CN1134642A - 分量至复合视频信号变换器 - Google Patents

Abstract

与加法放大器相连接的偏置源在该放大器输入端产生第一DC偏置，在其输出端产生第二DC偏置。第一电路节点与亮度信号源AC耦合，并经第一电阻与加法放大器输入端DC耦合，经第一放大器与亮度负载DC耦合。第二电路节点与色度信号源AC耦合。经第二电阻与加法放大器输入端DC耦合，经第二放大器与色度负载DC耦合。第三放大器提供加法放大器输出至复合视频信号负载的DC耦合。

Description

分量至复合视频信号变换器

本发明一般地涉及视频信号处理技术，特别是涉及用于将一些分量视频信号变换成复合形式的视频信号的电路。

在某些应用中，希望以一种组合或合成的形式来处理亮度与色度信号，而在其它一些应用之中，可能希望保持诸信号的分离或分量形式。例如，普通消费者使用的摄像机和盒式录像机是以一种复合形式提供视频输出信号的，在这种形式中，亮度与色度信号被组合以形成一个“复合”视频信号。其优点是，这种彩色视频信号传输的复合形式，仅仅需要一条单独的连接至一个监视器或录像机输入的同轴电缆。对于较为高质的消费应用而言，常用的是以一种分离或“分量”格式输出，此中亮度和色度分量不是混合的而是分离地给出的。这种传输格式用于所谓“SVHS”(超甚高灵敏度)消费产品中。

在某些应用之中，希望能够将视频信号从分量形式变换成复合形式。这种应用之一例在克林克(Klink)的美国专利第5,296,921号中有过描述。该专利于1995年3月22日颁布，其名称为“带有组合亮度和色度分量并对其滤波以形成复合视频信号的共用部件的双端网络(TWO PORT NETWORK WITH SHARED ELEMENTS FORCOMBINING AND FILTERING LUMA AND CHROMACOMPONENTS TO FORM COMPOSITE VIDEO SIGNAL)。在克林克装置的一个实例中，利用一个双端无源滤波器网络，以这样一种方式在画中画处理之器内，对亮度和色度分量加以组合，以抑制所述的特定画中画处理的某些视觉滞留特性。但是，无源网络的使用，使得在某些例如希望取得功率增益的应用中，不能使用经过组合的信号。就此而言，有源网络的使用，则要求相对复杂的电路，特别是在要求多个缓冲输出的情况下，更是如此；在后者中，不同的输出可能要求不同的传输增益，也可能要承受负载阻抗的变化。

本发明旨在满足对设计简化的电路的要求，这种电路能够提供分量至复合信号的变换，具有多个功率增益可能不同的缓冲输出，并且对于所提供的输出信号之交流(AC)和直流(DC)分量，均有极高的输出负载阻抗变化容耐性。

根据本发明，与一加法放大器(21)相连接的偏置电源(R7，R8，C24)在该放大器输入端(发射极)产生一个第一直流(DC)偏置，在该放大器输出端(集电极)产生一个第二直流(DC)偏置。第一电路节点(B)与亮度信号源(Y1，18)相交流(AC)地耦合，并经过一第一电阻(R4)与加法放大器输出相直流(DC)地耦合、经过一第一放大器(28)与亮度负载(Y3，30)相直流(DC)地耦合。第二电路节点(A)与色度信号源(C1，18)相交流(AC)地耦合(20)，并经过一第二电阻(R3)与该加法放大器输入(发射极，Q1)相直流(DC)地耦合、经过一个第二放大器(26)与色度信号负载(C3、30)相直流(DC)地耦合。一个第三放大器(Q2)提供加法放大器(Q1)的输出至一复合视频信号负载(E，40)之间的DC耦合。

有利的是，本电路提供了分量-复合信号的变换，其具有多个可提供不同功率增益的缓冲输出，在负载阻抗变化时仍保持稳定性；它通过在加法放大器输入端以及其输出端产生的偏置而得到直流偏置，从而对信号变换进行放大和缓冲。

