电视系统的建模与仿真可编辑1.docx
- 文档编号:10492002
- 上传时间:2023-02-14
- 格式:DOCX
- 页数:29
- 大小:101.11KB
电视系统的建模与仿真可编辑1.docx
《电视系统的建模与仿真可编辑1.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电视系统的建模与仿真可编辑1.docx(29页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
电视系统的建模与仿真可编辑1
电视系统的建模与仿真
摘要
本文的预期目标是分析电视的基本原理,分析电视系统的结构组成以及各部分结构的特点,后期对电视系统进行建模并仿真。
电视的基本原理分析主要包括电视机的电路组成框图、彩色与黑白电视机有较大差别的部分电路、电视广播及接收原理、彩色电视色度学基础、彩色电视编码原理等部分;电视系统的结构组成及各部分结构的特点分析主要包括公共信道、伴音通道、亮度通道、色度通道、副载波恢复电路、扫描电路、开关式稳压电源、红外线遥控电路等部分;电视系统的建模与仿真是此论文的重点与难点,电视系统编码器的建模主要包括RGB信号发生器建模、亮度信号通道建模、色度信号通道建模、全电视信号建模;电视信号的仿真主要包括RGB信号产生模块仿真、亮度信号编码通道仿真、色度信号编码通道仿真、全电视信号的仿真。
分析电视机的基本原理和各部分的特点都是建立在理论分析的基础上,而通过Matlab仿真软件来构建电视系统模型,能够动态仿真电视系统各主要环节的电视信号波形,更加直观明了。
关键词电视系统模型,Matlab,电视信号波形
Abstract
Thispaperistoanalyzethetelevisiontargetthebasicprinciplesofstructureandcompositionoftelevisionsystemsandthestructuralcharacteristicsofthelatemodelonthetelevisionsystemandsimulation.ThebasicprincipleoftelevisionincludingtheTVcircuitdiagram,colorandblackandwhiteTVsetsareverydifferentpartofthecircuit,televisionbroadcastingandreceptiontheory,basedoncolorimetryofcolorTV,colorTVcodingtheoryandotherparts;TVSystemstructureandcompositionanalysisofthecharacteristicsandthemainpartofthestructure,includingcommonchannel,audiochannels,theluminancechannel,colorchannel,subcarrierrecoverycircuit,scancircuits,switchmodepowersupply,infraredremotecontrolcircuit,etc;TVModelingandsimulationisthefocusofthispaperandthedifficultiesofmodelingTVsystemincludingtheencoderRGBsignalgeneratormodeling,modelingoftheluminancesignalchannel,chromasignalchannelmodeling,modelingofthewholetelevisionsignal;televisionsignalsimulationincludesRGBsignalgenerationmodulesimulation,simulationoftheluminancesignalchannelcoding,channelcodingchromasignalsimulation,simulationofalltelevisionsignals.ThebasicprincipleoftheTVandthecharacteristicsofeachpartareestablishedonthebasisoftheoreticalanalysis,andthroughtheMatlabsimulationsoftwaretobuildtelevisionsystemmodel,dynamicsimulationtelevisionsystemtothemajorcomponentsofthetelevisionsignalwaveform,andmoreintuitivetounderstand.
KeyWordsTVSystemModel,Matlab,TelevisionSignalWave目录
摘要I
AbstractII
第1章绪论1
第2章电视机的基本原理2
