采用数字处理技术的电视机

6.5采用数字处理技术的电视机2023-05-2116.5采用数字处理技术的电视机·

在模拟电视中采用数字处理技术：·

重影消除、数字亮色别离、数字色度解码、扫描格式转换、数字降噪〔挖心降噪法、帧递归滤波器降噪法〕、图形在屏现实〔OSD,On-Screen

Display〕、扫描与显示系统、数字伴音

NICAM728、CPU和总线技术、逆程数据传输技

术、接口技术等。·

重点的三种技术：·

1.数字亮色别离·

2.CPU和总线技术〔遥控系统〕·

3.扫描格式转换〔倍场频〕202·3-05-2126.5.1

数字处理电视机的组成1.数字处理彩色电视机的根本结构如图6-50所示：图6-50数字处理彩色电视机的根本结构方框图2023-05-2136.5.1

数字处理电视机的组成〔1〕调谐器的高频信号频率：40MHz～1000MHz－－要直接进行抽样数字化在技术上是无法实现的。中频信号频率：40MHz－－假设数字化，本钱高所以：数字化信号处理通常只对视频检波器之后的信号进行。〔2〕在彩色电视机视频信号的数字化处理过程中，抽样频率一般选为彩色副载频的4倍，PAL制

取〔4.433×4〕＝17.73〔MHz〕。2023-05-2146.5.1

数字处理电视机的组成〔3〕电视伴音信号进行数字化处理时至少需要12位二进制码，因此对6.5MHz的伴音中频进行数字化处理是不经济的。比较经济的做法：经鉴频器解调之后在音频局部进行数字化处理。2023-05-2156.5.1

数字处理电视机的组成2.数字处理电视机的特点：提高图像质量；增加功能；容易实现自动化；提高生产效率，降低本钱；适用于各种电视制式。2023-05-2161.概述数字处理的第一步是对数字全电视信号进行亮色别离。采用数字滤波和大规模集成电路技术的数字处理方法，能够克服模拟处理方法的局限性，实现完善的亮色别离。6.5.2

用数字处理方法实现亮色别离2023-05-217·

(1)普通的模拟电视机用带通滤波器从全电视信号中取出色度信号，用副载波陷波电路抑制色度对

亮度的串扰。·

模拟滤波器的频率特性不宜做的很陡。弊端：①群延时增加；②相位特性恶化。结论：①未能很好的解决亮色互串的问题；②且使亮度信号带宽变窄，降低图象的清晰度。6.5.2

用数字处理方法实现亮色别离2023-05-2186.5.2

用数字处理方法实现亮色别离2023-05-219·

数字滤波器进行色度带通和副载波陷波那么可实现严格的线性相位特性，可以仅由幅频响应的要求实现滤波特性的最正确化设计。·

在减小亮色互串的同时，还可灵活控制亮度通道和色度通道德频率响应特性。·

色度通道可设计成自适应切换的宽带、窄带以及对称、非对称的幅频特性。·

亮度通道可设计成对副载频具有无穷大衰减而在

3MHz附近具有可调抬峰响应的频率特性，以改善图像的清晰度。·

对称幅频特性可适应录象机等外接视频输入，非对称幅频特性可适应本机视频信号，以补偿图象中的不对称频率响应。宽带的幅频特性用于强信号接收，以提高清晰度，窄带的幅频特性用于弱信号接收以改善信噪比。6.5.2

用数字处理方法实现亮色别离2023-05-2110·

(2)色度带通和副载频陷波的亮色别离方法只适应于图象水平方向细节较少的情况。·

从一维频谱来看，亮色主频谱线是半行频偏制

(NTSC制)，或1/4行频偏置(PAL制)的结构。只能用行梳状滤波器才可把亮色主频谱线别离。但因延迟器件的本钱和性能的限制，无法在普通电视中应用。·

采用半导体存储器的数字梳状滤波器的好处：·

①延迟前后的信号具有严格相同的幅度；·

②在精确时钟的控制下具有严格的延迟时间。6.5.2

用数字处理方法实现亮色别离2023-05-2111(3)行梳状滤波器亮色别离方法适用于图象垂直细节较少的情况。行梳状滤波的弊端：当垂直方向细节较多时，还会造成信号垂直方向的高频损失。只能用帧或场梳状滤波器才可将亮色副频谱线别离。而实现一帧延时或一场延时用模拟延迟线是难于做到的。在这种情况下，只有采用数字的帧或场梳状滤波器，才能使完善的亮色别离成为可能。6.5.2

