彩色CVBS信號的成像仿真與液晶顯示電路設計

楊煥崢，丁幫俊，崔業(yè)梅，吳建軍

YANG Huan-zheng1,2，DING Bang-jun1,2，CUI Ye-mei2，WU Jian-jun1,2

（1.江蘇省無線傳感系統(tǒng)應用工程技術開發(fā)中心，無錫 214153；2.無錫商業(yè)職業(yè)技術學院 物聯網技術學院，無錫 214153）

0 引言

在科研及生產過程中，人們經常會涉及到液晶電視技術的研究，其中，對彩色全電視信號的研究成了重要的問題，到目前為止，人們并沒有一種方便、直觀的手段體現彩色全電視信號的組成，如何產生，如何接收該信號，不容易研究清楚彩色全電視信號的本質，對深入研究液晶電視成像顯示技術帶來了困難，本文借助Matlab軟件，分析、研究了彩色全電視信號的特點，以及采用什么樣的電路來顯示該信號，有一定的獨創(chuàng)性和新穎性，能夠為科研及生產帶來一定的借鑒作用。

1 PAL彩色CVBS信號Matlab仿真

1.1 Matlab中不同占空比脈沖合成R、G、B信號

一般而言，在一行彩色全電視信號64us周期中，52us的圖像信號分成8個彩條，分別是白、黃、青、綠、紫、紅、藍、黑，每個彩條6.5us。在Matlab軟件的Simulink組件中，可以采用Pulse1-Pulse7七個脈沖模塊來模擬出8個彩條信號，脈沖模塊輸出的脈沖幅度都為1，周期都為64us，脈沖占空比依次為71.09375%，60.9376%，50.78125%，40.628%，30.46875%，20.3125%，10.15625%，相位延時都為0，通過脈沖波形的相減與疊加計算，合成對應的R、G、B信號[1]。

1.2 亮度信號（Y）和色差信號（R-Y，B-Y）的產生

電視系統(tǒng)中亮度信號（Y）和紅、藍色差的信號（B-Y，R-Y）可以拿公式表示如下：

Y為亮度信號，它的幅度值范圍在消隱電平0V到視頻幅度峰值電平700mV之間。在Matlab中通過增益器對R、G、B信號進行系數相乘，用加、減法器進行Y、R-Y、B-Y信號的合成來實現[2]。

1.3 Y、R-Y、B-Y處理產生Y、U、V信號

PAL制電視信號就是在正交平衡調幅制的基礎上加上一個(逐行倒相)措施,所以稱為逐行倒相正交平衡調幅制。在兩個色差信號R-Y、B-Y進行平衡調幅前，在幅度上按百分比進行了一定的壓縮，從而形成U信號和V信號，用公式表示為：

根據電視技術大面積的著色原理，人的眼睛對于黑白顏色的圖象細節(jié)能夠有比較高的顯示分辨力，故此中國電視的制式規(guī)定了色度U、V信號的頻帶寬度需要限制在1.3MHz內，對于彩色圖象的細節(jié)分辨力則較低，保留了亮度Y信號0-6MHz的帶寬，因此可以用兩個低通濾波器(lowpassfilter)對兩個色差R-Y、B-Y信號進行濾波，便于信號頻譜上交錯，能夠達到亮度信號與色度信號都在同一個頻道之內傳輸的目的。在Matlab中，亮度信號Y通過一個延時電路，R-Y，B-Y通過0.877,0.493的增益器后，再經低通濾波器濾波，模擬出實際的Y，U，V信號[3]，如圖1所示。

圖1 Y、R-Y、B-Y處理產生Y、U、V信號

1.4 逐行倒相正交平衡調幅

將色差信號U和正弦sinwct該信號一起送到平衡調幅器里，通過這平衡調幅的電路之后可以輸出已調的色差FU信號和色同步信號Fbu分量。該色差信號V和余弦coswct信號一起送入平衡調幅器內，經過平衡調幅電路會產生已調色差FV信號與色同步信號Fbv的分量，Fbu與Fbv分量形成色同步Fb信號，該兩信號FU、FV的頻率是相等的，在相位上有90度差異，如下：

緊接著對FV信號要進行逐行倒相操作，然后與FU信號一起正交相加操作，即PAL制，F=FU+FV=Usinwct±Vcoswct，F稱之為色度信號：

圖2 逐行倒相正交平衡調幅過程

1.5 Y+A+S信號

然后可以通過將兩個脈沖相減，再通過增益器進行幅度處理得到消隱信號，再和一個經過增益器進行幅度處理的同步脈沖相疊加，得到A+S信號，再加上亮度信號Y，得到Y+A+S信號。

1.6 彩色CVBS的信號

最后，把亮度信號(Y)，色度信號(F)，消隱信號(A)，色同步信號(Fh)，同步信號一起經過混合電路相混合之后輸出一個彩色全電視信號CVBS，如圖3，整體波形在階梯性上略微有點欠缺，其它形狀都很清楚，總體效果很好。

圖3 模擬的彩色全電視信號，橫坐標時間,單位(us)

2 PAL彩色CVBS信號顯示電路設計

2.1 TFT液晶顯示驅動芯片MST718BU

PAL制彩色全電視信號的TFT液晶顯示電路可以采用MSTAR公司MST718BU顯示驅動芯片來驅動TFT液晶顯示屏，該芯片是一塊超大規(guī)模液晶電視專用集成塊。內部主要的模塊電路有：CPU、視頻信號切換開關、色度信號解調和亮度信號處理、A/D變換、變頻處理、幀存儲器和上屏信號形成等電路。

