第4章监视器.ppt

应用电视技术,第4章 监视器,4.1 黑白监视器 4.2 彩色监视器 4.3 监视器与电视机的区别 4.4 彩色监视器的主要技术指标,4.1 黑白监视器,黑白监视器是以显像管为核心设计的。显像管是实现电光转换的器件，它将时间上连续变化的电视信号转变为可视的二维光学图像。监视器性能的提高以及结构型态的变化，都是与显像管制造技术的进步紧密相关的。,4.1.1 显像管的结构、工作原理及特性 1.显像管的基本结构 图41给出了显像管的基本结构。显像管由电子枪、荧光屏和玻璃壳体三部分组成。电子枪是由灯丝，阴极、控制栅极、加速极、聚焦极和阳极组成。其作用是发射电子并使其加速、聚焦、形成细小的电子束。通过聚焦极电压的控制，调整电子束的焦点，使其准确地落在荧光屏上。阳极由阳极圆筒和玻壳锥体内壁的石墨导电层构成，通过高压咀供给十几千伏的高压，使电子束加速，获得足够的能量，去轰击荧光屏，使其发光。,图41 显像管的基本结构,电子枪对电子束的作用如同一组光学透镜对光线的作用一样，因此称之为电子光学系统。荧光屏由面板玻璃内壁上镀覆的荧光膜构成，荧光膜受电子束的轰击而发光，它的发光强度与电子束的能量成正比，与电子束的强度成正比。构成荧光膜的材料(荧光粉)主要是硫化锌和硫化镉的混合物，它们的混合比决定了受电子束轰击后发光的色调。荧光膜的背面还有一层10m厚的铝膜，它可以提高荧光屏的亮度，防止离子对荧光屏的轰击。,玻璃壳体由管颈，锥体和面板三部分组成。管颈位于尾部，结构细长，内装电子枪。锥体与管颈的接合部外装偏转线圈，偏转线圈内流过锯齿电流形成磁场，改变电子束运动的方向，形成矩形扫描光栅。锥体的顶部是面板玻璃，其内壁为荧光屏。锥体的外壁同内壁一样也涂有石墨导电层，外层接地，内外导电层形成一个电容，作为阳极高压的滤波电容。,2.显像管的基本工作原理 显像管的阴极发射电子，发射电子的数量受到输入图像信号的调制，电子枪将电子束加速、聚焦、高速地轰击荧光屏，使其发出相应强度的光，由于偏转线圈的控制作用，形成矩形图像，这就是显像管的基本工作原理。,3.显像管的特性 显像管与监视器的技术指标直接有关的特性参数有：1)调制特性 通过向阴极或栅极加电压可以对电子束进行调制，前者称为阴调方式，后者称为栅调方式。显然，两种方式所加电压极性相反，通常把栅阴之间的电压称为调制电压，调制电压和电子束电流之间的关系称为显像管的调制特性。典型的调制特性如图42所示。,调制特性不是一条直线，因此调制电压与荧光屏亮度的关系不是线性的。为了校正这个非线性失真，在摄像机的视频处理电路中都设有校正电路。随着调制电压(栅阴负电压值)的增大，电子束电流减小，使电子束电流刚好为零时的调制电压称为截止电压UGK0。截止电压与规定电子束电流值时的调制电压之差称为调制量。对于某一种管型，调制量是有限度的，以避免出现栅流，这个限度就是最大调制量。,图42 显像管的调制特性曲线,2)分辨率 分辨率是指可以分辨电视线数的能力。它与荧光屏的特性和电子束的聚焦性能有关。荧光屏上荧光粉的颗粒越细，电子枪的聚焦性能越好，显像管分辨率越高。通常把电子束得到最佳聚焦状态时的聚焦极电压称为聚焦电压，一般范围为0500V。由于荧光屏不可能为球面，它的中心和边缘部分到偏转中心的距离不相等，尽管在偏转系统中采取了校正措施、也不可能得到完全均匀的聚焦特性。在测量时是以中心部分为准，或分别测量中心和边缘部分的分辨率。要注意，显像管的分辨率与监视器的分辨率不是一个概念。,3)荧光屏的发光亮度 荧光屏的发光亮度与荧光屏本身的电光转换效率有关，也与电子束的强度和能量有关。因此，对荧光屏发光亮度的测量要在规定的调制量和显像管正常工作电压下进行。发光亮度B为单位面积荧光屏在其法线方向上的发光强度。使用与人眼视觉特性一致的照度计即可测量。灰度等级也是一个很重要的性能指标。它反映显像管荧光屏能够分辨亮暗层次的数目。显像管灰度等级越高，显示图像的层次越丰富。同样，发光亮度、灰度等级这些指标直接影响监视器的相应技术指标，但不是一个概念，两者是不能混淆的。,4.1.2 偏转线圈 监视器的偏转系统是由扫描电路、偏转线圈和其他附加元件构成的。这里单把偏转线圈提出来加以说明，是因为作为一个部件对监视器的许多技术指标和电路设计都有重要的关系。偏转系统的作用是实现电子束的偏转，监视器通过扫描和偏转来实现图像的合成(把时间轴连续变化的信号转换为二维图像)。,1.