pal制解码器和译码器分析课程设计)

1、课程设计说明书 第19页1绪论集成电路彩色电视机按制式可分为：NTSC制、PAL制和SECAM制等。我国采用PAL制式，标准的PAL制式彩色电视机也称为PAL-D彩色电视机。典型的PALD彩色电视机电路主要由公共通道、伴音通道、解码电路、图像重显电路、控制电路和电源电路等部分组成。 PAL制使彩色相序逐行改变，使串色极性逐行取反，加之梳状滤波器在频域的分离作用，使串色大为减小。又由于人眼的视觉平均作用，就使得传输失真不再对重现彩色图像的色调产生明显的影响。可使微分相位的容限达±40°以上。 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

2、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，对同步精度要求高等缺点。2直流稳压电源整个系统可分为五个部分，交流电源、变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路（图如所示）。因为我们要得到的直流电源的是12V等的稳定直流电压，而我们

3、平常的生活用电220V的交流电，所以我们必须变压，变压后交流变成直流。但此时的直流电压波动很大，脉动的直流电压还含有较大的波纹，所以我们要对其进行滤波，得到波动较小的直流电。为了保证得到基本恒定的直流电和电源基本不受电网电压不稳定对电源输出的影响，应加稳压电路。电源变压器的作用是将电网220V的交流电压转换为整流电路所需的交流电压ui。变压器副边与原边的功率比为 =1 2 PP式中，为变压器的功率2。2彩色电视机三大制式简介NTSC、PAL、SECAM并列为当今世界上三大彩色电视广播制式，分别得到了世界各国的采用。这三种制式都与黑白电视兼容，但是它们三者之间不兼容，在不同制式的节目之间进行交换

4、时需要进行制式转换。简单地讲,当今世界三大彩色电视广播制式的共性是:它们都与原来的黑白电视相兼容,且都是用摄像机摄取三基色信号,并把这三基色信号编码成一个亮度信号Y和色差信号(R-Y)、(B-Y)来传送,其主要差别体现在两个色差信号对副载波的调制方式上。2.1 NTSC制的特点NTSC制于1953年在美国开始广播,是较早应用于彩色、黑白兼容的彩色电视制式。为了压缩频带,又能获得良好的图像质量,NTSC制有如下的特点:(1)NTSC制采用的频带宽度为4MHz,扫描行数为525行,扫描场数为60场,可以与原黑白电视相兼容。(2)根据人眼的视觉对亮度细节较敏感,对彩色细节不敏感的特性,将亮度信号以宽

5、频带传送(04MHz),以窄带传送(01.5MHz)色度信号。(3)采用频谱间置技术,副载频选为fSC=3.579545MHz(4)选用Y、I、Q作为传输信号,其中Y仍为亮度信号,I、Q为色差信号,它是色差信号(R-Y)和(B-Y)的一种线性组合。它们之间的关系由下式确定:I=0.877(R-Y)cos33°-0.493(B-Y)sin33°Q=0.877(R-Y)sin33°+0.493(B-Y)cos33°上式表明:I色差信号的矢量超前(R-Y)矢量33°,并处在红黄色区域,Q色差信号的矢量超前(B-Y)矢量33°,并处在蓝紫色区

6、域。如图1所示,I、Q仍为互相正交。图1 Q与(R-Y)、(B-Y)色差矢量的关系(5)采用正交平衡调幅,把两个色差信号调制在副载波上,色度信号Q分量用双边带方式传送,而I分量用残留边带传送。这样做,既可以使色度信号的带宽得到压缩,又能保证正常的彩色传送,同时,色度与亮度信号之间干扰较小。3(6)在三大兼容制中,NTSC制色度信号的处理过程最为简单,因而相应的解码电路也简单,这给接收机生产带来方便,有利于降低成本。(7)NTSC制的主要缺点是对相位敏感,容易出现彩色变色。换句话说,传输过程中所产生的相位失真将导致色调变化。2.2 SECAM制特点SECAM制是为了克服NTSC制相位失真的缺点而

