第7章电视信号的调制

2. 调频伴音信号的频偏和带宽
调频波的瞬时频率随调制信号的变化而变化，瞬 时频率与载频之差值称为调频波的频偏。频偏与 音频信号的振幅成正比，音频信号正、负峰值时 的频偏称最大频偏。
调频波的频偏与调制信号的频率之比称为调制指 数(Modula Index)。其表达为：
M (调制指数
)
f (频偏 ) f (信号频率
但为了使伴音射频与图像射频能在一个电视频道 内由同一付天线发射和接收，伴音载频与图像载 频应相差不远。
伴音载频与图像载频的差应为定值，这是因为在
接收机中伴音信号的分离都采用“内载波方式”， 输入至伴音通道的调频信号的中心频率是图像中 频与伴音中频之差，若这一差值不稳，进入鉴频 器的中心频率就有了偏差，伴音就会失真。
2. 无线电波传播形式： 地面波、天波、空间波。
电波的传播方式取决于它的波长。中、长波靠地波 传播；短波靠天波传播；超短波利用空间波直接传 播，它的传播特性近似于光线，传播距离一般2
h1 R
h2
➢ h1:发射天线高 ➢ h2:接收天线高
O
➢ r:地球半径
图 7.1 超短波覆盖半径
预加重和去加重总的效果是对音频没有提升，也没 有压缩；而对噪声来说，在预加重端没获得提升。 而在去加重端则受到压缩。这样便提高了信噪比。
在调频伴音发射机中，采用RC或RL高通滤波器来实 现预加重。预加重网络的输出电压U2 与输入电压U1 有如下关系：
U 2 ()
U1
1
1 jc
R0
R
由于
R0
R, R0
Nyquist沿
fi
6 f(Mhz) (b)
f(MHz)
6
0.75
0
6
(c)
(d)
图7.7 接收机中放增益—频率特性与视频信号幅频失真的关系
在“(Nfiyq+u0i.s7T5沿)～”(f。i -图0.775.7)频(c)率所范示围中内放的图斜像直信线号，增称益之一为频 率特性数学表达式表示如下：
k
4. 调频立体声和电视立体声伴音
立体声的原理：将音频编码成两个信号：L+R； 或L-R。其中L+R信号与常规的音频信号一样， 与单声道接收机兼容；而L-R信号是产生立体声 效果的附加信号。
在调制发射时，L+R信号对主载波信号进行调频; 而L-R信号对一频率为38KHz的副载波进行平衡 调制。为了使接收机能解出L-R信号，发射机还 要发射一个频率为19KHz的导频音信号，接收机 根据导频信号就可以再生38KHz的副载频，在立 体声解码电路中，对L+R和L-R信号解码，就可 以输出L和R音频信号并分别送往立体声通道。
7.2 图像信号的调制
1. 图像信号调制方式的选择
➢ 采用的方式：调幅方式
➢ 设调制信号和载波信号分别为：u U cost 和
uo Uo cosot ，则其调幅波为：
us (U o U cos t) cos ot
令调制系数 m u ，则
uo
U 0 U 0 (1 m cost) cos0t
➢ 用负极性全电视信号作调制信号, 称之为负极 性调制，其特点是图像越暗，已调波振幅越高， 同步头时，已调波振幅最大。
调幅
(b) (a)
图 7.9 图像信号的调制极性
我国及其它多数国家都采用极性调幅，图7.9(b)中
同步头=100% 消隐电平=75% 黑电平=67.5% 峰白电平=(10～15)%
第七章 电视信号的调制
7.1 电视射频信号传送的特点 7.2 图象信号的调制 7.3 伴音信号的调制 7.4 电视发射机 7.5 电视频道的划分 7.6 电视制式
7.1 电视射频信号传送的特点
1. 电视射频信号的特点
视频信号的频带较宽，所以将彩色全电视信号调制 到载波上，载波必然高很多。为了能解调出不失真 的彩色全电视信号，图像载频至少应为视频信号最 高频率的5-7倍。即电视射频须在40MHz以上，所 以电视射频信号应该用超短波发射。
cos0
t
m 4
U
0
c
os
(
0
)
t
c os ( 0
)t
(7.4)
U 0 (1
m 2
cost) cos0t
m 4
U
0
c
os
(
0
)t
c os ( 0
)t
双边带调制传送占用频带过宽，而单边带传送
则失真大 。故选用残留边带传送。
2.残留边带(vertical sidebands)
视频图像信号 双边带调幅
)t
(7.6)
(k 2
A)
m 2 Ui
cos ( i
)t
式中Ui为输入图像中频载波的振幅，ωi为图像中频 (角频率)，m为调幅系数。
稍加变换，上式又 可写成：
ui
k 2
U
i
cos i t
k 4
mU i cos(i
)t cos(i
)t
A mUi 2
cos ( i
)t cos(i
)t)
3)相位失真 理想的线性相位传输系统其相频特性为：
( ) ( 0 ) g 0
(7.8)
式中τg 称为包络延时或群延时，φo 为载波的相位移.