在所附的附图中，示出了本发明上述的以及进一步的特征，其中相同的部件标以相同的标号。图中：

图1是一个其中部分为电连接图形式的实现本发明的电视接收机方框图；

图2和3是其中部分为电连接图形式的表示图1所示接收机附图细节的框图；

图4示出图1接收机的一种修改形式。

图1的电视接收机，示出了本发明分量至复合信号变换器电路50的一种理想和有用的应用。该接收机提供复合视频信号和一分量视频信号的画中画显示，并包括能使输入信号的任何一个作为一幅主画面或一幅插入画面而得以显示的电路。

该接收机包括一画中画(下文中称之为PIP)处理器70，其具有一些耦合的亮度和色度输出，通过一个显示处理器80将画中画视频信号(Y7，C7)提供至一显示单元82。处理器80提供诸如亮度、对比度、色调及饱和度控制等一般功能，也提供分量输入信号Y7和C7矩阵运算，以产生用于在单元82上显示的红、绿、兰(RGB)输出信号。显示单元82可以是如图所示的普通显像管，或者其它一些诸如液晶显示器、光阀管式显示器等合适的显示器件。PIP处理器70是具有分量72和复合(73，74)视频输入的传统类型的处理器，其提供经过处理后的输出信号(C7和Y7)，其中分量视频输入信号(色度信号C6和亮度信号Y6)在显示器82的主画面区域上显示，而复合视频输入信号(S-插入(S-inset)则在显示器82的主画面区域以内以压缩形式插入，作为一个插入的小画面显示于显示器82上。

该接收机可以显示许多视频信号。由两个视频开关40和60提供对显示信号的选择，这两个开关40和60通过由一个接收机控制单元90提供一些选择信号来控制。第一开关40从标为A-E的输入端上从标为S1-S5的多个复合视频输入信号中，在输出端F和G选择出标以S-inset和S-main的两个输出信号。开关40是这样一种类型的开关，它能够使输入端A-E中任何一个与其输出端F和G之任何一个相耦合。这种开关可以通过用两个分离的开关部分来构成，其中一个开关部分完成输入端A-E与输出端F之间的选择、另一个开关部分完成输入端A-E与输出端G之间的选择。另外的方案是，开关40也可以是由一些分立开关组合成的一个矩阵构成的所谓多端“矩阵”或“跨接杆”式的，能够将任一输入端(A-E)的任一输入信号导接至任一输出端(F，G)。

施加到第一视频输入开关40的复合视频输入信号S1和S2，分别由两个标为TUNER1和TUNER2的调谐器单元13和14中对应的一个所提供的。此两个调谐器单元具有共连至一射频(RF)输入连接器12的RF输入端，以利其操作。例如，观众可以在显示器82的主画面区域观看TUNER1，同时，在插入画面区域观看TUNER2。可以在屏幕的任何区域中，观看到全部至第一视频开关40的复合输入。

继续对接收机的信号源叙述，施加至第一视频开关40输入端C和D的复合视频信号S3和S4，由传统的“RCA”式基带辅助输入连接器15和16，其可与诸如盒式录像机、视频光碟机、视频游戏机等复合形式的传统基带视频信号源相连接。

用于复合视频开关40输入端“E”的复合视频信号S5，由一个实现本发明的“分量至复合视频变换器”提供，后者在附图中统一由标号“50”来表示，部分以电路图形式、部分以框图形式示出。该变换器与一个SVHS输入连接器18相耦合，并将SVHS信号的分量信号SVHS亮度信号Y1和色度信号C1变换成用于施加给复合视频开关40输入“E”的复合形式的信号S5。

由分量-复合视频变换器50提供的另外一些功能，包括提供控制复合信号S5的直流电平或“偏置”，以及利用从一个加法放大器的诸输入端获得的DC电平，提供四个缓冲输出Y3、Y4、C3和C4；该加法放大器对SVHS分量进行组合，以形成复合信号S5。更具体地，在变换器50中，亮度和色度信号Y1和C1分别经过对应的终端电阻R1和R2与地相耦合；经过对应的AC耦合电容22和20与共基极输入加法放大器(Q1，R3，R4)的对应输入节点“B”和“A”相耦合。该加法放大器使AC耦合信号Y2和C2相加，以形成复合信号S5。

