CN103685863A - 视频信号转换电路和电视机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种视频信号转换电路和一种电视机，其中，视频信号转换电路包括：隔直电容，连接至选择开关电路的输入端，用于过滤模拟视频信号中的直流成分；选择开关电路，用于选择输入模拟视频信号；缓冲器，缓冲器的输入端连接选择开关电路的输出端，缓冲器的输出端连接至模数转换电路的输入端，缓冲器用于接收输入的模拟视频信号，对模拟视频信号进行缓冲处理，并将经缓冲处理的模拟视频信号输出至模数转换电路；模数转换电路，将接收到的模拟视频信号转换成数字视频信号。本发明能够消除低亮部分的偏色现象，提高画面显示效果。

Description

视频信号转换电路和电视机

技术领域

本发明涉及视频信号处理技术领域，具体而言，涉及一种视频信号转换电路和一种具有该视频信号转换电路的电视机。

背景技术

视频模拟前端电路（视频ADC）是数字家庭和个人娱乐系统的重要组件，是视频SOC芯片不可缺少的部分。由于与一些流行的数字视频接口相比，这些模拟接口具有高图像质量，特别是低功耗的特性，因此将模拟视频接口用作主要连接类型的消费类设备市场仍然非常繁荣。另外，电脑显示器和家庭娱乐设备将继续支持已经非常普及的机顶盒、VCR、DVD播放器、数码相机和其它只提供模拟格式视频的设备。这种模拟前端可以捕获和数字化来自xVGA电脑视频源和众多模拟显示格式的视频，包括目前流行的720p、1080i、1080p等高清格式。

传统基于高清视频的ADC转化的SOC设计，ADC本身的输入端口是有一定的输入阻抗的，但并非高阻，通常在几K到几十K之间，其随输入信号频率变化，以及随ADC（模数转换电路）的采样频率变化。模数转换电路前面有100nF隔直电容，在有限阻抗下，该隔直电容会随图像内容而充放电。对一些特殊场景的画面（例如64节或更多节灰阶变化的RGB信号），在颜色切换时，视频信号的直流电平剧烈变化，引起隔直电容充放电，导致低亮部分偏色，影响了画质效果。

发明内容

考虑到上述背景技术，本发明的一个目的提供一种新的视频信号转换技术，能够消除隔直电容对视频信号的影响，从而消除偏色。

根据本发明的一个方面，提供了一种视频信号转换电路，包括：隔直电容，连接至选择开关电路的输入端，用于过滤模拟视频信号中的直流成分；所述选择开关电路，用于选择输入所述模拟视频信号；缓冲器，所述缓冲器的输入端连接所述选择开关电路的输出端，所述缓冲器的输出端连接至模数转换电路的输入端，所述缓冲器用于接收输入的模拟视频信号，对所述模拟视频信号进行缓冲处理，并将经缓冲处理的模拟视频信号输出至所述模数转换电路；所述模数转换电路，将接收到的模拟视频信号转换成数字视频信号。

通过上述技术方案，隔直电容与模数转换电路之间增加缓冲器，由于隔直电容在进行充放电会影响色差信号的偏移量，因此导致低亮部分偏色，而增加了缓冲器之后，能够使隔直电容对后面的模数转换电路的影响减小，在同步视频信号的同时，能够保证色差信号的偏移量不受影响，消除低亮区偏色的问题。

在上述技术方案中，优选的，所述缓冲器包括：运算放大器，所述运算放大器的同相输入端连接至所述选择开关电路的输出端，所述运算放大器的反相输入端与所述运算放大器的输出端连接。

在上述任一技术方案中，优选的，所述运算放大器包括：第一三极管、第二三极管和第三三极管，所述第一三极管的基极连接至所述选择开关电路的输出端，所述第一三极管的集电极通过第一上拉电阻接电源，发射极通过第四电阻接地，所述第二三极管的基极连接至所述第一三极管的集电极，所述第二三极管的集电极同时连接至所述第一三极管的发射极和所述第三三极管的基极，所述第二三极管的发射极和所述第三三极管的发射极分别通过第二上拉电阻和第三上拉电阻接电源，所述第三三极管的集电极接地，所述第三三极管的发射极还连接至所述模数转换电路的输入端。