用数字处理方法实现亮色别离2023-05-21126.5.2

用数字处理方法实现亮色别离2.行梳状滤波器(1)由于帧〔场〕梳状滤波器本钱较高，目前大屏幕彩电一般还只是使用行梳状滤波器。图6-51示出3种常用的实现数字亮色别离的行梳状滤波器原理框图。Z-1H 和Z-2H 分别表示1行和2行的延时，ei表示输入的数字化的PAL制亮色复合信号，e’c表示行梳状滤波器输出的色度信号。按照6-51(a),(b),(c)的标记，它们分别为：2023-05-2113·

行梳状滤波器的原理框图如下:6.5.2

用数字处理方法实现亮色别离6-51行延迟亮色别离梳状滤波器(a)具有PAL制修正器的二阶1行延迟电路2023-05-21146-51行延迟亮色别离梳状滤波器〔b〕不用PAL修正器的二阶1行延迟电路；6.5.2

用数字处理方法实现亮色别离2023-05-2115〔c〕6-51行延迟亮色别离梳状滤波器〔c〕二阶2行延迟电路6.5.2

用数字处理方法实现亮色别离2023-05-2116·

(2)3种行梳状滤波器对色度信号的伏幅频响应如图6-52所示：6.5.2

用数字处理方法实现亮色别离2023-05-21176.5.2

用数字处理方法实现亮色别离图6-52

3种行梳状滤波器对色度信号的伏幅频响应2023-05-2118·(3)色度信号仅存在于视频基带高端的副载频附近，对于PAL制信号，梳状滤波器只需在fsc＝±1.3MHz的频带范围内进行。·由图6-51知：亮度信号是通过从适当延迟的亮色复合信号中减去已别离的色度信号，即：6.5.2

用数字处理方法实现亮色别离2023-05-2119·

行梳状滤波器实际上是包括水平方向和垂直方向的二维亮色别离滤波器。图6-53〔a〕是亮色复合信号

的频谱E〔f〕，图6-53〔b〕和〔c〕分别是6-51〔c〕所示的行梳状滤波器对色度信号和亮度信号的

幅频

响应

和

。6.5.2

用数字处理方法实现亮色别离2023-05-2120·行梳状滤波器常设计成具有中心抽头的二阶延迟结构，每阶延迟相同的行数。从抽头处取出的亮色复合信号

在进入减法器之前要进行时间为τ的延迟，以补偿色度信号带通滤波产生的延时。τ的大小视带通滤波电路而定。6.5.2

用数字处理方法实现亮色别离2023-05-21216.5.2

用数字处理方法实现亮色别离图6-53行梳状滤波器的幅频响应(a)亮色复合信号的频谱E(f);(b)行梳状滤波器对色度信号的幅频响应Hc(f);2023-0(5-b2)1

(c)行梳状滤波器对亮度信号的幅频响应HY(f)。22对于图6-51〔a〕所示的电路，色度信号的延时除上述因梳状滤波器和带通滤波器所产生的延时外，还包括PAL修正器所产生的延时，因此τ还应将这局部延时考虑在内。设置修正器的目的是修正e’c行梳状滤波输出相位，使之与从抽头处引出的信号中的色度信号相位相同。PAL修正器由一个乘法器和一个带通滤波器组成。设输入的色度信号为：将

与本地副载波

在乘法器中相乘，得6.5.2

用数字处理方法实现亮色别离2023-05-2123·

用带通滤波器虑除高次谐波后得到··行亮色别离梳状滤波器在别离色度信号时对行间的信号进行了平均，对由于微风相位失真、边带不对称等因素引起的串色有所抑制。因此，在数字解码方案中，亮色别离后的色度信号无需再用梳状滤波进行U、V别离，而可以直接送到同步检波器解调出U、V信号。·

