原创 电视知识问答——彩色电视机的图像信号和伴音信号是怎样传播和接收的

答：彩色电视机的图像信号和伴音信号一般分为音视频信号（即AV信号）和载频信号（即经调制过的高频信号），音视频信号不能进行远距离传输，所以必须把它调制到一个较高频率的载波信号上才能通过远距离传输线或发射天线进行传输。

音视频信号不能进行远距离传输的原因可以这样解释：当传输距离很长时，传输线的长度与信号的波长已经可比拟，此时传输线上每一点的电压或电流值都不相同。当输入端的电压为最大值时，传输线最远端的电压并不一定就是最大值，还很可能是最小值或者负最大值。如：当输入端的电压为最大值时，在传输线正好等于半个波长处，其电压正好是负最大值。因为输入端最大值电压还没有传输到，需要等半个周期的时间才能到达，而目前检测到的电压正好是前半个周期时间输入的负最大值电压。并且这种情况正好是传输线已经处于稳定工作状态时，才会出现，即相当于传输线已经进入充放电状态。

当输入端的电压为最大值时，如果传输线还没有被充电，即传输线在这之前还没有输入过任何电压，则传输线上其它所有地方的电压均为零，信号需经过一段时间后才能传输到，传输线越长，等待信号到达的时间就越长。因此，传输线上连接的各种阻抗或负载也不能简单地看成是并联，因为每处的负载对于输入信号来说，都不是同一时间接入的。因此对传输线阻抗的计算非常复杂，并且只有在信号稳定的情况下才好计算。

当向传输线输入信号时，之前输入传输线的信号也会与当前输入的信号产生叠加，因为在传输线远处的信号也在做双向运动，电流也像流水一样，哪一端压力低就往哪一端跑，所以在传输线上某一点的电流，总是因为输入端电压极性的变化一会向前跑，一会又往后跑。因此，信号在传输线上传输，是按电容和电感充放电的原理进行的，我们可以把传输线看成是由很多电感相串联和很多电容相并联组成，这样才能把信号在传输线上传输所需要的时间和传输线上每一点的相位都不一样的过程表示出来。由此可见，长距离传输线上各点的电压相位与输入信号的相位是不一样的，并且只有当传输线上传输的信号是一组有规律的信号（如基波）的时候，传输线上各点的电压相位才能与输入信号相对保持一致（落后一个相位）地变化。

高频信号在有限长度的传输线上传输时会产生振荡，即新旧信号会产生迭加，并产生驻波，最特殊的情况就是四分之一波长短路线或开路线产生的驻波。四分之一波长短路线相当于开路，可等效成一个并联振荡电路；四分之一波长开路线相当于短路，可等效成一个串联振荡电路。高频信号只有在无限长的传输线上传输时或终端负载正好能把输入信号全部吸收时，传输线才不会产生振荡，即行波，这种情况就称为匹配。

所谓的驻波，可以比喻成手上抓住一根长绳子在作上下摆动，而绳子的一端被固定在墙上，结果从旁边看过去，可以看到很多个波峰和很多个波谷，并且他们的位置是固定不变的，这种现象称为驻波；如果把绳子的另一端解开，任由它自由活动，你看到的又是另一番景象，手摆动绳子的时候，绳子产生的波峰会像波浪一样移动，这个现象称为行波。

音视频信号在传输线中很难进行远距离传输，因为，音视频信号不是一组有规律的信号，在传输线中无波长可言，虽然音视频信号在传输线中也会产生幅度迭加，但不会产生迭加振荡，并且这种幅度迭加会产生严重的相位和幅度失真。

另外，音视频信号一般都不是高低电平对称分布在时间轴上，因此它的平均值就不一定为零，直流平均电平也不是一个固定值，这种信号在传输线中进行远距离传输时除了衰减以外，产生相位和幅度失真更严重，并且直流电平会对传输线产生电解作用（与空气），使接头接触不良。

所以，音视频信号必须通过高频调制，使之成为平均值等于零的高频交流信号后才能进行远距离传输。音视频信号经过高频调制以后，信号的相对带宽非常小，基本上还可以把调制后的载波看作单一频率信号，因此它在传输线中传输幅度和相位失真很小，传输线相当于只对它产生延时和衰减作用。另外，载波的频率选得越高，传输信号的频道数就越多。载波信号在传输线中传播的速度与传输线的分布参数有关，一般为20万公里左右，是光波的三分之二。

音视频信号也不能通过天线进行无线电传输，一般的天线都是半波振子天线（即天线的长度正好为半个波长），半波振子天线与四分之一波长开路线的特性基本相似，相当于串联谐振。但天线与四分之一波长开路线不同的地方，是天线为开放式的，四分之一波长开路线是集中式的。

当天线被充满电的时候（一种极端情况，对某一时刻⊿t进行分析），可看成是一个把极板张开的电容器，半波振子就相当于电容器的两块极板，极板上分布的电荷会产生静电场，静电场会对远方的接收天线产生感应，使接收天线也带电；当天线被充电的时候，电流流过天线，此时天线又相当于一根导线，在导线的周围会产生磁场，此磁场也会对远方的接收天线产生感应，产生感应电动势，这个可以把两根天线看成是变压器的初级和次级来理解就会很清楚。

