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作者：韩广兴、

出版社：电子工业出版社

出版时间：2012-05-01

书籍编号：30466865

ISBN：9787121166457

正文语种：中文

字数：74788

版次：2

所属分类：教材教辅-中职/高职

版权信息

书名：液晶和等离子体电视机原理与维修（第2版）

作者：韩广兴　等

ISBN：9787121166457

版权所有 · 侵权必究

再　版　前　言

本书作为第2版，由于市场发展变化很大，因而进行了大幅度的修改。

近年来随着电子技术的发展和人民生活水平的提高，液晶电视机（含LED液晶电视机）和等离子电视机得到了迅速的发展，特别是这种电视机的显示器件呈平板形，体积小、无几何失真、无辐射，整机性能有很大提高。由于成本不断降低，目前市场上几乎取代了传统的显像管（CRT）式电视机，大屏幕数字高清电视机都是平板电视机。

新型液晶和等离子电视机以数字技术为基础，在信号处理和控制系统中都采用了大规模数字信号处理芯片，伴随着数字技术的应用，很多的新电视、新器件、新工艺和新技术也在这些平板电视机中得到了普及。

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在教材编写上采用图解形式，从整机结构、信号流程、工作原理到单元电路进行详解，并将实操过程进行实录演示。

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本书由数码维修工程师鉴定指导中心联合多家专业维修机构，组织众多高级维修技师、一线教师和多媒体技术工程师组成专业制作团队，特聘请国家电子行业资深专家韩广兴教授亲自担任主编，韩雪涛、吴瑛担任副主编。参与编写的还有张丽梅、郭海滨、马楠、宋永欣、梁明、张雯乐、宋明芳、张鸿玉、张相萍、韩雪冬、吴玮等。

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编　者

2012年3月

第1章　电视信号传输与接收的基础知识

　1.1　电视节目的采集和传输

1.1.1　电视信号的形成、发射和接收

人们在电视屏幕上看到的节目，都是先由摄像机和话筒将现场景物和声音变成电信号(视频图像信号及伴音信号)送到发射台经调制发射，或是先用录像机将这些声像电信号记录下来进行编辑后送入发射机再发射出去。

为了使声像信号能传送到千家万户，要选择适当的射频载波信号。50～1000MHz的射频信号如有足够的功率可以传输数十千米至数百千米，只要天线发射塔足够高就可以覆盖较大的面积(城市及远郊)。将视频图像信号和伴音信号“装载”(调制)到这种射频信号上就可以实现电视信号传输的目的。

电视节目发射前的图像和伴音信号的处理过程如图1-1所示。从图中可见，视频图像信号由摄像机产生，音频伴音信号由话筒产生，分别经处理(调制、放大、合成)后由天线发射出去。

图1-1　电视节目发射前的图像和伴音信号的处理过程

电视节目的接收过程如图1-2所示，天线接收的高频信号经调谐器放大和混频后变成中频信号。中频载波经放大和同步检波，将调制在载波上的视频图像信号提取出来。图像信号经检波和处理，在同步偏转的作用下由显像管将图像恢复出来。音频信号经FM解调、低放后由扬声器恢复出来。

图1-2　电视节目的接收过程

1.1.2　模拟电视信号的调制和传输方式

电视信号主要由图像信号(视频信号)和伴音信号(音频信号)两大部分组成。图像信号的频带为0～6MHz，伴音信号的频带一般为20Hz～20kHz。为了能进行远距离传送，并避免两种信号的互相干扰，在发射台将图像信号和伴音信号分别采用调幅和调频方式调制在射频载波上，形成射频电视信号从电视发射天线发射出去，供电视机接收。视频已调幅(AM)的信号波形与音频已调频(FM)的波形如图1-3所示，这样可有效地避免伴音和图像之间的相互干扰。

