或固定连接器来实现；活动性的接续，一般采用活动连接器来实现。光纤活动连接器（活接头、光纤连接器），是用于连接两根光纤或光缆形成连续光通路的可以重复使用的无源器件，已经广泛应用在光纤传输线路、光纤配线架和光纤测试仪器、仪表中，是目前使用数量最多的光无源器件,,卫星广播电视系统使用,,卫星广播电视系统,一、卫星电视系统的特点 1、覆盖面广 2、能量分布均匀 3、不受高山和高大建筑物的反射波影响，图像质量好 4、容量大，可同时传输多路节目,,卫星广播电视系统,二、卫星电视信号的接
17、收系统 1、反射天线 2、馈源 3、卫星信号解调机,,卫星广播电视系统,三、卫星接收天线,,卫星广播电视系统,四、卫星抛物面天线的分类 1、前馈式 2、后馈式 3、偏馈式,,卫星广播电视系统,五、卫星接收系统的调试 1、接收天线的仰角与方位角的计算 （根据接收点的地理经度纬度、卫星所处的经度） 2、调节天线的仰角与方位角 3、调节馈源（高频头的位置） 4、选取极化方向 5、接收机的接收频率选取,,六、卫星地面接收系统调试实例,一、接收天线与变频器（馈源）的组装,,卫星地面接收系统调试实例,二、系统连接,,卫星地面接收系统调试实例,三、启动卫星接收机和电视机，显示接收机状态信息 根据电视机与卫星
18、接收机的连接方式，将电视机转换到相应的接收通道，使电视画面中可出现接收机的操作菜单和状态信息。,,卫星地面接收系统调试实例,四、选择卫星，计算天线仰角和方位角计算 根据所接收卫星的经度和接收点的经纬度数据，计算出天线仰角和方位角。 也可使用卫星接收机的辅助计算功能计算出结果。,,卫星地面接收系统调试实例,五、卫星设置（接收机参数设置） 一般出厂前会预设若干卫星（的参数），故只需将其中的一颗设为要接收的卫星即可。 如果是新增加的卫星，则使用增加卫星，并将其卫星参数输入接收机中,,卫星地面接收系统调试实例,六、节目编辑与选择 若预设了节目，只需选择一个要接收的卫星中的一个节目即可，如果没有预设则至
19、少要预设一个节目。 1、选择卫星 2、输入节目参数,,卫星地面接收系统调试实例,七、天线方位角、仰角及变频器安装角度调试。 根据计算的角度数据，将抛物面天线调到相应角度，根据电视画面中的状态信息微调天线角度。 1、使信号强度最强 2、信号质量数值最大 调节内容：1、转动底座调方位角 2、调节仰角 3、变频器的极化方向 4、变频器的高低位置（调到抛物反射面的焦点）,,卫星地面接收系统调试实例,八、节目搜索 天线调好后选择自动搜索，即可将当前所选择的卫星相同极化方向节目的其它节目搜索到并保存到接收机中。,,有线电视系统器件,5、功分器 卫星变频器接收的信号包含多个节目信号，用一个卫星接收机只能解调
20、出其中的某个节目，要将多个节目都解调出来，必须要有相应多的接收机。功分器将变频器输出的信号分配给多个接收机使用。 一个抛物面反射天线配合四个变频器和n个功分器和接收机可以将一颗卫星播出的节目全部接收到,2019/3/22,,新的一页,,数字电视技术,,数字电视及数字电视广播,数字电视的概念： 信源数字化：电视节目以数字形式存储。信源数字化。涉及到电视信号的数字化、电视信号的编码、视频文件压缩技术、声音的压缩技术。相关技术标准。 信道数字化：信号传输以数字化方式进行。信道编码技术。技术标准。,,数字电视广播的类型,卫星数字电视广播 有线数字电视 地面数字电视广播（移动电视） IPTV,,数字电视
21、编码,,模拟电视数字化的问题,采用PCM编码数字化 彩色电视信号的最高频率可达6MHz，采样频率需12M以上。 量化深度要达到相应的等级，人眼对亮度的层次很敏感，需要的量化位数相应高，一般采用8位。,,彩色空间变换,在大多数情况下，数字电视系统都希望用彩色分量来表示图像数据，如用YCbCr，YUV，YIQ或RGB彩色分量。,,彩色电视信号数字化方法,有两种方法： 先从复合彩色电视图像中分离出彩色分量，然后数字化。对彩色全电视信号的数字化，通常的做法是首先把模拟的全彩色电视信号分离成YCbCr，YUV，YIQ或RGB彩色空间中的分量信号，然后用三个A/D转换器分别对它们数字化。 首先用一个高速A
