CN1897654B - 提高电视机频宽的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高电视机频宽的方法及装置，其中所述方法包括以下步骤：将输入电视机的视频放大器的视频信号中的交流信号和直流信号分离；将分离后的交流信号和直流信号分别放大，以降低输出信号最大动态范围，从而减小所述视频放大器负载的阻值来提高视频放大器的视频带宽；将分别放大后的交流信号和直流信号迭加后输出至电视机的显像管。所述装置包括用于实现以上步骤的交流信号分离电路、直流信号分离电路、交流放大器、直流放大器及交直流信号迭加电路。本发明可降低输出信号的最大动态范围，以实现提高视频放大器的视频带宽，以满足高清晰度电视的图像清晰度对视频带宽的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高电视机频宽的方法及装置，尤其涉及一种提高电视机频宽以使电视机适用于播放数字格式清晰度图像的方法及装置。
背景技术
随着科学技术的发展，越来越多的数字音视频播放设备，如DVD、硬盘录像机、PMP(便携式媒体播放器)等，图像的清晰度都在450线以上，此类设备要求视频播放带宽必须高达9兆以上，而对于逐行扫描电视，在同样清晰度之下，对视频带宽的要求更高，比隔行扫描电视的视频带宽要高一倍，如要求图像的清晰度为450线，对于逐行扫描电视则要求视频带宽必须高达18兆。另外，随着我国的数字电视电视节目推广开播，标准清晰度数字电视要求图像的清晰度为450线以上，而高清晰度数字电视要求图像的清晰度为720线以上，此二者分别要求电视视频带宽高达9兆和27兆以上，为实现完全显示我国的HDTV-1920X1080i图像标准格式，则需要视频带宽高达64兆。
然而，目前现有的CRT电视机在收看PAL制电视节目的时候，图像清晰度大约只有300线，这是因为我国模拟电视制式的带宽只有6兆，因此，现有CRT电视机中普遍使用的视频放大电路一般都无法达到适合播放数字格式清晰度图像的要求。
请参阅图1，揭示了一种现有CRT电视机中使用的视频放大电路。其中，V1是视频放大管，C0是显像管阴极对地的分布电容，以及视频放大管集电极对地的等效电容。显像管阴极对地的电容通常为5～10pF(具体与显像管型号和管座结构及PCB布线有关)，视频放大管集电极对地的等效电容为2～10pF(具体与晶体管型号和集电极电流有关)。当显像管阴极对地的分布电容和视频放大管集电极对地的等效电容确定以后，由放大电路负载R1的阻值来决定视频带宽。
请一并参阅图2a至图2c，上述视频放大电路输入脉冲信号(方波)幅度相同、脉冲宽度不同时的输出波形如图所示，其中虚线表示理想输出波形，实线是实际输出波形。其中τ为时间常数(τ＝R1XC0)，当脉冲负方波输入 时，视频放大管截止，电源电压通过R1向C0充电，输出电压就是C0两端的电压，其充电过程按指数规律变化，电压上升率dv/dt在电容充电起始阶段近似与τ成反比，由此可知，τ越小输出波形的幅度失真就越小，或τ越小视频放大电路的频带就越宽；而当输入脉冲为正方波时，视频放大管导通，由于视放管导通的内阻很小，因此电容C0两端的电压通过视频放大管的集电极到发射极放电过程比充电过程快很多。
因视频放大电路通常都按输出电压的半功率点(电压幅度的0.707倍)来定义通频带，由图2a至图2c可知，输出电压从0上升到电压最大值的半功率点大约需要1.2τ的时间，而输出电压由电压最大值下降到10％时，需要的时间小于τ，由此，可将2τ时间作为脉冲信号的周期来定义视频信号的最高频率，即视频放大电路的最高工作频率的周期约等于2τ。当视频信号的最高频率高于1/2τ时，视频放大电路输出信号的幅度将小于半功率点，并且两个脉冲的前后沿将连在一起，即图像清晰度将下降。
显然，R1的阻值取得越小对提高视频带宽越有利，但R1的阻值取得过小，此种现有视频放大电路的工作电流和损耗功率将增大，由于受到V1损耗功率和耐压以及开关速度的限制，使得R1的阻值又不能取得太小。
因为上述现有视频放大电路的电源EC的电压通常为200V，视频放大电路输出信号的最大动态范围通常为150V，因此R1两端的平均电压降应为75V，V1集电极与发射极之间的平均电压降为120V，但V1集电极的最大损耗通常只有2瓦(25℃时)，当在85℃情况下工作时，V1集电极的最大损耗将下降到只有0.6瓦左右，由此可得V1最大集电极电流为5毫安(平均值)，即R1的阻值最小只能取到15k。若R1的阻值还需进一步减小，则V1必须带散热片，此时V1最大集电极电流可以取到15毫安，R1的阻值最小可取到5k。