偏转线圈的结构和工作原理 磁偏转的工作原理是，当电子在切割磁力线的方向上运动时，其运转轨迹发生偏移。我们向一个线圈供给电流，这个线圈将产生一个磁场，合理地设计这个线圈的结构，可以形成所需要的磁力线方向，用它来改变通过这个磁场的电子束的方向，就是监视器磁偏转系统的工作原理。图43示出了电子偏转示意图。,图43 电子束磁偏转原理(a)左手定则；(b)水平偏转原理；(c)垂直偏转原理,显像管的偏转线圈有水平(行)偏转和垂直(场)偏转线圈两种。在结构上差异是很大的。行偏转线圈由两个绕组组成，它们呈马鞍型，上、下相对紧紧地贴在玻壳外壁上。它形成一个垂直方向的磁场，对电子束起到水平偏转的作用。场偏转线圈位于行偏转线圈的外部，它是绕在一个铁淦氧磁杯上，两个绕组同样是上、下分布，形成水平方向的磁场，对电子束起到垂直方向偏转的作用。行、场偏转线圈通常是复合在一起构成一个部件。图44为其结构示意图。,图44 偏转线圈组件,2.偏转系统引起扫描光栅的失真和校正 良好的偏转系统应在荧光屏上产生矩形的扫描光栅。由于设计、制造和安装上的缺陷，都会引起光栅的几何失真。常见的有枕形、桶形和梯形等失真现象。显像管的非球面也是造成枕形失真的重要原因。这些都必须校正，校正方法有下面几种：,(1)通过供给偏转线圈的电流波形的变化来校正光栅失真。(2)通过偏转线圈结构的设计，使中心和边缘磁场强度分布的变化来校正失真。(3)利用偏转组件上的磁柱、磁极片位置的调整来校正。,3.对偏转线圈的要求 对偏转线圈的主要要求是偏转效率(灵敏度)高和光栅几何失真小。所谓灵敏度是指电子束在荧光屏上的偏移量与所加偏转信号的比值。灵敏度高表示用较低的偏转功率就可以达到满幅光栅。通常用线性来表示失真。所谓线性是指行与行之间的均匀性。以保证显示图像与原图像一致。,4.1.3 黑白监视器电路 图45为典型黑白监视器的电路原理框图。输入全电视信号经放大后去调制显像管的电子束，并送给同步分离电路以分离出复合同步信号，并进一步分离出场和行同步信号。以场同步信号去同步由场振荡、场激励和场输出组成的场扫描电路，而行同步信号变换为AFC电压后去同步由行振荡，行激励和行输出组成行扫描电路。,图45 黑白监视器方框图,S2为同步选择开关，当此开关由内同步转为外同步时，行、场扫描电路被外同步信号所同步。S1为75终接电阻开关。摄像机送来的视频信号由单台监视器显示时，视频输入端接75匹配电阻；而需要多台监视器同时显示时，只有最后一台监视器视频输入端接75匹配电阻，其余桥接的监视器断开终接电阻，置成高阻抗输入。,与电视接收机不同，监视器没有高频头、中频通道和伴音部分；但视频通道带宽要求在8MHz以上，并设有箝位电路以恢复背景亮度的缓慢变化。监视器对扫描线性和几何畸变的要求比较高；为了使亮度的变化不影响扫描幅度，设有自动高压控制电路。1.视频通道 视频通道电路的功能是把输入监视器的1V（pp）左右的视频信号无失真地放大，使之能够送至显像管的调制极(视显像管的调制方式是阴极或是栅极调制)，去调制电子束的强度。对视频通道电路的主要要求是：,(1)足够的增益。根据不同的调制方式要求有3446dB的增益。(2)足够的带宽。为能良好地显示高分辨率摄像机和高质量信号源的图像，一般要求有8MHz以上的带宽，而且幅频响应要平坦，且要保证良好的相频特性。(3)非线性失真要小。由于摄像机已设置校正电路，因此监视器视频通道电路不进行预失真处理。要求其非线性失真要尽可能小。(4)调节对比度时,只改变视频放大器的增益，不影响放大器的频率响应。有些监视器的视频通道电路还包括直流恢复功能和频率补偿特性(电缆补偿)。,2.同步分离 同步分离电路的任务是从全电视信号中将场、行同步信号与视频图像信号分开，再根据场、行同步信号脉宽不同的特点，将它们分成场同步脉冲和行同步脉冲分别去控制场、行振荡器。为了增强同步分离电路的抗干扰能力，均设置干扰脉冲抑制电路。3.扫描电路 扫描电路的基本功能是向行、场偏转线圈提供锯齿波电流。使之产生偏转磁场。由于行、场偏转线圈的工作频率差别很大，它们呈现的阻抗特性不同，所需推动功率也不同，所以行、场同步扫描电路差异很大。,(1)场扫描电路:场偏转线圈工作频率为50Hz，表现为纯电阻性。场输出电路向其提供锯齿波电压即可。采用多谐振荡器或间歇振荡器产生50Hz锯齿电压，经推动级供给场偏转线圈，场输出级工作在线性放大状态。(2)行扫描电路:由于行偏转线圈在行频(15625Hz)时呈电感性，必须向其供给脉冲电压，才能使其有锯电流流过。