淺析視頻信號(hào)傳輸中的幾個(gè)重要概念：交流耦合、偏置、箝位-

1、淺析視頻信號(hào)傳輸中的幾個(gè)重要概念:交流耦合、偏置、箝位一、視頻信號(hào)的概念:A、復(fù)合視頻信號(hào):復(fù)合視頻(Composite Video信號(hào)就是包括亮度和色度的單路模擬信號(hào),也即從全電視信號(hào)中分離出伴音后的視頻信號(hào),這時(shí)的色度信號(hào)還是間插在亮度信號(hào)的高端。由于復(fù)合視頻的亮度和色度是間插在一起的,在信號(hào)重放時(shí)很難恢復(fù)完全一致的色彩。其信號(hào)帶寬較窄,一般只有水平240線左右的分解率。其波形如圖所示: B、S-Video信號(hào):S-Video 是一種兩分量的視頻信號(hào),它把亮度和色度信號(hào)分成兩路獨(dú)立的模擬信號(hào),用兩路導(dǎo)線分別傳輸并可以分別記錄在模擬磁帶的兩路磁跡上。這種信號(hào)不僅其亮度和色度都具有較寬的帶寬,

2、而且由于亮度和色度分開傳輸,可以減少其互相干擾,水平分解率可達(dá)420線。與復(fù)合視頻信號(hào)相比,S-Video可以更好地重現(xiàn)色彩。其波形如圖所示: 二、為什么要對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行交流耦合、偏置和箝位?視頻傳輸系統(tǒng)大多都選用單電源供電。采用單電源供電就意味著要對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行交流耦合,從而也降低了視頻質(zhì)量。 例如數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC,DAC的輸出可以進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換(一種直流工作模式,以確保輸出在0電平以上的動(dòng)態(tài)范圍。在具體實(shí)施中,常見的錯(cuò)誤觀點(diǎn)是:運(yùn)算放大器可以檢測地電平以下的信號(hào),因此,可以在輸出中重現(xiàn)該信號(hào)。這種觀點(diǎn)是不正確的。集成的單電源方案才是真正的解決方法。當(dāng)然,視頻信號(hào)的交流耦合會(huì)帶來一個(gè)問題。信

3、號(hào)的DC電平在設(shè)定圖像亮度之后必須重建,并確保信號(hào)落在下一級(jí)的線性工作區(qū)內(nèi)。這種操作被稱作“偏置”,根據(jù)視頻信號(hào)波形以及偏置點(diǎn)所需的精度和穩(wěn)定性,可以采用不同的電路。但是,S視頻中只有色度信號(hào)(C近似于一個(gè)正弦波。亮度(Y、復(fù)合信號(hào)(Cvbs和RGB都是復(fù)雜波形,如圖所示: 從一個(gè)參考電平沿著一個(gè)方向變化,而在參考電平以下還可以疊加一個(gè)同步波形。這種信號(hào)需要一種專門用于視頻信號(hào)的偏置方法,被稱作箝位,因?yàn)樗鼘⑿盘?hào)的一個(gè)極值“箝位”在基準(zhǔn)電壓,而另一個(gè)極值仍可以變化。經(jīng)典形式就是二極管箝位,其中二極管由視頻的同步信號(hào)激活。不過還有其他的箝位形式。三、視頻信號(hào)的交流耦合:當(dāng)信號(hào)采用交流耦合時(shí),耦合

4、電容存貯了(信號(hào)平均值之和,以及信號(hào)源與負(fù)載之間的DC 電勢差。下圖用來說明交流耦合對(duì)不同信號(hào)偏置點(diǎn)的穩(wěn)定性的影響。所示的是正弦波和脈沖分別交流耦合到接地電阻負(fù)載時(shí)的不同之處。 簡單的RC耦合用于正弦波與脈沖時(shí)得到不同的偏置點(diǎn)。開始時(shí),兩種信號(hào)都圍繞相同電壓變化。但是通過電容之后得到了不同的結(jié)果。正弦波圍繞半幅值點(diǎn)變化,而脈沖圍繞與占空比成函數(shù)關(guān)系的電壓變化。這意味著如果采用了交流耦合,占空比變化的脈沖將比相同幅值頻率的正弦波需要更寬的動(dòng)態(tài)范圍。因此,所有用于脈沖信號(hào)的放大器最好采用直流耦合,以保持動(dòng)態(tài)范圍。視頻信號(hào)與脈沖波形類似,也適合采用直流耦合。 但是視頻信號(hào)仍需交流耦合到電壓變化的位置

5、.因?yàn)橥ㄟ^直流耦合連接兩個(gè)不同電源的電路存在很大的危險(xiǎn)性,這在安全性規(guī)則中是嚴(yán)格禁止的。所以,該業(yè)界有個(gè)默認(rèn)的協(xié)議,即視頻信號(hào)的輸入采用交流耦合,而視頻輸出直流耦合到下一級(jí),重新建立直流成分,允許提供直流輸出電平。否則將導(dǎo)致“雙重耦合”,即兩個(gè)耦合電容出現(xiàn)串聯(lián),或?qū)е露搪?即沒有電容。該規(guī)則唯一的例外是電池供電設(shè)備,例如便攜式攝錄機(jī)和照相機(jī),為了降低電池?fù)p耗而使用交流耦合輸出。那么這個(gè)耦合電容應(yīng)該多大?例如,S視頻中的色度是相位調(diào)制正弦波,其最低頻率約2MHz。即便使用75負(fù)載,也只需要0.1µF。四、用于視頻的單電源偏置電路:隨著數(shù)字視頻和電池供電設(shè)備的大量出現(xiàn),視頻傳輸系統(tǒng)都采用

6、了單電源供電。典型電路如圖所示: 其中假定R1 = R2,且V CC上的任何變化將直接導(dǎo)致運(yùn)放輸入電壓按照一定的分壓比變化,其PSRR只有-6dB。因此,電源必須經(jīng)過良好濾波和穩(wěn)壓。五、視頻箝位:亮度、復(fù)合信號(hào)與RGB信號(hào)在黑色(0V參考電平與帶有同步頭(-300mV的最大值(+700mV之間變化。但是,與圖1所示占空比變化的脈沖相似,若這些信號(hào)是交流耦合的,偏置電壓會(huì)隨視頻內(nèi)容而變化(被稱為平均圖像電平或APL,并會(huì)丟失亮度信息。需要有一個(gè)電電路將黑色電平保持為常數(shù),不隨視頻信號(hào)或同步頭幅度的變化而變化。 上圖所示電路被稱作二極管箝位,試圖通過二極管(CR代替電阻來實(shí)現(xiàn)。該二極管相當(dāng)于單向開關(guān)。這樣,視頻信號(hào)的大部分負(fù)向電壓、水平同步頭被強(qiáng)制為地。因此該電路又被稱作同步頭箝位。假定同步電壓(-300mV不變,而且二極管的導(dǎo)通電壓為零,這將使參考電平(0V保持恒定。雖然不能控制同步電平,但是可以降低導(dǎo)通電壓,即通過將箝位二極管