彩色电视机编码器和解码器设计.docx

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彩色电视机编码器和解码器设计

彩色电视机编码器和解码器设计

摘要

电视机是利用的视觉残留一帧帧渐变的静止图像，形成视觉上的活动图像。

电视系统的发送端把景物的各个微细部分按亮度和色度转换为电信号后，顺序传送,同时传送声音同步信号，使人能够有视觉和听觉上的享受。

本次设计中，主要对彩色电视机的编码器与解码器进行设计以及简要阐述梳状滤波器组成和工作原理。

本文将概述彩色全电视整机的组成和工作原理以及彩色电视机编码器与解码器的组成及信号流程。

关键词：

整机原理,解码器,编码器,梳状滤波器,同步检波

目录

1彩色全电视整机的组成和工作原理1

1.1彩色电视机的基本框图1

1.2电视机各基本成部分1

1.3彩色电视机的工作原理2

2彩色电视机编码器与解码器的组成及信号流程4

2.1彩色电视机编码框图及过程4

2.2彩色电视机的解码过程及框图5

2.2.1亮度通道6

2.2.2色度通道7

2.2.3波恢复电路7

2.2.4解码矩阵电路7

2.3PAL识别与倒相电路8

3梳状滤波器组成和工作原理9

4同步检波电路10

总结12

致谢13

参考文献14

1彩色全电视整机的组成和工作原理

1.1彩色电视机的基本框图

图1.1彩色电视机的基本框图

彩色电视机采用超外差内载波式接收技术。

超外差是指天线接收到的射频电视信号，经高频放大后与本机产生的本振信号进行混频，得到固定的中频信号。

内载波式是指利用图像中频信号和伴音中频信号在通过检波级时，由于差拍产生第二伴音中频信号的内差方式。

彩色电视机基本组成包括公共通道、伴音通道、亮度通道、色度解码系统、显像系统、扫描系统、电源系统、控制系统等几大部分。

1.2电视机各基本成部分

公共通道：

包括高频调谐器、图像中放电路、同步检波器等电路，作用是对射频电视信号进行选频、放大、变频、检波等处理得到视频全电视信号和伴音第二中频信号。

伴音通道：

主要由伴音中放电路、鉴频电路、输出电路、扬声器等组成，作用是将伴音第二中频信号进行放大、鉴频、功率放大后，形成音频信号推动扬声器重现声音信息。

亮度通道：

主要由4.43MHz陷波器、亮度信号处理电路等组成，作用是从图像视频信号中分离出亮度信号，然后进行放大、校正、延迟、直流恢复等处理，形成黑白图像的基本信号。

色度解码系统：

主要由4.43MHz滤波器、色度信号处理电路、彩色副载波恢复电路、矩阵电路等组成，作用是从图像视频信号中分离出色度信号和色同步信号，经处理后得到（R－Y）、（B－Y）、（G－Y）三个色差信号。

亮度通道、色度通道、副载波恢复电路、解码矩阵电路四大部分又称为解码器。

显像系统：

作用是将三个色差信号和亮度信号混合后形成R、G、B三基色信号，送入彩色显像管重现图像信息。

扫描系统：

包括同分离电路、场扫描电路、行扫描电路等，作用是通过行、场扫描电路向行、场偏转线圈提供幅度足够、线性良好的锯齿波输出电流，使CRT完成电子扫描形成光栅。

电源系统：

功能就是向整机提供符合要求的各种电源，它主要由开关稳压电源、行FBT两部分组成。

控制系统：

主要由微电脑控制器（CPU）、遥控电路等组成，作用是以微电脑为核心，实现对整机各部分正常工作的自动控制，并提供显示信号以方便观看者的调控。

1.3彩色电视机的工作原理

彩色电视机的任务,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为三个基色图像信号,最后在彩色显像管的荧光屏上重现出原来彩色图像,在扬声器中还原出伴音。

从信号处理的角度出发,实际上,彩色电视的接收是对上节我们总结的彩色电视信号按其特点逐一分离的过程。

伴音信号的分离方法及处理与黑白电视机相同。

图像信号各种成分的分离,首先是利用频率分离的方法,将视频低端的亮度信号、复合同步信号与高端的色度信号、色同步信号分开然后用幅度分离的方法,将复合同步信号和亮度信号分开,用时间分离的方法,将色度信号和色同步信号分开最后,再用频率和相位双重分离的方法,将色度信号中的两个正交分量U、V信号分开,信号处理的过程要比黑白电视机复杂,因此,系统组成的方框图也有所不同。