2.1电视机的电路组成框图2
2.2彩色与黑白电视机有较大差别的部分电路3
2.3电视广播及接收原理3
2.3.1图像的光电转换3
2.3.2图像的电光转换4
2.3.3电子扫描4
2.4彩色电视色度学基础5
2.4.1可见光与彩色三要素5
2.4.2三基色原理5
2.4.3彩色电视的标准彩条5
2.4.5全射频电视信号频谱6
第3章电视系统各部分结构组成及特点7
3.1公共通道7
3.1.1高频头7
3.1.2中频通道8
3.2伴音通道10
3.2.1伴音通道的组成和特点10
3.2.2伴音通道主要电路介绍11
3.3亮度通道14
3.3.1亮度通道的组成与特点14
3.4色度通道16
3.4.1色度通道的组成与特点16
3.5副载波恢复电路18
3.5.1副载波恢复电路的组成与作用18
3.6扫描电路18
3.6.1扫描电路的组成与特点18
3.6开关式稳压电源20
3.6.1开关式稳压电源的作用与特点20
3.7红外线遥控电路20
3.7.1红外线遥控电路的组成20
第4章电视系统建模与电视信号仿真22
4.1电视系统编码器建模22
4.1.1RGB信号发生器的建模22
4.1.2亮度信号通道建模23
4.1.3色度信号通道建模23
4.1.4全电视信号25
4.2电视信号仿真26
4.2.1RGB信号产生模块仿真26
4.2.2亮度信号编码通道仿真27
4.2.3色度信号编码通道仿真27
4.2.4全电视信号的仿真30
结论31
致谢32
参考文献33
第1章绪论
电视是大众传媒的主要载体,它声像并茂、色彩兼备,远距离传送,不受文化、年龄的限制,面向社会,深入家庭,成为最具活力的大众传播工具。
她兼容了电影、戏剧、雕塑、音乐、绘画、建筑、舞蹈、文学等各类空间艺术形式和时间艺术之所长,通过电子编辑手段对各门艺术进行再加工、再创造,具有灵活性和综合性。
电视已形成了独特点“电视文化”,在某种程度上改变了人们思想观念和生活方式。
人们通过电视。
可以得到与世界、与社会的某种联系,可以得到新的信息、新的知识,队根本不可能亲历的事件可以目睹,对终身难以涉足的异域可以一览无余。
学习电视系统各部分的组成及工作原理,不仅是从事电视、通信等相关领域的专业技术人员所必须掌握的,而且对于非专业人员来说,通过对它的学习,也可以对电视有更为全面的了解。
目前在国际仿真领域具有相当权重的软件是MATLAB,此软件在信号系统、通信、控制、智能、电路仿真应用方面功能强大。
利用MATLAB仿真软件对电视系统各主要部分建立仿真模型能够对电视系统内部工作动态过程有个形象化、直观化的了解。
第2章电视机的基本原理
2.1电视机的电路组成框图
图2.1黑白电视机的基本电路方框图图2.2彩色电视机的基本电路方框图
2.2彩色与黑白电视机有较大差别的部分电路
彩色电视机与黑白电视机作用相同但要求更高、形式有所不同的电路部分主要有:
1.高频调谐部分
彩色电视机中多采用U/V一体化电子调谐器。
2.显像管及末级视放部分
采用彩色显像管,末级视放电路有所不同,高压的要求也更高。
3.稳压电源部分
彩色电视机都采用开关稳压电源。
4.视频放大部分
黑白电视机的视放部分,在彩色电视机中由彩色解码器替代。
2.3电视广播及接收原理
2.3.1图像的光电转换
图2.3电视图像光电转换系统简图
2.3.2图像的电光转换
图2.4等亮度光栅图2.5低电平重现高亮度图像
2.3.3电子扫描
图2.6逐行扫描和帧逆程扫描
正程:
传送图像内容。
逆程:
不传送图像内容(需消隐掉)。
逐行扫描:
电视信号所占频带太宽,可容纳的电视台数目减少。
隔行扫描:
分成奇数场和偶数场,两个场镶嵌在一起。
优点是降低频带。
2.4彩色电视色度学基础
2.4.1可见光与彩色三要素
可见光本质上是电磁波,不过,只有当电磁波的波长在380nm~780nm的范围时人眼才能感觉得到。
人眼的彩色感依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。
对中间的波长(大约为555nm的黄绿色),人眼的敏感程度最高。
在可见光波长的两端,人眼的亮度敏感程度逐渐下降到接近于零。
要唯一地确定一个彩色,需要确定三个量:
即亮度、色调和色饱和度(简称饱和度)。
2.4.2三基色原理
人们在实践中发现,自然界绝大多数颜色都可以由三种基色光按不同的比例混合得到.反之,任意一种彩色都可以分解为三种基色。
如果把束太阳光投射到三棱镜上,由于不同波长折射率不同,太阳光便被分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的彩色带。
这说明太阳光是由多种不同波长成分的光复合而成的。
给人的综合颜色是白光在彩色电视系统中.比较恰当的是在红色、绿色和蓝色光谱区域内选择三个基色,这是因为人眼的三种色敏细胞分别对红光、绿光和蓝光最敏感,由它们配得的颜色也较广。
通过混色实验,可以得到如下的基本混色式:
红+绿黄红+蓝品红绿+蓝青红+绿+蓝白
2.4.3彩色电视的标准彩条
在彩色电视机中呈现出八条竖条,它们依次是:
白?
黄?
青?
绿?
品?
红?
蓝?