,行振荡产生15625Hz的脉冲电压经激励电路整形、放大,由输出级供给行偏转线圈，行偏转线圈中就会有锯齿波电流形成，行输出级工作在开关状态。输出管集电极的逆程电压波形为尖脉冲。这个逆程脉冲经高压变压器升压，整流形成显像管所需的高压和中压。同时,这里也将行频采样、反馈至AFC电路。现在大多数监视器都采用专用集成电路来完成行、场扫描功能。如松下的AN5410、东芝的TA7609P等扫描电路,还有松下的AN5510场输出电路。这些集成电路再加行激励和行输出电路(由于功率较大,故仍采用分立器件)，就可以构成完整的监视器同步扫描电路，使得整机可靠性提高，电路设计简化。,4.1.4 黑白监视器的测试 国家制定了黑白监视器通用技术条件，对广播级和通用型监视器规定了各项技术指标。许多测试项目要求使用专用的仪器和设备，一般是在厂家批量生产过程中进行测试。这里仅介绍几项主要技术指标的测试方法。监视器的测试在一般自然环境下进行，电视信号发生器和具有20MHz带宽同步示波器是必须具备的仪器。所有项目的测试都不需要打开机箱，或对内部电路作任何调整。,1.水平分辨率 水平分辨率表示沿水平方向分解图像细节的能力，通常以分辨电视线数表示。进行这项测试时，要以标准幅度单频正弦波信号作为监视器的输入信号，电视信号发生器置为单频正弦波信号，用示波器观察电视信号发生器输出波形如图46所示。将该信号作为监视器的输入信号，监视器屏幕将显示出垂直条，逐渐升高正弦信号的频率，垂直条逐渐变密，变细，当频率升至恰好不能分辨垂直细条时，读出正弦波的频率。,图46 单频正弦波信号波形,利用下式即可计算出水平分辨率M：M=80Z(41)式中,Z为正弦波的频率，单位为MHz；M为水平分辨率，单位为TVL(电视线)。有时把水平分辨率分为中心分辨率和四角分辨率两项，在屏幕的不同区域进行观测。通常水平分辨率是指中心水平分辨率。,2.亮度鉴别等级 亮度鉴别等级是指监视器图像从最黑到最白之间能够区别的亮度等级,通常又称为灰度等级。它反映了荧光屏亮度变化的范围，也反应了视频通道电路的非线性失真。进行该项测试所需的信号为10阶梯信号，电视信号发生器设置为10阶梯信号，用示波器观察电视信号发生器输出波形如图47所示。将该信号作为监视器的输入信号，监视器屏幕将显示由黑至白的10个灰度竖条。,图47 10阶梯信号波形,在观察图像前，首先调节亮度，对比度旋钮，使屏幕最亮与最黑部分的亮度之比为251；然后,观察图像可分辨灰度条的级数，即为亮度鉴别等级。在实际测试时，可以调整亮度、对比度旋钮，以求最好的测试效果。但不能先作调整，使黑条部分能够分辨，再作调整，又使亮条部分能够分辨，即认为可以分辨所有的灰度等级。如果说水平分辨率是反映监视器显示图像细节的能力，那么，灰度等级就可反映监视器显示图像背景层次是否丰富。,3.光栅的几何失真 光栅的几何失真是由偏转系统的缺陷所造成的。它反映了监视器再现图像的能力。几何失真一般可分为平行四边形失真、梯形失真、枕形失真和桶形失真。国家标准对它们规定了严格的定义和测试计算方法，照此进行测量是准确的。通常人们并不去分别测试和计算这些形式的失真，而是采用一种综合的评价，给出一个监视器图像几何失真的技术指标。具体测试方法是，输入点子或格子信号，然后用测试模板(刻有均匀格子的透明薄膜式玻璃)去与之比对，通过点子与格子交叉点的偏差量来计量几何失真。,4.同步范围 同步范围是指输入图像信号的同步信号能够控制监视器扫描电路的频率范围。它反映监视器能够稳定地显示具有行(场)频偏差的图像信号的能力，包括保持范围和引入范围两项指标。其测量连线如图48所示。朝一个方向逐渐地改变电视信号发生器的行(场)频，使监视器失去同步，这一频率点即为失步点，由失步点向同步方向逐点调节信号发生器的行(场)频，每次都将信号断开，,再接入，到图像刚能自行同步时为止，这样可以得到两个边界状态（一高一低），其对应的两个行(场)频之间的频率范围就是行(场)同步的 引入范围。分别向高低两端改变输入标准信号的行(场)频率，直至出现同步缺陷(图像出现扭曲或滚动)时为止，这两边界状态（一边一个）对应的两个行(场)频之间的频率范围就是行(场)同步保持范围。同步保持范围表示监视器的同步工作范围，而引入范围则反映在输入信号切换时能够同步锁定的能力。以上几项测量可以反映监视器的图像显示方面的质量水平。还有一些测试需要打开机箱对视频通道等电路进行测试，在一般情况下是不进行的。