彩色电视机天线接收到的射频电视信号,首先通过VHF/UHF调谐器的射频放大然后混频,将它变换成中频电视信号,其中图像中频为38MHz,通过声表面波滤波器带通、中频放大器进一步筛选放大后,进入限幅、同步检波器,从频谱结构来看,它相当于把输入信号载频往低搬迁了38MHz,并将图像与伴音频谱复原。

检波器输出的信号包括:

0~6MHz的亮度信号,载频为4.43MHz的色度信号以及载频为6.5MHz的第二伴音中频信号。

伴音信号采用调频方式,与图像信号在频域上是分开的,经6.5MHz的带通滤波器取出伴音信号,再通过伴音中放、鉴频及功放至扬声器,还原成声音。

同时,为防止伴音干扰图像,采用6.5MHz的陷波器,将伴音信号去除得到彩色全电视信号。

亮度通道主要由4.43MHz陷波器、轮廓校正、黑色电平箝位、亮度延时和视频放大等电路组成。

它的任务是将亮度信号Y从彩色全电视信号中分离出来,经过放大和处理后,与色度通道解调出的色差信号R-Y、B-Y一起送给解码矩阵电路,以求出基色信号R、G、B,分别激励彩色显像管的相应阴极而实现彩色的重现。

目前工厂生产的彩色电视机大都是彩用自会聚彩色显像管。

而不需专门设置会聚电路。

一般是从行输出级和场输出级引出行场电流加在会聚线圈上达到会聚校正的目的。

在实际电路中一般是直流稳压电源仅供给扫描电路,而其它直流电源均由行输出变压器提供不同幅度的逆程脉冲电压,经过二极管整流得到。

由于开关式稳压电源具有体积小,重量轻、效率高、调整范围宽等优点,所以,在彩色电视机中得到了广泛的应用。

2彩色电视机编码器与解码器的组成及信号流程

2.1彩色电视机编码框图及过程

图2.1编码框图

PAL制彩色全电视信号是由色度、亮度、消隐和同步信号组成的。

PAL制编码器的组成如图4基本上与NTSC制编码器相同，只是多了一个PAL开关，它把加于V平衡调幅器的色负载波逐行倒相。

由摄像机送来的三基色信号经编码矩阵电路变换成亮度信号和色差信号。

亮度信号经过放大并加入复合消隐和复合同步信号后，再经过延时均衡后送入相加器。

色差信号经过低通滤波器限制频带后，再分别加入－K和＋K脉冲，送入各自的U、V平衡调幅器进行平衡调幅。

U平衡调幅器送入0度相位的色负载波，而V平衡调幅器送入正负90度逐行倒相的色负载波。

正负90度色负载波的产生是先将0度色负载波经90度移相器移相90度后，再经过PAL开关逐行倒相成正负90度色负载波，控制PAL开关工作的是行频P脉冲。

U、V平衡调幅器输出的已调波在相加器中相加形成包括色同步信号的色度信号，它和包含复合消隐、同步信号的亮度信号在相加器中混合，就形成了彩色全电视信号。

由摄像机中红、绿、蓝摄像管（或CCD片）公别输出的R、G、B三个基色信号被矩阵电路处理后得到Y、（R—Y）、（B—Y）三路输出。

所谓矩阵电路，就是将若干信号按所需比例组合起来的电路。

色差信号的带宽由0~1.3MHz的低通滤波器进行限制，而亮度信号的频带宽度6MHz，不需再由滤波器加以限制。

信号通过宽带滤波器后公产生延时，所以色差信号通过滤波器后将会比亮度信号有少量延时（约0.7秒）。

为了使亮度信号和色度信号同时到达加法器，在亮度通道中就必须加入相应的延时补偿电路。

（B—Y）信号与相位为00的副载波一起送到U平衡调制器，得到的调幅信号FU输往加法器；（R—Y）信号和由电子倒相关送来的相位为900的逐行倒相的副载波一同送往V平衡调制器，得到的调幅信号FV也送往加法器。

FU与FV在加法器中相加，便得到正交调幅的色度信号F（或C）。

由加法器得到的逐行倒相正交平衡调幅的色度信号，通过谐波滤波器滤除副载波的高次谐波后再送至加法器官电路，与亮度信号、复合同步信号、消隐信号混合成彩色全电视信号的视频信号，电后送至发射机调制图像载波。

