第四节 彩色解码及基带处理.doc

第 8 页 共 8 页 第四节 彩色解码及基带信号处理通过视频检波得到的彩色全电视信号，需经过彩色解码等一系列处理才能还原为色差信号，经TMPA8829内部RGB矩阵电路，将亮、色度通道送来的Y、B-Y、R-Y信号变换成重现图像所需要的模拟R、G、B三基色信号，再经过内部对比度和亮度控制，连同字符电路将字符一起送到RGB驱动电路，最终由TMPA8829第（50）、（51）、（52）脚分别输出R、G、B三基色信号，送到末级视放电路放大，产生KB、KR、KG阴极电压供显像管，再经过显像管工作电路，最终在屏幕上还原成彩色图像画面和字符。本节主要介绍亮度与色度信号分离、亮度信号处理、彩色解码、基带信号处理等电路原理及处理流程。1、色度信号的处理流，如图4-1。由TMPA8829对彩色电视信号进行亮、色分离及彩色解码的处理流程。主要包括：亮色分离、色度放大、色度解码、色副载波恢复、行基带延迟线梳状滤波器、NTSC制色度信号的解调等电路，它们共同特点都置于TMPA8829内部电路（详见第五章集成电路分析中东芝超级单芯片TMPA8829内部方框图），结合外围电路完成色度信号处理。从中频电路送来的彩色全电视信号经声陷波陶瓷滤波电路吸收伴音第二中频信号后，形成内部复合视频信号CVBSint ，与外部复合视频信号CVBSEXT一起经视频开关选择，得到CVBS复合视频信号，其频谱及波形如图4-1所示。彩色全电视信号中的伴音第二中频信号，经6.5、6.0、5.5、4.5MHz陶瓷带通滤波器，选出不同制式的伴音载频进入伴音处理通道。（1）、亮、色分离电路CVBS包含亮度、色度及复合同步信号，必须经过分离处理取出亮度、色度及复合同步信号，才能作进一步的解调处理。29A1彩电采用TMPA8829内部集成的陷波器及带通滤波器分离Y、C信号。这种传统的分离方法是用中心频率为色副载波的陷波器，吸收色度信号，形成亮度信号Y，Y的波形如图4-1所示；用中心频率为色副载波的带通滤波器，滤除带外分量，取出色度信号C，C的频谱及波形如图4-1中的所示。Y信号将送至亮度信号处理电路，C信号将进入色度解调电路解调出两色差信号。上述分离方法的优点是电路简单、性能稳定，并且集成在解码IC中，所以成本低，为目前一般家用经济型电视机所广泛采用。但这种方法Y、C分离不彻底，因而存在亮色串扰问题；另外，色陷波器在吸收色度信号的同时，将亮度信号中4MHz以上的高频成分也一并作为色度信号吸收衰减，致使亮度信号的高频成分损失较多，这些缺点都影响了图像的清晰度。中、高档彩电目前已广泛采用数字式梳状滤波器作亮、色分离。分离效果好，图像清晰度明显提高。（2）、色度信号放大图4-1中的ACC是色度信号前置放大电路，其增益受自动色度控制（ACC）电平的控制调整。ACC电平是由色同步选通脉冲取出色同步信号，经峰值检波、放大而形成的，因而能随色同步信号幅度改变其大小。ACC信号的引入，使输入色度信号幅度变化时，前置色度放大器的输出幅度保持稳定。（3）、彩色解码色度信号C同时送入R-Y和B-Y同步检波器，由色副载波恢复电路提供的初相位为0（相对于色同步信号的相位基准）的解调副载波送入B-Y检波器，初相位为90的解调副载波送入R-Y检波器。因为PAL制色度信号中的V分量逐行倒相，要求送入R-Y同步检波器的解调副载波，也必须对应地逐行倒相，所以初相位90的解调副载波在送入R-Y检波器之前，需要变成90与270的初相角。变换频率为二分之一行频。倒相次序必须与电视信号发送端完全一致，如果倒相次序错，解码电路中的PAL识别电路会立即纠正倒相次序。1H6dB1H6dB+/-AGCVideo switchN-combN梳状滤波器开关H/ 2R-Y 解调B-Y解调VCXOR-YB-Y亮度处理伴音处理CVBSEXTColor system彩色制式ACC色带通色陷波梳状滤波器梳状滤波器0 4.43 MHzCCPC CC0 4.43 MHzY-(R-Y)-(B-Y)视频开关图 4-1 亮色分离及彩色解码处理流程副载波恢复SIF带通SIF陷波CVBSintCVBSYCVinUin 同步检波器由模拟乘法器组成，完成色度信号与解调副载波相乘而解调出色差信号来。同步解调器的特点：只对与解调副载波同频同相位的电视调幅信号有检波输出，而对与解调副载波有90相位差的调幅信号分量无检波输出。