电视原理论文

数字电视接收机和电视显示技术的发展趋势摘要:目前市场上所宣传的数字电视接收机是指在不改变现行广播电视传输体制的前提下，将经过图像检波的视频基带信号和经过伴音鉴频的音频基带信号进行数字处理，其它部分也尽量采用数字技术的电视接收机。该种接收机还同时添加了数字特性象画中画、帧冻结、图像放大或缩小等，以及图像性能的改进，如逐行扫描、动态补偿噪音降低等。电视显示器有多种类型，目前市场上主要有CRT电视、LCD电视、PDP电视。不同类型的电视关于信号电路的处理是相同的，主要是显示技术的不同。其中CRT显示技术人们都很熟悉，以下将对LCD、PDP及未来的显示技术进行介绍。关键词:数字电视接收机；电视显示技术Abstract:atpresent，themarketbythepropagandadigitalTVreceiveristopointtoinnochangecurrentradio&tvtransmissionsystem，undertheprerequisiteofthevideowillbeaftertheimagedetectionbasebandsignalandsoundaftertheaudiobasebandsignalispopularlyuseddigitalprocessing，otherpartalsotrytothedigitalTVreceiveroftechnology.Thereceiveralsoadddigitalcharacteristicslikethepaintofpaint，frameoffreezing，image，andlargerorsmallerimageperformanceimprovement，suchasmanufactureprogreive-scan，dynamiccompensationnoiseisreduced，etc.HavemanytypeTVmonitor，mainlyonthemarketatpresentCRTtelevision，LCDTV，PDPtelevision.DifferenttypesofTVsignalprocessingcircuitisaboutthesame，mainlyisthedisplaytechnologyisdifferent.WhichCRTdisplaytechnologypeoplearefamiliarwith，thefollowingwilltoLCD，PDPandthefutureofdisplaytechnologywasintroducedKeywords:digitalTVreceiver;TVdisplaytechnology一、数字电视接收机1.1电视信号的数字化参数[1]1.1.1电视信号的数字化与“模拟音频信号”的数字化过程一样，模拟电视信号的数字化过程也包括取样、量化和编码三个步骤，每一个步骤的过程机制完全相同，所不同的是电视信号带宽宽，音频信号带宽窄。如果声音信号的“二进制”数位为3，则电视信号的“二进制”数位要取8以上位数(比特数)可以说是衡量数字设备级别高低的标准。为了解决国际上彩电三大制式(NTSC，PAL，SECAM)，的共同数字化参数，国际无线电通信咨询委员会(CCIR)制定了广播级质量的数字电视编码标准，它就是ITU-RT.601，这一标准具体规定了彩电图像转换成数字图像时所使用的取样频率，RGB三基色在发射端和接收端两个彩色空间之间的非线性转换关系等。1.1.2数字电视信号压缩方式迄今为止，广播领域中的电视数字格式是数字格式D-1，D-2，D-3等，它们是非压缩的信号，依照ITU-RT.601协议，一个非压缩的PAL/D信号的数据量相当高(165.888MS/S)以字节计量19.775MB/S容量为1GB的硬盘只能记录50.57S的活动图像，这样现有微机显然无法处理如此庞大的视频信息。