基于MATLAB的PAL制FBVS信号的建模

摘 要：文章介绍了PAL制彩色电视全电视信号FBVS的编码仿真：出于自身对电视原理的学习经验的基础上，利用Matlab/Simulink这个强有力的工具对电视系统进行建模，介绍了建模过程中每个子系统的建立过程。

关键词：PAL制；全电视信号FBVS；编码仿真

1 电视系统编码器建模

文章主要就编码器的主要过程进行编码，从而进行仿真。因篇幅有限，只有仿真框图，未附上仿真结果。

电视编码器的具体建模过程如下：

（1）R、G、B三基色信号进入转换电路，变成亮度信号F和色差信号（R-Y）和（B-Y）。

（2）让亮度信号Y通过中心频率是fsc的副载波频率的陷波器之后经过放大再与行、场同步和消隐信号相混合。

（3）色差信号（R-Y）（即V信号）和（B-Y）（即U信号）。色差信号V与+K脉冲混合后再与±coswsc加入平衡调幅器进行调幅，平衡调幅输出已调的色差信号±Fv和色同步信号Fbv；色差信号U与-K脉冲混合后再对sinwsct平衡调幅，得到Fu和Fbu。之后再进行混合，就可以得到F与Fb。

（4）通过亮度信号和色度信号合成，就可以产生全电视信号FBAS。

1.1 RGB信号发生器的建模

PAL制编码器的输入是R、G、B的电信号，所以在开始进行电视信号的编码之前，首先需要产生R、G、B这三个三基色信号。行周期设为64us，消隐时间设为12us，基色信号时间为52us。标准的彩条信号如果按照物理视野中亮度递减的顺序排列的话，依次为白、黄、青、绿、紫、红、蓝、黑。

1.2 RGB-YUV 模型

在电视系统中，如果想要传送的图像清楚，并且连续没有闪烁感，就需要传送频率大于临界闪烁频率46.8Hz。所以，我国的国家标准中PAL制式进行下面的规定，其中规定场扫描信号的频率Fv为50Hz，扫描过程中每帧图像的扫描行数是625行。在进行RGB to YUV之前，先将RGB信号通过限制频率为6M的低通滤波器，可以使得频率低于6MHz的信号通过滤波器，高于这个频率的信号被滤掉。再运用色差信号方程U=0.493（B-Y）和V=0.877（R-Y）构建RGB-YUV的模型。

1.3 亮度信号通道建模

1.3.1 行同步信号

在我国的PAL制式电视系统中，为使得收、发同步，在电视信号发送端每扫描完一行，便加入行同步脉冲一个；每扫描完一场，便加入场同步脉冲一个；两个脉冲都要在行扫描和场扫描的逆程中传送，他们的时间宽度分别要比行、场的逆程时间小。并且在电视接收机这里一定要先将行同步脉冲和场同步脉冲进行分离，分别用来对电视接收机中的行、场扫描锯齿波电流的周期和相位进行控制。因为文章只是仿真过程，所以便不考虑场同步信号。行同步脉冲宽度为4.7us，幅度是0.4，每一行的行同步信号在53us时加入。

1.3.2 亮度信号

从RGB-YUV模型输出的Y、U、V信号，因为色差信号经过滤波器会产生附加时延，所以为了使亮度信号与色度信号可以同步，于是将亮度信号进行延时，大约0.6us。而且，因为消隐电平本来就是0，所以在该模块搭建过程中并没有加上消隐信号，只是在建模过程中加入行同步信号，使其与亮度Y信号叠加。

1.4 色度信号通道

建模过程中按照PAL色度信号和PAL制提取色度信号的方式，需要先把RGB三基色信号转换为亮度信号一个（Y）和色差信号两个（U、V），然后对得到的U、V信号进行叠加正负K脉冲，再把已经叠加了正负K脉冲信号的信号对正交副载波进行调幅，即平衡调幅，从而得到色度信号。

1.4.1 色度信号LPF

我国的PAL电视制度中这样规定，即色度信号频带宽度不能大于1.3MHz，所以转换矩阵输出的两个色差信号需要分别再次通过低通滤波器从而过滤掉1.3MHz以上的高频成分。

1.4.2 同步选通K脉冲模块

从同步检波原理中可以知道，想要实现信号的同步解调，最关键的要有一个与色差信号调制的时候和副载波同频、同相的、用于恢复的副载波信号，即色同步信号。同步选通K脉冲就是组成色同步信号的过程中一个很重要的信号。

1.4.3 色差、K脉冲信号的叠加

色差信号V和U要对应的和+K和-K脉冲进行叠加混合，即V、U色差信号分量与色同步信号分量（K脉冲）进入加法器模块之后再经过平衡调幅器。

1.4.4 色副载波信号模块

将色差信号叠加K脉冲，之后再分别对两个正交副载波sinwsct和coswsct做处理，即将两者分别进行平衡调幅。两个正交副载波sinwsct和±coswsct从色副载波信号产生模块中产生。

在色副载波的信号子系统中，正负coswt信号开关电路是逐行倒相的半行频（7.8125kHz）的开关控制信号，由方波发生器产生的方波来进行控制，他的周期为2倍行频周期，即128us，再以该信号的边沿升降使得副载波余弦信号的输出发生正负交替，这便是逐行倒相。

1.4.5 平衡调幅

将色差信号V与+K脉冲进行混合后，对±coswsct调幅，得到叠加成功的已调色差信号±FV和叠加成功的色同步信号的Fbv分量；U与-K脉冲进行混合之后，再对sinwsct平衡调幅便可以得到已调色差信号FU和色同步信号Fb这两个分量。这个功能的实现由模块Dot product来完成。之后再将得到的两种信号经过加法器叠加为一个信号F+Fb。

1.5 全电视信号

RGB信号发生模块产生R、G、B信号，之后进入电视系统的编码器，其中包括了亮度信号部分和色度信号部分，最后就可以产生PAL制全电视信号FBAS，最终建模得到的电视编码器的总模型框图如图1所示。

2 结束语

文章主要介绍如何对RGB信号进行建模，以及如何将RGB信号变换成YUV信号：如RGB-YUV模型；如何建模同步信号，如何建模亮度信号，还介绍了一些行同步信号、亮度信号的形成；如何建模色度信号通道，其中包括建模低通滤波器，建模K选通脉冲模块，建模副载波信号模块以及如何对信号进行平衡调幅。

参考文献

[1]俞斯乐，等.电视原理（第6版）[M].国防工业出版社，2005：8.

[2]王亚丽，毛征，魏讳，等.电视系统编/解码器的建模与仿真[Z].2008系统仿真技术及其应用学术会.