,图48 同步范围测量示意图,采用一台高分辨率的摄像机作视频信号源也可以对监视器进行初步测试。利用摄像机摄取综合测试卡的图像，用示波器测试其输出幅度使之符合标准幅度，调整图像大小与扫描光栅一致，即可以通过观察屏幕显示图像来评价监视器的性能，如分辨率(受到摄像机分辨率的限定)、灰度等。通过观察四角圆的形状，方格的均匀性可以初步计算几何失真。调节行、场同步旋钮，可以看出监视器的同步能力。,主观目测不很严格，但在许多场合，利用对比的方法对监视器的质量进行主观评价，也是很有效和直观的。如果有一台已知质量很好的监视器，可与它进行图像的主观比较。这些办法都是可行的监视器质量评价方法。在大多数应用电视系统的验收时，主要是采用这样的主观评价方法，因为监视器的质量水平主要是由观察者的主观评价给出的。,4.2 彩色监视器,4.2.1 彩色显像管 彩色显像管是彩色监视器的心脏，它不仅要完成电光转换，还要完成三个基色分量信号的混合。这就是说，相加混色是在显像管的荧光屏上实现的。1.彩色显像管的结构 荫罩式彩色显像管是由荧光屏、荫罩、电子枪、玻壳和管外组件构成的。电子枪的作用是发射电子，并使其加速、聚焦成为可以轰击荧光屏的电子束。,与黑白显像管不同，彩色显像管要产生的三注电子束是对应于三个基色分量的。与此相对应，荧光屏上要涂覆三种基色荧光粉，这三种荧光粉点按一定规律排成品字状或成条状，每三个点构成一个色组。彩色显像管的三注电子束，分别受图像信号的三个基色分量信号(R、G、B)调制，然后准确地轰击荧光屏上相应的荧光粉点，产生相应颜色(R、G、B)的光。由于每个色组相距非常近，人的视觉感受到的是由三色混合形成的色彩。,荫罩是装在电子枪和屏幕之间的一块布满数十万个小孔的薄钢板。荫罩的选色功能保证每注电子束都能准确地轰击到相应的荧光粉点上。首先，要保证三注电子束通过一个荫罩孔，即会聚在荫罩孔处；然后，分别打在荧光屏的相应的荧光粉点上。这是由荫罩与荧光屏，荫罩孔与色组粉点之间精确的几何位置来保证的，而这个精密的关系又是由制造工艺来保证的。由荫罩、荧光屏和电子束(电子枪)三者之间的几何关系来实现的选色，又称几何选色。管外组件主要是色纯调整和会聚调整磁件。,2.自会聚彩色显像管 自会聚彩色显像管采用了一字型一体化电子枪，并配置了精密环形偏转线圈，直线排列的电子束通过以特定形式分布的偏转场后能会聚于整个荧光屏，因而无需进行动会聚调整，使彩色显像管的安装、调整工作与黑白显像管一样简便。,1)一字型一体化电子枪 自会聚彩色显像管采用精密一字型一体化电子枪。所谓一字型，是指电子枪的三个阴极在水平方向精密排列成一字型，彼此间的距离很小，因而会聚误差也很小。所谓一体化，是指电子枪的控制栅极、加速极和聚焦极都连成一体，各电极均开有三个小孔(小孔也排成一字型)，以便让三注电子束通过。由于采用单片三孔栅极，可以使束与束之间的距离仅取决于制作栅极所用模具的精度，而不受装架操作的影响。,2)自会聚管工作原理 由于电子枪采用一字型一体化精密结构，三注电子束在同一水平面内，所以消除了产生垂直方向会聚误差的主要因素。下面着重讨论水平方向的会聚问题。(1)静态会聚：静态会聚是指无偏转时的会聚，是三注电子束在荧光屏中心区域的会聚。由阴极发射的三注电子束，经过电子透镜后，两个边束将向中心束靠拢，达到良好聚焦，再加上静会聚磁铁的作用，就能使三束正好会聚在荫罩中心的槽孔中并射到相应的三基色荧光粉上。,用来进行静态会聚调整的两对环形永久磁铁安装在管颈上，一对为四极磁环，一对为六极磁环。它们在不同的相对位置上将有不同的空间磁场分布，如图49所示。四极磁环的磁场使三注电子束中的两条边束产生等量而反向的位移；六极磁环的磁场使两条边束产生等量而同向的位移；它们中心部位的磁场为零，故中心电子束不受影响。从而可以对三注电子束出现的各种偏移进行校正，使它们位于同一水平面内，且两边束与中心束保持等距离。制造工艺中出现的一些偏差，也能在调整静态会聚中加以校正。,图49 静态会聚磁环(a)四极磁环；(b)六极磁环,(2)动态会聚:动态会聚是指偏转过程中的会聚，是三注电子束在荧光屏四周的会聚。三注电子束在一个公共偏转磁场的作用下进行扫描，其会聚点轨迹(会聚面)的曲率半径小于荫罩板的曲率半径，因此产生失聚如图410所示，由图可以看出，偏转角越大，离屏幕中心越远，失聚越严重，即会聚误差越大。自会聚管采用环形精密偏转线圈、磁分路器和磁增强器来消除这种动会聚误差。