电视原理与接收技术.ppt

国防工业出版社,赵坚勇 编著,电视原理与接收技术,提高接收机质量的措施,第5章,内容提要,本章介绍目前中、高档电视机中采用的提高接收质量的措施，主要内容包括频率合成式高频调谐器、准分离式中频放大器、动态梳状滤波器亮色分离电路、格式变换、画质改善电路、立体声伴音系统、多制式接收处理等。,知识要点,MOPLL； 频率合成式高频调谐器； 准分离式中频放大； 锁相环同步检波器； 动态梳状滤波器亮色分离电路； 常用的几种格式变换； 常用画质改善电路； IGR立体声伴音系统； NICAM728立体声伴音系统； 多制式处理电路。,教学建议,本章是本教材的三个重点之一，通过本章学习能熟悉现代电视机。 要求熟悉电压合成式高频调谐器、MOPLL电路、掌握频率合成式高频调谐器。 熟悉准分离式中频放大和锁相环同步检波器。 了解动态梳状滤波器亮色分离电路。 熟悉常用的几种格式变换。 掌握常用画质改善电路，黑电平延伸、直方图处理、轮廓处理、瞬态改善电路和扫描速度调制。 了解IGR立体声伴音系统，熟悉NICAM728立体声伴音系统。 了解多制式处理电路。 建议学时数为6学时，根据需要可适当增加。,目 录,5.1 频率合成式高频调谐器,5.2分离式中频放大器,5.3 动态梳状滤波器亮色分离电路,5.4 格式变换,5.6 立体声伴音系统,5.7 多制式接收处理,5.5 画质改善电路,5.1 频率合成式高频调谐器,5.1.1 电压合成式高频调谐器,5.1.2 MOPLL,5.1.3 频率合成高频调谐器,普通中小屏幕彩电中多采用电压合成式高频调谐器，其原理如图5-1所示。调谐器引脚BL、BH、BU是VHF-L、VHF-H、UHF三个频段高放级的供电，提供电源就选择了频段。引脚AGC是自动增益控制电压输入，引脚AFT是自动频率调谐电压UAFT输入，引脚TU是调谐电压输入，引脚IF是中频信号输出，引脚MB是电源电压输入。,5.1.1 电压合成式高频调谐器,当CPU接到接收13频道的遥控命令时，CPU一方面送出频段切换控制信号去频段译码器，让它输出电源电压供给高频调谐器的BU端，该电压使调谐器内部电路工作在UHF频段；与此同时，CPU还送出一定宽度的PWM脉冲去DA转换电路，将方波信号转换成直流电压并送到调谐器的TU端，该电压控制调谐器内部选频电路，使它们的频率与13频道一致。于是高频调谐器从天线送来的电视信号中选出13频道节目信号，并进行放大和混频处理，得到38MHz图像中频信号和31.5MHz的第一伴音中频信号，两信号从IF端输出送到图像中放电路。若高频调谐器内部本振电路频率发生漂移，38MHz图像中频信号频率也会发生变化，AFT电路对图像中频信号处理后会输出UAFT误差电压去调谐器AFT端，控制内部本振电路，使本振电路频率回到正常值。现代电压合成式高频调谐器已经取消了引脚AFT及其外围电路，由CPU或超级芯片内部锁相环鉴相器产生自动频率控制电压。,电压合成式高频调谐器受温度、电压变化的影响，引起频率漂移，调谐器稳定度下降。要想实现高速自动调谐选台，达到可靠性高、频率稳定、切换速度快捷、实现多个调谐器同时进行调谐选台，必须采用频率合成式高频调谐器。,5.1.2 MOPLL,频率合成式高频调谐器的关键器件是MOPLL（Mixer、Oscillator Phase Lock Loop），即混频器振荡器锁相环，常用电路有TI公司的SN761672A。图5-2是SN761672A的内部结构图。SN761672A是单片混频器、振荡器和锁相环，包含VHFL、VHFH和UHF三个波段的本地振荡器和混频器，30V输出的调谐放大器和4个NPN集电极开路型波段开关驱动器，15位可编程计数器和可编程基准分频器（512、640、1024）受I2C总线控制，调谐频率步长可以根据基准分频率选择，SN761672A是单5V电源，TSSOP32（Plastic Thin Shrink Small Outline Package）封装。,图5-2 SN761672A的内部结构图,UHF RFIN,同类产品SN761677在SN761672A的基础上增加了4个NPN射极跟随型波段开关驱动器，增加了片内DCDC转换产生30V调谐放大器电压。 同类产品还有东芝公司的TA1303BFN、INFINEON公司的TUA6034等。 当接收DS13频道信号时，图像载频为471.25MHz，本振频率为471.2538509.25MHz，此时经I2C总线设定可编程基准分频器分频数为1024，fREF4M10243.90625kHZ；509.25MHz经8分频N分频后也应为3.90625kHZ，509.25M8N3.90625k，N16296。15位可编程计数器应设定为16296。,如本振频率未达到准确调谐值时，数字式鉴相器将fDIV、fREF两个信号进行相位比较，输出电压是两者相位差的函数，此输出电压通过低通滤波器滤除高频分量后，调整SN761672A内部电荷泵源的脉冲输出，去改变本振压控振荡器的频率，直到本振频率比图像载波频率高出38MHz时fDIV=fREF，鉴相器输出的低频控制信号为零，压控振荡器的振荡频率不再发生变化，环路数据处于“锁定状态”，并将此时的分频系数N寄存在存储器电路中。与此同时SN761672A的选台信息情况通过I2C总线返回微处理器，微处理器将修正信息直到完成调谐选台为止。