1、 基于 PAL 解码器电路原理框图设计 摘 要 PAL 制采用 1 4 行间置再加 25Hz 彩色副载波 有效地实现了亮度信号与色度信号 的频谱交错 因而有较好的兼容性 梳状滤波器在分离色度信号的同时 使亮度串色 的幅度也下降了 3dB 从而使彩色信杂比提高了 3dB 由于 PAL 制为 1 4 行间置 所 以亮 色分离要比 NTSC 制困难 NTSC 制可以用 1 个整行延迟线的梳状滤波器实现亮 色分离 而 PAL 需要 2 行延迟 且分离质量也较差 在要求高质量分离的场合 如制 式转换和数字编码等 可采用数字滤波这类较复杂的技术 与 NTSC 制相比 PAL 制 电路复杂 对同步精度要求高
2、等缺点 关键字 PAL 制 数字滤波 解码器 目 录 1 彩色全电视整机的组成和工作原理 2 1 1 PAL 彩色电视机的基本框图 2 1 2 电视机各基本成部分 2 1 3 彩色电视机的工作原理 3 2 彩色电视机解码器的组成及信号流程 4 2 1 彩色电视机解码框图及过程 4 2 1 1 亮度通道 5 2 1 2 色度通道 6 2 1 3 波恢复电路 6 2 1 4 解码矩阵电路 6 2 2 信号的分离 7 2 2 1 亮度信号和色度信号的分离 7 2 2 2 色同步信号和色度信号的分离 7 2 2 3 色度信号的两个分量 FU FV 的分离 8 2 2 4 同步检波将 FU FV 分量解
3、调为 U V 信号 8 2 2 5 解码矩阵将 Y U V 信号还原为三基色信号 10 3 同步检波的组成和工作原理 10 4 梳状滤波器解码原理 11 总 结 13 致 谢 14 参考文献 15 1 彩色全电视整机的组成和工作原理 1 1 PAL 彩色电视机的基本框图 PAL 彩色电视机主要有公共通道 伴音通道 解码电路 图像重显 电源电路等 部分组成 整体方框图如图 1 所示 图 1 PAL 制彩色电视机组成方框图 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
4、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
5、为解码器 显像系统的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
6、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 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 V
7、HF 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 声表面波滤波器带通 中频放大器筛选放大后 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 6 MHz 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 5 MHz 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 5 MHz 的陷波器 将伴音信号去除得
8、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 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 彩色电视机解码器的组成及信号流程
9、2 1 彩色电视机解码框图及过程 图 2 解码框图 PAL 制解码器的组成方框图如 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 1 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
10、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 度通道的要求为以下五点 1 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 2 亮度通道输入的彩
11、色全电视信号幅度为 2 6 5 V 左右 三基色解码矩阵电路要 求亮度信号动态范围在 5 7 5 V 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 6 MHz 视频信号不失真的通 过 3 亮度信号经过亮度通道 通频带约为 6 MHz 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 4 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
12、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 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 5 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 1 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
13、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 1 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 1 4
14、 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
15、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 2 信号的分离 2 2 1 亮度信号和色度信号的分离 中 小屏幕彩色电视机用频带分离法把彩色全电视信号分离为亮度信号和色度信 号 彩色全电
