电视信号的特点和传送

在电视广播中，需要同时传送图像和声音（伴音）。图像信号本身和它的传送，与声音信号相比，都有很多特点。本文准备谈谈这方面的问题。

为了在接收端能正确地显像，除了图像信号本身外，还要传送两种辅助信号：同步信号和消隐信号。大家知道，在摄像管里，电子束自左而右，自上而下地扫描图像，从而得出图像信号。在显像管里，电子束必须和摄像管中的电子束完全对应地同步扫描荧光屏，才能正确地重显图像。为了保证扫描的同步，每扫完一行，要发送一个行同步脉冲，这一串脉冲就构成了行同步信号；每扫完一帧（一幅图像），要发送一个帧同步脉冲，这一串脉冲就构成了帧同步信号。另一方面，电子束在自左而右、自上而下的正程里发送图像信号，而在回描期间，即从右端回到左端、从下端回到上端的逆程内，却不需要发送图像信号。电子束的回描虽然很快，逆程时间虽然比正程时间小得多，但总还是需要一段时间的。在每段逆程时间内都需要发送一个脉冲来关掉显像管的电子束，以免它在扫描逆程中使屏幕发亮，影响重显图像。这种脉冲叫做消隐脉冲。每个行逆程中都发送一个行消隐脉冲，每个帧逆程中都发送一个帧消隐脉冲，它们分别构成了行消隐信号和帧消隐信号。由于同步信号和消隐信号都出现于扫描逆程中，所以用不着单独传送，只要利用扫描逆程不传送图像的一段空闲时间来传送就可以了。一般扫描逆程约占整个扫描周期的10％左右，足够传送形状简单的脉冲信号。由此可见，图像信号和同步信号、消隐信号三者可合在一起传送，总称为全电视信号，简称为电视信号。

为了容易说明问题，设所传送的图像如图1。它由不同亮度的竖条纹组成。下面对应地画出了在扫描一行的时间内电视信号的形状。这是一种电视信号的习惯画法，电平越高代表图像越黑，电平越低代表图像越亮。不同亮度的条纹分别对应于不同的信号电平。因为不管图像的内容如何，每逢扫描逆程都要供给电视接收机一个消隐脉冲，以关掉电子束，使屏幕不发光，所以消隐信号顶端应当相应于黑色信号电平。为了容易区分同步脉冲与消隐脉冲，把同步脉冲叠加在消隐脉冲顶上，时间上稍晚一些，宽度也窄一些。可见同步脉冲比消隐脉冲的电平更高，处在“比黑还黑”的电平上。因此，同步信号的传送是不会影响图像的。

每扫完一帧时所发出的帧消隐、帧同步脉冲，基本上同行消隐、行同步脉冲相似。不过扫描一帧的时间要比扫描一行长得多，所以它们的周期要比行消隐、行同步脉冲大得多。帧扫描时间长，相应地回描时间也长，所以帧消隐脉冲要比行消隐脉冲宽得多。在帧消隐期间，可以包括许多行，各行的正程和逆程都被消去。最后，为了便于在电视接收机中把帧同步信号和行同步信号区分开来，所以用的帧同步脉冲也要比行同步脉冲宽得多。图2示包括帧同步、帧消隐脉冲在内的全电视信号。

从图1和图2可以看出，电视信号的形状和声音信号截然不同。

首先，电视信号具有脉冲性。这不仅是因为有同步与消隐脉冲，更重要的是图像本身。如图1所示，不同亮条所形成的信号间，就具有脉冲性的过渡。对于一帧实际的图像，凡亮暗之间的突然变化所形成的图像信号都具有脉冲性。根据这个特点，就要求传送电视信号的设备具有能够传送脉冲的特性。例如，电视信号放大器应具有脉冲放大器的性能。

其次，电视信号是不对称的单极性信号。一帧图像中，由亮到暗的变化相当于信号电平由低到高，没有正负极性的改变。这种单极性信号在一帧中的平均值（平均分量），反映了图像的平均亮度。由于实际图像的内容是千变万化的，所以这个平均分量是随着图像内容的变化而时时改变。但由于实际图像内容都是连续传送的，平均亮度的变化很缓慢，所以平均分量的频率接近于零，这也就是电视信号的最低频率了。为了正确地重显图像的平均亮度，在传送电视信号的过程中就要求尽量不失掉平均分量；如果失掉了，就应当在接收时想办法恢复。

我们知道，图像是分成一个个小像点（像素）来传送的。一帧图像中分的像点越多，图像就越清楚。但是像点越多，图像信号的变化就越快，也就是图像信号的频率越高。

设有一个图像是由很小的黑白相间的方格组成的（图3），其中每一个方格都代表一个像点，那么，在所有可能的图像中，这个图像的信号频率是最高的，因为从每一个像点扫到相邻像点时，信号都要急剧变化一次，每扫过两个像点，就是信号的一个周期。

