浅析视频信号传输中的几个重要概念:交流耦合、偏置、箝位

浅析视频信号传输中的几个重要概念:交流耦合、偏置、箝位
一、视频信号的概念:
A、复合视频信号:
复合视频(Composite Video)信号就是包括亮度和度的单路模拟信号,也即从全电视信号中分离出伴音后的视频信号,这时的度信号还是间插在亮度信号的高端。由于复合视频的亮度和度是间插在一起的,在信号重放时很难恢复完全一致的彩。其信号带宽较窄,一般只有水平240线左右的分解率。其波形如图所示:
B、S-Video信号:
S-Video 是一种两分量的视频信号,它把亮度和度信号分成两路独立的模拟信号,用两路导线分别传输并可以分别记录在模拟磁带的两路磁迹上。这种信号不仅其亮度和度都具有较宽的带宽,而且由于亮度和度分开传输,可以减少其互相干扰,水平分解率可达420线。与复合视频信号相比,S-Video可以更好地重现彩。其波形如图所示:
二、为什么要对视频信号进行交流耦合、偏置和箝位?
视频传输系统大多都选用单电源供电。采用单电源供电就意味着要对视频信号进行交流耦合,从而也降低了视频质量。 例如数模转换器(DAC),DAC的输出可以进行电平转换(一种直流工作模式),以确保输出在0电平以上的动态范围。在具体实施中,常见的错误观点是:运算放大器可以检测地电平以下的信号,因此,可以在输出中重现该信号。这种观点是不正确的。集成的单电源方案才是真正的解决方法。当然,视频信号的交流耦合会带来一个问题。信号的DC电平在设定图像亮度之后必须重建,并确保信号落在下一级的线性工作区内。这种操作被称作“偏置”,根据视频信号波形以及偏置点所需的精度和稳定性,可以采用不同的电路。但是,S视频中只有度信号(C)近似于一个正弦波。亮度(Y)
、复合信号(Cvbs)和RGB都是复杂波形,如图所示:
从一个参考电平沿着一个方向变化,而在参考电平以下还可以叠加一个同步波形。这种信号需要一种专门用于视频信号的偏置方法,被称作箝位,因为它将信号的一个极值“箝位”在基准电压,而另一个极值仍可以变化。经典形式就是二极管箝位,其中二极管由视频的同步信号激活。不过还有其他的箝位形式。
三、视频信号的交流耦合:
当信号采用交流耦合时,耦合电容存贮了(信号)平均值之和,以及信号源与负载之间的DC 电势差。下图用来说明交流耦合对不同信号偏置点的稳定性的影响。所示的是正弦波和脉冲分别交流耦合到接地电阻负载时的不同之处。
简单的RC耦合用于正弦波与脉冲时得到不同的偏置点。
开始时,两种信号都围绕相同电压变化。但是通过电容之后得到了不同的结果。正弦波围绕半幅值点变化,而脉冲围绕与占空比成函数关系的电压变化。这意味着如果采用了交流耦合,占空比变化的脉冲将比相同幅值频率的正弦波需要更宽的动态范围。因此,所有用于脉冲信号的放大器最好采用直流耦合,以保持动态范围。视频信号与脉冲波形类似,也适合采用直流耦合。 但是视频信号仍需交流耦合到电压变化的位置.因为通过直流耦合连接两个不同电
源的电路存在很大的危险性,这在安全性规则中是严格禁止的。所以,该业界有个默认的协议,即视频信号的输入采用交流耦合,而视频输出直流耦合到下一级,重新建立直流成分,允许提供直流输出电平。否则将导致“双重耦合”,即两个耦合电容出现串联,或导致短路,即没有电容。该规则唯一的例外是电池供电设备,例如便携式摄录机和照相机,为了降低电池损耗而使用交流耦合输出。
那么这个耦合电容应该多大?例如,S视频中的度是相位调制正弦波,其最低频率约2MHz。即便使用75负载,也只需要0.1µF。
四、用于视频的单电源偏置电路:
随着数字视频和电池供电设备的大量出现,视频传输系统都采用了单电源供电。典型电路如图所示:
其中假定R1 = R2,且V CC上的任何变化将直接导致运放输入电压按照一定的分压比变化,其PSRR只有-6dB。因此,电源必须经过良好滤波和稳压。
五、视频箝位:
亮度、复合信号与RGB信号在黑(0V)参考电平与带有同步头(-300mV)的最大值(+700mV)之间变化。但是,与图1所示占空比变化的脉冲相似,若这些信号是交流耦合的,偏置电压会随视频内容而变化(被称为平均图像电平或APL),并会丢失亮度信息。需要有一个电电路将黑电平保持为常数,不随视频信号或同步头幅度的变化而变化。
上图所示电路被称作二极管箝位,试图通过二极管(CR)代替电阻来实现。该二极管相当于单向开关。这样,视频信号的大部分负向电压、水平同步头被强制为地。因此该电路又被称作同步头箝位。假定
同步电压(-300mV)不变,而且二极管的导通电压为零,这将使参考电平(0V)保持恒定。虽然不能控制同步电平,但是可以降低导通电压,即通过将箝位二极管放在运放的反馈回路实现“有源箝位”。这样做的主要问题是:如果匹配电路不正确则有可能产生自激,并且在分立设计中很少采用。集成方案可以进行补偿,具有更高的可靠性。
王贵奇
技术支持工程师
哈尔滨圣邦微电子有限公司

本文发布于:2024-09-21 14:52:21,感谢您对本站的认可!

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