,图410 动会聚误差(a)产生动会聚误差的原因；(b)失聚时光栅的特点,为了使三注电子束能会聚到荫罩的同一槽孔中，必须使两个边束有所散开，从而使会聚点向屏幕方向位移。偏转角越大，散开的程度也应越大。可见这个量应是偏转角的函数，并与偏转磁场相关联。经过计算和实验，找出了进行动态会聚校正所需要的非均匀磁场分布，即垂直偏转磁场应为桶形分布；水平偏转磁场应为枕形分布。自会聚管采用了环形精密偏转线圈，其匝数分布恰好能产生电子束会聚所需要的磁场分布，从而无需进行动态会聚调整，三注电子束就能在整个荫罩上良好会聚。,因此，把这种偏转线圈称为动会聚自校正型偏转线圈。线圈的水平与垂直两个绕组都绕在预先刻在环形塑料骨架上的沟槽内，而骨架与磁芯胶接在一起。这样，可使线圈精密度高，磁场分布准确，成品的一致性好。这种偏转线圈较短、匝数少、体积小、阻抗低。在工作中，会聚性能与激励电路无关。所以，当静会聚、色纯调节磁铁以及线圈位置调整好以后，在生产管子时，就将它们固定在管颈上，与显像管形成一个整体，以后不必再作调整。,利用偏转磁场的不均匀性，可以校正两条边束的会聚，但中心束扫出的光栅的水平和垂直幅度都稍小，为使三色光栅重合，在电子枪顶部设置磁分路器和增强器，如图411所示，与两条边束同心的磁环形成磁场分路，使两个边束的光栅尺寸有所减小，故称磁分路器。装在中心束上、下的两个小磁环是磁增强器，使中心束光栅尺寸有所增加。彩色显像管近年来的发展趋势是，大屏幕平面直角和薄型结构。这些都与动会聚技术的提高和完善有密切的关系。普遍采用的黑底技术,是把荧光粉点外的部分涂上石墨,这样可以减少反光，提高对比度,又能解决荧光粉点边缘不齐的问题。,图411 磁增强器和磁分路器的作用,4.2.2 彩色监视器电路 彩色监视器输入的视频信号通常是将亮度信号Y与两个色度信号U、V通过频谱交错复合在一起的全电视信号。彩色监视器首先要通过亮、色分离电路将全电视信号分为亮度信号和色度信号，色度信号经解码器解调为两个色差信号R-Y、B-Y，再与亮度信号一起通过矩阵电路，形成R、G、B信号，去分别调制三个电子束。因此彩色监视器的视频通道电路要比黑白监视器复杂得多。彩色监视器的同步和扫描电路则基本上与黑白监视器相同，所以本节主要是介绍亮、色分离电路和解码器。,1.彩色监视器的电路框图 图412给出了彩色监视器的电路框图。彩色监视器由亮、色分离电路，解码器电路和同步扫描电路三大部分组成，彩色监视器同步扫描电路特有的部分是会聚电路。它的作用是向行、场会聚线圈提供抛物线会聚电流，使显像管得到良好的动会聚。,图412 彩色监视器方框图,2.亮、色分离电路 在普通的彩色电视机中，亮度信号和色度信号通过带通和带阻滤波器进行分离，用一个4.43MHz陷波器从彩色全电视信号中滤去色度信号，得到亮度信号；用一个中心频率为4.43MHz,带宽为2.6MHz的带通滤波器从彩色全电视信号中选出色度信号。由于陷波器对色度信号滤不干净，一些色度信号进入亮度通道，引起“彩色干扰”,而亮度信号的高频分量损失使图像分辨率下降。在高档大屏幕彩色电视机和专用彩色监视器中采用梳状滤波器对亮、色信号进行分离。,可以减小亮度信号与色度信号之间的串扰，又保证亮度高频信息不受损失。图4-13是几种亮色分离梳状滤波器原理方框图。其中，Y表示亮度信号,YH及YL分别表示亮度信号的高频及低频分量，C表示色度信号，2TH表示2行延时器件，312TH表示312行(1场)延时器件，626TH表示2场(1帧)延时器件。,采用梳状滤波器对视频信号的亮度信号及色度信号进行分离是充分利用了视频信号相邻行、相邻场或相邻帧的相关性以及PAL制视频信号色副载波相位自身的特点。例如,对于图4-13（a）、（b）所示的二维行梳状滤波器来说，由于视频信号相邻两行的内容基本相同，因此亮度信号延时2行后波形基本不变；而色度信号延时2行相当于延时了567.5个副载波周期(64s24.43361875(MHz)=567.5TSC)，因此延时2行后的色度信号与直通信号正好反相。,又以图413（c）所示的三维场梳状滤波器来说，如果视频信号反映的不是快速运动的物体，则相邻2场的视频信号波形基本相同；而色度信号延时312个行周期延时了88530.5个副载波周期(312TH=31264s4.43361875(MHz)=88530.5TSC)，延时312行后的色度信号与直通信号正好反相。如图413中标注的那样，通过延时线及加、减、乘法器就可以得到干净的亮、色信号。