相邻行色度副载波的相位关系的图6-54如下：6.5.2

用数字处理方法实现亮色别离2023-05-21246.5.2

用数字处理方法实现亮色别离第n行第n＋1行第n＋2行第n＋3行第n＋4行VUUVUV

UVVUUVVU(第n＋2行－第n行)/2

[(第n＋2行－第n行)/2]+PAL修正图6-54相邻行色度副载波的相位关系2023-05-21253.帧梳状滤波器和场梳状滤波器(1)帧梳状滤波器帧和场梳状滤波器实现在副频谱线层次上的亮色别离。亮色副频谱线的交错在形式上与主频谱线的交错是相同的，区别仅在于亮度或色度的副频谱线以帧频为间隔，而主频谱线以行频为间隔。副谱线梳状滤波器是一种时间轴即帧间的信号处理，再考虑到水平方向上的色度带通滤波，帧梳状滤波器也是一种二维的亮色别离滤波器。6.5.2

用数字处理方法实现亮色别离2023-05-2126·

帧梳状滤波器适应于静止的或慢运动图象的亮色别离。因为此时信号的频谱近似于主、副频谱线

位置上的离散谱，通过帧梳状滤波器可以在完全

不损失空间分辨率的情况下实现彻底的亮色别离。6.5.2

用数字处理方法实现亮色别离2023-05-2127(2)场梳状滤波器对于有一定运动的图象，考虑到同一位置上相继帧间图象和相继场间图象的差异大小及反映在频谱上以帧频和场频为间隔的副频谱的能量大小，对于基于副频谱线的梳状滤波器主要考虑以场频为间隔的副频谱线。另一方面，对于运动图象，希望梳齿宽一些以便保持尽可能高的时间清晰度。因此，根据图3-21所示的亮色副频谱线交错关系，梳状滤波器应具有如图6-55所示的频率响应特性，其中fv表示场频。6.5.2

用数字处理方法实现亮色别离2023-05-21286.5.2

用数字处理方法实现亮色别离图6-55场梳状滤波特性2023-05-2129·

PAL制信号的行周期与副载波周期关系为：312行延时与副载波周期的关系为：而2行延时与副载波周期的关系为因此，312行延时与2行延时具有近似相同的副载波相位关系。6.5.2

用数字处理方法实现亮色别离2023-05-21304.亮色别离的自适应处理图6-56(a)示出了一维数字带通滤波亮色别离电路。6.5.2

用数字处理方法实现亮色别离(a)电路框图图6-56一维带通滤波亮色别离2023-05-2131(b)电路的幅频响应图6-56一维带通滤波亮色别离·一般说来，当水平方向细节较多时，其垂直方向细节相对较少，亮色副载频谱线之间无交错或交错范围很小，此时适应于采用行梳状滤波进行亮色别离。2023-05-2132·

图6-57示出行梳状滤波亮色别离。·

从i点到j点的等效幅频响应为·

而从i点到k点的响应为·

二者分别示于图5－57(b)和(c)。在j点和k点分别得到色度·

信号和亮度信号。从i点到l点构成垂直细节检测滤波器，·

其等效幅频响应为·

该响应曲线示于图6－57(d)。6.5.2

用数字处理方法实现亮色别离2023-05-21336.5.2

用数字处理方法实现亮色别离图6-57行梳状滤波亮色别离(a)电路框图；(b)对色度信号的幅频响应；2023-05-21346.5.2

用数字处理方法实现亮色别离图6-57行梳状滤波亮色别离(c)对亮度信号的幅频响应；(d)对垂直细节的幅频响应。2023-05-2135·总的来说，色度带通和行梳状滤波亮色别离方法适合于运动图象。电视图象的内容是多样的和随机变化的，单独和固定采用任何一种亮色别离法，都不能到达对所有图象都是最正确的亮色别离效果，要充分发挥每种方法的优点，尽可能实现接近完善的亮色别离。6.5.2

用数字处理方法实现亮色别离2023-05-21361.电视机主控系统的功能

(1)完成电视频道的选台及预置；(2)完成对多个模拟量的控制；(3)实现状态的转换与控制；(4)屏幕显示的控制；(5)对图文电视的控制；(6)对画中画的控制；6.5.3