上述多个三极管构成了放大跟随电路（射极跟随器实质上是一个电压串联负反馈放大器。负反馈放大器的特性是具有高的输入阻抗和低的输出阻抗）。输入信号通过第一三极管和第二三极管组成的基本放大电路，按照需要输出的目标增益进行调整输出。第三三极管为射随电路，具有较高的输入阻抗（达到兆级），较低的输出阻抗（几欧姆），从而能够避免隔直电容对模数转换电路的影响，并且电压增益接近1，使输入信号与输出信号同相，大小基本相等，从而实现了信号的同步。

在上述任一技术方案中，优选的，所述运算放大器还可以包括：两个电容，分别用于过滤所述模拟视频信号中的直流成分，其中一个电容连接在所述选择开关电路的输出端与所述第一三极管的基极之间，另一个电容连接在所述第三三极管的发射极与所述模数转换电路的输入端之间。

在上述任一技术方案中，优选的，所述运算放大器还可以包括：信号处理电路，与所述第一电阻和所述第四电阻并联，用于调节输入至所述第一三极管的电压信号。

在上述任一技术方案中，优选的，所述信号转换电路包括偏置电阻，所述偏置电阻包括第五电阻和第六电阻，其中，所述第五电阻的一端接电源，另一端与所述第六电阻的一端连接，所述第六电阻的另一端接地。该偏置电阻能够保证三极管集电极和发射极处的电压比例，保护三极管。

在上述任一技术方案中，优选的，所述运算放大器还可以包括：预加重电路，与所述第四电阻并联，用于对输入的视频信号的幅度进行放大补偿。

在上述任一技术方案中，优选的，所述预加重电路包括一个电阻和一个电容，该电阻的一端连接至所述第四电阻上与所述第一三极管的发射极连接的一端，该电阻的另一端连接至该电容的一端，该电容的另一端接地。通过该预加重电路能够对输入的高频信号幅度放大进行补偿，增加图像效果，使亮的地方更亮一些，暗的地方更暗一些，进一步提升画质。

在上述任一技术方案中，优选的，还可以包括：滤波电容，连接至所述缓冲器的电源输入端，能够减少对缓冲器的噪声干扰。

根据本发明的另一方面，还提供了一种电视机，包括本发明提出的视频信号转换电路。

由于根据本发明的视频信号转换电路能够消除低亮部分的偏色问题，因此采用该视频信号转换电路的电视机可以获得更好的画质效果。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的视频信号转换电路的示意图；

图2是图1所示的视频信号转换电路中的选择开关电路的示意图；

图3是图2所示的选择开关电路中的传输门电路的示意图；

图4是图1所示的视频信号转换电路中的缓冲器的示意图；

图5是图4所示的缓冲器中的运算放大电路的示意图；

图6是相关技术中ADC的输出结果的截图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1是根据本发明的实施例的视频信号转换电路的示意图。

如图1所示，根据本发明的实施例的视频信号转换电路，包括：隔直电容（图中未示出）、选择开关电路102、缓冲器104、模数转换电路106、数字补偿电路108、箝位电路110以及调整电路112。

其中，隔直电容连接至选择开关电路102的输入端，用于过滤模拟视频信号中的直流成分；选择开关电路102用于选择输入模拟视频信号。缓冲器104的输入端连接选择开关电路102的输出端，缓冲器104的输出端连接至模数转换电路106的输入端，接收输入的模拟视频信号，对视频信号进行缓冲处理，并将经缓冲处理的模拟视频信号输出至模数转换电路106；模数转换电路106用于将输入的模拟视频信号转换成数字视频信号。数字补偿电路108用于改善模数转换电路的ADC转换性能，当模拟部分出现误差时，对该误差部分进行补偿。箝位电路110对选择开电路102输出的信号进行箝位，以恢复信号的直流电平，选择开关电路102输出的信号经过箝位电路110的箝位处理后输入至缓冲器104。调整电路112用于调整模数转换电路106的偏移量和增益。