理想线性相位系统中的τg应保持为定值的水平直线。 否则，不同频率的包络通过传输系统后，由于延时不 同，肯定会使具有脉冲特性的电视信号波形产生失真。
残留边带传输系统的群延时不为定值，并不满 足上述线性相位的条件，存在相位失真。
L1 (R h )2 R2 2Rh1 h12 2Rh1 L2 (R h2 )2 R2 2Rh2 h22 2Rh2
(7.1)
视距为 L1+L2。显然 h2≤h1，故视距基本上等于L1， 设h1=200米，地球半径约6370公里，则传播距离约 为50公里。
4. 超短波传输手段： ➢ 电缆（短距离） ➢ 微波（远距离） ➢ 通信卫星（远距离）。
(7.7)
式7.7中第一项为中放输出图像信号的载频分量，其 振幅被“NyquisT沿”衰减了一半，第二大项称同相 分量。因为它的两个边频的合成矢量始终与载波矢 量同相，第一、第二两项之和为无失真分量。第三 大项即为正交失真分量，其矢量始终与载波矢量成 900。
在调制频率0.75MHz 内的残留边带波也属于调幅调 相波，由正交分量造成包络波形失真的情况与单边 带波相似，为了减小用普通振幅波器解调时的正交 失真，可在发射机的视频系统中对图像信号进行预 校正，用预先产生相反的失真来进行补偿。
图7. 2 双边带和单边带调幅信号的频率
单边带调幅波信号的表达式为：
uD
(U o
cos0t
m 2
U
0
c os ( 0
)t
(7.3)
将 式 (7.3) 中 增 加 一 正 一 负 两 个 下 边 频 (ωo-Ω) 项 ， 式(7.3)可写成：
UD
U0
c os ( 0 t
m 4
U
0
c
os
(
0
)t
➢ 噪声干扰脉冲对高频高幅波表现为振幅偏大，对 图像的干扰是黑色噪声，人眼视觉对其不敏感。
➢ 发射机的效率高。
➢ 负极性调幅波的同步头幅度不随图像内容变化。
7.3 伴音(associated Sound)信号的调制
1. 伴音信号的调制方式及伴音载频 伴音信号通常采用调频制，其原因是：
➢ 伴音和图像采用不同的信号调制方式，对减小二 者之间的干扰极为有利。
0.75
0.75
f0
1.25
6
射频图像信号
f(Mhz) 0
f(Mhz)
1.25
6
视频信号
图7.5 解调残留边带调幅波所得视频信号的幅频特性
补偿幅频失真的办法：
将接收机中频放大器的增益一频率特性曲线设计特 殊的形状，以获得补偿效果。
在超外差式接收机中频信号要经过变频，降为中频 信号，然后进入中放级进行中频放大，在变频过程 中，接收机本身产生的本机振荡信号(简称本振)的频 率高于射频信号频率，高的频率就是中频。
)
（7.10）
3. 伴音信号的预加重和去加重 在调频信号的传输过程中，使恢复的音频信号高 频端信噪比明显变差的因素：
➢ 高频调频波受到干扰噪声作用产生寄生调相干扰 分量，它间接地增加了高音频部分对应的频偏；
➢ 接收机的伴音鉴频器输出的噪声频谱总是高频时 的噪声大于低频时的噪声；
➢ 音频信号的高频部分振幅总是小于低频部分的振 幅。
设调制信号为小于0.75兆赫的单一频率F的简谐信 号频为放fA输，i ，出+中F即图放及fi像输下+信F出边的号图频增电f像i益压-信F为为的号-：A增载；益频f相fi i的-对F的增于增益fi 益为增为0益.5+的KA，变于上化是量中边
ui
k 2Ui
cos i t
(k 2
A)
m 2 Ui
cos ( i
普通振幅检波器解调单边带信号时，会产生正交失 真，用以解调残留边带也同样具有正交失真。至于 失真的程度则随调制信号的不同频率区域而有所不 同。在0.75～6兆赫区内，由于fi +0.75兆赫以上的 中放增益为零，故属单边带性质，其每一频率分量 的正交失真与讨论单边带时所得的结构相同。