对于缓冲信号Y3和C3，变换器50的变换增益是×2(2倍)或加6分贝(+6dB)。对其余的缓冲信号C4、Y4和S5(复合信号)，变换增益为一(unity)(即，“1”或0分贝，0dB)。如后续将要详述的，所有负载，都显示出可能极度变化的阻抗。有利的是，不论是这五个输出信号S5、C3、Y3、C4、Y4的DC电平，还是这些信号的AC信号电平(增益)，都不受它们所施以的负载阻抗变化的不利影响。

共基极输入加法放大器包括一个共基极放大器Q1，其基极通过包括电阻R8和R7的分压器加以偏置，电阻R8和R7从Q1的基极，分别耦合至电压源(+Vcc)和一个参考电压源(图中未出)。这些电阻与电源电压Vcc的比率，决定Q1的基极偏置，进而决定Q1发射极的DC偏置。晶体管Q1的集电极经过一个集电极负载电阻R5与电源端Vcc相耦合；发射极经过一个发射极负载电阻R6与地相耦合，并经过对应的信号加法电阻R3和R4与输入节结“A”的“B”相耦合。

在工作中，输入电阻R3和R4提供双重功能：(1)使SVHS输入信号的色度C2和亮度Y2的AC分量相加；(2)使加法结(Q1的发射极电极)处产生的DC偏置与加法放大器输入节点“A”和“B”相耦合，用以对多个直接耦合的缓冲放大器26、28、32和34提供偏置。这些缓冲放大器其中的两个(26和28)将缓冲分量(SVHS)输出信号提供给一个SVHS输出连接器30，以供另一SVHS装置(例如一个记录器)使用。

有利的是，使用者可以在显示屏82上显示来自一个SVHS盘重放机的SVHS信号，同时在磁带上记录该盘的节目，而不会造成分量SVHS信号的亮度/色度信号幅度的损失，从而对于显示和复制操作都能保证SVHS信号的全部质量。为此目的，将放大器26和28的增益设置在乘2倍(即，+6dB)，以使当连接器30与一负载电阻(例如，75Ω)相连接时，从输入(连接器18)至输出(连接器30)的净增益为一(unity)或零分贝(0dB)，表明信号无增益或电平无损失。

缓冲器26和28的另一作用是提供负载隔离。这是非常重要的，因为当无连接负载时，连接器30的负载阻抗可能非常高(例如，无穷大或成为开路)；而当连接上一只75Ω的终端负载时，连接器30的负载阻抗则可能非常低。如此提供的隔离，防止在连接器30处阻抗的变化改变其它用于信号S5、Y4和C4输出的AC或DC信号电平。

另外两个缓冲放大器32和34的增益为1(即，0dB)，保护施加给分量视频开关60的SVHS信号的幅度。有利的是，这些缓冲器防止了在开关60从一个分量信号对(例如，来自变换器50的C4、Y4)转换到另一个分量信号对(例如，来自变换器45的C5、Y5)时，在该开关的负载中产生任何变化。与缓冲器26和28一样，这将开关60与信号加法节点“A”、“B”隔离开来，从而防止由晶体管Q1进行加法运算的或在连接器18处输出的用于复制的SVHS信号幅度变化。

一个增益亦为“1”的第五缓冲放大器包括射极跟随晶体管Q2以及与之相关的负载电阻R9。该放大器对出现在晶体管Q1的集电极处经过加法运算的复合SVHS信号进行缓冲或隔离，后者作为复合信号S5送至视频开关40的输入端“E”。优越地，这提供了复合的功能：(1)为视频开关40的输入“E”提供了一个低阻抗驱动，以便能够对画中画处理器70和复合-分量变换器45都提供低阻抗信号源；(2)防止开关40的转换改变加法放大器(Q1，R3，R4)的加法增益。关于这点，应当提及的是，该加法放大器加法增益是由经亮度及色度输入电阻R3和R4值分压的集电极负载电阻R5的值所确定的。例如，如果R3＝R4＝R5，那么整个增益对于色度信号将为1而对于亮度信号亦为1。但是，仅仅在通过一个1倍增益缓冲放大器(例如，射极或电压跟随器Q2)，使加法放大器Q1的输出与视频开关40的输入端E处的阻抗变化相隔离时，这种关系才能保持。