电视节目的调制、发射、传输和接收的过程如图1-4所示。

射频图像信号是一种调幅波，即载波信号(fp)受视频图像信号的调制而形成的。调幅波有上下两个边带，即(fp+6MHz)和(fp-6MHz)，占有12MHz带宽。这样，在有限的广播电视波段就容纳不了多少个频道。另外，这样宽的频带使接收机的造价也大大增加。因此，在保证图像信号不受损失的条件下，将下边带进行部分抑制，以减小带宽，这就是残留边带方式，如图1-5所示。可见，一个频道就只占8MHz的带宽了。

图1-3　视频信号的幅度调制(AM)与音频信号的频率调制(FM)

图1-3　视频信号的幅度调制(AM)与音频信号的频率调制(FM)(续)

图1-4　电视节目的调制、发射、传输和接收过程

图1-5　电视信号的频谱

伴音信号一般是先调频在6.5MHz的载波上(电视机中的第二伴音中频信号)，再将6.5MHz的伴音载波信号与图像载波混频，产生出比图像载波高6.5MHz的伴音射频信号。为了提高伴音信号的信噪比,伴音信号在调频之前要先经过预加重处理，即有意识地提升伴音信号中的高频部分，解调后利用去加重电路，恢复为原伴音信号，这样做可以抑制其三角噪声。

调幅的射频图像信号和调频伴音信号，经双工器合在一起组成射频电视信号，共占8MHz的频带宽度。这种射频电视信号经过高频功率放大后即可从天线发射出去供电视机接收，也可用电缆直接馈送给电视机。

我国的射频电视信号分甚高频(VHF)和超高频(UHF)两波段。甚高频段包括1～12频道，其中1～5频道称为低频段(即VI或VL)，频率范围为50～92MHz；6～12频道称为高频段(即VⅢ或VH)，频率范围为168～220MHz。超高频段包括13～68频道，频率范围为470～960MHz。

1.1.3　电视信号的编码和解码过程

1. 电视信号的编码方法

电视信号的编码各国有不同的方式，国际上流行的有三种方式，即NTSC制、PAL制和SECAM制，我国采用的是PAL制。视频信号的形成通常是由摄像机完成的，如图1-6所示。

图1-6　视频图像信号的形成

视频摄像机所摄景物的光信号通过镜头组进入摄像机，通过分色器将所摄彩色图像分解成红(R)、绿(G)、蓝(B)3幅基色图像(如图1-7所示)，分别送到3只CCD摄像元件(或摄像管)，CCD图像传感器再把这3幅基色图像光信号转换成R、G、B三个基色电信号。这3个基色电信号在矩阵电路经编码组成一个复合视频信号。

图1-7　彩色电视信号的形成

PAL开关的控制信号是1/2行频，即7.8kHz的开关信号，它由行同步信号经分频整形后得到。这样就造成了送到V平衡调制器的副载波信号的相位一行为+90°，而下一行为-90°。U分量和V分量在加法器中混合在一起组成色度信号，经谐波滤波器去除多余的谐波成分之后再送到加法器(信号混合电路)与亮度信号混合。亮度信号在混合前还必须嵌入电视接收机扫描用的行、场消隐脉冲和复合同步脉冲信号。场、行消隐脉冲及复合同步脉冲是由摄像机内部的同步发生器产生的。加法器完成了这一嵌合作用。由于两个色差信号经窄带滤波器处理后产生延时作用，所以为了对此延时进行补偿，在混合前还要对亮度信号施加0.6~0.7μs的延迟。使亮度及色度信号具有相同的延迟。经行、场消隐脉冲及复合同步脉冲的嵌合和0.6~0.7μs的延迟后的亮度信号就可与色度信号混合在一起形成PAL制彩色全电视信号(FBAS)，最后通过视频放大器放大后，就可用于调制射频载波，再经天线发送或直接供录像机记录了。

2. 彩色信号的编码过程

我国电视信号采用的是PAL制，它是在NTSC制的基础上经改进而成的，是将NTSC制中色度信号的一个正交分量逐行倒相，从而抵消了在传输过程中产生的相位误差，并把微分相位误差的容限由NTSC制的±12°提高到了±40°。1967年，西德和英国正式采用PAL制广播，西欧、大洋州地区及一些其他国家先后都采用了PAL制。PAL信号的主要特点是正交平衡调制和逐行倒相。