黑。
共有两条非彩色条,三条基色条,三条补色条。
如下图
图2.7标准彩条
2.4.5全射频电视信号频谱
全射频电视信号包括已调高频图像信号和已调高频伴音信号,两者在频谱上相互错开以免干扰,高频图像信号采用残留边带传送方式,其带宽为7.25MHz,高频伴音信号采用调频方式传送,伴音载频fs比图像载频fp高6.5MHz,带宽为0.5MHz,色度信号副载波fsc比图像载频高4.43MHz,带宽为2.6MHz,其频谱与亮度信号频谱相互错开。
我国电视标准规定,每个电视频道的带宽为8MHz。
全射频电视信号的频谱如图2.8所示。
图2.8全电视信号频谱
第3章电视系统各部分结构组成及特点
3.1公共通道
图3.1公共通道的组成
3.1.1高频头
(1)定义:
高频调谐器,是指既能接收甚高频信号又能接收特高频信号的调谐器。
由于它所处理的信号频率很高,所以为了防止外界干扰,通常将它独立装置在屏蔽良好的金属盒子里,由引脚与外电路连接。
(2)作用:
①选择所需的高频电视信号,同时抑制其它干扰信号。
②将微弱的高频电视信号进行高增益、低噪声的放大,以满足混频器对信号幅度的要求,同时也提高了整机的“信噪比”和“灵敏度”
③通过混频器的非线性变换作用,将某一频道的本机振荡信号与对应该频道的高频图像载波频率和高频伴音载波频率差频,得到固定的中频图像载波频率和中频伴音载波频率。
我国的国标规定:
中频图像载频为38MHz,中频伴音载频为31.5MHz,中频色度信号的载频为33.57MHz。
3.1.2中频通道
(1)中频通道的组成及作用
高频调谐器将各个不同频道电视信号差频为中频信号(图像中频为38MHz,第一伴音中频为31.5MHz)后,通过特性阻抗为75Ω的同轴电缆馈至图像中频通道。
图像中频通道包括滤波器、中频放大器、视频检波器、自动增益控制(AGC)电路、自动消噪电路(ANC)、预视放等几部分。
(2)中频通道组成方框图
图3.2中频通道组成方框图
(3)中频通道的性能要求
①足够的放大增益
图像中频通道的增益是由接收机的整机灵敏度和显像管对调制电压的要求决定的。
一般要求显像管视频调制信号峰峰值为30~80V,其值与屏幕大小、偏转角度等有关。
根据国际规定,乙级机的极限灵敏度在75Ω输入时应小于100μV。
假设显像管调制电压的峰峰值为50V,则整机增益为50/100μV5×105倍,即114dB左右。
通常图像中频通道的增益占整机增益的60%,它对整机灵敏度起决定性作用,一般一级中频放大器的增益为20~30dB,因此图像中频通道通常由三级或四级中频放大器组成。
②特殊的频幅特性
中频放大器幅频特性是表征中频放大器对不同频率分量信号放大能力的重要特性。
电视机整机频率特性主要由中频放大器的幅频特性决定。
中频放大器通道(包括中频滤波及中频放大器)应具有的幅频特性曲线有宽带型和窄带型。
?
③足够大的自动增益控制范围
由于天线上接收到的射频电视信号的强度要从几十uV到几十mV之间变化,对于变化如此大的信号,如果中放增益固定不变,就容易使晶体管放大器产生阻塞,或者中放末级由于信号过强而产生图像失真和同步信号受到压缩,从而影响电视机的正常工作。
为此,必须设法使信号增强时,中放的增益也相应地自动下降,保持视频检波输出不变,这就是自动增益控制功能。
为保证良好的信噪比和灵敏度的要求,通常自动增益作用于中放第一、二级及高放级,一般要求AGC的控制范围大于等于40dB。
(4)中频滤波器
中频滤波器主要用来衰减本频道的伴音中频、相邻低频道的伴音中频和相邻高频道的图像中频,以便抑制它们对图像信号的干扰。
电视机中常用的中频滤波器有两种电路形式:
一种是由RLC网络组成的带通滤波器;另一种是由声表面波滤波器组成的带通滤波器。
?
(5)中频放大器
中频放大器是电视机总增益的主要提供电路。
要达到增益高、频带宽和选择性好的要求,中频放大器应由三级单调谐或双调谐放大器组成。
其总增益分贝数等于各级增益的分贝数相加。
单调谐回路是单峰曲线,双调谐回路一般为双峰曲线,中频放大器的总频率特性曲线就是各级放大电路频率特性曲线的合成。
?
(6)同步检波器
在集成化的图像中频通道中,普遍采用了具有低电平线性检波、差拍干扰小、增益高等优点的同步检波器。
同步检波器又称为双平衡模拟乘法检波器。
(7)视频检波输出电路
视频检波输出电路又称为预视放电路。
前面已经谈到,视频输出电路除要完成分离0~6MHz视频信号送给视频通道和6.5MHz第二伴音中频信号送往伴音通道外,同时还要送出自动增益控制和同步分离信号。
因此要求它具备较强的负载能力和电路隔离作用。
?