现在回过来讨论开关40，标号为“F”的输出端用来向PIP处理器70的复合视频信号输入端72，提供插入画面复合视频信号S-inset。如前面所述，受到接收机控制单元90控制的输出端“F”，可以选择开关40中五个复合视频输入端中的任何一个、由于输出端“F”仅连接至PIP处理器70的复合视频输入端(该PIP处理器70处理经压缩的“小、的”或“插入”图像，所以被选择用于输出端“F”的输入端A-E之任何一个，都将作为插入图像，出现在显示器82上。因此，使用者可以在显示器82上显示任一调谐器的、辅助源(15或16)或SVHS源18之一的输出，作为插入画面；在此SVHS源18是经过在变换器50中变换之后的复合形式。当然，如果需要的话，人们也可以修改输入复合视频开关40，以适应更多的调谐器、辅助或复合SVHS输入。

接着考虑开关40，也由接收机控制单元90控制的标有“G”的输出，为两种不同的使用(即显示和监视)选择标以“S-main”的主画面复合视信号。对于监视功能，输出端“G”处的信号通过缓冲器放大器42与一个标有“选中的视频输出”的输出连接器44相耦合。这一输出总是代表着在显示器82上什么正在被显示为“主”图像，而且可以用来(例如)在一个传统复合视频信号记录器上记录该主画面信号。应当注意，即使在选择了SVHS时，输出“G”仍然是复合(组合)形式的，而不是SVHS标准分离格式的。如果一个SVHS信号正在被显示(例如：来自输入端18)，并且某人希望以宽带SVHS分量形式对其进行记录，那么SVHS输出30可适用于此目的。

现在考虑复合视频信号“S-main”的“显示”功能，应当注意到，该信号被施加到复合-分量变换器45，后者将其分离为分量形式，这些分量(亮度Y5和色度C5)经过视频开关60分别提供给PIP处理器70的分量视频输入端74和73，用以在显示器82的“主”画面区域显示之。主画面信息的这种显示总是如开关40所选择的：或者为分量SVHS输入信号的(C4、Y4)显示，或者为变换成分量形式(C5、Y5)的分量信号S-main的显示。

作为一个实例，为了在主画面区域观看SVHS视频信号，开关60对由变换器50的缓冲器32和34从SVHS输入连接器18提供的SVHS色度C4和亮度Y4分量进行选择。在这种模式下，如果某人希望得到一个正在显示的复合视频输出，那么将在此SVHS模式下，通过由所选择的视频输出连接器44提供；连接器44通过开关40与变换器50的加法输出端相耦合。如果某人希望在该主画面区域观看任何一种除SVHS之外的视频信号，那么由开关40(输出G)所选择的信号(例如，S1-S4)，在通过变换器45从复合形式变转为分量形式之后，被送至PIP处理器的主视频输入端73和74。

该复合-分量变换器45可以是传统设计类型的，例如，可以为一个低通滤波器，用以将亮度信号Y5从复合视频信号S-main中分离出来；也可以为一个高通或带通滤波器，用以将色度信号C5从复合视频信号S-main中分离出来。另外的方案是，变换器45可以是一种为亮度色度信号处理滤波器而设计的更有效的“梳状”滤波器，例如一个一行梳状滤波器，或者一个两行梳状滤波器。作为进一步的替代方案，变换器45可以是一种高级型式的滤波器，例如动适应帧-梳状滤波器(motion adaptive frame-comb filter)。这些滤波器都是众所周知的。

图2示出了图1接收机的一种修改方案，其中图1中的1倍增益缓冲放大器32和34，分别由两个射极跟随器200和202来实现。特别地，跟随器200包括一个晶体管Q3，其基极直接(DC地耦合于)与节点“A”相连接，其集电极与正电位电压源(“+”)相耦合，而集电极与视频开关60相耦合以便向其提供色度信号C4，该集电极还通过一个负载电阻与地相耦合。类似地，跟随器202包括晶体管4，其基极直接地(DC地耦合于)与节点“B”相连接，其集电极与正电位电压源相耦合，而集电极与视频开关60相耦合以便向其提供亮度信号Y4，该集电极还通过一个负载电阻R11与地耦合。由于射极跟随器具有基本为1的增益(0dB)，所以利用射极跟随器200和202取代1倍增益放大器3234的这一修改方案接收机，具有与前述图1完全相同的操作功能。