当传输信号的载频有微小偏移时，并能跟踪锁相，确保稳定接收。,频率合成调谐器方框图如图5-3所示。VHFL、VHFH和UHF三个波段有各自的输入回路、高频放大级、双调谐选频回路、片内的混频器本地振荡器锁相环和本地振荡器的调谐元件。,5.1.3 频率合成调谐器,1.调谐器引脚功能 AGC：在输入信号幅度过大时，电视机的中频单元会改变输入的AGC电压值，抑制信号幅度，避免由于输入幅度过大造成失真。通常设定为当输入信号为60dBv时，该处电压为4V。 TU：主要用于高频头生产过程中，对IC产生的调谐电压值进行监控，也可输入调谐电压在非锁相状态下对高频头进行调试和检测。 SAS：在I2C总线上挂有多个集成电路时，由CPU选择其中之一在某一时段工作，这时输入的I2C数据中指定位代表的电平值与该端子接入电平吻合，高频头开始工作。,SCL：输入SN761672A的串行时钟信号。 SDA：输入SN761672A的串行数据信号。 NC MB：提供高频头的工作电压(+5V)。 NC 30V：提供高频头需要的30V调谐电压，在高频头内部IC会将其转换为所需调谐电压值。 NC IF：中频输出端子。,由RF端子进入高频头的电视信号先通过高通滤波器及中频陷波器，将信号中的中频干扰滤掉，然后分为三路同时进入VHF-L、VHF-H、UHF三个通道。此时，SN761672A会根据接收到的I2C数据指定的频道，打开相对应的通道接收信号。信号进入相应通道后首先进入输入回路，它的目的是对输入信号进行选频及阻抗匹配，令输入信号的反射最小，达到最大输入的目的。输入回路中的变容二极管会根据SN761672A给出的调谐电压值TU改变为设计预期的容值，使输入回路在输入信号的频率条件下达到选频及最佳匹配的阻抗值。,2.信号流程,高频放大由双栅极场效应管组成，两个栅极中一个作为信号输入端，另一个栅极接入AGC直流电压，用以控制场效应管源、漏极之间的N型沟道宽窄。AGC直流电压越高，N型沟道越宽，高放管电压增益越大。由SN761672A通过控制切换各高放管信号输入端供电，可以选择信号通道。 高放之后进入双调谐选频回路，使信号在要求接收的频道位置幅度尽可能达到最大，各方面电性能都尽可能最佳。两个调谐回路都有变容二极管，在调谐电压TU变化时容值会发生变化。当它们的容值为某一个指定的值时，整个双调谐(参差调谐)选频回路会在频段内某一个频点的位置上传输性能及矩形系数达到最佳，并保证一定的频带宽度。这时所需的调谐电压值取决于设计时的设定。这部分电路对电视机的选择性、灵敏度等多项指标有非常大的影响，因此，此处各项参数的搭配非常重要。,信号在通过双调谐选频回路后进入MOPLL。在MOPLL内部会对输入的频率与I2C数据所需要的频率进行相位比较。如果比较结果显示输入信号频率、本振频率与数据要求频率相比有偏差，MOPLL会自动对调谐电压TU进行调整，即对本振频率及前级电路频率特性进行调整，直到信号频率满足要求为止。此时MOPLL会将输入信号与本振信号进行混频，之后经过中频选频回路输出到IF脚。 电压合成式高频调谐器输出的调谐电压是连续变动的，频率合成式高频调谐器输出的调谐电压是跳变的。电压合成调谐时，把高放和本振电路连动调节，频率合成调谐时，先调高放电路，再进行频率监测和锁定控制，然后合成本振调谐电压，调谐本振频率。,5.2 准分离式中频放大器,5.2.1 准分离式中频放大,5.2.2 锁相环同步检波器,普通的彩色电视机均采用内载波接收方式的中频放大电路，图像信号和伴音信号共用一个通道，利用图像中频信号和伴音中频信号的差拍产生6.5MHz的第二伴音中频信号。因此二者之间相互干扰是很难避免的，最突出是色副载波与第二伴音中频形成的差拍干扰图像，即6.5MHz-4.43MHz=2.07MHz的网纹干扰；还有强图像信号时对伴音信号产生过调制形成的蜂音干扰。克服上述干扰的最好办法是图像、伴音中频信号分别由两个独立的通道来处理。,5.2.1 准分离式中频放大 准分离式(Quasi Split Sound，QSS)中频放大电路实际上是一种变形的内载波接收方式。它采用两个独立的声表面波滤波器进行选频，分别获得图像中频信号和31.5MHz的伴音第一中频信号；图像检波采用性能优良的PLL（Phase Lock Loop，锁相环）同步检波器，伴音第二中频信号获得的过程中不再使用调幅的图像中频信号，而是由PLL图像检波器中压控振荡器产生的PLL同步信号所取代。PLL同步信号频率被严格锁定在图像中频上，非常稳定且与图像内容无关，减少了图像与伴音之间的相互干扰。另外，由于省去了限幅器，伴音第一中频信号的幅度得以提高。既提高了伴音信号的信噪比，也解决了寄生调幅造成的干扰。,图5-4是准分离式中频放大方框图，预中放级能补偿后面声表面波滤波器的插入损耗。经放大的中频信号分两路输出：一路经声表面波带通滤波器衰减38MHz的图像中频信号后，送到伴音中放，放大后经QSS混频处理产生包含数字丽音中频信号在内的6.5MHz第二伴音中频信号；另一路经带通声表面波滤波器衰减31.5MHz的伴音中频信号后送到图像中放，图像中频信号放大后进行PLL同步锁相检波，输出视频彩色全电视信号CVBS。