通过上述技术方案，隔直电容与模数转换电路之间增加缓冲器，由于隔直电容在进行充放电会影响色差信号的偏移量，因此导致低亮部分偏色，而增加了缓冲器之后，不仅能够实现信号的同步，而且由于该缓冲器的输入阻抗较高，输出阻抗较低，因此能够隔离隔直电容和模数转换电路，从而能够使隔直电容对后面的模数转换电路的影响减小，在同步视频信号的同时，能够保证色差信号的偏移量不受影响，消除低亮区偏色的问题。

在图1中，选择开关电路102的电路结构可以如图2所示。

图2示出了4选1的多路模拟开关，预留4路ADC输入接口，以兼容更多的模拟视频信号输入设备。通过软件控制EN、IN来选通Y1/Pb1/Pr1/Soy1到Y/Pb/Pr/Soy，或Y2/Pb2/Pr2/Soy2到Y/Pb/Pr/Soy。其每个开关选择为传输门电路，如图3所示。所谓传输门（TG）就是一种传输模拟信号的模拟开关。CMOS传输门由一个P沟道和一个N沟道增强型MOSFET并联而成。PN和TN是结构对称的器件，它们的漏极和源极是可互换的。设它们的开启电压为VT，且输入模拟信号的电压变化范围为-VE到+VE。为使衬底与漏源极之间的PN结任何时刻都不致正偏，故TP的衬底接+VE电压，而TN的衬底接-VE电压。两管的栅极由互补的信号电压（+VE和-VE）来控制，分别用C和

表示。

传输门的工作情况如下：当C端接低电压-VE时，TN的栅压即为-VE，在v_I取-VE到+VE范围内的任意值时，TN均不导通。同时TP的栅压为+VE，TP亦不导通。可见，当C端接低电压时，开关是断开的。为使开关接通，可将C端接高电压+VE。此时TN的栅压为+VE，v_I在-VE到+(VE-VT)的范围内，TN导通。同时TP的棚压为-VE，v_I在-(VE-VT)到+VT的范围内，TP将导通。由上分析可知，当v_I<-(VE-VT)时，仅有TN导通，而当v_I>+(VE-VT)时，仅有TP导通，当v_I在-(VE-VT)到+(VE-VT)的范围内，TN和TP两管均导通。为保证传输视频信号时，具有低失真、低传输延时、低传输损耗等特性，设计时需使导通阻抗小于10R，带宽满足200Mhz-300Mhz。

在图1中，缓冲器的一种电路结构可参见图4。缓冲器104包括运算放大器，其中，运算放大器的同相输入端连接至选择开关电路102的输出端，运算放大器的反相输入端与该运算放大器的输出端连接。为减小噪声干扰，在该运算放大器上设置滤波电容，连接至该缓冲器104的电源输入端。Vin为经过选择开关电路102选择后的信号输入端，Vo为信号输出端。Vcc为缓冲器的供电电压。根据运算放大器虚短、虚断判断，Vin输入为高阻状态。

优选的，如图5所示，图4中所示的运算放大器可以包括：信号处理电路、滤波电容、放大跟随电路以及相应的外围电路。

其中，放大跟随电路包括三个三极管，第一三极管Q1的基极连接至选择开关电路的输出端，第一三极管Q1的集电极通过第一上拉电阻R3接电源，发射极通过第四电阻R4接地；第二三极管Q2的基极连接至第一三极管Q1的集电极，第二三极管Q2的集电极同时连接至第一三极管Q1的发射极和第三三极管Q3的基极，第二三极管Q2的发射极和第三三极管Q3的发射极分别通过第二上拉电阻R5和第三上拉电阻R6接电源；第三三极管Q3的集电极接地，第三三极管Q3的发射极还连接至模数转换电路106的输入端。也就是说，Q1、Q2组成放大电路，Q3为射随（跟随）电路（射极跟随器实质上是一个电压串联负反馈放大器。负反馈放大器的特性是具有高的输入阻抗和低的输出阻抗）。输入信号通过Q1和Q2组成的基本放大电路，按照需要输出的目标增益进行调整输出。Q3为射随电路，具有较高的输入阻抗（达到兆级），较低的输出阻抗（几欧姆），电压增益接近1，输入信号与输出信号同相，大小基本相等。