解调副载波与输入电视信号的相位关系不正确时，会造成U、V信号分量分离不彻底，将引起色调失真（串色）。（4）、色副载波恢复电路电视图像色差信号是抑制了副载波的正交平衡调幅波，我们刚刚强调过同步解调器要求解调副载波必须与解调信号同频同相位的特点，为了得到满足这一要求的解调副载波，在解码芯片中设有一色副载波恢复电路，它的基本结构是对色同步信号的锁相环路。图4-2给出色副载波恢复电路的结构框图。其中VCXO是晶体压控振荡器，它的自由振荡频率是4.43MHz，由于该环路是载波提取环，VCXO的输出fsc需经90移相后再送往鉴相器，与色同步信号作相位比较，鉴相器输出的比较误差，经低通滤波器(接TMPA8829第(47)形成误差控制电压uc ，在uc的控制下，VCXO的振荡输出与色同步信号保持相位锁定。APC鉴相4.43VCXO3.58VCOCW 相位 0 90时钟基准LPF色同步信号ucfsc图 2.20色副载波恢复电路TMPA8829只用一个8MHz的晶振，同时给MCU及解码芯片（SP）提供基准时钟信号，VCXO所需的晶振基准也是由8.0MHz分频得到的。得到4.43MHz基准后，再经3.58VCO形成3.58MHz解调副载波。（5）、行基带延迟线梳状滤波器解调PAL制电视信号，需将相邻两行色度信号几何相加，以消除微分相位失真所引起的色调偏差；解调SECAM电视信号(29A1无SECAM解调功能)时，每一行色差信号需使用两次。因而彩色解码器需要设置能把色差信号储存一行时间的两个“延迟线”。所谓“延迟线”是沿用传统电路结构的名称，TMPA8829内部采用集成电路技术，集成有一系列电荷记忆单元（集成开关电容），将色差信号经过离散化处理，以电荷形式记忆在集成电容上，延迟一个行周期后取出，恢复成连续的色差信号。记忆单元的数量取决于对色差信号的采样频率，采样频率高可保证由记忆单元所恢复的色差信号更逼真于原信号。由于记忆的是基带信号，故称为行基带延迟线。如图4-1中的梳状滤波器所示，延迟行与直通行相加，即得到经色调校正后的色差信号U、V分量。完成PAL制色度信号解调。解调SECAM信号时，利用行基带延迟线的存储作用，使一行信号重复使用两次，输入端是隔行传送的色差信号，输出端变为逐行传送的色差信号。完成SECAM制电视信号解调。（6）、NTSC制色度信号的解调解调NTSC信号的流程与PAL制解调流程相同，但解调角、解调电平各不相同。N制的解调角可以调整，可在一定范围内调整色调，达到对色调的选择或减少色调失真的目的。N制色度信号不存在逐行倒相，通过行基带延迟线梳状滤波器，并无色调畸变校正功能，但能消除色副载波的泄漏干扰，并可获得6.0dB增益。因此解调NTSC制信号也可以不通过行基带延迟线的组合平均作用，通过I2C总线的N-comb信号，将加法器的通路断开，梳状滤波器停止工作，信号经6.0dB增益再输出，如图4-1所示。2、亮度信号处理流程，如图4-3所示TMPA8829的亮度通道。该图左边给出亮度通道的电路组成环节，在每一个方框的右边给出MCU通过I2C总线对各电路环节的控制数据。主要包括：箝位、副载波吸收、亮度信号的瞬态改善、黑电平延伸、白峰值限制等电路，它们共同特点都置于TMPA8829内部电路（详见第五章集成电路分析中东芝超级单芯片TMPA8829内部方框图），结合外围电路完成色度信号处理。如图4-4所示。人眼对彩色图像的黑白细节分辨能力强，对彩色细节的分辨能力弱，所以彩色电视机的亮度信号处理电路相当完善，以求得到清晰的图像细节。亮度信号处理电路的主要功能：* 黑电平箝位：使每一行周期的黑电平相对保持一致。* 延时均衡：亮度信号与色度信号各经频率特性有差异的电路处理，结果给色度信号带来较大的时延，造成图像彩色部分与黑白轮廓不重合。为了消除时延误差，需要在亮度信号处理电路专门设置延时环节，以求得到亮色时延均衡。* 提供6.0MHz带宽。* 对比度与色饱和度跟踪调整：在调整亮度信号幅度的同时，成比例地调整色度信号的幅度，做到改变对比度时不影响饱和度，反之，改变饱和度时不改变对比度。否则，调整对比度与饱和度时会互相影响，需要反复调整。* 亮度信号高频补偿。* 加入机内消隐信号。亮度信号处理电路的组成电路（1）、箝位电路：由于视放电路采用交流耦合，每行视频信号的“0电平”（黑电平）有可能不一致，因而需要通过箝位电路使每一行周期的黑电平保持一致，图像信号的直流背景成分才能恢复。