3. 彩色信号的解码过程

色度信号的解码电路是比较复杂的，为了说明信号的解码过程，这里只用其方框原理来加以说明。解码电路是发射端编码电路的逆处理电路，它主要由两部分组成，即色度信号处理电路和色同步信号处理电路。色度信号处理电路的作用是将已编码的色度信号还原成三个色差信号，以便在矩阵电路或末级视放中与亮度信号相加而最终还原成三基色信号。色同步处理电路的作用是恢复0°和90°相位的副载波和逐行倒相的副载波，使色度信号准确还原，色度信号的解码过程如图1-8所示。

图1-8　色度信号的解码过程

从中频通道中视频检波电路送出的视频信号，在色度信号处理电路中，首先由带通滤波器(4.43MHz±0.5MHz)阻止亮度信号而取出色度信号。色度信号中包含两部分：色信号和色同步信号。在色度信号处理之前首先要将色度信号和色同步信号分离，这里使用时间分离法，利用行同步信号延迟后形成色同步选通脉冲将两者分离。

除去色同步信号的色度信号，再由梳状滤波器将两个正交信号V和U分离。梳状滤波器由延迟线、加法器、减法器组成，如图1-8中虚线方框所示。由于使用延迟线，故这部分电路又叫延迟解调器。经梳状滤波器输出的V、U信号分别加到R-Y及B-Y同步解调器(或称V解调器及U解调器)上，解出两色差信号。视频信号中各种信号分离方法如图1-9所示。

图1-9　视频信号中各种信号的分离方法

　1.2　数字电视信号的编码和解码方式

数字电视节目是由数字化的伴音和视频图像信号组成的，伴音和图像信号作为节目的信号源，将这些信号进行数字编码处理的过程称为信源编码。编码后的信号要进行发射或传输，还要进行编码。在这里，为了将音频、视频等信号的数字编码信号以相应的频道进行发射和传输而进行的编码，称为信道编码。由于地面广播、卫星广播和有线系统的信号传输环境的不同，因而信道编码的方法也不同。信道编码后的数字电视信号经调制后就可以通过所选定的频道传输出去了。

1.2.1　信源的编码和解码过程

数字电视广播传输系统是采用数字信号处理技术进行传输和处理的系统，图1-10是它的发射和接收的系统框图。

图1-10　数字电视系统的基本构成

在信号的传输过程中还会产生衰落等问题，这些因素会影响信号的正常传送，往往会造成数字编码信号的漏码、错码，从而破坏图像的质量。为解决这些问题，就需要在数字信号的编码和解码的电路中增加很多技术手段，以便进行信号的检错和纠错。

视频、音频数字化后所形成的数据量很大，在进行传输前还必须进行数据压缩，而在传输后要进行相应的解压缩处理。压缩和解压缩也是一个非常复杂而精密的信号处理过程。下面对数字电视发送端的各部分做简要介绍。

1. 信源编码

数字电视系统要传输的主要内容为视频图像信号、伴音音频信号，此外还有图文数据信息(其中还有其他的一些业务数据)。这些信号都属于信号源，它们要组合在一起同时进行传输。因此需要有专门的电路进行编码处理，这就是信号源编码电路的功能。典型的信源编码电路结构如图1-11所示。

图1-11　典型的信源编码电路结构

① 节目1、音频、视频图像信号分别进行A/D变换、数据压缩处理，变成数据压缩的编码信号，并形成数据包。

其他的业务数据经编码形成数据包。

视频数据包、音频数据包和其他数据包在节目复用电路中按比例合成为一个数据组合作为节目1的数据，送到传输复用系统中。传输复用系统将多个节目的数据合成作为传输数据流信号输出(简称TS)。