数字处理电视机的主控系统2023-05-21372.电视机主控制系统的组成电视机主控系统由遥控发射器、遥控接收单元、

CPU、EEPROM、字符显示器及控制输出电路等局部组成。图6-58示出遥控彩色电视机系统方框图:6.5.3

数字处理电视机的主控系统2023-05-2138(1)遥控信号的发射·红外遥控发射器由键盘矩阵、遥控专用集成电路、驱动电路、和红外LED组成，如图6-59所示。6.5.3

数字处理电视机的主控系统2023-05-2139·

1)其工作过程是：·

晶振455kHz的信号经12分频作为键盘扫描信号。当有键盘按下时，逐行或列置高电平，同时读入列或行的非0状态，此时“1〞状态的行、列交点即键盘所按下的键，这与计算机中的键盘扫描原理是一样的。·

2)为了提高遥控指令信号的可靠性与识别能力，需将位数较少的键码转换成位数较多的遥控指令编码，不同机型的遥控指令编号的构成各异，其共同点是：·

①采用脉位调制〔PPM，Pulse

Position

Modulation〕，通常窄的间歇脉冲表示“0〞，以较宽的间歇脉冲表示“1〞，多数遥控器间歇期取低电平，也有的间歇期取高电平；·②为了实现遥控指令编码的纠错，对于用户码和功能码采用“重复发送〞和“反码连送法〞。其组成方式可表示如下：6.5.3

数字处理电视机的主控系统20·23-05-引21

导脉冲、用户码、用户码、功能码、功能码；·

引导脉冲、用户码、用户反码、功能码、功能反码。403)以遥控发射集成电路MN6010J为例，图6-60和图6-61分别画出了它的编码根本单元和编码脉冲的组成。6.5.3

数字处理电视机的主控系统图6-60

MN6010J编码根本单元2023-05-2141·为了防止灯光和太阳光的干扰和减少流过二极管的平均电流，以便降低遥控器的功耗，将上述遥控指令编码信号对38kHz(周期26.3μs，脉宽8.77μs〕的脉冲载波进行PAM。PAM信号经过攻放，由红外LED发出中心波长为940nm的红外遥控信号。6.5.3

数字处理电视机的主控系统图6-61

MN6010J编码脉冲的组成2023-05-2142(2)遥控信号的接收与识别·

电视机主板上装有红外线接收器，它主要有红外光电二极管和红外遥控接收器专用集成电路组成。遥控器发出

940nm红外信经红外光电二极管转换成电信号，在红外接收专用集成电路中，该信号经放大，限幅，峰值检波，从

38kHz的PAM信号解调出遥控指令编码信号，再经滤波与脉冲整形后，送至CPU。·

当CPU接收到遥控器的遥控编码信号后，取出功能码对其进行功能识别解码。识别程序其流程如图6-62所示：6.5.3

数字处理电视机的主控系统2023-05-2143开始0－>计数器取第一功能码取另一功能码？X+!=>X与输入码相减？等于0？图6-62识别解码程序流程否是停止减法运算输出x值结束2023-05-2144(3)主控系统的功能的实现·

主控系统要完成对各种状态的控制，只需CPU对某一个执行电路在指定时间发一个0或1的信号即可实现。6.5.3

数字处理电视机的主控系统2023-05-21456.5.3

数字处理电视机的主控系统3.电压合成选台与频道合成选台电压合成选台和频道合成选台属于数字调协选台，它们的共同点是：1〕将被选台的频段、调谐电压转换成相对应的数字量存入EEPROM，当用户选台时，

CPU从EEPROM取出这些数据，通过相关的电路实现选台的两种根本操作：切换频段和提供调谐电压。2〕对频段的切换方式是相同的。电压合成选台和频道合成选台的不同2023-05点-21

是产生调谐电压的方法不同。466.5.3

数字处理电视机的主控系统·

频率合成选台原理见图6-63：图6-63频率合成选台原理图2023-05-2147结论：〔1〕电压合成选台存在两个缺点：①用户需要对每个电视频道进行预调；②随着温度或供调谐用的基准电压的变化，本振频率会出现漂移，调谐的稳定性变差，必须增加AFC电路来抑制频率漂移。〔2〕频率合成选台完全克服了上述缺点：①对所有电视频道都不需要预调；②由于晶振做基准频率，克服了频率漂移和跑台等缺点。频率合成选台比电压合成选台电路复杂一些，但在集成电路如此兴旺的今天这谈6.5.3