在0～0.75兆赫区内，虽然原来属于双边带性质，本 应无正交失真，但由于中放特性的“NyquisT沿” 对于某一对上、下边频来说，彼此具有不同的增益， 使中放输出信号成为上、下边频不对称的双边带信 号，这也要产生正交失真。
K ( f ) 0.5 k a( f fi )
0
( fi 60) ( fi 0.75)
f f
( fi 0.75) ( fi 0.75)
(7.5)
f ( fi 0.750
上列第二式就是“NyquisT沿”的表达式，式中a为 其斜率(负值)，频率单位为兆赫。
2) 正交失真
为了改善高音频的信噪比，发射机部分在调频前预 先把音频信号中的高音频分量(2.4KHz～15KHz)的 幅度加以提升，而低音频部分(50Hz～15KHz)基本 不提升。这便称为预加重。即以增加调频指数M来 改善信噪比。
在接收机的伴音鉴频器的输出中，由于音频信号的 高音频分量预先获得提升。为还原音频信号本来频 谱结构，在这里又将提升的高音频进行压缩，这便 是去加重。
U0
co s 0 t
m 2 U0
co s ( 0
)t
m 2 U0
co s (
)t
(7.2)
式中ωo+Ω分量称上边频，ωo-Ω分量称下边频。
➢ 双边带和单边带调幅信号的频率
载波
下边带
上边带
0
△f
fmax
f
f0 -fmax
f0
f0 + fmax f
f0
△f
f0+fmax f
(a) 双边带调幅
(b) 单边带调幅
图 7.6 变频前后信号的频谱交换
f0
f(M hz )
76 77.25
83.25
(a) 变频前射频图像信号
f 0 f(M hz)
32
38 39.25
(b) 变频后中频图像信号
中放级补偿解调后视频信号的幅频失真的增益—频 率特性及中频图像特性。
K 075
fi
6
f(Mhz) 0
1K(a) 0.75
0.5K
为克服发射机的残留边带滤波器的群延时失真和接 收机中频放大器的斜切式幅频特性造成的群延时失 真，在发射部分设有群延时校正电路予以总补偿： 采用群延时失真很小的高斯形中放曲线:
3. 全电视信号的调制极性
全电视信号有正、负极性之分。
➢ 用正极性全电视信号作为调制信号，称其为正 极性调制，其已调波特点是，图像越亮，已调 波的振幅越大。
双边带调幅波 残留边带波
图像载波信号
图 7.3 残留边带调幅信号的获得
残留边带调 幅信号
➢ 频谱特性：
0.75
fSC
4.43
0.75 3.58 fSC
fR
1.25
6
f(Mhz)
fR 1.25 4.2
(a)
(b)
图 7.4 残留边带信号幅频特性
f(Mhz)
图(a)数字是按我国电视标准标注的；图(b)数字是美、 日等国电视标准。
1，上式近似为：
c
U 2 ()
U1 1
1 jc R
• R0
当Ω=0
U 2 (0)
U1 R
•
R0
于是预加重网络的频率失真系数Y
令RC=τ，则
Y U 2 1 jRC U 2 (0)
(7.11)
Y 1 ( )2
(7.12)
式(7.12)表明：预加重网络对高频分量提升快慢，完
全取决于时间常数τ的大小。
➢ 调频信号的音质好。 ➢ 调频信号的抗干扰能力强。 ➢ 为获得相同的信噪比，调频信号的发射功率可比
调幅信号的小很多。
电视伴音调频与调频广播除了频偏不同外，几乎 完全相似，调频广播的最大频偏为75KHz，而伴 音调频的最大频偏50KHz。
为避免伴音与图像之间干扰，并能方便地分离它 们，伴音信号与图像信号彼此应有不同的载频。
➢ 残留边带的特点：
对于频率较低的调制信号来说，实际上仍是双边 带，而对于频率较高的调制信号则属于单边带性 质。
➢ 残留边带与其它调制方式的比较: 与双边带传送相比，残留边带占用的频带窄。
与单边带滤波器比，残留边带滤波器下限频率处 的幅频特性变化缓慢，技术上容易实现，信号失 真小。
➢ 残留边带信号的失真： 1)幅频失真