,图413 几种亮/色分离梳状滤波器方框图,图413 几种亮/色分离梳状滤波器方框图,上述行梳状滤波器利用延时2行的信号与直通信号进行运算，当参加运算的信号相关系数很大时，亮色分离效果明显；但是当参与运算的信号相关系数较小，即图像在垂直方向上有较大变化时，分离效果就会变得很差(通过加、减法器不能将某种信号消除干净)，使得图像在垂直方向有内容突变的区域变得模糊并引起亮色互串。此时的二维行梳状滤波还不如普通一维滤波效果好。,对于场梳状滤波器来说，如果视频信号反映的是快速运动的物体，则相邻2场因为有20ms的时间差而使其视频信号波形发生了较大的变化，此时相邻2场信号相加、减便不能将亮度或色度信号消除干净。因此，更高档次的彩色监视器采用自适应型梳状滤波器，如采用二维自适应梳状滤波器可以将二维梳状滤波电路和一维滤波电路组合在一起，并在电路中设置垂直信号检测和切换电路。当检测到图像在垂直方向变化较小时，用二维梳状滤波；,而当检测到图像在垂直方向有较大变化时，由切换电路自动转换到一维滤波方式。同理，三维自适应梳状滤波器是将三维梳状滤波电路、二维梳状滤波电路及一维滤波电路组合在一起，并在电路中设置视频运动检测及垂直信号检测和切换电路，根据检测的结果，自动选择最佳滤波方式。,3.解码电路 色度信号要进入彩色解码器中进行解码，以得到R-Y、G-Y和B-Y三个色差信号。这三个信号经过亮度矩阵后即可恢复出UR、UG、UB三个基色信号电压，再分别送给彩色显像管的R、G、B三个输入端，从而控制显像管显示出正确的彩色图像。图414是PAL制彩色解码电路方框图。,图414 解码电路方框图,为了尽量减小色度信号的幅度受各种因素的影响，在第一色度放大器中加入自动色度控制电路(ACC电路)，ACC电路需要一个与色度信号幅度成正比的控制电压，来控制放大器的增益。这个电压不能从代表彩色图像内容的色度信号取得，因为图像中彩色内容是不断变化的，它的变化不是我们要控制的对象。而色同步信号的幅度与彩色内容无关，具有固定的幅度，它的变化就反映电视信号中色度成分的变化，因此，把经过ACC检波放大后的色同步信号作为ACC控制电压。,第二色度信号放大器的作用是继续放大色度信号，并实现ACK和色同步消隐。ACK电路的作用是在输入黑白信号或者彩色信号过弱时切断色度通道，同时切断亮度通道中的陷波器。切断色度通道的目的，是为了防止4.431.3MHz范围内的亮度信号进入色度通道引起亮度串色干扰。,一行延迟线和加、减法器构成FU、FV分离的梳状滤波器，可将正交调制的FU、FV信号分离开来，分别送到各自的同步检波器，经同步检波后除去副载波并解压缩，得到色差信号R-Y和B-Y，色差信号R-Y和B-Y在G-Y矩阵中按比例组合，恢复出色差信号G-Y。,色同步选通电路的作用是在色同步选通脉冲控制下，从色度信号中分离出色同步信号。然后分三路输出：一路供ACC检波用，一路供PAL识别用，还有一路送副载波恢复电路作为基准信号输入鉴相器。鉴相器的另一路输入信号是由压控副载波振荡器产生并移相90的本机副载波。两者在鉴相器中进行频率、相位的比较。如果两者的频率不相等或者频率相等但相位不同，则鉴相器就会产生一个误差电压，这个误差电压经过低通滤波器后，加到压控晶体振荡器。改变本机副载波的频率和相位，直至压控晶体振荡器产生的本机副载波与色同步信号所携带的发送端彩色副载波的频率相等，相位保持正确的关系。,PAL双稳态触发器的作用是在PAL识别信号的控制下，识别NTSC行和PAL行，保证PAL开关正确动作；PAL开关的作用则是为RY同步检波器提供90副载波。上述解码电路可由单片集成电路AN5620或TA7193来实现；而TA7698则具有TA7193和TA7609的全部功能，能完成亮度信号处理、色度信号解码、同步分离和扫描，只需少量外围电路就能构成彩色监视器。,4.3 监视器与电视机的区别,应用电视系统除了需用各种专用仪器进行测试之外，最直观的是用监视器监视图像，并根据图像对某些设备进行一定的调整。专用监视器就是用来调整、检查和监测应用电视系统各个环节的图像质量的终端显示设备；也能作为测量仪器对电视信号进行定性甚至定量测试。,电视机设计的原则是让输入电视信号中存在的各种缺陷不在荧光屏图像中表现出来，因此，采用了各种自动控制补偿电路。监视器则相反，它要求真实地反映出输入图像信号中的细节和不足之处，监视器中电路的技术指标要求很高，电路的稳定性和可靠性要好，很少采用自动调整补偿电路(为提高本机电路和器件的稳定而采用的自动补偿电路除外)。