天线就像是电感电容组成的串并联谐振电路一样工作的，它只对某个频率的信号产生谐振，音视频信号不是一个单一频率信号，所以它不会在天线回路中产生谐振，因此它不能通过无线电方式传输。载波在空气中的传播速度小于光速但很接近光速。

目前我国的电视广播主要使用米波波段（甚高频VHF）和分米波波段（特高频UHF），并在开发厘米波波段（超高频SHF），微波波段（UK）主要用于卫星广播。目前我国模拟电视信号的标准是：

1）图像载频信号采用残留边带传输，残留边带标称带宽0.75MHz。

2）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。

3）频道带宽的下限始终比图像载频低1.25 MHz，上限则始终比伴音载频高0.25 MHz。

4）每个频道的伴音载频始终比图像载频高6.5MHz。

5）92~124 MHz、566~606 MHz为公共调频广播和无线电波通讯等使用的波段，不安排电视频道。

6）每个频道的中心频率及所对应的中心波长是估计天线尺寸和调试电视机的参数。

调制和解调是彩色电视机图像信号和伴音信号传输和接收过程，调制主要是指电视广播电台，解调主要是指彩色电视接收机。彩色电视接收机的主要任务是把天线接收下来的高频彩色电视信号，通过一系列的放大、变换和解码过程还原三个基色图像信号，最后在彩色显像管的荧光屏上重现出原来图像，在扬声器中还原出伴音。

彩色电视机天线接收到的射频电视信号，首先通过VHE/UHF调谐放大器进行射频放大；然后与本地振荡一起混频，将它变换成图像中频为38MHz，伴音中频为31.5MHz的中频电视信号（中心频率约为35MHz），从频谱结构来看，它相当于把输入信号载频往低处搬迁到另一个较低的固定频率上，但它还是属于高频调制信号。中频信号通过声表面滤波器选出经中频放大器进行放大，及进一步筛选后，再进行限幅、同步检波器检波，然后输出0~6MHz的亮度信号，和副载波频率为4.43MHz的色度信号（正交调幅），以及载频为6.5 MHz的第二伴音中频信号（调频）。

伴音信号（6.5MHz）采用调频方式，与图像信号（0~6MHz）在频域上是分开的，这样经过6.5MHz的带通滤波器就可以把伴音信号取出，然后经过伴音中放和鉴频，就可以还原出伴音信号（音频），再经过功放和扬声器，最后还原成声音。同时，为防止伴音信号干扰图像，在视频图像信号通道还须用6.5MHz陷波器对伴音信号进行吸收，剩下的信号即为亮度信号和彩色信号（两个正交调制色差信号），该信号又分三路输出，一路亮度信号（Y），一路彩色信号（V、U），一路行场同步信号。

第一路，输出至亮度通道。经6.5MHz和4.43MHz陷波器对伴音和彩色副载波信号进行吸收，以消除伴音信号和色度副载波信号产生的光点干扰，然后取出亮度信号，但该亮度信号经过多次干扰信号吸收后高频分量也有所损失，会影响清晰度，为此，亮度信号一般都要经过微分电路处理，微分电路也叫勾边电路。亮度信号通过微分电路处理后相当于高频成份得到很大的提升，使显示图像的轮廓变得更清晰。由于彩色信号还须继续经过解调处理后才能得到色差信号，这个过程也需要一定的时间，为使亮度信号与色差信号同时到达矩阵电路，必须对亮度信号进行延时0.6us，然后亮度信号再与两个色差信号相加或相减，最后才输出红R、绿G、蓝B信号。

第二路，输出至色度通道。首先通过4.43MHz的带通放大器放大，去除亮度信号，取出色度信号及色同步信号；经过色同步分离器再进一步将色同步信号与色度信号分开。分离出的色同步信号，一方面去控制鉴相器，使本机的副载波发生电路同步工作，另一方面去控制彩色识别、消色检波电路等。分离出的色度信号经色度放大器放大后，送至梳状滤波器把色度信号分解为Fu、Fv两个分量，同时还要经过逐行倒相进行两行相位误差“电平均”，消除相位误差引起的色调畸变。然后分别送至（R-Y）、（B-Y）同步检波器，分别解调出红色差信号（R-Y）和蓝色差信号（B-Y），再将它们送至矩阵电路与亮度信号相加或相减，最后输出红、绿、蓝三基色信号，最后经视频放大分别输出给彩色显像管的三个阴极，调制三个电子束的电流大小，就可以重现彩色图像。

第三路，输出至扫描同步分离电路。取出行、场复合同步信号，由微分电路取出同步脉冲信号送到鉴相器进行鉴相，把相位误差变成电压误差信号，由电压误差信号控制压控振荡器（也叫锁相环振荡器），迫使行振荡频率及相位与输入信号同步。另一路（多脉冲）同步信号经过积分器进行积分，得出一个输出电压幅度与输入脉冲个数成正比的场同步信号，此场同步信号再去控制场振荡器的振荡相位，使场频与场同步信号一致。