滤波电容为两个电容（C1和C2），分别用于过滤模拟视频信号中的直流成分，其中一个电容C1连接在选择开关电路102的输出端与第一三极管Q1的基极之间，另一个电容C2连接在第三三极管Q3的发射极与模数转换电路106的输入端之间。

由于输入信号要求满足高清1080p的采样要求（一种采样标准），为保证信号不失真，需要保证加入的缓冲器104具有高带宽的性能，该缓冲器104带宽设计为不小于148Mhz，例如为148Mhz或者300Mhz。并且为保证通过信号的可靠性，要求缓冲器（Buffer）输入端的方波信号在70Mhz输入时，输出端相对于输入端衰减0.1db；加入的缓冲器104还具有高阻特点（达到兆级），该高阻特点是为了保持Ypbpr信号（Y、Pr、Pb）或VGA信号（R、G、B）输入滤波电容（C1和C2）充放电时，滤波电容（C1和C2）两端保持一个稳定的电压，保证ADC后信号的Pr、Pb的偏移量值保持一致，或者R、G、B的偏移量（offset值）保持一致。同时要求Buffer输入信号等于输出信号，起到跟随的作用（即相位同步，电压相等，输出跟随输入变化而变化）。

继续参考图5，该运算放大器还可以包括：信号处理电路，与第一电阻R3和第四电阻R4并联，用于调节输入至第一三极管Q1的电压信号。优选的，所述信号处理电路包括偏置电阻，该偏置电阻包括第五电阻R1和第六电阻R2，其中，所述第五电阻R1的一端接电源，另一端与第六电阻R2的一端连接，第六电阻R2的另一端接地。该偏置电阻能够保证三极管集电极和发射极处的电压比例，保护三极管。

所述运算放大器还包括：预加重电路，与第四电阻R4并联，用于对输入的视频信号的幅度进行放大补偿。

优选的，所述预加重电路包括一个电阻R7和一个电容C3，电阻R7的一端连接至第四电阻R4上与第一三极管Q1的发射极连接的一端，电阻R7的另一端连接至所述电容C3的一端，电容C3的另一端接地。通过该预加重电路能够对输入的高频信号幅度放大进行补偿，增加图像效果，使亮的地方更亮一些，暗的地方更暗一些，进一步提升画质。

在使用以前的ADC设计方法时，在1080P下64节彩色灰阶，能看到红色低亮区偏绿，绿色低亮区偏紫，蓝色低亮区偏绿。针对现有的ADC输出结果值画出如图6所示的曲线图。在图6中，示出了ADC模块输出的Y、Pb、Pr三个分量值。

在图6中，横坐标表示一行图像的像素点，从左到右为对应一行画面从左到右。从图6中看出，Y的箝位点对应纵坐标为64，Pb的箝位点是512，Y、Pb的箝位点基本准确，Pr的箝位点是450。而在正常的情况下，Pb、Pr的箝位点对应纵坐标均应为512。可见Pr的箝位点明显偏低。

结合CSC（彩色空间）转换公式来看：

R=1.164×(Y-16)+1.596×(Pr-128)；

G=1.164×(Y-16)-0.392×(Pb-128)-0.813×(Pr-128)；

B=1.164×(Y-16)+2.017×(Pb-128)。

如果Pr的值偏低，则会导致R偏低，G偏高，B不变。所以在红色低亮处会很明显的看出偏绿。采用新的ADC设计方法，ADC输出后的图像整个部分都是亮度的逐次变化。在低亮部分没有出现偏色。因此，通过本发明的设计方法，消除了低亮部分的偏色现象，提高了图像的画质质量。