电视接收机的功能偏重于调节简便灵活，控制尽量自动化；监视器则偏重于监测精度，尽可能正确地监测出图像信号的质量状况。,彩色监视器有多种特殊功能：1.场延时功能 将场逆程在屏幕上扩大显示出来，以便在监视器的屏幕上能观察到场消隐期间的均衡脉冲、行同步脉冲和场同步脉冲是否正确。录像信号在每一场起始处有一亮脉冲，在场延时图像中能看到它。当录像机转速不正常时，亮脉冲位置将发生变动，发生这种现象时可以调节录像机，使其转速正确。,2.行延时功能 录像机各磁头的机械位置的准确度是至关重要的，矫正磁头的机械位置称为磁头的方位角矫正，用示波器来矫正是一件很麻烦的事，而且也不易矫正好。可以利用彩色监视器的行延时功能进行矫正，将行逆程在屏幕上扩大显示出来，校正录像机使屏幕显示的同步脉冲呈直线状，就已经把磁头的相位校正好了。利用监视器的行、场延时功能可观察行、场逆程信号的图像如图415所示。,图415 行、场逆程信号图像,3.A-B信号显示 将两个信道的信号(A信号和B信号)输入到监视器：按下A-B信号显示开关时，A、B两信号就同时输入监视器。监视器内有一个减法电路，将A、B两信号相减，利用行延时功能就能观看到行消隐后肩上的色同步脉冲情况。如果A、B两信号的副载频相位完全一致，屏幕上显示A-B信号的色同步脉冲就能互相抵消；,如果两信号相位不一致，则屏幕上信号的色同步脉冲显示出来，只要调节编码器副载频的相位，使屏幕上显示的色同步脉冲消失，就说明A信号和B信号的副载频一致了。这个功能也能检查和调整A和B两个信号的同步脉冲相位是否一致。,4.色温开关 彩色监视器色温开关有6500K和3200K两挡。6500K相当于室外日光下的色温，白炽照明灯的色温是2854K。监视器色温开关应配合摄像机在室外和室内摄取图像时不同的环境照明色温；而应用电视系统中常用的摄像机一般置于自动白平衡控制模式，色温在230010000K范围时，自动准确调整白平衡。5.彩色制式转换开关 为了使彩色监视器能适用于世界各种彩色制式的监测，彩色监视器应该具备彩色制式转换功能。,4.4 彩色监视器的主要技术指标,1.清晰度 清晰度(或称分辨力)是彩色监视器的重要指标。从荧光屏显示的清晰度测试卡上看到的清晰度称之为光学清晰度，它是由监视器视频通道的质量指标和显像管本身的质量指标综合得到的。清晰度通常用电视线来表示，规定水平方向一明一暗算两条电视线。,垂直方向清晰度是由扫描制式和隔行质量决定的，水平清晰度则是用能分辨出多少电视线来衡量的。监视器荧光屏上的清晰度可以用专门光电仪器定量地检测出来，但通常是根据人眼主观确定。测试方法见4.1.4节黑白监视器的测试，当代表清晰度的黑白相间线条能被人眼刚刚分辨出来时，这就作为监视器能达到的清晰度指标。,根据视觉原理，为得到最佳的图像质量，要求在单位正方形面积内图像的水平清晰度和垂直清晰度相一致。从这个原理出发，我们可以很简单地近似折算出1MHz视频通道的频带宽度对应于多少条电视线的清晰度。按我国62550的电视标准，光栅垂直方向的扫描线数为575线，电视图像的宽高比为43，行扫描正程为52s。当送入一个1MHz正弦信号时行扫描正程内共有明暗线条520.5=104条，为使垂直方向和水平方向的清晰度一致，,一个1MHz信号所对应的水平清晰度线数应为10434=7880线，7.5MHz的频带宽度相应于7.580=600电视线清晰度。所以，电视系统清晰度的标准是可以确定的，对62550隔行扫描系统来说，1MHz视频带宽的清晰度就相应于80电视线。由此可见，视频通道的频带越宽，能显示的图像清晰度越高。,彩色显像管荧光屏上的像素是由红、绿、蓝荧光粉点组成的，彩色像素点距的大小决定了彩色显像管的分辨能力，这就是显像管的极限清晰度。例如,要使35cm(14英寸)彩色监视器具有600电视线以上的水平清晰度，采用点距为0.43mm的彩色显像管能否满足要求呢?35cm(14英寸)显像管水平方向的有用屏面尺寸为280mm，因此一行可以排列2800.43650组彩色像点，再按43折算成显像管最大可能显示的水平清晰度电视线数为490线，,可见不能满足600线水平清晰度要求。若采用0.31mm点距的显像管，则(2800.31)(34)680600线，这就完全可以满足要求了。由此可见，限制彩色监视器清晰度的主要因素有两个:视频通道的频率特性和彩色显像管的质量指标。影响彩色监视器清晰度的其他因素还有：会聚误差、亮度、对比度和荧光屏面杂散反射光等等。