 电视机的解码是编码的逆过程。

编码器是将R、G、B三基色信号进行处理，然后变换成视频信号输出；而解码器则是从视频信号中再变换出R、G、B三基色信号。

2.2彩色电视机的解码过程及框图

图2.2解码框图

PAL制解码器的组成方框图如2.2示。

除虚线部分外，电路于NTSC制基本相同。

PAL制解码器的作用与NTSC制解码器作用一样，都是实现从彩色全电视信号中恢复出三基色信号R、G、B。

目前PAL制彩色电视机广泛采用延时线型解码器，其中包括：

亮度通道、色度通道、基准副载波恢复电路和解码矩阵电路等四个组成部分。

2.2.1亮度通道

亮度通道它包括倒相放大器、对比度放大器、黑色电平箝位放大器与视频放大器。

主要是用来减弱色度干扰的副载波陷波电路，用来均衡色度通道延时的延时线，延时时间约为0.6us，以及放大等处理电路

亮度通道主要由4.43MHz陷波器、轮廓校正、黑色电平箝位、亮度延时和视频放大等电路组成。

它的任务是将亮度信号Y从彩色全电视信号中分离出来,经过放大和处理后,与色度通道解调出的色差信号R-Y、B-Y一起送给解码矩阵电路,以求出基色信号R、G、B,分别激励彩色显像管的相应阴极而实现彩色的重现。

亮度通道一般由多级视频放大器组成,由于亮度信号的质量直接关系到重现图像的清晰度,所以对亮度通道的要求为:

第一,亮度通道只传送亮度信号Y,故应将彩色全电视信号中的色度信号和色同步信号滤除。

为此,在亮度通道中设置了彩色副载波陷波电路,以减小色度信号对亮度信号的干扰。

第二,亮度通道输入的彩色全电视信号幅度为2~6.5V左右,三基色解码矩阵电路要求亮度信号动态范围在5~7.5V,故亮度通道对视频信号应有足够的增益及线性工作范围。

为满足重现图像的清晰度,应有足够的带宽以保证0～6MHz视频信号不失真的通过

第三,亮度信号经过亮度通道（通频带约为6MHz）,而色度信号通过的是色度通道（带宽约2.6MHz）,由于色度通道带宽比亮度通道窄,使得色度信号要比亮度信号产生更大的时延。

这样,到达解码矩阵的时间就不相同而使重现的图像出现彩色镶边现象。

为此,应在亮度通道中设置延时电路。

第四,视频全电视信号若失去直流分量,在黑白电视机中仅改变重现图像背景亮度,而在彩色电视机中不但重现图像的亮度会变化,而且彩色的色调和饱和度也会改变,引起明显失真。

因此凡不完全采用直流耦合电路的亮度通道,都需设置直流电平钳位电路。

此外,在亮度通道中还设有各种附属电路,例如自动清晰度控制（ARC）电路,自动亮度控制（ABL）电路,轮廓增强电路（勾边电路）,对比度和亮度调节电路等等。

此外，在亮度通道末端，还要设置行、场消隐电路，将消隐脉冲叠加到亮度信号电平上。

最后亮度信号送至基色矩阵与视放输出电路。

2.2.2色度通道

（1）色度通道作用与组成

作用是从彩色全电视信号中取出色度信号，并进行放大和处理，得到色差信号R-Y和B-Y。

其组成包括：

色度带通放大器、自动色饱和度控制（ACC）电路、自动消色（ACK）电路、梳状滤波器和同步检波器、色差放大器等。

（2）色度通道工作原理

色度带通放大器：

从彩色全电视信号中滤除亮度信号，取出色度和色同步信号，受ACC（自动色饱和度控制电路）和ACK（自动消色电路）电路的控制。

ACK电路：

当接收到黑白信号（或彩色信号太弱）时，为消除色度通道的杂波干扰，保证重现正常的黑白图像，ACK电路起控，自动关闭色度通道的工作；当接收到的彩色信号正常时，ACK电路使色度通道自动恢复到正常工作状态。