亮度通道还有多项非线性处理，都需要以黑电平为基准。因而需要对视频信号进行黑电平嵌位。视频信号的同步头对这里的亮度信号已没有作用，所以在箝位处理后进一步采用所谓平滑电路将同步头去除。（2）、副载波吸收电路色副载波叠加在亮度信号的高频段，必需用陷波器彻底吸收掉，以减少色串亮干扰。使用陷波器在吸收色副载波的同时也会造成4.0MHz以上亮度信号高频成分的损失，所以在输入亮、色已经分离的信号源时，为保留更多的亮度信号高频成分，应将色度陷波器切除，并加入约160ns的延时电路。为此，TMPA8829通过测量Cin引脚（Pin23）的直流电平来判断是否为Y、C分离的S端子输入信号。当S端子输入插头使Cin引脚为高电平时，I2C总线数据“Cin DC”变为“1”电平，MCU据此控制视频开关将C-陷波器关闭。（3）、亮度信号的瞬态改善电路为了弥补亮度信号中高频成分的损失，增加了亮度信号瞬态改善电路。通过两次延时和加减电路，使亮度信号的瞬变沿形成具有前冲、后冲类似双微分形的前后沿，这种处理能够增加图像黑白轮廓的鲜锐度，人为地增加了亮度信号的高频成分。这种“勾边”效果能够适应人眼视觉特性，产生清晰度增强的视角感受，但这种人为地补偿并不能挽回已损失的亮度信号高频成分，过渡的补偿还会使图像产生浮雕感。（4）、黑电平延伸电路这是力图增加灰暗部分图像层次的电路措施。为此，首先对经过平滑处理的亮度信号黑电平进行测量，对高予某一电平的信号作线性放大，对低于该电平的信号（即浅黑信号部分）提高增益，使“浅黑”信号变成“深黑”，增加了黑电平部分的图像层次，有利于提高大面积灰暗背景的层次与分辨率。作为“浅黑”处理的电平范围可以通过I2C总线进行设定，也可以关闭延伸功能，对亮度信号全部作线性放大。（5）、白峰值限制（YPL）电路用于限制幅度比白电平高的窄脉冲的干扰。YPL电路的作用原理与ABL不同，ABL电路限制亮度过分增高，而YPL电路是在黑、白电平不变的情况下，将高于白电平的尖峰信号切掉。3、基带信号处理经过解调后的视频信号就是基带信号。属于基带信号处理的内容，主要包括用一行基带延迟线组成的梳状滤波器消除色调误差（PAL制）或一行色差信号存储复用（SECAM制），色调调整（NTSC制），色饱和度调整，基色矩阵运算，亮度调整，白平衡调整等。如图4-4所示。输入箝位YUV选择副彩色彩色饱和度R-Y、B-Y矩阵Y通道1H延迟线梳状滤波器RGB输出驱动白平衡调整RGBVinUinYinCrCbYYUnicolor 7bits-12dB12dBColor 7bitsMute8.5dBCut-off 8bits-0.65V0.65VDrive 7bits-5.5dB3.5dBVideo switch图4-4 基带信号处理RGB开关亮度控制R G BOSDRGBYBLBrightness 7bits基础电平1.75V3.25V（1）、 基色矩阵电路把亮度信号、色差信号线性组合成基色信号，激励显像管阴极。这就是基色矩阵电路的基本功能。其结构框图如图4-5所示。(R-Y)、（B-Y）色差信号进入矩阵电路后，首先按下式运算得到G-Y色差信号。基色解码矩阵YB-YR-YRGB图4-5 基色矩阵电路三个色差信号与Y信号相加，得到R、G、B基色信号。* (R-Y) +Y=R+Y* (G-Y) +Y=G+Y* (B-Y) +Y=B+Y可见，重现彩色图像的三基色信号只包含01MHz的彩色频率成分，而16MHz范围内为亮度信号成分。于是显示出粗线条（大面积）的彩色图像，加上黑白细节合成完整的彩色图像。正好与人眼对黑白细节分辨率高，对彩色细节分辨率低的视觉特性相适应。（2）、色饱和度调整调整色差信号(R-Y)、（B-Y）的幅度而不改变Y信号的大小，以改变亮度信号与色度信号幅度的相对关系，就会使色饱和度得到调整。（3）、对比度调整TMPA8829通过总线Uni.-color副彩色项来调整对比度的。Uni.-color数据同时存储在Y通道和色度通道，在调整Y信号的幅度时，色度信号的幅度也同时得到同样比率的调整，使对比度的调整不会影响饱和度。（4）、亮度控制在彩色电视系统中，重现彩色图像需要三个基色信号R、G、B，按下式所表示的关系确定图像亮度，Y=0.30R+0.59G+0.11B当R=G=B=1时，亮度Y=1=白色。彩色电视系统对上式中RGB前边的系数通过显像管荧光粉的发光效率来确定，