② 节目2、节目3、…、节目n的信号处理过程与节目1的处理电路和处理过程相同，分别经节目复用形成节目2、节目3、…、节目n的数据组合。

③ 多个节目的数据都送到传输复用电路中，再进行调制和发射(传输)。

2. 信源解码

信源解码电路设在信号的接收端，其结构(信号处理过程)如图1-12所示。

图1-12　信源解码的电路结构

多个节目数据通过传输通道(介质)到达接收端，经传输解复用电路将节目1、节目2、…、节目n的数据进行分离，每一个节目接收电路实际上就是一部数字电视的接收机。例如，图1-12中节目1的数据经节目解复用，将视频图像数据、伴音数据和其他数据分离开，然后分别进行解压缩处理。解压缩处理后恢复了原音频和视频的数字信号。

视频数据送到图像处理电路进行处理变成驱动显示器件的信号，最后在显示器上显示出节目1的图像。

音频数据送到音频处理电路中进行处理，最后变成驱动扬声器的音频信号，使扬声器发声。

数据信号经处理后，对需要在屏幕上显示的图文信息变成屏显信号送到视频电路与图像信号合成或切换。

1.2.2　信道编码和解码的过程

信道编码是将音频、视频等信号经信源编码处理后的数字信号进行进一步的处理，以便进行有效的传输。信号编码电路主要是对数据信号进行数据加扰、纠错编码、数据交织等处理，然后再进行调制和发射(传输)。

在接收端则进行相反的处理，即进行数据解扰、纠错和数据的去交织。数据加扰实际上是一种信号能量的扩散处理。纠错编码的功能是在信号的接收电路中，通过检错电路进行误码检测和纠错处理，数据交织和去交织处理也具有纠错的功能。信道编码和解码的功能方框图如图1-13所示。

图1-13　信道编码和解码的功能方框图

在数据信号的纠错编码和交织处理过程中需要进行比较复杂而精密的数据处理。信号编码处理过程中又分为外信道编码和内信道编码。外信道处理包括数据加扰(能量扩散)、RS纠错编码、外码数据交织和内码传输调制等部分。

这些复杂的处理技术可增强信号传输过程中的抗干扰能力，减少信号的损失和误码，并能有效地检出误码和校正误码从而保证信号的质量。

1.2.3　数字电视信号处理的基本方法与技术标准

1. 数据压缩处理的基本方法

图1-14是数字处理和数据压缩信号处理电路框图。

图1-14　数字处理和数据压缩信号处理电路框图

对音频、视频信号进行压缩处理时，首先进行A/D变换，将模拟信号变成数字信号。数字信号的数据量一般是很大的，因此需要进行数据压缩，在数字电视系统中大都采用MPEG—2的压缩标准，压缩后的数字信号在进行传输时被称为数据码流，这里常称之为基本码流(Elementary Stream，ES)。视频压缩的数据信号、音频压缩的数据信号及业务数据在接收和解压缩处理时，为了便于信号的分离，在进行合成前要分别对上述的三种信号进行数据打包，将视频、音频及业务数据(基本码流)再进行打包处理，包装成一个一个的数据包。包装后的数据称为包装数据码流(Packetized Elementary Stream，PES)。

在进行节目传输时要将视频、音频及业务数据包按比例合成一个数据流，这个数据流称为传输数据流(Transport Stream，TS)，有些情况下也称节目数据流(Program Stream，PS)。

对于多个节目内容或业务数据还可合成为复用PS流或复用TS流。这两种数据流应用环境有所不同。

TS流(传输数据流)通常适用于数字电视节目的传输环境，这种环境是指通过天空进行传输，因此信号的衰落或干扰比较严重。该码流之间具有不同的时间基准，它的数据包的长度比较短，固定为188字节。

PS流(节目数据流)通常适用于误码率低的环境，如光盘和磁介质(硬盘、磁盘等)记录。其节目流之间具有同一时间基准。该数据包的长度可根据需要改变，通常比TS流长，如VCD的PS流，节目包长为2324字节，DVD的PS流长为2048字节。

