彩色CVBS信号的成像仿真与液晶显示电路设计

杨焕峥，丁帮俊，崔业梅，吴建军

YANG Huan-zheng1,2，DING Bang-jun1,2，CUI Ye-mei2，WU Jian-jun1,2

（1.江苏省无线传感系统应用工程技术开发中心，无锡 214153；2.无锡商业职业技术学院 物联网技术学院，无锡 214153）

0 引言

在科研及生产过程中，人们经常会涉及到液晶电视技术的研究，其中，对彩色全电视信号的研究成了重要的问题，到目前为止，人们并没有一种方便、直观的手段体现彩色全电视信号的组成，如何产生，如何接收该信号，不容易研究清楚彩色全电视信号的本质，对深入研究液晶电视成像显示技术带来了困难，本文借助Matlab软件，分析、研究了彩色全电视信号的特点，以及采用什么样的电路来显示该信号，有一定的独创性和新颖性，能够为科研及生产带来一定的借鉴作用。

1 PAL彩色CVBS信号Matlab仿真

1.1 Matlab中不同占空比脉冲合成R、G、B信号

一般而言，在一行彩色全电视信号64us周期中，52us的图像信号分成8个彩条，分别是白、黄、青、绿、紫、红、蓝、黑，每个彩条6.5us。在Matlab软件的Simulink组件中，可以采用Pulse1-Pulse7七个脉冲模块来模拟出8个彩条信号，脉冲模块输出的脉冲幅度都为1，周期都为64us，脉冲占空比依次为71.09375%，60.9376%，50.78125%，40.628%，30.46875%，20.3125%，10.15625%，相位延时都为0，通过脉冲波形的相减与叠加计算，合成对应的R、G、B信号[1]。

1.2 亮度信号（Y）和色差信号（R-Y，B-Y）的产生

电视系统中亮度信号（Y）和红、蓝色差的信号（B-Y，R-Y）可以拿公式表示如下：

Y为亮度信号，它的幅度值范围在消隐电平0V到视频幅度峰值电平700mV之间。在Matlab中通过增益器对R、G、B信号进行系数相乘，用加、减法器进行Y、R-Y、B-Y信号的合成来实现[2]。

1.3 Y、R-Y、B-Y处理产生Y、U、V信号

PAL制电视信号就是在正交平衡调幅制的基础上加上一个(逐行倒相)措施,所以称为逐行倒相正交平衡调幅制。在两个色差信号R-Y、B-Y进行平衡调幅前，在幅度上按百分比进行了一定的压缩，从而形成U信号和V信号，用公式表示为：

根据电视技术大面积的着色原理，人的眼睛对于黑白颜色的图象细节能够有比较高的显示分辨力，故此中国电视的制式规定了色度U、V信号的频带宽度需要限制在1.3MHz内，对于彩色图象的细节分辨力则较低，保留了亮度Y信号0-6MHz的带宽，因此可以用两个低通滤波器(lowpassfilter)对两个色差R-Y、B-Y信号进行滤波，便于信号频谱上交错，能够达到亮度信号与色度信号都在同一个频道之内传输的目的。在Matlab中，亮度信号Y通过一个延时电路，R-Y，B-Y通过0.877,0.493的增益器后，再经低通滤波器滤波，模拟出实际的Y，U，V信号[3]，如图1所示。

图1 Y、R-Y、B-Y处理产生Y、U、V信号

1.4 逐行倒相正交平衡调幅

将色差信号U和正弦sinwct该信号一起送到平衡调幅器里，通过这平衡调幅的电路之后可以输出已调的色差FU信号和色同步信号Fbu分量。该色差信号V和余弦coswct信号一起送入平衡调幅器内，经过平衡调幅电路会产生已调色差FV信号与色同步信号Fbv的分量，Fbu与Fbv分量形成色同步Fb信号，该两信号FU、FV的频率是相等的，在相位上有90度差异，如下：

紧接着对FV信号要进行逐行倒相操作，然后与FU信号一起正交相加操作，即PAL制，F=FU+FV=Usinwct±Vcoswct，F称之为色度信号：

图2 逐行倒相正交平衡调幅过程

1.5 Y+A+S信号

然后可以通过将两个脉冲相减，再通过增益器进行幅度处理得到消隐信号，再和一个经过增益器进行幅度处理的同步脉冲相叠加，得到A+S信号，再加上亮度信号Y，得到Y+A+S信号。

1.6 彩色CVBS的信号

最后，把亮度信号(Y)，色度信号(F)，消隐信号(A)，色同步信号(Fh)，同步信号一起经过混合电路相混合之后输出一个彩色全电视信号CVBS，如图3，整体波形在阶梯性上略微有点欠缺，其它形状都很清楚，总体效果很好。

图3 模拟的彩色全电视信号，横坐标时间,单位(us)

2 PAL彩色CVBS信号显示电路设计

2.1 TFT液晶显示驱动芯片MST718BU

PAL制彩色全电视信号的TFT液晶显示电路可以采用MSTAR公司MST718BU显示驱动芯片来驱动TFT液晶显示屏，该芯片是一块超大规模液晶电视专用集成块。内部主要的模块电路有：CPU、视频信号切换开关、色度信号解调和亮度信号处理、A/D变换、变频处理、帧存储器和上屏信号形成等电路。