2.2.3波恢复电路

波恢复电路的作用是恢复色副载波，同时产生7.8kHz识别信号送PAL开关、ACC、ACK、ARC等电路。

2.2.4解码矩阵电路

解码矩阵电路作用是首先将R-Y、B-Y通过矩阵变换得到G-Y，然后在由Y与R-Y、B-Y、G-Y形成三基色信号R、G、B，送显像管的三个阴极。

彩色全电视信号送入解码器后，一路送至亮度通道，将色度信号滤除掉，让亮度信号通过延时放大后送入解码矩阵电路。

另一路送入色度通道，利用色带通选出色度信号分成两路，一路进入色同步选通放大器，选出三同步信号送入鉴相器及识别检波电路；另一路输出送至延时分离电路，把两个色度分量分离处理，分别送入U、V同步检波器。

在鉴相器中，色同步信号与色负载波压控振荡器送来的色负载波信号进行比较，鉴相器输出一个与两信号相位差成正比的控制电压，经过低通滤波器后变成直流控制电压去控制色负载波压控振荡器的频率和相位，使它与发送端同步。

一路0度的色负载波进入U同步检波器，对Fu分量进行解调；另一路先经过90度的移相，再经过PAL识别与倒相开关电路逐行倒相后，得到正负90度的色负载波送入V同步检波器对Fv分量进行解调。

U、V同步检波器输出的色差信号经放大器放大和去压缩后恢复了色差信号，送入解码矩阵电路。

与亮度信号一起在解码矩阵电路变换为三基色信号完成解码。

2.3PAL识别与倒相电路

由VCO压控振荡器产生的0°相位再生副载波（sinωSCt）不能直接送往R-Y同步检波器，必须经过PAL开关和移相等电路，形成±90°逐行倒相副载波（±cosωSCt）后才能参与R-Y同步解调。

PAL识别与倒相电路的主要任务是向R-Y同步检波器输送相位正确的逐行倒相副载波。

PAL识别与倒相电路由7.8kHz识别信号放大器，双稳态识别、PAL开关及90°移相等电路构成。

PAL识别与倒相电路的具体工作过程如下：

首先由APC鉴相器产生的7.8kHz识别信号加到7.8kHz识别信号放大器，进行整形、放大，7.8kHz识别放大电路多使用谐振于7.8kHz的谐振放大器，经选频放大后，形成半行频正弦信号，然后送往双稳态触发器。

双稳触发器除了引入7.8kHz半行频识别信号外，还必须引入行逆程脉冲信号。

在这两种信号共同输入的作用下，双态触发器向PAL开关电路输送PAL开关信号，它是极性确定的7.8kHz半行频矩形波，其中输入双稳态触发器的半行频识别信号具有识别、定相能力，可使触发器输出的半行频矩形波对应确定的倒相行和不倒相行，在电路上起主控作用；而输入的行逆程脉冲可使矩形波按行频翻转，在电路上起辅控作用。

3梳状滤波器组成和工作原理

图3.1梳状滤波器框图

梳状滤波器对于画面质量是非常重要的一个技术。

一开始,接收视频的Video端子是Composite端子（比如RF射频接口和AV接口）,它所能接收的信号叫CompositeVideoSignal,即混合视频信号（也称复合信号）。

因为这个Composite（混合）信号包括了亮度（Luminance,用字母Y表示）和色度/彩度（Chrominace）两方面的信号,视频电路要做的工作就是Y/C进行分离处理,目前的梳状滤波器是在保证图像细节的情况下解决视频信号亮色互窜的唯一方法,其内部有许多按一定频率间隔相同排列的通带和阻带,只让某些特定频率范围的信号通过,因为其特性曲线象梳子一样,故人们称之为梳状滤波器

梳状滤波器主要由延迟线和相加电路、相减电路构成的，用以分离FU和±FV。

一个实际的梳状滤波器电路如图4-31所示。

其中V1为延时激励放大器，DL为延迟线，T1为裂相变压器、L1为调谐电感，C2为耦合电容。

色度信号F经电容C1耦合加于V1基极，经放大后由集极输出，再经延迟线由A点加至裂相变压器T1上端，取自Rw的直通信号经C2耦合加至T1中点，这样可在输出端分别得到相加和相减输出。