(8)AGC控制基本原理AGC的控制目的是减小放大器增益,而这种控制作用是通过用AGC电
压改变三极管的静态Ie,即改变放大器工作点来实现的。
于是就有两种控制方式:
利用增加UAGC(Ie)来减小增益的方式叫做正向AGC;利用减少UAGC(Ie)来减小增益的方式叫做反向AGC。
无论是分立元件还是集成电路,AGC电路的基本组成框图是相同的,如图3.3所示。
图3.3AGC功能方框图
。
3.2伴音通道
3.2.1伴音通道的组成和特点
电视接收机的伴音通道是指从产生出6.5MHz的第二伴音中频信号开始,一直到扬声器发出声音为止的这一部分电路。
它的功能是将第二伴音中频信号加以放大,限幅,抑制寄生调幅后“解调出”伴音低频信号(又称音频信号),再经低频电压放大和功率放大,得到足够的音频功率,推动扬声器还原成电视伴音。
其电路框图如图3.5所示。
从图中
可见,伴音电路是由伴音中频滤波器(带通滤波器)、中放限幅放大器、鉴频器、前置放大器、音量控制、功率放大器等电路组成。
通常把伴音中频放大器、鉴频器和电子音量衰减器做在一块集成电路中或与图像中频电路集成在一起。
在大屏幕彩色电视机中采用准分离方式实现了图像和伴音的分离,这不仅减小了伴音对图像的干扰,提高了图像的质量,也减小了图像对伴音的干扰。
在伴音信号处理电路中伴音中频信号可以不受衰减,使伴音通道具有较高的灵敏度和信噪比。
大屏幕彩电中具有双伴音/立体声、丽音接收、数字环绕声、卡拉OK等功能。
图3.5伴音通道电路的基本组成
3.2.2伴音通道主要电路介绍
(1)伴音分离电路
电视机中通常是采用陶瓷滤波器构成的带通滤波器来抑制视频信号,取出6.5MHz的伴音中频信号的。
图3.6功率放大电路
(2)伴音中放及限幅电路
在公共通道的中频放大器中,为了减小伴音对图像的干扰,在放大图像中频信号时,对伴音中频信号进行了压缩,这样由预视放输出的中频信号幅度不能满足要求。
为此,由伴音中放电路先进行足够的放大。
(3)伴音鉴频电路
①差分峰值鉴频器
差分峰值鉴频器原理电路如图3.7所示,一部分是1脚和2脚之间外接的线性电抗变换网络L1、C1、C2,第二部分由V1、V2构成的差动峰值检波器。
C3、C4为峰值检波电容,V3、V4的输入回路电阻构成峰值检波器的负载电阻。
鉴频输出取自于T4的集电极。
差分峰值检波是利用射随器V1、V2的发射结和负载电容C3、C4分别进行峰值检波,然后由差分放大器V3、V4将检波输出进行叠加,从而实现调频检波。
鉴频过程如下:
a.调频波(伴音中频输入信号)变为调频调幅波
在线性变换网络输入端加入频率可变的伴音中频信号。
当输入信号的频率f等于fs(L1、C1、C2构成的串联谐振频率)时,L1、C1、C2串联电路发生谐振,阻抗最小,电压u1最小,在fs处出现一个谷点。
C2上的电压u2最大,u2曲线在ffs处出现一个峰点。
当fsffp(fp为L1、C1构成的并联谐振频率),L1、C1关联电路呈感性,整个电路也呈感性。
随着f的增加,u1逐渐升高,u2逐渐减小。
当ffp时,L1、C1发生并联谐振,这时u1最大,u1曲线出现一个峰点。
而u2降到最小值,曲线出现一个谷点。
图3.7差分峰值鉴频电路
由以上分析可知:
L1、C1和C2组成的线性网络中,u1、u2的大小与输入信号的频率f的关系,在fs~fp之间时,u1与u2幅频特性曲线的斜率是相反的,即u1、u2是幅度随f而变的调幅-调频波。
b.峰值检波过程
伴音中频调频信号经线性网络,变换成调幅-调频波u1、u2分别加于V1、V2的基极。
当伴音中频信号为正半周时,通过V1、V2发射结分别给C3、C4充电,C3、C4上的电压很快达到峰值。
信号过峰值后,幅度降低,电容C3、C4分别经V3、V4的输入回路放电。
由于恒流源阻抗很高,放电很慢。
电容C3、C4上保持着输入信号的峰值电压。
这样就检出了音频信号电压,即调幅-调频
信号的包络线。
电容C3、C4上极性相反的峰值电压u1、u2,加于差动放大器V3、V4的输入端,在T4的集电极得到一个还原的音频信号电压uu1-u2,送至音频放大电路。