7、由法国人研制出来的。主要特点如下：(1)在SECAM制中,传输信号仍采用亮度信号Y,色差信号(R-Y)和(B-Y),但两色差信号不是和亮度信号同时传送的,而是将两个色差信号(R-Y)和(B-Y)逐行轮换对两个副载波(f1=4.025MHz,f2=4.40625MHz)进行调频后,并叠加在逐行传送的亮度信号上一起传送的。也就是说,在第n行时传送(R-Y)调频信号,第n+1行时传送(B-Y)调频信号,而亮度信号则是每一行都传送,在任一行时间内,SECAM制信号中,只存在一个亮度信号和某一个色差信号。所以不会发生互相串色的现象。(2)在SECAM制中,由于色差信号对彩色副载波采用了调频方式,并且调频

8、信号在进行频率检波之前,可以进行限幅,所以,色度信号对相位失真不敏感。(3)在SECAM制中,色度信号采用了调频制,由于调频为连续频谱,故不能采用副载频偏置以实现色度信号和亮度信号的频谱交错,因而其兼容性比NTSC制和PAL制稍差一些。(4)SECAM制的解码和其它制式的解码器一样,亮度信号Y和两个色差信号(R-Y)、(B-Y)在一行时间内必须同时存在,以恢复和重现彩色图像所必须的R、G、B三基色信号。由于SECAM制在一行时间内只有一个色差信号被传送这一特点,所以,在解码器中,根据图像信号行间的相关性,采用64s延时线,将收到的信号存储一行时间,以使每一行所传送的色差信号可以使用两次,在被传

9、送行使用一次,在未被传送行用延时线的存储特性再使用一次,这正好取得在一行时间内所缺少的那一个色差信号,从而实现了在一行时间内Y、(R-Y)、(B-Y)的同时存在。由于每传送一行色差信号要利用两次,所以这种制式的彩色垂直清晰度降低一半。42.3 PAL制及其特点PAL制也是为了克服NTSC制相位敏感性于1962年在原西德研制出来的一种兼容彩色电视制式,实际上它是NTSC制的一种改进。这种制式将在下节详细叙述。其特点如下：(1)采用色差信号(R-Y)和(B-Y)作为色度信号的两个分量,都用01.5MHz的带宽,双边带方式传送。(2)传送时,将两个色差信号之一的(R-Y)信号逐行倒相180°

10、;,接收后再将(R-Y)信号相位复原。由于将(R-Y)信号逐行倒相180°进行传送,则在相邻行上的相位误差可以相互补偿,当出现微分相位失真时,可以保持色调不变。(3)亮度信号与色度信号频谱交错,相互干扰小,可以实现分离。(4)存在“百叶窗”效应,当梳状滤波器的直通信号与延时输入信号间存在幅度误差,或延时存在误差,或传输通道有相位误差,或存在通道频率失真,都会引起两色差信号间互相串扰,也可以说,将导致两分量分离不彻底。又因串扰也是逐行倒相的,造成相邻两行间色度信号的亮度差异较大,人眼对亮度差异较敏感而产生对图像有明暗相间的水平条纹,这种明暗相间的水平线条因隔行扫描而向上蠕动,故称“爬行

11、”,该水平条纹类似于百叶窗,故又称作“百叶窗”效应。也可以说PAL制电视将NTSC制存在的色调失真转换成“爬行”现象,当然在实际中可以利用调整来使此现象消失或减至不明显。总之,上述三种制式都是行之有效的彩色电视制式,经多年的使用,都积累了崐相当丰富的经验,单从技术性能方面比较,决不能得出完全肯定或完全否定某一制式的结论。实际上,各国在选定制式时往往受到各方面因素的制约,而决非都是出于技术考虑。3PAL制原理PAL制于60年代初期联邦德国研制成功，我国也采用PAL制。所以按照其特点PAL制又可称之为“逐行倒相正交平衡调幅”制。平衡调幅又称为抑制载波调幅，抑制载波调幅可以抑制色度信号对亮度信号的干