将直通信号和延迟信号分别以un和un-1表示，其输出电压的合成原理图如图4-32等效电路所示。

调节Rw可保证两信号幅度严格相等，输出分离更彻底。

延迟线DL多为超声延迟线，它由输入、输出压电换能器和延迟介质组成。

压电换能器由多晶压电陶瓷薄片制成，当信号加到输入压电换能器两端面的电极上时，输入信号在延迟介质中激起机械振动，形成超声波。

延迟介质多为熔融石英或玻璃，超声波在玻璃中传播速度较低，再将其制作成如图4-33形式，经多次反射超声波方到达输出换能器还原为电信号，这样使可大大地缩小延迟线体积。

为使超声波按规定的路径传播，减少不规则反射引起的干扰杂波，在延迟线表面涂有若干吸声点，吸声点所涂吸声材料为橡胶、环氧树脂和钨粉配制而成。

最后用塑料外壳封装，以减小外界的影响。

4同步检波电路

图4.1同步检波器

同步检波器是平衡调幅波检波器，可由色度分量FU、FV解调出相应色差信号UB-Y、UR-Y。

要使同步检波器正常工作，还必须恢复发送端被抑制掉的副载波信号。

即必须输入两个信号，一个是待解调的平衡调幅波FU或FV；另一个是接收机内再生的副载波信号fSC。

两个信号应严格保持同频率、同相位，才能正常地完成检波过程;否则,将降低检波效率，且使解调器输出互相串色，产生“爬行”现象。

为此，B-Y同步检波器应输入FU及相位为0°的再生副载波fSC，才能检出U（或UB-Y）分量；R-Y同步检波器应输入逐行倒相的FV及相位±90°逐行倒相的再生副载波fSC，才能检出V（或UR-Y）分量。

检波器输出端应设置低通滤波器，以滤除输出信号中的残余副载波等高频分量。

必须指出：

一个解码中必须有两个同步检波器，各从相应的色度信号分量中解调出色差信号来。

这两个同步检波器按其工作对象分别称为R-Y同步解调器（或V同步解调器）和B-Y同步解调器（或U同步解调器）。

由于两个色度分量是正交的，为满足同步解调器的同步要求，送到这两个同步解调器去的基准副载波也必须是正交的；又由于色度分量FV是逐行倒相的，所以送到R-Y同步解调器中去的基准副载波也必须是逐行倒相的。

这两个基准副载波也相应地被称为R-Y基准副载波（或V基准副载波）和B-Y基准副载波（或U基准副载波）。

实际上，从同步检波器解调出的色差信号U、V还必须经过去压缩放大器，才能恢复出原来的色差信号UB-Y、和UR-Y。

即通过适当安排色差信号放大器的增益给U、V信号以不同的放大倍数。

具体些说，将U信号放1/0.493=2.03倍，V信号放大1/0.877=1.14倍，就分别成了UB-Y、和UR-Y信号。

总结

通过本次课程设计我基本了解彩色全电视整机的组成和工作原理和梳状滤波器组成和工作原理。

具体了解彩色电视机编码器与解码器的组成及信号流程。

在整个课程设计的过程中，也遇到了一些问题，在同学和老师的帮助下都得到了解决，通过本次学习，使我对电子信息专业有了更深的认识，也提高了我对本专业的兴趣和动手能力。

致谢

本次课程设计对与我来说是学习本专业的一段经历，从设计之初的无从下手到设计工作的圆满完成，期间遇到了诸多的问题和困难。

但在栗红霞老师的细心指导和帮助下，通过自己的努力，最终这些问题与困难都得到了圆满解决。

使我可以按时完成毕业设计并使自己的专业知识与综合能力都得到了相应的提高。

在毕业设计过程中。

栗老师在百忙中对我的毕业设计进行了指导。

栗老师首先细致地为我解题；当我迷茫于众多的资料时，她又为我提纲挈领、梳理脉络，使我确立了本文的框架。

感谢栗老师对我的论文不厌其烦的细心指点。

在论文写作中，每周都能得到栗老师的亲切指点。

从框架的完善，到内容的扩充；从行文的用语到格式的规范；栗老师都严格要求，力求完美。

而且我还从栗老师那里学到了严谨、务实、认真的工作态度和极强的敬业精神。

我再次为栗老师的耐心付出表示感谢。

参考文献

[1]李海霞.电视机原理实验指导书[M].黄河科技学院,2008.

[2]姜秀华.现代电视机原理[M].高等教育出版社，2008.

[3]裴昌幸.电视机原理与现代电视系统[M].西安.西安电子科技大学出版社.1997.

[4]何希才.新型开关电源设计与维修[M].北京，国防工业出版社.