根据本发明的实施例的电视机，可以包括如上述任一实施例中所描述的视频信号转换电路。由于根据本发明的视频信号转换电路能够消除低亮部分的偏色问题，因此采用该视频信号转换电路的电视机可以获得更好的画质效果。

除此之外，根据本发明的视频信号转换电路还可以应用在其他任何显示装置上，例如笔记本电脑、平板电脑。

以上结合附图详细说明了根据本发明的视频信号转换技术，通过在传统ADC转化前面增加一个高速高阻状态缓冲器来提升SOC芯片对一些比较极端信号的处理能力，以提高soc芯片对模拟高清信号的处理能力，提高SOC的画质效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种视频信号转换电路，其特征在于，包括：

隔直电容，连接至选择开关电路的输入端，用于过滤模拟视频信号中的直流成分；

所述选择开关电路，用于选择输入所述模拟视频信号；

缓冲器，所述缓冲器的输入端连接所述选择开关电路的输出端，所述缓冲器的输出端连接至模数转换电路的输入端，所述缓冲器用于接收输入的模拟视频信号，对所述模拟视频信号进行缓冲处理，并将经缓冲处理的模拟视频信号输出至所述模数转换电路；

所述模数转换电路，将接收到的模拟视频信号转换成数字视频信号。

2.根据权利要求1所述的视频信号转换电路，其特征在于，所述缓冲器包括：

运算放大器，所述运算放大器的同相输入端连接至所述选择开关电路的输出端，所述运算放大器的反相输入端与所述运算放大器的输出端连接。

3.根据权利要求2所述的视频信号转换电路，其特征在于，所述运算放大器包括：

第一三极管、第二三极管和第三三极管，所述第一三极管的基极连接至所述选择开关电路的输出端，所述第一三极管的集电极通过第一上拉电阻接电源，发射极通过第四电阻接地，

所述第二三极管的基极连接至所述第一三极管的集电极，所述第二三极管的集电极同时连接至所述第一三极管的发射极和所述第三三极管的基极，所述第二三极管的发射极和所述第三三极管的发射极分别通过第二上拉电阻和第三上拉电阻接电源，

所述第三三极管的集电极接地，所述第三三极管的发射极还连接至所述模数转换电路的输入端。

4.根据权利要求3所述的视频信号转换电路，其特征在于，所述运算放大器还包括：

两个电容，分别用于过滤所述模拟视频信号中的直流成分，其中一个电容连接在所述选择开关电路的输出端与所述第一三极管的基极之间，另一个电容连接在所述第三三极管的发射极与所述模数转换电路的输入端之间。

5.根据权利要求3所述的视频信号转换电路，其特征在于，所述运算放大器还包括：

信号处理电路，与所述第一电阻和所述第四电阻并联，用于调节输入至所述第一三极管的电压信号。

6.根据权利要求5所述的视频信号转换电路，其特征在于，所述信号转换电路包括偏置电阻，所述偏置电阻包括第五电阻和第六电阻，其中，所述第五电阻的一端接电源，另一端与所述第六电阻的一端连接，所述第六电阻的另一端接地。

7.根据权利要求3所述的视频信号转换电路，其特征在于，所述运算放大器还包括：

预加重电路，与所述第四电阻并联，用于对输入的视频信号的幅度进行放大补偿。

8.根据权利要求7所述的视频信号转换电路，其特征在于，所述预加重电路包括一个电阻和一个电容，该电阻的一端连接至所述第四电阻上与所述第一三极管的发射极连接的一端，该电阻的另一端连接至该电容的一端，该电容的另一端接地。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的视频信号转换电路，其特征在于，还包括：滤波电容，连接至所述缓冲器的电源输入端。

10.一种电视机，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的视频信号转换电路。

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