12、扰并节省发射功率。设用色差信号UR-Y=(R-Y)coswt对载波uSC=USCcosSCt进行调幅，则调幅后信号的数学表达式为：平衡调幅波有如下特点：(1)平衡调幅波不含载波分量。(2)平衡调幅波的极性由调制信号和载波的极性共同决定，如两者之一反相，平衡调幅波的极性反相；色差信号(调制信号)通过0值点时，平衡调幅波极性反相180°。(3)平衡调幅波的振幅只与调制信号的振幅成正比，与载波振幅无关。传送图像的色差信号为零时，平衡调幅波的值也为零，这样可以节省发射功率，减少了色度信号对亮度信号的干扰。(4)平衡调幅波的包络不是调制信号波形，不能用普通的包络检波方法解调，只能采用同步检波器

13、在原载波的正峰点上对平衡调幅波取样，才能得到原调制信号。为了在同一频带内传送两个色差信号R-Y和B-Y，要将两个色差信号进行正交平衡调幅，这就是用两个色差信号R-Y和B-Y分别对频率相同、相位相差90°的两个色副载波cosSCt和sinSCt进行平衡调幅，然后相加成色度信号。5图2是正交平衡调幅器方框图，由两个平衡调幅器、一个副载波90°移相器和一个线性相加器组成。图2正交平衡调幅器方框图色度信号的振幅和相角之中包含了彩色图像的全部色度信息，振幅Fm取决于色差信号的幅值，决定了所传送彩色的饱和度；而相角取决于色差信号的相对比值，决定了彩色的色调。也就是说，色度信号是一个既调

14、幅又调相的波形，其幅值传送了图像的色饱和度其相位传送了图像的色调。图1(b)画出了色度信号的矢量图，图中对角线的长度代表色度信号的幅值，而是F的相角。将色度信号F和亮度信号Y以及同步、消隐等信号混合，就得到了彩色全电视信号。4 PAL制PAL制编码原理4.1逐行倒相PAL制基本上采用了NTSC制的各项技术措施，并增加了一些技术措施来克服NTSC制中对相位失真较敏感的缺点。它采用色差信号R-Y和B-Y来组成色度信号。这两个色差信号均只占用01.3MHz，且幅度按百分比进行了一定的压缩（具体原因后详），从而形成U信号和V信号，即U=0.493(B-Y)V=0.877(R-Y)用压缩后的U、V信号去

15、调制副载波，这样色度信号为F=UsinSCtVcosSCt=FUFV在PAL制中，发送端将已调红色差信号FV=VcosSCt逐行倒相。例如，传送前一行时为VcosSCt(称为NTSC行)，而传送下一行则变为-VcosSCt(称为PAL行)。当扫描顺序为第n行时，FV=VcosSCt，当扫描顺序为n+1行时，FV=Vcos(SC+180°)，即当第n行FV相位为90°，则第n1行为270°(或-90°)，第n2行的相位又回到90°,如此反复进行。而矢量FU的相位是不随扫描行序改变的，始终为FU=UsinSCt。因此，相加后色度信号F的相位也是逐行

16、改变的，其数学表达式为图3(a)逐行倒相矢量图；(b)开关函数波形图k(t)称为开关函数，为半行频方波，幅值为±1，反映了逐行倒相的变化。显然，对于任一色度信号，Fn与Fn1矢量以水平轴U镜像对称。其矢量图和k(t)波形图如图3所示。4.2 PAL调制原理PAL编码器的任务是将摄像机摄取的三个基色信号R、G、B编制成彩色全电视信号。PAL制编码器的组成框图如图2所示,与NTSC制编码器相比,只多了一个PAL开关,它把加于V平衡调制器的副载波逐行倒相,其开关电压由k(t)脉冲来控制。图4 PAL制编码调制原理框图编码器的主要工作过程如下：(1)将R、G、B三个基色信号通过矩阵电路,变换