,5.2.2 锁相环同步检波器,锁相环同步检波电路如图5-5所示，压控振荡器VCO （Voltage Controlled Oscillator）作为同步检波器的开关信号，VCO与图像载波锁相，完全不受图像内容的影响，检波相位十分稳定，对小信号检波具有良好的线性，可以消除通道中交调失真引起的串色并减弱差拍干扰，改善图像信号的微分增益失真和微分相位失真，消除因图像过调造成的伴音蜂音。,5.3 动态梳状滤波器亮色分离电路,在普通的彩色电视机中，亮度信号和色度信号通过带通和带阻滤波器进行分离，用一个4.43MHz陷波器从彩色全电视信号中滤去色度信号，得到亮度信号；用一个中心频率为4.43MHz带宽为2.6MHz的带通滤波器从彩色全电视信号中选出色度信号。由于陷波器对色度信号滤不干净，一些色度信号进入亮度通道，引起“彩色干扰”,而亮度信号的高频分量损失使图像分辨率下降。在高档大屏幕彩色电视机和专用彩色监视器中采用梳状滤波器对亮、色信号进行分离。可以减小亮度信号与色度信号之间的串扰，又保证亮度高频信息不受损失。,5.3.1 梳状滤波器分离原理,5.3.2 动态数字梳状滤波芯片,5.3.1 梳状滤波器分离原理,图5-6是几种亮色分离梳状滤波器原理方框图，其中Y表示亮度信号、YH及YL分别表示亮度信号的高频及低频分量、C表示色度信号、2TH表示2行延时器件、312TH表示312行(1场)延时器件、626TH表示2场(1帧)延时器件。 采用梳状滤波器对视频信号的亮度信号及色度信号进行分离是充分利用了视频信号相邻行、相邻场或相邻帧的相关性以及PAL制视频信号色副载波相位自身的特点。,例如对于图5-6（a）、（b）所示的二维行梳状滤波器来说，由于视频信号相邻两行的内容基本相同，因此亮度信号延时2行后波形基本不变；而色度信号延时2行相当于延时了567.5个副载波周期(64s24.43361875MHz=567.5Tsc)，因此延时2行后的色度信号与直通信号正好反相。又以图5-6（c）所示的三维场梳状滤波器来说，如果。视频信号反映的不是快速运动的物体，则相邻2场的视频信号波形基本相同；而色度信号延时312个行周期延时了88530.5个副载波周期(312TH=31264s4.43361875MHz =88530.5TSC)，延时312行后的色度信号与直通信号正好反相。如图5-5中标注的那样，通过延时线及加、减、乘法器就可以得到干净的亮、色信号。,上述行梳状滤波器利用延时2行的信号与直通信号进行运算，当参加运算的信号相关系数很大时，亮色分离效果明显；但是当参与运算的信号相关系数较小，即图像在垂直方向上有较大变化时，分离效果就会变得很差(通过加、减法器不能将某种信号消除干净)，使得图像在垂直方向有内容突变的区域变得模糊并引起亮色互串。此时的二维行梳状滤波还不如普通一维滤波效果好。,对于场梳状滤波器来说，如果视频信号反映的是快速运动的物体，则相邻2场因为有20ms的时间差而使其视频信号波形发生了较大的变化，此时相邻2场 信号相加、减便不能将亮度或色度信号消除干净。因此，更高档次的彩色监视器采用自适应型梳状滤波器，如二维自适应梳状滤波器是将二维梳状滤波电路和一维滤波电路组合在一起，并在电路中设置垂直信号检测和切换电路，当检测到图像在垂直方向变化较小时，用二维梳状滤波；而当检测到图像在垂直方向有较大变化时，由切换电路自动转换到一维滤波方式。同理，三维自适应梳状滤波器是将三维梳状滤波电路、二维梳状滤波电路及一维滤波电路组合在一起，并在电路中设置视频运动检测及垂直信号检测和切换电路，根据检测的结果，自动选择最佳滤波方式,5.3.2动态数字梳状滤波芯片,1. TDA9181 SAA4961自适应多标准梳状滤波器是飞利浦公司1997年产品。 TDA9181双制式动态数字梳状滤波电路是飞利浦公司2000年产品，通过外部控制可实现1H、2H、4H等延时，可对PAL、NTSC制的视频彩色全电视信号进行梳状滤波，彻底分离出亮度信号和色度信号。一般与I2C总线控制TV小信号处理电路TDA9321H配合使用。,TDA9181内部电路方框图如图5-7所示。TDA9181允许有两种输入信号：一种是视频彩色全电视信号(CVBS)，另一种信号是来自S端子的亮、色分离信号。两信号分别经钳位后由输入选择信号选取一路后进行梳状滤波，分离出的亮度信号和色度信号经输出选择开关切换后，分别输出。,为实现数字式梳状滤波，需对输入的视频彩色全电视信号进行数字化处理，其采样频率为4fSC。TDA9181内部的PLL时钟发生器产生的4fSC时钟信号，除用作AD变换时的采样时钟外，还给2H4H延迟线、自适应梳状滤波器和低通滤波器调整使用。TDA9181的fSC2fSC引脚输入fSC或2fSC同步信号，用以锁定时钟发生器的振荡频率和相位。fSEL脚为低电平时，输入副载波信号fSC；为高电平时，输入2fsc信号。TDA9181的SYS1、SYS0脚为制式控制端，当其为00、01、10、11时，分别控制时钟发生器产生PAL-M、PAL-D、NTSC-M、PAL-N的4fsc时钟信号。 沙堡脉冲经检测电路检测出色同步信号，以控制钳位电路和滤波调整电路。滤波调整电路对色同步和副载波信号进行相位比较，产生出一个控制电压去自动调整三个低通滤波器的谐振频率，使其工作与彩色信号的制式相对应。 