基于MATLAB的PAL制FBVS信號的建模

摘 要：文章介紹了PAL制彩色電視全電視信號FBVS的編碼仿真：出于自身對電視原理的學習經驗的基礎上，利用Matlab/Simulink這個強有力的工具對電視系統進行建模，介紹了建模過程中每個子系統的建立過程。

關鍵詞：PAL制；全電視信號FBVS；編碼仿真

1 電視系統編碼器建模

文章主要就編碼器的主要過程進行編碼，從而進行仿真。因篇幅有限，只有仿真框圖，未附上仿真結果。

電視編碼器的具體建模過程如下：

（1）R、G、B三基色信號進入轉換電路，變成亮度信號F和色差信號（R-Y）和（B-Y）。

（2）讓亮度信號Y通過中心頻率是fsc的副載波頻率的陷波器之后經過放大再與行、場同步和消隱信號相混合。

（3）色差信號（R-Y）（即V信號）和（B-Y）（即U信號）。色差信號V與+K脈沖混合后再與±coswsc加入平衡調幅器進行調幅，平衡調幅輸出已調的色差信號±Fv和色同步信號Fbv；色差信號U與-K脈沖混合后再對sinwsct平衡調幅，得到Fu和Fbu。之后再進行混合，就可以得到F與Fb。

（4）通過亮度信號和色度信號合成，就可以產生全電視信號FBAS。

1.1 RGB信號發生器的建模

PAL制編碼器的輸入是R、G、B的電信號，所以在開始進行電視信號的編碼之前，首先需要產生R、G、B這三個三基色信號。行周期設為64us，消隱時間設為12us，基色信號時間為52us。標準的彩條信號如果按照物理視野中亮度遞減的順序排列的話，依次為白、黃、青、綠、紫、紅、藍、黑。

1.2 RGB-YUV 模型

在電視系統中，如果想要傳送的圖像清楚，并且連續沒有閃爍感，就需要傳送頻率大于臨界閃爍頻率46.8Hz。所以，我國的國家標準中PAL制式進行下面的規定，其中規定場掃描信號的頻率Fv為50Hz，掃描過程中每幀圖像的掃描行數是625行。在進行RGB to YUV之前，先將RGB信號通過限制頻率為6M的低通濾波器，可以使得頻率低于6MHz的信號通過濾波器，高于這個頻率的信號被濾掉。再運用色差信號方程U=0.493（B-Y）和V=0.877（R-Y）構建RGB-YUV的模型。

1.3 亮度信號通道建模

1.3.1 行同步信號

在我國的PAL制式電視系統中，為使得收、發同步，在電視信號發送端每掃描完一行，便加入行同步脈沖一個；每掃描完一場，便加入場同步脈沖一個；兩個脈沖都要在行掃描和場掃描的逆程中傳送，他們的時間寬度分別要比行、場的逆程時間小。并且在電視接收機這里一定要先將行同步脈沖和場同步脈沖進行分離，分別用來對電視接收機中的行、場掃描鋸齒波電流的周期和相位進行控制。因為文章只是仿真過程，所以便不考慮場同步信號。行同步脈沖寬度為4.7us，幅度是0.4，每一行的行同步信號在53us時加入。

1.3.2 亮度信號

從RGB-YUV模型輸出的Y、U、V信號，因為色差信號經過濾波器會產生附加時延，所以為了使亮度信號與色度信號可以同步，于是將亮度信號進行延時，大約0.6us。而且，因為消隱電平本來就是0，所以在該模塊搭建過程中并沒有加上消隱信號，只是在建模過程中加入行同步信號，使其與亮度Y信號疊加。

1.4 色度信號通道

建模過程中按照PAL色度信號和PAL制提取色度信號的方式，需要先把RGB三基色信號轉換為亮度信號一個（Y）和色差信號兩個（U、V），然后對得到的U、V信號進行疊加正負K脈沖，再把已經疊加了正負K脈沖信號的信號對正交副載波進行調幅，即平衡調幅，從而得到色度信號。

1.4.1 色度信號LPF

我國的PAL電視制度中這樣規定，即色度信號頻帶寬度不能大于1.3MHz，所以轉換矩陣輸出的兩個色差信號需要分別再次通過低通濾波器從而過濾掉1.3MHz以上的高頻成分。

1.4.2 同步選通K脈沖模塊

從同步檢波原理中可以知道，想要實現信號的同步解調，最關鍵的要有一個與色差信號調制的時候和副載波同頻、同相的、用于恢復的副載波信號，即色同步信號。同步選通K脈沖就是組成色同步信號的過程中一個很重要的信號。

1.4.3 色差、K脈沖信號的疊加

色差信號V和U要對應的和+K和-K脈沖進行疊加混合，即V、U色差信號分量與色同步信號分量（K脈沖）進入加法器模塊之后再經過平衡調幅器。

1.4.4 色副載波信號模塊

將色差信號疊加K脈沖，之后再分別對兩個正交副載波sinwsct和coswsct做處理，即將兩者分別進行平衡調幅。兩個正交副載波sinwsct和±coswsct從色副載波信號產生模塊中產生。

在色副載波的信號子系統中，正負coswt信號開關電路是逐行倒相的半行頻（7.8125kHz）的開關控制信號，由方波發生器產生的方波來進行控制，他的周期為2倍行頻周期，即128us，再以該信號的邊沿升降使得副載波余弦信號的輸出發生正負交替，這便是逐行倒相。

1.4.5 平衡調幅

將色差信號V與+K脈沖進行混合后，對±coswsct調幅，得到疊加成功的已調色差信號±FV和疊加成功的色同步信號的Fbv分量；U與-K脈沖進行混合之后，再對sinwsct平衡調幅便可以得到已調色差信號FU和色同步信號Fb這兩個分量。這個功能的實現由模塊Dot product來完成。之后再將得到的兩種信號經過加法器疊加為一個信號F+Fb。

1.5 全電視信號

RGB信號發生模塊產生R、G、B信號，之后進入電視系統的編碼器，其中包括了亮度信號部分和色度信號部分，最后就可以產生PAL制全電視信號FBAS，最終建模得到的電視編碼器的總模型框圖如圖1所示。

2 結束語

文章主要介紹如何對RGB信號進行建模，以及如何將RGB信號變換成YUV信號：如RGB-YUV模型；如何建模同步信號，如何建模亮度信號，還介紹了一些行同步信號、亮度信號的形成；如何建模色度信號通道，其中包括建模低通濾波器，建模K選通脈沖模塊，建模副載波信號模塊以及如何對信號進行平衡調幅。

參考文獻

[1]俞斯樂，等.電視原理（第6版）[M].國防工業出版社，2005：8.

[2]王亞麗，毛征，魏諱，等.電視系統編/解碼器的建模與仿真[Z].2008系統仿真技術及其應用學術會.