17、成亮度信号Y和色差信号U、V。(2)U和V信号通过低通滤波器,只保留1.3MHz以下的低频信号。(3)把带宽限制后的U、V信号送入U和V平衡调制器,对零相位的副载波和±90度相位的副载波进行平衡调幅,分别输出FU和±FV色度分量。(4)为了使亮度信号对色度信号的干扰在电视上看不出来,所以,在亮度通道中设有一个中心频率为色副载波频率的陷波器。由于色差信号通过低通滤波器后,一定会引起附加延时,为了使亮度信号和色度信号在时间上一致,须将亮度信号加以适当延时,延时量约为0.6s。(5)将FU、±FV两个色度分量与亮度信号Y在线性相加器中叠加,其输出便是彩色全电视信号。64

18、.3 PAL制频谱间置原理图5（a）半行频间置的频谱；(b)1/4行频间置的频谱在PAL制中，由于V信号逐行倒相，使其频谱分布发生了变化，与不倒相的U信号相比有了差别，使U信号的频谱与V信号的频谱相互错开fH/2。如果仍像NTSC制一样，副载频仍选择为半行频的奇数倍，虽能使Y信号与U信号频谱相互错开fH/2，但却使得Y信号和V信号的频谱相互重合，导致兼容性差，如图3所示。为了直观,将V与Y重叠处用虚线表示。为了使Y信号、U信号和V信号的频谱彼此都能错开，而且相互干扰最小，最好的办法是将Y信号谱线插到U信号和V信号谱线的中间位置，如图3(b)所示。为此，PAL制采用1/4行频间置，其副载波频率为

19、实际上，为了减小副载波对亮度信号的干扰，改善兼容性，PAL制副载频还附加了25Hz，称为半场频间置，即选择fSC=283.75fH25Hz=4.43361875MHz这是由于在采用了1/4行频间置后，PAL制比NTSC制半行频间置的副载波干扰严重，为此，PAL制对副载波又提出了场间交错的方法以减小副载波干扰的方法。所谓场间交错，就是让副载波逐场倒相，使相邻两场的干扰方向相反，从而使相邻两场干扰互相抵消。但这种方法要求接收机增加副载波倒相电路，从而造成接收机电路更复杂，因此，一般不采用副载波逐场倒相方式。目前均采用增加25Hz偏置的简单方法来实现场间交错的效果，即让副载频增加25Hz，以便自动实

20、现副载波的逐场倒相。由此可见，PAL制对副载波频率的精度要求是非常高的，允许误差一般仅为±1±5Hz。75 PAL解码原理解码是编码的逆过程,它把彩色全电视信号还原成三基色信号。PAL解码器有各种类型,我们以目前广泛应用的PALD又称为延时线型PAL解码器为例,说明其工作原理。图6 解码器原理框图主要工作过程如下：(1)首先通过频率分离,把彩色全电视信号分离为亮度信号和色度信号。用一个陷波器,其陷波频率为色副载频,从彩色全电视信号中滤去色度信号,得到亮度信号。用一个带通滤波器,其通频带的中心频率也为色副载波,并具有色度信号占有的带宽,从彩色全电视信号中选出色度信号。(2)色

21、度信号经延时解调器,也称梳状滤波器分离出两个色度分量FU和±FV,其工作原理将在下节详细介绍。(3)为了从色度分量FU和±FV中解调出两个色差信号,要各用一个同步解调器,同步解调原理前已叙述,不过,这里要注意的是红色差信号同步解调器输入信号是逐行倒相的,无论是PAL行还是NTSC行,解调器输出均为正极性红色差信号(R-Y),因此该同步解调器的插入副载波的倒相次序应与输入的±FV分量一一对应,否则,将会产生很大的色调失真。(4)将亮度信号Y和两个色差信号(R-Y)、(B-Y)送入矩阵电路,还原成三个基色信号R、G、B,送至彩色显像管。5.1亮度信号和色度信号的分离中