事实上，即使是连续变化的电视图像，在其上一帧与下一帧的图像中常常是许多图像成分相似，甚至是完全一致。还有，即使是同一帧图像，其灰度等级也常常达不到256级的，种种情况表明，采用适当技术可以提高编码效率，用较短的码长记录更多的图像信息。这一适当技术就是人们已熟知的“”数字压缩”技术。在众多压缩方法中，最有影响的是JPEG和MPEG以及近期的DV压缩方法等。JPEG标准，它是利用人眼“对图像细节不敏感”的特性为依据而对静止图像进行压缩的一种标准，不过另一种称为MotionJPEG标准也可用于对活动图像的压缩。MPEG标准亦即联合国图像专家组的另一种标准，它是利用帧间图像的相关性对活动图像进行压缩的一种标准，由于压缩效率比较高，已在CD-ROM卡拉OK，CD-1等大众数字存贮媒体中广泛应用，其数据率为1.5MPBS帧频25HZ，图像分辨率为352*240的国际标准。其典型应用为数字电视广播与交互式检索，用户可根据自己的兴趣对音频视频数据内容作灵活、有效的存取、操作和管理。除了上述之外，数字视频压缩方法还有如DV压缩，由于数字HDTV即将来临，几家公司联合开发了一种新的家用数字压缩格式，以替换VHS格式。1.2数字电视接收机基本组成[2]方框图表示出一台电视接收机中采用数字电路部分（虚线框内部分）。其主要特点如下：①中央控制电路（CCU）包括8位微处理器，控制机内所有主要程序。②视频处理电路(VPU)，包括亮色分离、色度解调和亮度处理。③视频编解码电路(VCU)，它与(VPU)一起工作，实现视频信号的A/D转换和D/A转换。④音频处理电路(APU)处理所有音频信号，包括立体声解码、音量及音调控制。⑤偏转电路(DPU)控制彩显中电子束垂直和水平偏转。其工作过程为：视频全电视信号送到视频编解码器:(VCU)，经A/D转换为数字信号后，送到视频处理器(VPU)及偏转处理器(DPU)〕经VPU处理的亮度及色度信号回送到(VCU)经D/A转换变为模拟的RGB信号去驱动视放末级，由DPU输出的行、场偏转电压分别去驱动行、场偏转的输出级。另一方面，伴音解调后的两路音频信号送到A/D转换器转换成数字信号，由音频处理电路进行各种处理，然后转换为两路模拟音频信号去驱动音频功放.中央控制电路处理由遥控接收的或本机键输人的各种操作命令，给出高频调谐器的各种控制信号实现选台及频道预约，通过专用IM总线将控制数据及测量数据在CCU及各功能电路之间传输。1.3数字电视的优点随着数字半导体工艺的迅速进步和超大规模集成电路的惊人发展，先进的“数字化”技术有可能使数字电视具有下列优点。①和模拟信号处理集成电路相比，使用更少量并最终又廉价的数字集成电路而使成本降低。②通过特性的均匀而改进了可靠性、长期稳定度和产品质量。③全自动整机参数数字校准和更少的调定校准要求，可得到生产上的优势。④加进独特的“数字化”特性及性能改进。⑤使用了能有效地消除如亮度杂波和色串等交叉效应的梳妆滤波器。⑥数字信号处理还可扩展到用于未来传输方案HDTV的新形式。1.4数字信号处理数字电视接收机的一个方面是用数字电路取代模拟音频（视频）偏转电路。其中最主要的是数字视频信号处理，它由VPU，VCU，DPU完成。全电视信号采用7比特或8比特数字形式，并带有4FCS(对于PAL二制为17.7MHZ)的取样频率。数字视频信号通过DPU处理，产生行激励和场偏转信号并对A/D转换器提供籍位脉冲，把输入视频电平维持在固定值，保证足够的量化和适当的直流电平。DPU也可产生数字系统需要的时钟信号，包括A/D取样时钟脉冲。梳状滤波器以1H或2H行存储为基础，接收数字视频信号并将其分离成亮度(Y)和色度(C)成份色带通滤波，自动彩色控制，彩色消失器，色码解调等一般功能以及其它特殊功能均在色信道中完成。Y信道完善行场脉冲峰化、对比度控制及其它自动特性，Y信号和色差信号被矩阵通过三个D/A变换器变换成模拟的RGB信号。作为最低要求，数字信号处理的结果必须和在所有条件下模拟电视的图像效果相当，其中包括弱信号、低色电平、低同步电平等。