16、视信号经 4 43MHz 陷波器滤去色度信号 得到亮度信号 彩色全电视信号 用一个中心频率为 4 43MHz 带宽为 2 6MHz 的带通滤波器选出色度信号 频带分离法 简单 成本低 但亮度和色度分离不干净 图像质量易受影响 大屏幕彩色电视机改用 频谱分离法 用梳状滤波器实现亮度和色度的分离 图 3 亮度信号与色度信号的分离 2 2 2 色同步信号和色度信号的分离 可以用时间分离法分开色同步信号和色度信号 行同步脉冲前沿延迟 5 6 s 产生 宽度为 2 26 s的门控脉冲 在时间上正好对齐色同步信号 用两个门电路在门控脉冲 控制下交替导通来实现时间分离 如图 4 所示 门控脉冲无效时 色同步
17、消隐门导通 得 到色度信号 门控脉冲有效时 色同步消隐门关断 以阻止色同步信号窜入色度信号 色同步选通门导通 选出色同步信号 图 4 色同步信号与色度信号的分离 2 2 3 色度信号的两个分量 FU FV 的分离 色度信号的两个分量 FU FV 是用频谱分离法分离的 由于 FV 的逐行倒相 主 谱线和 FU 的主谱线正好错开半个行频 因此可以用梳状滤波器进行频率分离 梳状滤波器由一行延迟线 加法器和减法器组成 如图 5 所示 当色度信号加到 梳状滤波器的输入端后 信号分成两路 一路直接送到加法器和减法器 称为直通信 号 另一路通过延时线延迟 63 943 s 后送到加法器和减法器 称为延时信号
18、 延时信 号比直通信号延迟 283 5 个副载波周期 相位滞后 180 当直通信号为 NTSC 行时是 FU FV 延时信号为 PAL 行 是 FU FV 负号是因相位滞后 180 而加上的 加法 器输出为 2FV 减法器输出为 2FU 当直通信号为 PAL 行时 是 FU FV 延时信号为 NTSC 行 是 FU FV 加法器输出为 2FV 减法器输出为 2FU 可以证明加法器和减法器的输出幅频特性具有正弦全波整流的波形 在某些频率 上信号全通过 在某些频率上信号被阻止 通过和被阻止的频率以半行频之差在频率 轴上以梳齿状交错 如图 5 所示 这与 PAL 制色度信号 FU FV 分量的频谱相
19、同 所 以梳状滤波器能有效地将 FU FV 信号分离 2 2 4 同步检波将 FU FV 分量解调为 U V 信号 FU FV 分量是平衡调幅波 不能用一般幅度检波器解调 只有在原载波的正峰 点上对调幅波取样 再用平滑曲线连接各取样点才能得到原调制信号 由于发送端已 将副载波抑制 接收机中要利用色同步信号恢复副载波 当恢复副载波与发送端副载 波同频同相时 检波输出最大 称为同步检波 图 6 同步检波原理框图 图 7 同步检 波示意图 图 5 FU 与 FV 的分离 图 6 同步检波原理框图 图 7 同步检波示意图 2 2 5 解码矩阵将 Y U V 信号还原为三基色信号 解码矩阵首先将 U 和
20、 V 信号去压缩 恢复为原色差信号 R Y 和 B Y 然后将 R Y 和 B Y 组合得到 G Y 最后将三个色差信号 R Y B Y G Y 和亮度信号 Y 还原为三 基色信号 R G B 解码矩阵的输入 输出波形如图 8 所示 图 8 解码矩阵的输入 输出波形 3 同步检波的组成和工作原理 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
21、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
22、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 图 9 同步检波器 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 4 梳状滤波器解码原理 在 PALD 解码器中 我们已经提到过梳状
23、滤波器 它是解码器中的核心部分 主要功 用是利用电视信号的行间相关性 从色度信号中分离出红 蓝两色度分量 图 10 梳状滤波器框图 梳状滤波器的原理框图如图 10 所示 由于利用超声玻璃延时线 来实现红 蓝两色 度分量的分离 因此 称作延时解调器 又由于延时解调器的幅频特性是梳状的 故又称作 梳状滤波器 从减法器和加法器分别输出色度分量 FU 和逐行倒相的色度分量 FV 且 幅度都增加一倍 如图 11 梳状滤波器实用电路 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 11 所示 其中 V1 为延时激励放大器 DL 为延迟线 T1 为裂
24、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 梳状滤波器即延时解调器的幅频特性是指相加器或相减器的输出与其输入的比值 分别用 k w k w 表示 总 结 通过本次课程设计我基本了解彩色电视机 PAL 解码器的工作原理 也巩固了课堂 上所学习的知识 在整个课程设计的过程中 我也遇到了一些问题 在同学和老师的 帮助下都得到了解决 此次课程设计是理论与实践的结合 通过查阅大量的参考资料 不仅
25、仅巩固了在电视机理论课上所学的理论知识 同时也开拓了我的视野 接触到了 许多课本上没有的知识 是我更加的了解电视机这门课程 这次课程设计遇到的一些问题也让我认识到自己的专业课学习的不足之处 以后 我会注意这方面的 致 谢 经过半个多月的忙碌和工作 本次课程设计已经接近尾声 作为一个大三本科生 的课程设计 由于经验的匮乏 难免有许多考虑不周全的地方 如果没有指导老师的 督促指导 以及一起工作的同学们的支持 想要完成这个设计是难以想象的 感谢吴娟老师多次百忙之中抽出时间帮我修改课程设计 指出我的不足之处 我 多次修改后终于成稿 感谢我的电视机老师陈嘉义老师对我专业知识的栽培 最后还要感谢大学三年来
26、所有的老师 为我们打下专业知识的基础 同时还要感 谢一些同学 帮我一起查询资料给我指导 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 5 张永辉 电视机原理 M 北京 北京广播学院出版社 1992 6 俞斯乐 等 电视机原理 M 北京 国防工业出版社 2005 7 王明臣 姜秀华 张永辉 数字电视与高清晰度电视 M 北京 中国广播电视出 版社 2003 8 章文辉 王世平 数字视频测量技术 M 北京 北京广播学院出版社 2004