22、、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。如图5所示，图中每种信号都用两种形式表示，上面是波形，下面是其频谱。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7亮度信号与色度信号的分离5.2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5.6s产生宽度为2.26s的门控脉冲，在时间上正好对

23、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8所示。门控脉冲无效时，色同步消隐门导通,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8色同步信号与色度信号的分离5.3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。图9 FU与FV的分离梳状滤波器由一行延迟线、加法器和减法器组成，如图3-24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

24、为直通信号；另一路通过延时线延迟63.943s后送到加法器和减法器，称为延时信号，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。所以色度信号一行一行地送到梳状滤波器的输入端，从加法器输出逐行倒相的FV分量，从减法器输出FU分量。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

25、，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7所示。这与PAL制色度信号FU、FV分量的频谱相同，所以梳状滤波器能有效地将FU、FV信号分离。5.4 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。如图8同步检波原理框图，图9同步检波示意图。图8同步检波原理框图图9同步检波示意图5

26、.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10所示。图10解码矩阵的输入、输出波形5梳状滤波器解码原理PAL制克服因相位失真引起色调畸变的实质是用逐行倒相的方法使相邻两行色度信号的相位失真方向相反，解调中再将它们合成，从而得到相位不失真的色度矢量，消除了相位失真带来的色调失真，相位失真仅引起了饱和度下降，但色调末变。相邻两行色度信号合成的方法一般有两种：一种简单的方法是利用人眼分辨力有限

27、和视觉暂留特性，使屏幕上相邻两行的相位失真相互补偿，得到一种中间的无色调畸变的颜色。这种简单的PAL制解调方法称为PALS，在相位失真不大时，实现这一方法的电路简单，效果较好。但在相位失真较大时、图像会出现明暗相间并缓慢向上移动的水平条纹。这是由于行顺序效应引起的，此现象亦称为“爬行”或“百叶窗效应”(由于此现象很像百叶窗而得名)，它会影响收看效果。另一种合成方法是延迟解调，用延迟线把前一行色度信号延迟大约一行的时间(约64s)，然后在合成电路中与本行色度信号合成，从而得到合成的色度信号。这种解码用到延迟线，故称延迟解码。如图11梳状滤波器原理框图图11梳状滤波器原理框图 在PALD解码器中,

28、我们已经提到过梳状滤波器,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。梳状滤波器的原理框图如图11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,其解调分离原理叙述如下:设第n行的色度信号为Fn=U sinSCt+V cosSCt上一行的色度信号应为Fn-1=UsinSCt-VcosSCt这样,Fn-1信号经过延时线延时63.943s(约为4s)再反相后,则-Fn-1=-UsinSCt+VcosSCt经相减或相加可得Fn-(-Fn-1)=2UsinSCt

29、=2FUFn+(-Fn-1)=2VcosSCt=2FV同理:Fn+1-(-Fn)=2UsinSCt=2FUFn-1+(-Fn)=-2VcosSCt=-2FV可见,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12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12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

30、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。梳状滤波器的幅频特性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。为讨论方便，假设输入信号为单一频率的正弦信号，且令其幅值为1，并用指数形式表现为，用它作为直通信号，这个信号经过延时线后。它们的幅频特性如图13所示。图中还画出了PAL制全电视信号频谱图，由图可知：图13梳状滤波器幅频特性(1)相加器和相减器都具有一种特殊的选频特性，它们的幅频特性的最大值与最小值以半个行频之差在频率轴上交错排列，而PAL制色度信号频谱的两个分量正好是半行频交错，所以，当频率为fH的整数倍时，梳妆滤波器能将这两种色度分量彻底分离。(2)当=H时，相加器和相减器幅频特性的零点间隔为fH，同时，相减器零点处在行频的整数倍nfH上，恰好与亮度信号主频谱重合。PAL制解码器框图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