同样，稳定度和无取样时钟抖动都是重要参数。在VCR和非标准信号条件下的数字电视的性能也很重要，在目前录像机和VCD盛行的市场上是特别要首先考虑到的。数字存储器在数字信号处理中占有重要的地位，除了可用来存储控制程序和控制数据之外，更主要的是用来存储数字电视信号，以便进行数字处理。同一行上像素之间的处理要用数字寄存器，行间、场间的处理则要用随机存取存储器(RAM)。数字电视中常要求将信号延时一行或数行以便进行行间的信号处理，故有行延时存储器。另外主要还有进行帧间信号存储的帧存储器。1.5数字特性及性能改进数字电视接收机的另一方面，数字技术及时地为电视接收机提供了完善的特性及性能的改进，而用模拟技术的电视接收机达到这些是否可能或在价格上也是极其昂贵的。1.5.1降低噪音采用一个帧延迟作为延迟成分的视频信号循环瞬时滤波，在静画面上产生大约10db噪声降低。采用一动态检波器检测活动画面并降低噪音。1.5.2逐行扫描主要用行存储器、数字滤波器和延时电路等组成逐行扫描处理器。一台电视机中同时使用两只这样的处理器，就可以在一个行周期中将亮度信号和色度信号以主时钟写人其中一片处理器，而同时以两倍的速度从另一片处理器中重复两次读出前一行写人的数据。在下一行，两片处理器交换写人和读出的操作，其结果是使2:1的隔行扫描变成1:1的逐行扫描，每场的扫描行数加倍，从而消除了行闪烁和行蠕动，并可提高帧分辨率。1.5.3画中画画中画特性是在电视图像的主画面中，镶钳上一个小的子画面，以丰富观看内容和提高观看的灵活性。为实现镶钳，必须借助帧存储器对子画面的图像信号进行空间:二维Χ压缩，同时子画面的扫描相位也同步于主画面。该特性需要第二个视频信道，这需要使用第二个调谐器/IF电路或使用外部视频输人实现。加大帧存储器的容量，采用类似方法使帧存储得到若干(一般为4个或9个)缩小的视频信号，可实现多画面显示。即显示4个或9个相同尺寸的小画面，每个画面可呈现原画面的一部分，也可以呈现不同时刻抽样的一个个小的完整的图像。1.5.4帧冻结由于帧存储的实现，利用禁止写人作用和在一给定的冻结帧中重复进行读出的操作，就可以实现静止画面的显示。1.5.5图像放大或缩小对帧存储器中的图像数据按不同比例进行粗取样显示，可实现不同比例的画面缩小。若只显示存储器中的一部分内容，每一个像素按不同比例进行空间重复显示，可实现不同比例的画面放大(一般为2-3倍)。1.5.6倍场频当帧存储器的读出频率为写人频率的两倍时，可将原50hz的场频提高到100hz，从而消除显示高亮度图像时出现的大面积50hz闪烁现象。与倍行频一样，倍场频显示也要求其它数字处理电路作相应变化。1.6其它可实现的改进特性数字电视机可以很方便地附加MAC体制(卫星电视广播新制式)的解调器，直接接MAC体制的卫星广播。数字电视机由于具有微处理器，数据总线和数据存储器，还可以增加电话号码存储、电视或录像节目定时、电子日历实时显示以及个人计算机终端显示等功能。2电视显示技术的现状及发展2.1LCD显示技术[3]常见的液晶显示器按物理结构分为四种：扭曲向列型（TNTwistedNematic）、超扭曲向列型（STN－SuperTN）、双层超扭曲向列型（DSTN－DualScanTortuosityNomograph）、薄膜晶体管型（TFT－ThinFilmTransistor）。下面以性能最好的TFT型液晶显示为例介绍其原理。TFT型的液晶显示器主要由萤光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等构成。首先，液晶显示器必须先利用背光源，也就是萤光灯管投射出光源，这些光源会先经过一个偏光板然后再经过液晶。这时液晶分子的排列方式就会改变穿透液晶的光线角度，然后这些光线还必须经过前方的彩色滤光膜与另一偏光板。因此只要改变刺激液晶的电压值就可控制最后出现的光线强度与色彩，这样就能在液晶面板上变化出不同色调的颜色组合。TFT-LCD显示器的优点有：