音频输出电压u与f的关系如图3.8的S形曲线。
图3.8音频输出电压u与fS形曲线
②S形鉴频特性曲线
S形鉴频特性曲线是鉴频器的主要性能指标之一,是用频率特性测试仪进行测试和调整的,对它的性能要求主要有这几方面:
首先S形曲线应过中心频率6.5MHz,且波形上下对称。
如果曲线的中心频率不过6.5MHz,这是由于LC网络的谐振频率偏离引起的,它将导致音量减小、失真、以致无声,应调L的磁芯,使S形曲线中点过6.5MHz。
其次要有足够的频带宽度。
线性区间的带宽应大于200KHz,一般取250KHz。
频带过窄,将会失去部分高音和低音。
再要线性良好。
S形曲线在带宽范围内应该线性良好,否则将使伴音音质失真。
图3.9鉴频特性曲线
(4)正交鉴频电路
伴音鉴频系统的方框图如图3.10所示,它由正交鉴频器和移相电路组成。
正交鉴频器是一个双差分鉴相器,它和中放系统的AFT电路相似,有两路输入信号。
其中一路取自末级限幅中放的输出;另一路信号则由此信号经移相后取得。
对于6.5MHz伴音中频,这两路信号相差900,故此鉴频方法称为正交鉴频。
鉴频的基本原理是利用移相电路将调频信号的频率变化变换成相应的相位变化,然后利用双差分鉴相器将相位的变化变换成调频前调制信号的相应幅度变化,从而检出所需要的音频信号。
移相移与频率成直线关系其相频特性曲线如图3.11(b)所示。
图3.10音鉴频电路方框图
图3.11(b)鉴频移相电路相频特性
3.3亮度通道
3.3.1亮度通道的组成与特点
(1)亮度通道电路组成框图
图3.12亮度通道电路组成框图
(2)副载波吸收电路
彩色全电视信号由亮度信号Y和色度信号F组成,色度信号调制在4.43MHz的副载波上,以频谱交错方式插入到亮度信号频带的高频端。
为防止色度信号进入亮度通道,必须在亮度通道的前端设置一个4.43MHz彩色副载波吸收电路,以减小色度信号对屏幕图像构成的网状干扰。
一般普通彩电常采用LC串联谐振电路进行陷波,也有的采用桥T型陷波电路进行陷波,如图3.13所示。
图3.13载波吸收电路输入输出波形
(3)图像轮廓校正电路
在电视传送的图像中,常包含从白变黑或从黑变白的亮度突变部分,如图3.14(a)中二白一黑的竖条图像,其波形是个矩形脉冲波。
在彩色电视机的亮度通道中,由于加接了色度吸收回路,高频特性变差,输出波形如图3.14(b)所示,前沿和后沿都较倾斜,于是图像的黑白交界处就出现了过渡区,黑白分界不清,降低了清晰度。
轮廓校正电路能使图3.14(b)所示波形的前沿和后沿出现下冲和上冲,如图3.14(c)所示。
图3.14勾边原理
(4)直流分量恢复电路
图3.15是一种典型的直流分量恢复电路。
它主要的作用是使经C304交流耦合后的亮度信号中的消隐电平重新一致,消隐电平重新一致也就是恢复了直流分量。
?
图3.15直流分量恢复电路
(5)亮度信号延时电路
设某20英寸彩色电视机中的亮度信号超前色度信号0.6μs,若亮度通道未接入延时网络,那么荧光屏上呈现的景物轮廓和相应的彩色就不重合,形成所谓色彩镶边,如图3.16所示。
图3.16两通道延时差形成
3.4色度通道
3.4.1色度通道的组成与特点
(1)色度通道组成方框图
图3.17色度通道组成方框
PAL制彩色电视机中的色度通道包括带通放大器、自动色度控制电路(ACC电路)、色同步信号分离电路、自动消色电路(ACK电路)、延时解调电路、副载波恢复电路、同步检波器和G-Y矩阵电路等,如图3.17所示。
?
(2)色度带通放大器
色度带通放大器的作用是从彩色全电视信号中分离出色度信号(包括色同步信号),并将其放大到延时解调电路所要求的电平。
由于色度信号在彩色全电视信号所占据的6MHz频带中仅占有以4.43MHz为中心的2.6MH
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电视 系统 建模 仿真 编辑