设图像被分成z行。由于图像的宽高比为4∶3，所以每行可分成\(\frac{4}{3}\)z格，而每行中的像点数就是4;3z。整个图像中的像点数为43z\(^{2}\)。设每秒传送f帧图像，即每秒传送的像点数为4;3fz2。又每传送两个像点是一个信号周期，所以图像信号的频率为每秒\(\frac{4}{3}\)×f·z\(^{2}\);2=0.667fz2周，或0.667fz\(^{2}\)赫。再考虑到回描期间不传送行数和像点，以及人眼主观感觉等因素，可以打一个折扣，一般认为电视信号的最高频率为0.56fz2赫。前面说过，电视信号的最低频率接近于零，所以这个最高频率就是电视信号的频带宽度，即△f=0.56fz\(^{2}\)赫。

每秒传送的帧数必须大于48，否则使会发生闪烁的感觉，所以一般采用50帧。另外，我国的电视采用的行数为625。把这些数值代入前式，可得电视信号的频带宽度

如果把这一信号对高频载波调幅，那么已调幅信号中包括上下边带在内的通频带宽度达到22兆赫，比一般声音广播的通频带（10千赫）要宽约两千倍！对于频带这样宽的信号，传送很麻烦，所用的设备会过于复杂。因此，必须想办法把电视信号的频带缩窄！

为了压缩电视信号的频带，实际应用的广播电视系统都采用隔行扫描制。也就是把一帧图像分两次（两场）来传送。第一场先传送一帧图像的奇数行（1、3、5、……625行）；第二场接着传送偶数行（2、4、6、……624行）。这时每帧（两场）仍传送625行，图像的清晰度保持不变。但是每传送一帧，幕面却闪亮两次，即传送第一场时奇数行闪亮一次，传送第二场时偶数行闪亮一次。由于行数很密，所以不管是奇数行闪亮或偶数行闪亮，对眼睛来说都好像是整个幕面闪亮一次。因此，只要每秒传送25帧（50场），幕面就闪亮50次，人眼就不会感到闪铄了。这样，每秒的帧数从50减到25，因此，信号频带宽度相应地缩窄一半，即△f=0.56×25×625\(^{2}\)≈5.5兆赫。

实现隔行扫描并不困难。只要用能保证上述扫描规律的同步信号同时去同步摄像机和接收机的扫描设备就行了。此时的扫描设备是由行扫描发生器与场（不再是帧）扫描发生器组成。从上述标准可以算出场扫描的频率为50赫，行扫描的频率为625×25=15625赫。为保证隔行扫描所用的同步信号稍微复杂一些，在这里就不再介绍了。

电视台的电视信号必须调制到比信号本身频率高得多的载波上，才能以无线电波的形式传送给电视接收机。在各种调制方法中，以用调幅法得到的高频信号频带最窄。电视信号本身的频带已经很宽了，所以一般都用调幅法。已调幅信号的上下两个边带各宽△f，总频带宽度为2△f。对电视来说，2△f＝11兆赫，这就要求电视接收机检波前的一系列放大电路都能通过这样宽的频带，放大器的电路会很复杂。因此要求进一步减小高频已调幅信号的带宽。现在的广播电视系统一般都采用单边带传送法，即把上下两个边带抑制掉一个，只传送一个边带和载频。这样仍足以代表整个电视信号，但是，通频带却缩窄了一半。

实际上，在发送设备中完全抑制掉一个边带在技术上是有困难的，故在发送部分采用部分边带抑制，它和电视接收机的频率特性配合起来完成单边带传送的作用。我国的电视是抑制下边带。从发射机发出的信号频谱如图4a所示。图中的虚线表示被抑制掉的那部分下边带。图4b表示电视接收机的频率特性。由图中可以看到，电视接收机的调谐和普通收音机不同。普通收音机是把电台的载频调节到高频放大器频率特性曲线通带的中间，而电视机是把图像载频调节到频率特性曲线通带的一个斜边上，以便使整个上边频带都能通过电视接收机，同时把收到的信号中未被抑制掉的那部分下边带抑制掉。

伴音信号一般采用调频方式传送，以保证得到很高的放音质量。由于声音信号本身频带很窄，所以经过调频后的信号频带仍比电视信号窄得多。它被安置在电视信号上边带的旁边，伴音载频比图像载频高6.5兆赫，以便在电视接收机中用同一个高频带通放大器去接收和放大图像和伴音两种信号，这样可以使接收机的构造简化。由图可见，采用单边带传送后，发送设备的总带宽约8兆赫，而接收机的带通放大器带宽仅6.5兆赫就可以了。

由于图像信号和伴音信号的频谱宽达几兆赫，所以用来发送这些信号的载频，至少需要有几十兆赫。在电视广播中，用频道的号码来代表图像和伴音载频。例如，第一频道的图像载频为49.75兆赫，伴音载频为56.25兆赫；第二频道的图像载频为57.75兆赫，伴音载频为64.25兆赫；第三频道的图像载频为77.25兆赫，伴音载频为83.75兆赫；第四频道的图像载频为85.25兆赫，伴音载频为91.75兆赫；第五频道的图像载频为93.25兆赫，伴音载频为99.75兆赫，等等。目前，南京、西安等电视台用第一频道；北京、长春等台用第二频道；天津等台用第三频道；合肥等台用第四频道；上海、沈阳等台用第五频道。（张家谋）