TDA9181只对标准的PAL-D（B、G、H、I、M、N）或NTSC-M制式的视频彩色全电视信号进行Y、C分离，对SECAM制式或黑白信号不作处理，即直接输出。,2. VPC3230D 微科（Micronas，原ITT）公司2001年的产品VPC3230D是梳状滤波视频处理器，包括高性能自适应梳状滤波器、多标准彩色解码器、高质量模数转换电路附加AGC电路和箝位电路、多标准的同步信号处理和多格式视频输出。 东芝公司TC90A49P型多制式数字Y/C分离电路、索尼公司SBX-1765-01型动态数字梳状滤波电路也是常用电路。,5.4 格式变换,5.4.2 格式变换常用芯片,5.4.3 格式变换电路,5.4.1 常用的几种格式变换,1.帧频变换 帧频变换的工作原理并不复杂，以原图像的帧频率写入存储器，而以目标帧频率读出并处理图像数据。 2.隔行扫描到逐行扫描变换 常采用运动自适应隔行到逐行算法，从连续多场信号中计算出运动物体的运动轨迹从而根据帧画面在这时应达到位置重新插入该物体。 3.宽高比的变换和图像缩放 把输入视频图像通过行插入、点插入等技术，转换为显示器件能够显示的格式。,5.4.1常用的几种格式变换,4. 3222下拉（pull-down）变换 把每秒24幅画面的电影转换为每秒60场的NTSC制电视信号时，要进行32下拉变换。把第一幅电影画面拆解成3个隔行的场，然后把第二幅画面拆解成2个隔行的场，形成“EOEOE”或“OEOEO”这种模式的场序列(这里的E代表偶场，O代表奇场)。依次对电影画面重复进行这种32下拉变换，就把每秒24幅的电影画面转换成每秒60场的NTSC电视信号。 把电影转换为每秒50场的PAL电视信号时，要进行22下拉变换。把每秒拍摄的24张胶片以每秒25张的速度重放，把每幅电影画面重复2次作为电视的2场。依次对电影画面进行这种重复，就把每秒25幅的电影画面转换成每秒50场的PAL电视信号。因为这种转换方式略微加快了胶片的重放速度，所以重放时间会缩短4，造成图像和伴音在一定程度上的不同步。,108024P(简称24P或24F)是专门为电影电视相互转换而开发的HDTV信号标准，它采用了与电影帧频完全相同的每秒24帧逐行扫描方式，每帧电视图像与每幅电影画面具有一一对应的关系，不论是从电影转换成电视(胶片转磁带)，还是从电视转换成电影(磁带转胶片)，都不会产生由帧频转换而带来的图像质量损失。由于24P是专门为与电影相关的后期制作而开发的，观看这种信号的图像时，因为帧频比较低，会有比较明显的闪烁感，播出时需要对24P的信号进行下拉变换。,5.彩色空间转换 CSC（Color Space Conversion，彩色空间转换）是进行数字视频数据的格式转换。因为图像处理是针对YCbCr422格式的，所以图像处理前的输入CSC要将输入视频数据转换成YCbCr422格式，图像处理后的输出CSC要将YCbCr422格式转换成所需的视频数据格式。 6.视频查找表 三个25610bit的VLUT（Video Look Up Table，视频查找表）用来进行校正、8bit10bit映射和8bit6bit映射。适当地修改查找表可以使图像的色彩更鲜艳。,5.4.2格式变换常用芯片,1. SDA9255 西门子公司1998年的产品SDA9255芯片是倍频扫描信号变换控制集成电路，可以产生各种时钟控制信号，并具有一场动态随机存取存储器DRAM，能完成倍频扫描信号变换。可以实现50Hz60Hz100Hz120Hz隔行扫描变换，也可以同时实现行同步信号15625Hz15734Hz31250Hz31468Hz的倍频变换。具有画面静止、放大功能。直流供电电压为5V，外形结构为P-MQFP-64脚封装。,2. SAA4991 飞利浦公司2000年的产品SAA4991芯片是带降噪功能的倍频扫描变换和运动补偿集成电路，具有三种不同的扫描变换处理方法： 简单的倍场频方式，只是简单的一场信号重复使用两次，只需一个帧存储器就可以实现，成本较低，缺点是仍有行间闪烁现象。 使用两个帧存储器的无闪烁处理，它的基本原理是借助于另一块帧存储器的帮助，在SAA4991控制下，先把存储在帧存储器1中的A场图像移到帧存储器2中，随后写入的B场图像信号仍存储在帧存储器1中，在读该信号时，仍用50Hz场频轮流从帧存储器1、2中逐行读出，这样每场图像的行顺序就变成了一行视频信号奇数场A、偶数场B各使用一次，即每一行信号在相邻两场中均出现，一行信号重复使用两次，行频提高了一倍。这种方式的优点是行间闪烁减小，但对快速运动的物体会产生场差效应和拖尾。,运动补偿形式，又称垂直内插法或垂直数字滤波器，其目的是消除运动物体由隔行扫描存入、逐行扫描读出造成的场差效应和拖尾。帧存储器1的8bit数字亮度信号并行进入SAA4991，经可变延迟(消除亮色时延差)、降噪电路进入行存储器，存入A场(奇数场)一行数字视频信号；由帧存储器2的8bit数字亮度信号进入另一行存储器，存入B场(偶数场)一行数字视频信号，A场、B场相邻行信号进行比较、运算，求出运动矢量，再通过运动补偿，得到新的A1场信号和B1场信号，再按A、A1、B、B1的场顺序，输出逐行扫描信号。由上可知，新的A1场、B1场信号不是简单的A、B场信号的重复，而是通过比较、运算、运动补偿而得到具有运动补偿的新的场信号。这种方法不但消除了行间闪烁，同时消除了运动物体的场差效应和拖尾。 