假设C0为8pF，R1为15k，根据上述分析，当R1为15k时，可以求得上述现有视频放大电路的最大视频带宽为4.2兆；当R1为5k时，可以求得上述现有视频放大电路的最大视频带宽为12.5兆(此计算结果与实际应用结果基本相符)。
由此可知，上述现有视频放大电路无法满足逐行扫描电视图像清晰度为450线，即视频带宽18兆的要求，更无法满足HDTV高清晰度电视图像清晰度为720线，即视频带宽27兆的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种提高电视机频宽的方法及装置，其解决了目前视频放大电路无法满足高清晰度电视的图像清晰度对视频带宽的要求的问题。
解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：提供一种提高电视机频宽的方法，其包括以下步骤：
a)将输入电视机的视频放大器的视频信号中的交流信号和直流信号分离；
b)将分离后的交流信号和直流信号分别放大，以降低输出信号最大动态范围，从而减小所述视频放大器负载的阻值来提高视频放大器的视频带宽；
c)将分别放大后的交流信号和直流信号迭加后输出至电视机的显像管的阴极。
所述方法中的交流信号和直流信号被分离放大的同时还经倒相处理。
所述方法中的经分离并放大后的直流信号是指已经恢复直流分量的视频信号中的直流视频信号，此直流视频信号与交流视频信号合成图像显示信号。
本发明所采用的另一技术方案为：提供一种用于实现上述的提高电视机频宽的方法的装置，其包括视频放大器，所述视频放大器包括交流信号分离电路、直流信号分离电路、交流放大器、直流放大器及交直流信号迭加电路，其中交流信号分离电路和直流信号分离电路用于将输入视频放大器的视频信号的交直流信号分离并分别输送至交流放大器和直流放大器分别放大，交直流信号迭加电路再将分别放大后的交直流信号迭加输出至电视机显像管。
所述交流信号分离电路包括一消隐脉冲信号放大管，其与一二极管组成嵌位电路，对输入信号进行0电平嵌位，保证被分离后的视频交流信号中的消隐信号电平基本接近0电位。
所述直流信号分离电路包括一消隐脉冲信号放大管以使其输出信号正好是每行图像输入信号的消隐电平。
所述直流信号分离电路还包括一直流取样单元，其包括一隔离二极管和 一电容，所述输出信号通过隔离二极管对电容进行充电。
所述交流放大器和直流放大器分别包括用于放大的晶体管。
所述交直流信号迭加电路包括一电容和一负载，所述放大后的交流信号通过所述电容与放大后的直流信号在负载上迭加后输出至电视机显像管。
本发明的有益效果在于：本发明提高电视机视频带宽方法及装置通过交直流分离电路将输入视频放大器的视频信号分离后分别放大后再迭加，可降低输出信号的最大动态范围，以实现提高视频放大器的视频带宽，以满足高清晰度电视的图像清晰度对视频带宽的要求。
附图说明
图1是现有CRT电视视频放大电路的原理示意图；
图2a、图2b和图2c是现有CRT电视视频放大电路输入脉冲信号幅度相同、脉冲宽度不同时的输出波形；
图3是本发明提高电视机视频带宽方法的原理方框图；
图4a、图4b和图4c是本发明提高电视机视频带宽方法的视频交、直流信号分离与放大电路各部分视频信号的基本波形图；
图5a、图5b和图5c是本发明本发明提高电视机视频带宽方法的经分离放大后的视频交直流信号又复合在一起的波形图；
图6是实现本发明提高电视机视频带宽方法的一具体实施例的示意图。
具体实施方式
视频放大器的主要衡量指标包括视频带宽、动态范围和输出功率，即视频带宽、动态范围和输出功率三者的乘积等于一个常数，当输出功率和动态范围被确定后，视频带宽就无法再提高。
请参阅图3、图4及图5，本发明提高电视机视频带宽的方法是通过将视频交直流信号分离放大以进一步减小视频放大器的负载阻值来实现。因为在电视视频图像信号中都包含有交流和直流两种信号，本发明提高电视机视频带宽的方法首先将输入视频放大器的视频信号(阶梯信号，如图4a所示)中的交流信号和直流信号分离，其次将分离后的交流信号(如图4b所示)和直流信号(如图4c所示)分别通过交流放大器和直流放大器放大，最后再将分别放大后的交流信号(本实施例还经过倒相放大，如图5b所示)和直流信号(本实施例还经过倒相放大，如图5c所示)迭加后输出(如图5a所示)，其 中上述直流信号是指直流分量中的纯直流部分，或称为基本不变化部分，因为电视信号中的直流分量时刻都要随着图像内容变化。