2. 数据信号传输处理的基本方法

(1) 数据扰乱

音频、视频和业务数据信号经过信源编码后，其数据信号有可能出现长串的连续“0”或长串的连续“1”。这样的信号在发射时，同时也会影响接收机中的载波恢复。为此采用数据扰乱的处理方法。对数据按一定的规律进行处理，消除连续“0”和连续“1”的编码信号。

数据干扰以数据包群为单位，每8个数据包组成一个数据包群，每个数据包为188个字节，数据包群为188×8=1054字节，其中第1字节作为同步字节。

(2) RS纠错编码与数据交织

RS纠错编码，RS是Reed(里德)和Solomon(索罗门)两个人名的缩写。RS纠错编码的方法是由这两个人提出的，所以叫RS纠错编码方法。这种编码方法具有很强的纠错能力，因而被广泛应用在数字电视的信号处理电路中。

RS纠错编码的基本方法是在数据包信号的后面加入一些辅助信号，在解码时通过对信号主体和辅助信号的识别检出误码并进行纠错。

(3) 数据交织

在数据发射端进行数据交织处理，在数据的接收端进行去交织处理将数据还原，这个过程可以校正传输或处理过程中的误码。

(4) 内码卷积编码和QPSK调制

数字电视信号为了便于传输和解码需要进行各种处理和运算，从而提高抗干扰的能力。目前这些编码和解码电路都制成集成电路，复杂的信号处理都由集成电路来完成，使编码、解码电路的安装和调试大大简化。

QPSK调制是四相键控调制方法，它和内码卷积编码、基带整形等结合在一起进行信号处理，其电路结构如图1-15所示。

图1-15　QPSK调制器电路结构图

QPSK调制器如图1-16所示，四相键控等效于两电平正交调幅输出信号，其输出信号的包络是恒定的，只是载波的相位按90°整数倍变化。这些调制电路都集成在大规模集成芯片中，不必了解电路的细节。

图1-16　QPSK调制器

3. 数字电视的技术标准

数字电视的卫星传输、有线传输和地面传输是同时进行的。数字电视接收机能兼容三种传输系统是比较理想的，但是全部兼容也是有困难的，希望能有更多的兼容部分。这是因为三种传输的环境不同，有线电视受干扰很小，卫星传输受干扰较小，地面传输则受干扰严重，因而在地面传输方式中需要加很多的抗干扰措施。实际上，它们的信源编码、数据扰乱、RS纠错编码、卷积交织等信号处理方法是相同的，主要是内码卷积交织、内码卷积编码和传输调制方法有所不同。所以不同国家和地区采用了不同的技术标准。例如，地面数字电视的传输标准欧洲采用DVB-T，美国采用ATSC-T，日本采用ISDB-T。我国正在制定自己的数字电视标准。

数字电视机中有数字高清晰度(HDTV)和数字标准清晰度(SDTV)两种规格。这两种规格的电视图像质量(清晰度)不同，MPEG的码率(每秒传输的数据量，Mbps)也不同。HDTV的清晰度为700线，传输码率为20Mbps，SDTV的清晰度为500线，传输码率为5Mbps左右。

网络传输的数字电视节目，目前往往采用MPEG—4的技术标准，这是由于网络传输信号带宽的限制，传输的速率不能太高。MPEG—4原开发的目标是可视电话和会议视频，可用超低的码率，即高压缩比。由于MPEG—4的编码系统具有开放性的特点，可随时加入新的算法模块。随着MPEG—4的应用和普及，特别是多媒体技术的应用，包含音频和视频的多媒体信息，越来越多的采用MPEG—4的技术标准。