上述运动补偿只对亮度信号进行，由于人眼对彩色画面的分辨力低，不对色度信号进行运动补偿，也不会明显影响图像清晰度。,3. NV320P 美国nDSP公司的NV320P，现为像素（pixelworks）公司的PW1210，主要由视频输入选择器和格式化电路、定时控制器、视频增强处理器、存储控制器、定时发生器、主接口电路及3个10bitDA变换器等组成，采用非线性视频处理技术，能对多种数字格式(422或411)或多种模式(数字采样模式或行同步模式)的数字视频信号进行选择，进行自适应动态降噪、非线性内插运算、色度空间运算、高频补偿、帧频50Hz到60Hz变换、三路DA变换、动态去隔行扫描补偿、NTSCPAL制向SDTV480P变换等功能处理，最后输出模拟亮度信号Y和色度信号U、V。,4.美国genesis公司的芯片 genesis公司的芯片是显示控制处理芯片，同时具有格式变换功能，2004年产品gm6010支持CRT、具有PIP（画中画）显示、解隔行、下推影片处理、主屏幕和PIP放大缩小、三维降噪滤波、SDRAM控制、彩色空间转换、彩色控制、视频查找表等功能，最后进行数模转换，变为模拟视频信号输出，详见7.1.4节。 2003年产品gm1601型显示处理器芯片支持最高WUXGA的LCD组件，视频输入和图形可进行PIP显示，具有运动自适应去隔行、反拉片处理、图像缩放、运动自适应降噪滤波、SDRAM控制、彩色校正、彩色控制、视频查找表等功能，可以直接配接LCD组件，详见7.2.7节。,5. DPTV系列芯片 美国泰鼎（Trident）公司2001年的产品DPTV系列芯片主要特点有： 隔行扫描方式和逐行扫描方式可以自适应地切换。一般以图形、文字为主的静止图像选择逐行扫描方式，而以活动画面为主的电视剧、电影、运动会等选择倍场频的隔行扫描方式。 具有可编程、自适应的PALNTSC两制式彩色解码电路和数字梳状滤波器。 具有多种动态画质增强电路。包括动态亮度瞬态改善(DLTI)电路、动态色度瞬态改善(DCTI)电路、扫描速度调制电路、动态瞬时帧降噪电路、动态校正电路、黑电平延伸电路、亮度对比度限制电路(ABLACL)、白电平限制电路、肤色校正电路等。 支持画中画(PIP)、画外画(POP)、多画面多种图像显示模式，支持16:9与4:3幅型比的切换。 DPTV芯片PQFP封装、功能强大、外围元件少、成本低、应用方便、灵活。,6.成都威斯达芯片有限责任公司的芯片 WSC1115是成都威斯达芯片公司2003年生产的一款综合了隔行转逐行扫描、图像缩放、帧频提升以及视频增强等技术的可编程数字视频处理芯片，它可将输入的8位ITU-R BT656数字视频信号和24位数字RGB信号按不同应用要求转换成不同输出格式，主要运用于数字电视(DTV)、逐行电视(PTV)、 数字高清晰度电视(HDTV)及液晶电视(LCD-TV)等高端电视中。,WSC2000是专为数字高清CRT电视应用而设计的一款视频处理芯片，内含采用自主独特算法的EEPC（Edge Enhanced Predicted Computation ）隔行转逐行、图像缩放、帧频提升、视频增强等模块，并集成了视频解码器、MCU、位图OSD、Closed Caption和高性能多制式视频编码器，分辨率支持到1080P，具有3D动态降噪和CCS (Cross Color Suppression)亮色串扰校正功能，支持扫描速度调制VM输出。芯片内部对视频信号进行10位数字处理，通过3个10位DAC输出3路模拟信号。由于在去隔行处理时EEPC算法已能够对视频信号进行有效的降噪，而芯片内又设计了一个降噪模块，则总的降噪能力达到10dB以上，因此显示画面更加清晰、静态效果更好。打开CTI色彩校正功能后，画面颜色会更加纯正、 艳丽。具有电影模式自动检测功能，电影模式进入、退出速度快。自动肤色校正功能可以在遇到明暗强烈对比或其他不理想场景时正确反映人物肤色。,7. 杭州国芯科技有限公司的芯片 杭州国芯科技有限公司的GX2001芯片具有突出的性价比优势和极强的稳定性。 GX2001的芯片兼容性较好，支持NTSC制式和PAL制式，支持YUV 4:2:2、4:1:1、4:4:4， RGB 4:4:4，逐行DVD，高清信号1 9201 080等输入格式，支持31kHz、38kHz、48kHz多种行频的模拟YUV或RGB,数字RGB输出格式。 芯片在视频处理方面采用了包括边缘处理与多帧算法在内的多项自主专利技术，实现数字视频信号的去隔行和帧率变换功能，采用自适应降噪技术和动态速度扫描调制技术，提供优质的画面效果。 芯片的集成度不高，没有片上微处理器、ADC、视频解码电路和LVDS接口。,5.4.3 格式变换电路,5.4.3 格式变换电路 格式变换芯片要求输入数字视频信号，所以在输入端先进行低通滤波和模数转换，输出端经片内数模转换后的信号，要进行低通滤波，因为此时已变换为逐行扫描信号，频带宽度加倍。格式变换过程中要用到帧存储器，一般需要2M32b的容量。图5-8是格式变换电路方框图。,5.5 画质改善电路,5.5.1 常用画质改善电路,5.5.2 常用画质改善芯片,5.5.1常用画质改善电路 1.黑电平延伸 黑电平延伸时，对图像信号的浅黑色部分进行检测，将这些浅黑色部分向黑电平延伸，增强画面的景深感。 