2.2 MST718BU显示芯片外围电路

在使用MST718BU显示芯片时，要进行外围电路的考虑，当模拟视频信号输入的时候要考虑对地阻抗匹配操作，输入信号要先经过一个120R大小的磁珠，靠这能隔离高频的噪声，紧接着需35Ω输入阻抗和75Ω对地阻抗匹配，接近芯片那端放置47nF的陶瓷电容进行耦合输入。对CVBS这信号，也需要执行输入的阻抗和对地阻抗匹配操作，典型取值是75Ω或62Ω，耦合电容可以使用0.1μF的陶瓷电容。例如VGA R+、G+、B+信号进来，通过该电路后能够产生RIN+、RIN-、GIN+、GIN-、BIN+、BIN-、SOG信号[6]，具体电路如图4所示。

图4 MST718BU显示芯片外围电路

2.3 MST718BU显示芯片电路

图5 MST718BU显示芯片部分电路

将红、绿、蓝三基色信号(RIN+、RIN-、GIN+、GIN-、BIN+、BIN-)、行、场同步信号(HS_RGB、VS_RGB)和绿同步信号(SOG)通过MST718BU芯片处理后能输出DRA7-0、DGA7-0、DBA7-0三组数字信号，以及TFT屏控制信号，然后送入TFT液晶显示屏接口，驱动液晶屏显示，如图5所示。

1)电源的电路

MST718BU芯片有三种互不相同的输入电压值电源引脚，各个电压依次为5V、3.3V与2.5V，这些电压给芯片内部各个模块进行供电。这些电压是通过不受待机影响的5V电源来提供，这样可以保证芯片在待机时，程序能正常执行，来响应外部给的重启指令。

2)振荡器的输入电路

外部的12 MHz晶振信号经过XTALIN和XTALOUT这两引脚进入。在MST718BU芯片内部，一切用到的基准频率都是来自于外部12MHz晶振信号的分频。连接该晶振的两个电容能使得晶振稳定振荡起来，保障晶振频率的可靠，需连两个22pF电容。

3)复位的电路

MST718BU芯片有5个引脚是复位脚，这里面FB1引脚(第42)和FB2引脚(第39)是外部的复位脚。在一般情况下面，该两个引脚是需要短接起来的，而且需要连到1.2V的电压上面。MST718BU芯片的Reset引脚(第72)、Power_on_RStn引脚(第68)和Powergood引脚(第44)是内部复位引脚，这些脚通过内部发生的复位信号给芯片里的其它模块复位。

4）串行的闪存电路连接方式

MST718BU该解码芯片需要执行的程序会被写入进外接串行闪存PS25LV020芯片内。PS25LV020具有256KB储存空间，MST718BU是通过一个四位串行总线(SCK引脚52、SDI引脚53、SDO引脚54、CSN引脚55)与PS25LV020(SPI_CK、SPI_DI、SPI_DO、SPI_CZ引脚)进行数据读取的。

3 测试情况

测试时，可以采用致茂电子CHROMA公司22293型视频信号图形发生器，该设备能够提供TV、HDTV、Analog RGB、DVI与HDMI信号以及类比声音信号输出，可以采用该设备产生水平方向8色100% Color Bar，于画面中不断地更替颜色，用来测试TV对颜色变化的响应速度，如图6所示。

图6 视频发生器设置界面和8色彩条信号

图7 示波器显示的彩色全电视信号和色度信号波形

在TFT液晶显示器正确显示彩条信号的情况下，对MST718BU显示芯片的电路信号波形进行了测试，发现包括输入信号波形在内，VGA中R、G、B、H、V；Y、PB、PR；CVBS；Y、C的各种波形都较清楚，效果良好，该模型用于科研和生产能够取得较好效果，输入彩色全电视信号的波形以及色度信号波形测试如图7所示。

4 结束语

本文借助Matlab软件，分析、研究了彩色全电视信号的特点，具体涉及到了R、G、B信号的产生，亮度信号（Y）和色差信号（R-Y，B-Y）的产生，通过Y、R-Y、B-Y处理生成Y、U、V信号，利用逐行倒相正交平衡调幅产生PAL制电视信号，效果明显，然后采用MST718BU液晶显示电路来显示该信号，并对电路的各个测试点信号进行了测试，效果较好，有一定的独创性和新颖性，能够为科研和生产提供借鉴作用。

[1]徐岩,李彦,李桂苓.三种宽色域视频信号兼容传输处理方案[J].电视技术,2011：59-62.

[2]张堃.NTSC/PAL/SECAM制式的模拟电视数字解码研究与设计[D].成都：电子科技大学,2009.

[3]戴建华,丁帮俊,童建华.基于Matlab彩色全电视信号PAL制编码的建立与实现[J].宁波职业技术学院学报,2012：14-16.

[4]Pixelworks,Inc.P/N001-0033-01Rev G PW181Im age Processor M ultim edia Display Controller with Advanced Video Processing.Product Specification.

[5]ITAKURA T,MINAMIZAKI H,SAITO T,et al.A402-output TFT-LCD driver IC with power control based on the number of colors selected.IEEE Journal of Solid State Circuits .2003.

[6]李雄杰.电视技术[M].北京：机械工业出版社,2012：103-112.