图3示出了对图1的接收机的又一修改实例，其中通过一个两级放大器300来实现+6dB放大器和+0dB放大器。类似地，图1的+6dB放大器28和0dB放大器34由图3中一个相同的两级放大器302实现。

更具体地，放大器300包括一个NPN晶体管Q5，其基极直接与节点“A”相耦合，用以接收色度信号C2；发射极通过一个发射极负载电阻R13与地相耦合，同时与视频开关60相耦合以便向其提供缓冲色度信号(C4)。由于Q5的输出是从其发射极取出的，对于信号C4而言，该晶体管起到一个射极或“电压”跟随器的作用，为信号C4提供0dB(1)的增益。

为了对经桥分的SVHS色度输出信号C3提供+6dB电压增益，NPN晶体管Q5的集电极经过一负载电阻R12与电源Vcc相耦合，并经耦合电阻R16与一个NPN晶体管Q6的基极相耦合，晶体管Q6则起到一个共射极放大器的作用，以便对色度信号C3提供+6dB的增益。特别地，晶体管Q6发射极通过电阻R14与电源Vcc相耦合，集电极与SVHS输出连接器相耦合，以向其提供信号C3，并通过负载电阻R15与地相耦合。放大器对于信号C3的增益(+6dB)，是由从晶体管Q6的集电极，通过电阻17和电容35，至晶体管Q5发射极的负反馈所确定的。

简而言之，图3中的放大器300包括一个直接耦合射极跟随放大器(NPN晶体管Q5)，其对色度输出信号C4具有为1(即0dB)的增益。其中进一步包括一个直接耦合共射极放大器(PNP晶体管Q6)，其直接地连接在射极跟随器放大器的一个输出(集电极)和桥分SVHS输出端之间，其电压增益大致为6dB。

放大器302(例如：Q7、Q8、R20-28，C37)结构与放大器300相同，其连接用来放大亮度信号Y2，以便以6dB的增益提供输出信号Y3，以0dB增益提供Y4。放大器300和302在接收机中的整个作用，与前面图1实例中描述的分立放大器26、32和28、34相同。

图4示出对图1的实例的进一步的修改，其中缓冲放大器26和28，再次与SVHS输出连接器30相联，以使开关60的色度C6和亮度Y6输出与SVHS输出连接器30相耦合。如上所述，利用连接器30来接通接收器环路，从而使得人们能够同时记录送到SVHS输出连接器18的SVHS分量信号。在这一修改方案中，当SVHS输入信号被选来用于在显示器82主画面区域上进行观看时，保持此环路连通特征，因为在此等情况下，开关60使缓冲SVHS分量C4和Y4耦合到PIP处理器70的输入73和74。但是，在此修改方案中，当选择了复合视频信号S1-S4之一进行显示后，开关60选择变换器45的输出。相应地，被选择的复合信号经过变换器45和60并通过缓冲器26和28，提供给SVHS输出连接器30，作为分量信号。根据这种修改，接收机在SVHS输入信号被选来作为主画面显示时和在复合输入信号S1-S4被选来作主画面在显示器82上显示时，都提供分量输出信号(C6和Y6)。

Claims (10)

1.一种装置，包括：

一个具有一输入端和一输出端的加法放大器；

一个与所述加法放大器相连接的偏置电源(R7，R8，C24)，用于在所述输入端产生一第一DC偏置，在所述输出端产生一第二DC偏置，

所述装置的特征在于还包括：

一个第一电路节点(B)，其与一亮度信号源(Y1，18)相AC耦合，通过一第一电阻(R4)与所述加法放大器(Q1)的输入端相DC耦合，并通过一个第一放大器(28；34)与一亮度信号负载相DC耦合；

一个第二电路节点(A)，其与一色度信号源(C1，18)相AC耦合，通过一个第二电阻(R3)与所述加法放大器(Q1)的所述输入端相DC耦合，并且通过一第二放大器(26；32)与一色度信号负载相DC耦合，以及

一个第三放大器(Q2)，用以将所述加法放大器(Q1)的所述输出直流(DC)地耦合至一复合视频信号负载(E，40)。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述加法放大器(Q1)，具有等于1的增益；