大面积黑电平延伸，是在每场正程期间设置一个固定的时间窗口，以该窗口时间内图像背景(直流分量和低频分量)中最黑的部分与在钳位期间测量的黑电平之间的差值作为黑偏置电平，根据此偏置电平的大小，调节整个信号处理过程的直流环路增益。当黑偏置电平小时，就增大直流环路的增益，反之则减小。然后，再由一个幅度延伸电路，把图像的浅黑部分向黑电平延伸放大。但此时的调节增益的变化方向与上述整场直流环路增益的调节方向相反，即黑偏置电平大，幅度延伸电路增益也大。反之，则黑偏置电平小，幅度延伸电路增益也小。大面积黑电平延伸处理技术在整场图像的背景亮度保持稳定的情况下，使暗场附近的背景层次对比得到提高。,2.直方图处理 在每场正程设定一个固定的测量窗口，在窗口期间把亮度信号按幅度分成5段。对于每段范围内的信号，在电路内部设有一个相应的电容器；当亮度信号达到那一级数值范围后，则由该段范围内相应的双门限比较器控制一个恒流源对电容器充电。若某段幅度内的信号成分多，持续的时间长，充的电压就高；5个段电容上所存储的电压，在场逆程开始后首先存入相应的存储器，然后再对段电容放电，接着对新的一场又重新开始测量；存储器上的电压在新一场正程期间，再控制非线性亮度放大器的增益。存储器上的电压高，增益就大，反之则小。所以，放大器的增益变化呈5个阶段状(即直方图状)以获得最佳的对比度，使图像的层次更加分明；对于超过5个双门限比较器控制范围内的黑白电平，如图像中的黑白字符不做直方图处理。这种直方图处理，利用了场的相关性，对亮度信号是前一场进行测量，后一场进行控制，对图像亮度有一个平均作用，因此，可以降低隔行扫描带来的行间闪烁,3.轮廓处理 轮廓处理即控制亮度信号的前、后沿上冲或下冲的幅度和宽度，提高图像边沿部分的反差(勾边)，从而提高图像的主观清晰度。亮度信号通过轮廓处理后，形成二次微分(延迟型)信号，经限幅处理后送到上述的过渡特性改善处理器。使亮度信号波形的边沿得到峰化。二次微分信号，在用于峰化之前，还需经视频相关挖心(核化，coring，用来去除图像背景噪波)电路处理，以减小高频噪波。视频相关挖心是指挖心电平的大小由视频信号幅度决定。即幅度低对应白电平部分挖心量小；幅度高对应黑电平部分挖心量大。由于这种视频相关挖心电路能够根据视频信号幅度的大小自动调节挖心量，所以较好地解决了图像信号的降噪与峰化之间的矛盾。图5-9是一种简单的轮廓峰化电路。,4.瞬态改善电路 瞬态改善电路也称为过渡特性改善处理或细节处理。有亮度瞬态改善（LTI，Luminance Transient Improvement）和色度瞬态改善(CTI，Color Transient Improvement )，实际是增加上升沿和下降沿的陡峭程度，使图像边缘清晰、亮暗分明。把倾斜的边沿变成周期相同、峰峰值不变的方波，图5-10示出了瞬态改善电路和轮廓处理的区别。,5.扫描速度调制 扫描速度调制(VM，Velocity Modulation；也称SM，Scan Modulation)的功能是取出亮度信号中迅速变化的边缘成分去调制电子束水平扫描速度，使亮度有显著变化的图像轮廓更清晰更鲜明。 VM的作用原理：当电流一定的电子束轰击CRT荧光屏时，在水平扫描速度较快的 扫描点上，其亮度比正常速度时要暗，反之，则变亮。故可调节电子束扫描速度来控制图像的明暗，从而起到勾边的作用，使图像清晰度增加并减轻CRT在高亮度时的散焦现象。,扫描速度调制电路的框图与工作波形如图5-11所示。当有如图(b)所示黑白迅速变化的亮度信号Y加到扫描调制电路时，经过微分电路产生如图(c)所示的正负脉冲，它们分别对应于亮度信号黑白变化的上升沿和下降沿，再经过限幅整形、电压激励、功率放大，最后驱动位于显像管颈部的速度调制线圈。速度调制线圈的脉冲电流产生的磁场与行偏转线圈锯齿波电流产生的磁场相叠加，得到如图(d)所示的合成磁场。用来控制电子束的水平扫描速度，其对应亮度变化如该图中的(e)所示。,5.5.2常用画质改善芯片 1.AN5342K AN5342K是松下公司的清晰度增强电路，由轮廓校正和动态细节校正两部分组成。采用独特的整流式细节校正，幅度较小的图像细节被提升，提高了图像清晰度。有亮度信号降噪功能，有VM信号输出 2. TA1226N 东芝公司1997产品TA1226N是亮度瞬时改善电路，包括黑电平扩张、降噪电路、直流转换率补偿电路、超级实时瞬时改善电路，有VM信号输出。 东芝公司2001产品TA1216AN是画质改善和扫描格式变换电路，包括亮度瞬时改善电路、色度瞬时改善电路和格式变换电路。,3. TDA9178 TDA9178是飞利浦公司继TDA9170、TDA9176、TDA9177之后于1999年推出的新一代单片画质改善芯片，对亮度信号进行黑电平扩张、直方图处理、过渡特性改善及校正；对色度信号进行彩色过渡特性改善、峰化清晰度改善等处理，能大大提高画面质量。芯片功能强、性能改善显著、集成度高。,5.6立体声伴音系统,5.6.1 IGR立体声系统,目前世界上主要有四种立体声系统。它们是美国的Zenih制或称AM-FM制、日本的EIAJ制或称FM-FM制、德国的双载波制(俗称IGR)以及英国的以数字形式进行立体声传送的NICAM-728制。中国内地采用IGR，香港采用NICAM-728。