2.2 MST718BU顯示芯片外圍電路

在使用MST718BU顯示芯片時，要進行外圍電路的考慮，當模擬視頻信號輸入的時候要考慮對地阻抗匹配操作，輸入信號要先經過一個120R大小的磁珠，靠這能隔離高頻的噪聲，緊接著需35Ω輸入阻抗和75Ω對地阻抗匹配，接近芯片那端放置47nF的陶瓷電容進行耦合輸入。對CVBS這信號，也需要執(zhí)行輸入的阻抗和對地阻抗匹配操作，典型取值是75Ω或62Ω，耦合電容可以使用0.1μF的陶瓷電容。例如VGA R+、G+、B+信號進來，通過該電路后能夠產生RIN+、RIN-、GIN+、GIN-、BIN+、BIN-、SOG信號[6]，具體電路如圖4所示。

圖4 MST718BU顯示芯片外圍電路

2.3 MST718BU顯示芯片電路

圖5 MST718BU顯示芯片部分電路

將紅、綠、藍三基色信號(RIN+、RIN-、GIN+、GIN-、BIN+、BIN-)、行、場同步信號(HS_RGB、VS_RGB)和綠同步信號(SOG)通過MST718BU芯片處理后能輸出DRA7-0、DGA7-0、DBA7-0三組數字信號，以及TFT屏控制信號，然后送入TFT液晶顯示屏接口，驅動液晶屏顯示，如圖5所示。

1)電源的電路

MST718BU芯片有三種互不相同的輸入電壓值電源引腳，各個電壓依次為5V、3.3V與2.5V，這些電壓給芯片內部各個模塊進行供電。這些電壓是通過不受待機影響的5V電源來提供，這樣可以保證芯片在待機時，程序能正常執(zhí)行，來響應外部給的重啟指令。

2)振蕩器的輸入電路

外部的12 MHz晶振信號經過XTALIN和XTALOUT這兩引腳進入。在MST718BU芯片內部，一切用到的基準頻率都是來自于外部12MHz晶振信號的分頻。連接該晶振的兩個電容能使得晶振穩(wěn)定振蕩起來，保障晶振頻率的可靠，需連兩個22pF電容。

3)復位的電路

MST718BU芯片有5個引腳是復位腳，這里面FB1引腳(第42)和FB2引腳(第39)是外部的復位腳。在一般情況下面，該兩個引腳是需要短接起來的，而且需要連到1.2V的電壓上面。MST718BU芯片的Reset引腳(第72)、Power_on_RStn引腳(第68)和Powergood引腳(第44)是內部復位引腳，這些腳通過內部發(fā)生的復位信號給芯片里的其它模塊復位。

4）串行的閃存電路連接方式

MST718BU該解碼芯片需要執(zhí)行的程序會被寫入進外接串行閃存PS25LV020芯片內。PS25LV020具有256KB儲存空間，MST718BU是通過一個四位串行總線(SCK引腳52、SDI引腳53、SDO引腳54、CSN引腳55)與PS25LV020(SPI_CK、SPI_DI、SPI_DO、SPI_CZ引腳)進行數據讀取的。

3 測試情況

測試時，可以采用致茂電子CHROMA公司22293型視頻信號圖形發(fā)生器，該設備能夠提供TV、HDTV、Analog RGB、DVI與HDMI信號以及類比聲音信號輸出，可以采用該設備產生水平方向8色100% Color Bar，于畫面中不斷地更替顏色，用來測試TV對顏色變化的響應速度，如圖6所示。

圖6 視頻發(fā)生器設置界面和8色彩條信號

圖7 示波器顯示的彩色全電視信號和色度信號波形

在TFT液晶顯示器正確顯示彩條信號的情況下，對MST718BU顯示芯片的電路信號波形進行了測試，發(fā)現包括輸入信號波形在內，VGA中R、G、B、H、V；Y、PB、PR；CVBS；Y、C的各種波形都較清楚，效果良好，該模型用于科研和生產能夠取得較好效果，輸入彩色全電視信號的波形以及色度信號波形測試如圖7所示。

4 結束語

本文借助Matlab軟件，分析、研究了彩色全電視信號的特點，具體涉及到了R、G、B信號的產生，亮度信號（Y）和色差信號（R-Y，B-Y）的產生，通過Y、R-Y、B-Y處理生成Y、U、V信號，利用逐行倒相正交平衡調幅產生PAL制電視信號，效果明顯，然后采用MST718BU液晶顯示電路來顯示該信號，并對電路的各個測試點信號進行了測試，效果較好，有一定的獨創(chuàng)性和新穎性，能夠為科研和生產提供借鑒作用。

[1]徐巖,李彥,李桂苓.三種寬色域視頻信號兼容傳輸處理方案[J].電視技術,2011：59-62.

[2]張堃.NTSC/PAL/SECAM制式的模擬電視數字解碼研究與設計[D].成都：電子科技大學,2009.

[3]戴建華,丁幫俊,童建華.基于Matlab彩色全電視信號PAL制編碼的建立與實現[J].寧波職業(yè)技術學院學報,2012：14-16.

[4]Pixelworks,Inc.P/N001-0033-01Rev G PW181Im age Processor M ultim edia Display Controller with Advanced Video Processing.Product Specification.

[5]ITAKURA T,MINAMIZAKI H,SAITO T,et al.A402-output TFT-LCD driver IC with power control based on the number of colors selected.IEEE Journal of Solid State Circuits .2003.

[6]李雄杰.電視技術[M].北京：機械工業(yè)出版社,2012：103-112.