22、/D转换器对彩色全电视信号进行数字化，然后在数字域中进行分离，以获得所希望的YCbCr，YUV，YIQ或RGB分量数据。,,数字化标准,20世纪80年代初，国际无线电咨询委员会CCIR(International Radio Consultative Committee)就制定了彩色电视图像数字化标准，称为CCIR 601标准，现改为ITU-R BT.601标准。该标准规定了彩色电视图像转换成数字图像时使用的采样频率，RGB和YCbCr(或者写成YCBCR)两个彩色空间之间的转换关系等。,,彩色空间之间的转换标准,在数字域而不是模拟域中RGB和YCbCr两个彩色空间之间的转换关系： Y = 0
23、.299R + 0.587G + 0.114B Cr = (0.500R - 0.4187G - 0.0813B) + 128 Cb = (-0.1687R - 0.3313G + 0.500B) + 128,,图像子采样概要,对彩色电视图像进行采样时，可以采用两种采样方法。一种是使用相同的采样频率对图像的亮度信号和色差信号进行采样，另一种是对亮度信号和色差信号分别采用不同的采样频率进行采样。如果对色差信号使用的采样频率比对亮度信号使用的采样频率低，这种采样就称为图像子采样(subsampling)。 图像子采样在数字图像压缩技术中得到广泛的应用。,,子采样格式,(1) 4:4:4 这种采样格
24、式不是子采样格式，它是指在每条扫描线上每4个连续的采样点取4个亮度Y样本、4个红色差Cr样本和4个蓝色差Cb样本，这就相当于每个像素用3个样本表示。 (2) 4:2:2 这种子采样格式是指在每条扫描线上每4个连续的采样点取4个亮度Y样本、2个红色差Cr样本和2个蓝色差Cb样本，平均每个像素用2个样本表示。 (3) 4:1:1 这种子采样格式是指在每条扫描线上每4个连续的采样点取4个亮度Y样本、1个红色差Cr样本和1个蓝色差Cb样本，平均每个像素用1.5个样本表示。 (4) 4:2:0 这种子采样格式是指在水平和垂直方向上每2个连续的采样点上取2个亮度Y样本、1个红色差Cr样本和1个蓝色差Cb样
25、本，平均每个像素用1.5个样本表示。,,采样频率,CCIR为NTSC制、PAL制和SECAM制规定了共同的电视图像采样频率。这个采样频率也用于远程图像通信网络中的电视图像信号采样。 对PAL制、SECAM制，采样频率fs为 fs=62525N=15625N=13.5 MHz, N=864 其中，N为每一扫描行上的采样数目。 对NTSC制，采样频率fs为 fs=52529.97N=15734N=13.5 MHz, N=858 其中，N为每一扫描行上的采样数目。,,有效显示分辨率,对PAL制和SECAM制的亮度信号，每一条扫描行采样864个样本；对NTSC制的亮度信号，每一条扫描行采样858个样本
26、。对所有的制式，每一扫描行的有效样本数均为720个。 每一扫描行的采样结构：,,ITU-R BT.601标准摘要,标准用于对隔行扫描电视图像进行数字化。,,,ITU-R BT.601推荐使用422的彩色电视图像采样格式。使用这种采样格式时，Y用13.5 MHz的采样频率，Cr，Cb用6.75 MHz的采样频率。采样时，采样频率信号要与场同步和行同步信号同步。,,图像压缩编码,电视图像的数据率 国际无线电咨询委员会(CCIR)就制定了ITU-R BT.601标准。 使用4:2:2的采样格式，亮度信号Y的采样频率选择为13.5 MHz/s，而色差信号Cr和Cb的采样频率选择为6.75 MHz/s，
27、在传输数字电视信号通道上的数据传输率就达到为270 Mb/s(兆比特/秒)！，即 亮度(Y): 858样本/行525行/帧30帧/秒10比特/样本= 135兆比特/秒(NTSC) 864样本/行625行/帧25帧/秒10比特/样本=135兆比特/秒(PAL) Cr (R-Y): 429样本/行525行/帧30帧/秒10比特/样本 = 68兆比特/秒(NTSC) 429样本/行625行/帧25帧/秒10比特/样本 = 68兆比特/秒(PAL) Cb (B-Y): 429样本/行525行/帧30帧/秒10比特/样本 = 68兆比特/秒(NTSC) 429样本/行625行/帧25帧/秒10比特/样本 = 68兆比特/秒(PAL) 如果每个样本的采样精度由10比特降为8比特，彩色数字电视信号的数据传输率就降为166 Mb/s。,,压缩思想,帧内压缩JPEG 帧间压缩MPEG1/2/4,