,2.亮度通道的频幅特性 彩色全电视信号是由亮度信号和色度信号复合而成的。上面所述的视频通道只是指亮度信号通道，到达显像管输入端的图像清晰度取决于亮度通道的频率特性。频率特性包括振幅特性(频带宽度)和相位特性。一般设备要求在频带宽度内振幅特性平坦，相位呈线性关系，则视频通道输出端的图像信号就能真实地反映出输入端的图像情况。如果振幅特性平坦而相位特性呈非线性，视频通道输出端的图像信号就要产生失真。,为了使监视器能真实反映输入图像，不仅要求在所需的频带宽度范围内视频通道相位特性要呈线性，振幅特性平坦，还要求在频带宽度范围外的振幅特性要缓慢下降，以避免在这段范围内的相位特性发生急剧变化，从而引起图像中高频细节信号的失真。相位特性的测试比较困难，而保证在振幅特性范围内的相位特性应呈线性又非常重要。,由理论可知：线性网络频率特性中振幅特性和相位特性是互相单一对应的，振幅特性中幅度的变化要对应于相位特性的变化，可以用限制振幅特性形状的办法来改善控制相位特性。所以高质量彩色监视器亮度通道的频率振幅特性往往定得比较宽，如：15kHz7MHz0.5dB，15kHz10MHz-3dB。,3.脉冲响应 实际电路中由于各种有源器件的存在，视频通道不能完全等效于线性网络。因此，仅用振幅特性来考核图像信号在视频通道中传输时的波形失真程度是不够的，彩色监视器中还要引入脉冲特性的指标。脉冲响应指标有以下五项：(1)用250kHz方波测视频通道输出端的上升时间，一般应小于0.1s。,(2)用250kHz方波测平顶跌落，一般应小于1%2%。(3)用250kHz方波测过冲峰，一般应小于10%。(4)用15kHz方波测平顶跌落，一般应小于1%3%。(5)用50Hz方波测平顶跌落，一般应小于1%5%。以上五项指标可保证视频通道在整个振幅特性范围内的平坦度和高、中、低全频带内相位特性要求。,4.黑电平漂移 电视信号中包含有直流分量信息，要正确地恢复图像的颜色，应先将红、绿、蓝三基色信号中的黑电平箝位在显像管调制特性的截止电压上；然后，再使红、绿、蓝三基色信号中各级电平都一一对应于标准白场的色度坐标。这样才能满足平衡的要求。黑色电平漂离显像管的截止电压，会引起图像亮度的漂移变化，从而使黑色电平失去作为光学亮度的参照标准。所以一般规定，当视频信号的平均亮度电平从10%变化到90%时，黑色信号电平的变化(漂移值)应小于1%2%。,5.隔行比 由于隔行扫描，可能存在奇、偶场扫描线的并行或不完全隔行的现象，因此垂直清晰度就可能存在很大的差别。影响隔行质量的主要原因是将奇、偶场的同步信号从复合同步信号中分离出来时，奇、偶场同步脉冲切割分离点会引入微小电平变化，从而产生时延差。所以，调节场同步控制电位器旋钮会影响隔行质量。规定在场同步控制电位器的各个位置处，隔行比不低于4555(或5%)。隔行比的定义如图416所示，用ab或(a-b)2（a+b）表示。,图416 隔行比的定义,6.色度信号解调误差 在彩色电视中,(R-Y)、(B-Y)色差信号是正交调制在彩色副载频上的。在彩色监视器色度通道中，用梳状滤波器分离两个色差信号。如果(R-Y)、(B-Y)两个信号之间的相位差不是90解调出来的两个色差信号之间互相串扰，就会引起图像颜色的失真。所以，在精密彩色监视器中，规定了色度信号的解调误差应保持在901之内，彩色电视接收机的这个指标是在9015之内。,7.亮度信号对色度通道的串扰 在理想解码器中，只有正交调制的色差信号能够被分离取出来，在色度通道带宽内的亮度信号是被抑制掉的。但是在实际中由于种种原因，亮度信号还是能串入色度通道中去造成亮串色的干扰。因此，精密彩色监视器对亮串色的干扰抑制度指标规定不能小于16dB。,8.孔阑校正 由于显像管中扫描电子束的横截面积不可能太小，在连续扫描时会使两相邻像素有部分重合在一起，造成所谓孔阑效应。它使图像亮度变化的边缘模糊以及对于黑白相间并列的图像造成对应的信号互相重叠，使图像细节展宽，从而降低图像的清晰度。孔阑效应仅造成视频信号中的高频分量下降，而不会引起相位失真。,监视器中要用特性与孔阑失真相反的孔阑补偿电路来进行校正。也就是要求这种电路的传输函数具有高频上升的特性，而在整个频带范围内的相位特性为线性。通常孔阑补偿特性在频率2.54MHz处可提升610dB左右。,9.高压稳定度 彩色显像管的高压一般在20kV以上，相应于最大允许屏面亮度时的最大束电流大约为800A。由于输出高压电路的内阻很大，束电流从0到1mA