数字处理电视机的主控系统20虽2虽3-05-然2148I2C总线I2C总线的特点·

彩色电视机中常见的控制总线是I2C总线，它是由串行数

据线和串行时钟线构成的串行总线结构，在CPU与集成电

路之间以及集成电路与集成电路之间进行数据的双向传递。·

特点：①只需两根SDA、SCL线进行控制；

②每个挂接在总线上的集成电路或模块都有唯一地址，以软件控制存取；③经常存在主从关系；④多重主控能力；⑤串行8位双向传送；⑥连接到I2C总线上的集成电路的数量，仅受总线电容的限制。6.5.3

数字处理电视机的主控系统2023-05-21496.5.3

数字处理电视机的主控系统·SDA与SCL都是双向I/O线，通过上拉电阻接+VDD，当总线空闲时，两根线都是高电平，连到总线的器件的输出级必须是集电极等具有“线与〞的功能，也就是说当该集成电路准备发送数据时，把集成电极电压拉低，从而使与之相连的数据线电压降低，占据数据线发送数据。图6-64是一使用MOS器件的I2C总线的连接关系图。图6-64

I2C总线控制器件与I2C总线连接关系2023-05-2150(2)I2C总线的数据传输1) 在数据传输中，SDA线上的数据，在时钟为高电平时必须稳定，数据线上的高、低电平状态只能在SCL线为低电平时才可变换，否那么数据被判无效。图6-65说明了数据在I2C总线上的有效传输。6.5.3

数字处理电视机的主控系统图6-65数据在I2C总线上的有效传输2023-05-21512)I2C总线的开始和结束条件·

开始条件：SCL线为高电平，SDA线由高电平转至低电平。·

停止条件：SCL线为高电平，SDA线由低电平转至高电平。·

I2C总线开始和停止条件如图6-66所示：6.5.3

数字处理电视机的主控系统图6-66

I2C总线数据传送的开始和停止条件2023-05-21523)数据传送时要附上确认位脉冲。

I2C总线确实认如图6-67所示：6.5.3

数字处理电视机的主控系统图6-67

I2C总线数据传送确实认关系2023-05-21534)I2C总线数据完整的传输格式如图6-68所示：6.5.3

数字处理电视机的主控系统图6-68

I2C总线一个完整的数据的传送格式2023-05-2154(3)I2C总线的仲裁过程和时钟同步1)时钟同步如果总线由于多路主控制器同时占用而它需要仲裁时，在总线上就需要一个统一的时钟信号。总线的时钟同步是利用SCL线上的“线与〞和双向传输特性来实现。6.5.3

数字处理电视机的主控系统2023-05-2155图6-69仲裁过程中的时钟同步6.5.3

数字处理电视机的主控系统·

图6-69是两个主控器在总线仲裁过程中的时钟同步例如：2023-05-21562)总线仲裁·当多个主控制器企图同时占用总线时，根据I2C总线的规约它们之间会有一个仲裁过程。·仲裁原理：在总线的仲裁过程中，当有其他主控器在传送低电平时，发送高电平的主控器将会发现此时数据线的电平与其输出电平不一致，因此被裁决失去总线的主控权，并立即关闭其数据输出。·

图6-70说明了两个主控器的仲裁过程，它也适用于更多个主控器的情况，这取决于接入总线的主控器的数量。6.5.3

数字处理电视机的主控系统2023-05-21576.5.3

数字处理电视机的主控系统图6-70两个主控器的仲裁过程2023-05-21583)利用时钟同步做握手信号·

在字节级上，一些电路可能有能力高速接收数据字节，但却需要更多的时钟来存储接收到的字节或为下一将被传送的字节做准备。在一个典型的信号握手中，被控制器在完成一个数据字节的接收和应答后，可以通过将SCL线保持为低电平，使主控器进入等待状态，直到被控制器为下一字节的传输做好准备。6.5.3

数字处理电视机的主控系统2023-05-2159·

闪烁原因：隔行扫描使电视图像产生行间闪烁效应、并行现象和行蠕动现象，电视的场频50Hz会引起大面积的闪烁，这些现象引起人眼的疲劳，降低图像的清晰度。·

消除方法：采用逐行扫描和倍场频显示