,5.6.2 NICAM-728立体声系统,5.6.3 立体声伴音芯片,5.6.1 IGR立体声系统 IGR是由原西德研制的双载波制立体声系统。我国立体声标准也采用这种系统，我国的立体声选择的第一伴音载频为6.5MHz(原西德为5.5MHz)，传送主伴音(A)或立体声的和信号(L+R)。选择第二伴音载频为6.742MHz，(原西德为5.742MHz)，传送副伴音(B)或立体声的右信号(2R)。 为了区别传送的伴音是单音、双伴音还是立体声，在第二伴音的载频上还要同时传送一个识别信号，频率为0Hz单伴音；频率为fH133=117.5Hz代表立体声；频率为fH57=274.1Hz代表双伴音。,这个识别信号先以50的调制度调幅加在频率为3.5fH=54.6875kHz的导频副载波上，再 对第二伴音载频进行频偏为2.5kHz的调频。 IGR立体声的解调方法有三种：一是分离法，即首先产生一个相当稳定的本振信号与中频信号相混频，经两个专用伴音滤波器分别选出第一、第二伴音载频，然后由鉴频器解调出各自的伴音：二是内载波法，即普通电视机目前采用的伴音解调方法，解调的伴音音质较差；三是准分离法QSS，这是一种音质较好的方法，见5.2.1。,5.6.2 NICAM-728立体声系统 NICAM(Near Instantaneously Companded Audio Multiplex，准瞬时压扩音频多路传输，丽音)是一种数字式脉码调制(PCM)音频多路广播系统，由英国BBC公司于1986年研制成功，是电视伴音广播中比较先进的一种方式。NICAM在一个卫星电视通道内，除了传送一路电视图像和伴音外，同时增加一个副载波传送以NICAM-728方式编码的两套数字声或者一套立体声。,1.频带宽度、采样频率和传输码率 根据我国电视广播的技术标准，电视伴音频带宽度为15kHz，数字化时采样频率为 32kHz。 准瞬时压扩技术(Near Instantaneous Companding)使每个采样从14bit压缩到10bit，而音质无明显恶化，传输码率可降为640kbs。为了纠错，需要加入帧同步、控制信息位、附加数据位和进行误码检测用的奇偶校验位，实际应用的总传输码率为728kbs，这是就NICAM-728名称的来历。,2.音频数据的分组 当地面传输时，音频数据每毫秒分为一帧，每帧两个数据块，每块有32个采样值(代表一路音频数据)，每个取样14bit音频数据；根据最大幅度值，划分成五个幅度段落：段落1表示最大幅度到12幅度的采样，段落2表示12幅度到14幅度的采样，段落3表示14幅度到18幅度的采样，段落4表示18幅度到116幅度的采样，段落5表示116以下幅度的采样；段落1的采样块每块丢弃4个最低有效值，段落2采样丢弃1个最高有效位和3个最低有效位，段落3采样丢弃2个最高有效位和2个最低有效位，段落4采样丢弃3个最高有效位和1个最低有效，段落5采样丢弃4个最高有效位。这样一个14bit的音频信号被压缩成10bit，后面加一位奇偶校验位。每个采样值的奇偶校验由10bit数据中的高6位和校验法则确定，是奇校验还是偶校验与采样值有关，而采样值又和被采样音频信号所处的幅度段相关。这样，奇偶校验的数据位也可以代表不同的段落码。,NICAM-728数据码流里并没有段落码，它是由64个奇偶校验位隐含传送的，即每9个奇偶校验位代表一位段落码，64个奇偶校验位可代表7位段落码。每帧只用6位段落码来标记幅度段落，每个数据块3位段落码，3位段落码可译出8种标记，只用其中5种就可标记5个幅度段落。 另外，把5个幅度段分为7级保护，第1幅度段为1级保护，第2幅度段为2级保护，以此类推，第5幅度段为5级保护。1级保护对应大幅度信号，被干扰的机率最少，产生误码的机率也少，所需保护最弱。由于第5段对应小幅度信号，人耳对小音量的变化最敏感。因此，为该段分配了剩下的3个标记(其他段均为1段1个标记)。但是，小幅度音频信号被干扰的机率也大，产生误码的机率也多，就要加强对这一幅度段的采样数据保护。在第5段里定义了3个保护级。所以，每个数据块就由3个段落码定义为7级保护。这样，数据码流就隐含有段落标记，又隐含保护码。接收端解码时，按发送端约定的规则纠错，把每帧传输的错误数据纠正过来。,3. 帧结构 NICAM-728的帧结构如图5-12所示。一帧由728bit组成，帧同步FAW是8bit，控制信息位COC4，CO是为16帧同步加入的，C0=1表示前8帧，C0=0表示后8帧；C1C3为应用控制位，C1C3的值不同表示不同的广播方式，如000表示传送立体声广播；010表示传送两路独立声道的非立体声广播等；C4作音频开关符号作用，C4=1表示数字广播的内容与FM广播相同；ADOAD10为附加数据位，备用。,4. 位交织和加扰 为了防止按帧结构编码的数据串在出现连续多位错误时检错码不起作用，对704bit的音频数据进行位交织(Bit interleaving)处理，进行16行44列的的行、列交织，交织后的数据在传送中产生的连续错误经反交织后便成为随机错误，便于进行纠错处理。交织详见9.4.4。 当数据中出现连续的1或0时，调制到载频上，能量就会集中，对邻近频率信号产生干扰，为了减少数字音频载波对模拟调频伴音信号和图像信号产生的干扰，提高系统的声音、图像质量，并防止当数据连续的1或0时对接收端恢复时钟脉冲造成困难，交织后的数据再进行加扰(Scrambling)。