　1.3　电视信号的传输方式

电视信号传输方式最主要的特点是传输数字电视节目，即采用数字调制的方式传送数字视频图像和数字伴音信号。

目前数字电视节目的传输方式有四种：

卫星传输方式——数字卫星广播系统；

有线传输方式——数字有线传输系统；

地面传输方式——数字电视广播系统；

网络传输方式——宽带网络传输系统。

1.3.1　数字卫星广播系统

利用卫星进行电视信号的传播系统（图1-17），相当于将发射天线升高，使卫星的直射电波几乎可以覆盖半个地球。卫星地面站将电视信号发射到卫星上(上行)，卫星收到电视节目后，再向地球转发。地面上可以通过卫星地面站接收，再通过有线电视系统(CATV)传输到千家万户。个体家庭也可以用卫星接收设备直接接收卫星电视节目。边远地区特别适合安装卫星接收系统。

图1-17　数字卫星广播系统

卫星传输系统地面发射端的信号处理过程如图1-18所示。

图1-18　卫星传输系统地面发射端的信号处理过程

从图1-18可见，卫星传输系统的信号处理主要包括信源编码、数据扰乱、RS纠错编码、数据交织、内码卷积交织、内码卷积编码、基带整形、QPSK(4相移键控)调制等部分。调制后的信号实际上是中频信号，该信号再经变频器变成12 GHz左右的高频发射信号(射频信号)，发射到卫星上。卫星收到地面发来的射频信号后，变换一下射频频率后再向地球发射回来，进行卫星电视广播。

1.3.2　数字有线传输系统

1. 数字有线传输系统的构成

图1-19是数字有线传输系统(CATV)的简图。有线电视中心将多路数字电视节目混合后，经同轴电缆或光缆传输系统，将信号送到用户终端。有线电视传输系统的信号编码处理的过程如图1-20所示，它包括信源编码、数据扰乱、RS编码、卷积交织、字节到符号的转换、差分编码、基带整形、QAM调制等部分。QAM调制(正交幅度调制)后的中频信号再经变频器变成射频信号(RF)，然后进行有线传输。

信源编码和卫星传输、地面广播相同，都采用MPEG—2的压缩方法。

图1-19　数字有线传输系统的简图

图1-20　数字有线信号的编码处理过程

信道编码中的数据扰乱、RS(204，188，17)纠错编码、数据交织(I=12)与卫星广播系统中的处理方法完全相同，所不同的是数据交织后到传输调制的处理方法。有线传输系统中由于受外界的干扰较小，因而取消了在地面广播系统中采用的内码卷积交织和内码卷积编码，而采用数据信号的字节到符号的转换、差分编码和QAM调制处理。

2. 数字有线电视信号的调制方式

有线传输系统中采用正交幅度调制方法，即QAM方法，其电路结构如图1-21所示。数据信号经串并变换变成两路信号分别经D/A变换器变成模拟信号，再经低通滤波器后与两个正交的载波进行幅度调制，调制后的信号合成并输出。

图1-21　QAM的调制过程

图1-22所示为数字有线信号的解码过程，数字有线电视机顶盒接收到来自电缆的信号，机顶盒首先进行选频(调谐)，选出所需要节目的QAM信号。经QAM解调后形成基带信号，这个基带信号由多套(6套)节目组成。然后在这多套时分复用的节目中选出所需要的节目信号，再分别进行数字解码处理，最后输出数据和时钟信号。在实际的接收机中，这些处理都是由大规模集成芯片来完成的。

图1-22　数字有线信号的解码过程

3. 数字有线传输频道

在模拟有线传输系统中，每个频道占用1个载频，信号采用幅度调制的方法(AM)。信号的传输有两种方向：向用户终端传输电视节目内容(下行)，称为向前路径。用户向有线中心(上行)传送信息，成为反向路径。目前的有线电视系统主要采用光纤和同轴电缆混合(HFC)传统数字电视。目前的有线电视系统中心，数字电视的频道越来越多，还保留一些模拟电视节目，数字电视的频道安排仍沿用模拟电视的频道划分，每个频道带宽为8MHz(美国为6MHz)，其上、下行信道频谱的具体划分如图1-23所示。共分为4个频段，下行信道87～550MHz传

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