所述第一(34)和第二(32)放大器各自增益为1；以及

所述第三放大器(Q2)也具有为1的增益。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于还包括：

第四(28)和第五(26)放大器，它们分别耦合在所述电路节点中对应一个节点和对应的另一负载之间，这两个放大器具有等于1的增益。

4.如权利要求2的装置，其特征在于分别耦合在所述电路节点之一与另一负载间的第四(28)和第五(26)放大器的每一个，具有大于1的增益。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于进一步包括：

第四(34)和第五(32)放大器，它们分别耦合在所述电路节点中对应一个节点和对应的另一负载之间，这两个放大器具有等于1的增益。

6.一种装置，包括：

一个第一信号源(Y1，18)，用以提供一个亮度信号；

一个第二信号源(C1，18)，用以提供一个色度信号；

一个加法放大器(Q1)，具有一个与所述第一信号源(Y1，18)相AC耦合的第一加法输入端，一个与所述第二信号源(C1，18)相AC耦合的第二加法输入端，以及一个用以提供复合视频输出信号的输出端；

其特征在于包括：

一个第一DC耦合输出放大器(Q2)，用以将来自所述加法放大器的所述输出的所述复合视频输出信号与一个第一负载(E，40)相耦合；

一个第二DC耦合输出放大器(28；34)，用以将来自所述第一加法放大器(Q1)所述第一加法输入端的所述亮度信号与一个第二负载相耦合；

一个第三耦合输出放大器(26；32)，用以将所述加法放大器(Q1)所述第二加法输入端的所述色度信号与一个第三负载相耦合；以及

一个在所述加法放大器(Q1)中的偏置电源(R7，R8，C24)，用以在所述加法放大器输出产生一个第一DC偏置，以对所述第一输出放大器(Q2)提供DC偏置；在所述加法放大器(Q1)所述第一和第二加法输入端产生一个第二DC偏置，以对所述第二(28；34)和第三(26；32)输出放大器提供DC偏置。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于还包括：

第四(28；34)和第五(26；32)DC耦合输出放大器，分别用于将来自所述加法放大器(Q1)所述加法输入端中对应的输入端与对应的第四和第五负载相耦合。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于所述第四(28)和第五(26)DC耦合放大器具有大于1的信号增益。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于所述第二输出放大器(Q2)包括一个增益为1的直接耦合射极跟随放大器，还包括一个具有大约6分贝电压增益的直接耦合共射极放大器，其连接在所述射极跟随放大器的输出端和另一个负载之间。

10.一种分量至复合视频信号变换器，包括：

一个用于提供一分量视频输入信号的信号源(18)，包括一亮度分量Y和一色度分量C1；

与所述信号源相AC耦合的第一(B)和第二(A)电路节点，用于接收所述视频输入信号分量中对应的信号分量；

其特征在于还包括：

一个具有相对低阻抗的信号输入端的加法放大器(Q1)，用以放大提供给它的电流，该放大器(Q1)，带有一个输出负载(R5)，与在所述输入端的放大电流成正比地放大一个复合视频信号，还带有一个与一偏置电压源(R7，R8，24，Vcc)相耦合的偏置输入端，用以在所述信号输入端建立一个第一预定DC电平，而在所述放大器的输出端建立一个第二预定DC电平；

第一(R4)和第二(R3)电阻，它们分别连接于所述电路节点中对应的一个与所述加法放大器所述信号输入端之间，用于(i)向所述输入端提供正比于所述视频输入信号分量之AC分量的电流，以形成所述复合视频信号；(ii)将在所述加法放大器所述信号输入端产生的所述第一预定DC电平，提供给每个所述第一和第二电路节点；以及(iii)提供相对于所述加法放大器所述输出负载所选择的电阻值，用以对每一加法分量视频信号确定一个有关的增益；

至少第一、第二和第三应用装置；

一个第一DC耦合放大器(Q2)，用以将所述加法放大器(Q1)的所述输出负载与所述第一应用装置(E，40)相耦合；一个第二DC耦合放大器(28；32)用以将所述第一电路节点(B)与所述第二应用装置相耦合；以及一个第三DC耦合放大器(26；34)，用以将所述第二电路节点(A)与所述第三应用装置相耦合。

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