加扰的方法是用伪随机二进制序列(PRBS)模2加法，减少连续的1或0，实现能量扩散。在接收端再去掉这些叠加在数据上的附加脉冲，恢复原来数据。加扰详见9.4.2。,5.DQPSK调制 经过上述处理的数据串再进行差分编码，即通过转换器(Serial To Two-bit parallel Converter)形成比特对00、01、10或11。经差分编码的基带数据流(Base band Data Streams)经过升余弦滚降(Roll Off Filter)低通滤波器进行频谱成型，然后对内载波(Intercarrier)进行正交调制，形成5.85MHz(D，BG制式)或6.552MHz(I制式)的DQPSK（Differential Quaternary Phase Shift Keying，差分四相移键控）信号输出。QPSK详见10.1.1。,5.6.3 立体声伴音芯片 1. MSP3410 电视伴音解调与丽音解调电路MSP3410为德国ITT公司1994年的产品，是一块独立的多制式伴音处理集成电路，适用于模拟和数字化电视接收机、卫星接收机中处理伴音信号，能同时完成NICAM数字声的解调以及电视伴音单声道调频信号的解调。除此之外，还能完成德国或韩国的双载波调频立体声系统以及卫星广播技术制式的伴音信号处理，具有多路AV音频切换功能。为适应不同的应用场合，MSP3410还设置了多种接口电路，如I2C总线接口、N总线接口、S总线接口、付费电视接口等。 MSP3410B、MSP3410C、MSP3410D分别为MSP3410的换代产品，性能越来越强、质量也越来越高,2. TDA9874AH 数字伴音解调和解码器TDA9874AH是为模拟电视、数字电视以及卫视接收机提供多制式伴音的解调、解码器，支持双模拟制伴音或丽音，也能接收单声道M制式BTSC立体声，并能解调LL制AM伴音信号。TDA9874A的单音频输入端可接纳组合音频信号。类似于欧洲的、韩国的立体声伴音系统。虽然它基于M制，但其频偏、调制系数和识别方式也有差异。 TDA9874AH的主要性能如下： （1）内设有伴音中频SIF输入开关。 （2）内设有24dB控制范围的SIFAGC。 （3）芯片中有伴音中频SIF的8位模数变换器ADC。 （4）为不同制式提供DQPSK解调，同时进行单声道FM解调。 （5）提供BG、DK、I、L制的丽音解码。 （6）提供BG、DK和M制的双载波多制式FM解调。,（7）提供单载波高频偏FM单声道解调。 （8）为三种模拟多声道系统(A2)和卫视伴音解码。 （9）为卫视伴音提供自适应去加重。 （10）为BG、DK和M制提供可编程识别和不同识别时间。 （11）内设有FM导标载波检测器。 （12）为L制提供良好的AM解调，同时进行丽音解调。 （13）易于实施TV制式节目选择。 （14）能实施自动FM解调矩阵选择。 （15）对于FMAM解调器输出以及FM和NICAM信号监示器可进行选择。 （16）内设有数字纵横制开关。,（17）带有矩阵和电平调节以及静音的I2S串行音频输出。 （18）内设有从数字交叉条切换到模拟纵横制开关，带宽为15kHz的双音频数模变换器DAC。 （19）自动音量控制AVL。 （20）对于单声道和立体声提供带有输入的模拟纵横制开关。 （21）内设有自动选择的附加单声道输出。 （22）对于模拟通道提供20kHz带宽。 （23）为电视应用提供自动输出选择和待机模式。,3.NJWll66 带超重低音输出功能的音频信号处理器NJWll66是新日本无线电公司出品的音频信号处理集成电路，它包括电视机音频信号处理的全部功能。例如音调控制、左右声道平衡调节、音量调节、静音控制和AGC自动增益调节等功能，并且内部设置LPF低通滤波器，具有超重低音输出和低音提升功能。 NJWll66内部设有环绕立体声体系，能够还原自然环绕声并确定声音的方向。它可选择 立体声左、右声道和超重低音声道三路音频输出，也可选择立体声左、右声道二路音频信号输出。NJWll66的LPF低通滤波器的选择频率由其外部电路所连接的电容等元件参数确定。,NJWll66设置的AGC电路，是为了减少不同信号源输入时的音量差别。AGC的基准电平由外电路的元件参数所确定，AGC的电平变化则是由I2C总线控制的。NJWll66内部电路状态的改变全部由I2C总线界面传递信息控制。 NJWll66的工作电压为813V，消耗功率约为700mW，工作温度为-2075，储存温度为-40125，内部电路采用Bi-CMOS工艺技术，外壳封装为SDIP32。,5.7 多制式接收处理,5.7.1 多制式接收机,5.7.2 多制式处理电路,彩色制式有PAL、SECAM和NTSC制，色度信号各不相同；伴音制式有DK、BG、I和M制，主要体现在声音信号频率不同。我国的电视制式为PAL-DK制，即彩色制式为PAL制，伴音制式为DK制。 世界上射频制式节目通常有PAL-DK、PAL-BG、PAL-I、SECAM-BG、SECAM-DK、NTSC-M等六种，表5-1是这六种射频电视制式的技术规格。,表5-1 六种射频电视制式的技术规格,5.7.1 多制式接收机 多制式彩色电视机是指能接收两种或两种以上制式电视节目的彩色电视机。图5-13是多制式彩色电视机整机电