可以理解，通过把视频信号分别进行交直流放大可发挥交、直流放大器各自的优点，其中交流放大器可以降低晶体管和负载的直流损耗，从而可以进一步减小视频放大器负载的阻值，因为CRT电视机要求视频放大器输出信号最大动态范围高达150V，但实际上其中有一部分信号是直流分量，并且在这些直流分量中大部分都是亮度调节信号，如果把直流分量中基本不变化的部分从输出信号中剔除，余下的交流信号大约只有90～120V(峰峰值)，由此通过降低输出信号最大动态范围以提高视频放大器的视频带宽；而直流放大器可以增大视频放大器的动态范围，因为对于直流放大器通道，对视频带宽的要求可以降得很低，但动态范围相对可以提高，因此流放大器电源E2的电压可以选得高些，一般取200V。
此外，为进一步提高视频放大器的视频带宽，末级视频输出信号还可以对同步头信号进行压缩，因为图像信号的黑电平是在图像信号幅值的75％处，而同步头信号相当于信号的100％，因此对图像信号最多可以压缩25％，所以对交流放大器电源E1的电压只需90V就已足够。
请参阅图6，一种实现本发明提高电视机视频带宽的方法的视频交直流信号分离与放大的装置包括：交流信号分离电路C1、V2、D1，直流信号分离电路V3、V4、V5、V6、D2、C4，交流放大器V1以及直流放大器V7。放大后的交流信号通过C3再与直流信号在负载R7上一起迭加，最后输出到显像管的阴极。
本实施例中，V2是消隐脉冲信号放大管，同时其与D1还组成嵌位电路，对输入信号进行0电平嵌位，保证被分离后的视频交流信号中的消隐信号电平基本接近0电位。当V2有行扫描逆程脉冲输入的时候，V2导通，使隔离电容C1两端的电压(左正右负)被进行放电。放电时，电流由C1电压的正端经过V2到地，再经D1的正端和D1的负端，然后回到电容C1电压的负端进行放电。C1放电时还相当于给视频放大管输入了一个负脉冲信号，使视频放大管截止，输出高电平，对图像显示进行消隐。电容C1被放电后，其两端积累电荷基本为0(两端电压为0)，因此每次输入一行图像信号的时候，信号的电压总是从0开始上升，由于同步脉冲就是视频信号的最低电平，因此 每行图像输入信号都被嵌位在0电平上(接近0电位)。经嵌位后的图像输入信号基本上只有交流信号，然后被送给交流放大器V1进行放大。
视频信号的另一路，由V3输入，其输出受V5控制，V5又受行消隐脉冲放大器控制，当V4没有行消隐脉冲输入时，V4截止，V5导通，相当于V3输出端被短路到地，此时信号无输出；当V4有行消隐脉冲输入时，V4导通，V5截止，V3放大器有信号输出，此时的输出信号正好是每行图像输入信号的消隐电平，V3输出信号通过隔离二极管D2对电容C4进行充电，因此C4两端的电压就是消隐电平的电压，即输入信号中要分离的直流电压部分；当V4行消隐脉冲结束后，虽然V3没有信号输出，但由于V6、V7的输入阻抗很大，C4放电时两端电压下降很慢，在一行扫描周期内可以看作电压保持不变，相当于图像信号中的直流信号部分被分离，也可称为直流信号取样。分离后的直流信号被送给V6和直流信号放大器V7进行放大。
可以理解，如果要求视频放大器输出信号最大动态范围为120V(交流峰峰值)，则电源E1的电压只需要取120V(忽略视放管饱和压降)，因此可选交流放大器V1集电极的平均电位为60V，电阻R5两端的平均电压为60V，当交流放大器V1集电极最大损耗为2瓦(25℃)时，在85℃情况下V1集电极最大损耗大约为0.6瓦，由此可求得V1最大集电极电流为10毫安(平均值)，即R5的阻值最小只能取到6k；当V5带散热片时，交流放大器V1集电极最大电流可取33毫安，则R5的阻值最小可取到1.8k。
假设C0为8pF，R5为6k，根据上述分析，当电阻R5为6k时可以求得本实施例的视频放大器最大视频带宽为10.4兆；当电阻R5为1.8k时，可以求得视频放大器最大视频带宽为34.7兆。此计算结果基本符合标准清晰度电视(SDTV)、逐行扫描电视，以及标准清晰度电视(HDTV)对视频带宽的要求。
可以理解，如果同时对图像信号进行压缩，比如压缩20％(最大可以压缩25％)，那么本实施例的视频放大器输出信号最大动态范围可取为96V(交流峰峰值)，则电源E1的电压只需要100V，根据上面同样条件，可求得视频放大器最大视频带宽为15兆(不带散热片)，和50兆(带散热片)，以实现进一步提高本实施例视频放大器的视频带宽。
Claims (9)
1.一种提高电视机频宽的方法，其特征在于包括以下步骤：
a)将输入电视机的视频放大器的视频信号中的交流信号和直流信号分离；
b)将分离后的交流信号和直流信号分别放大，以降低输出信号最大动态范围，从而减小所述视频放大器负载的阻值来提高视频放大器的视频带宽；
c)将分别放大后的交流信号和直流信号迭加后输出至电视机的显像管的阴极。
2.如权利要求1所述的提高电视机频宽的方法，其特征在于：上述交流信号和直流信号被分离放大的同时还经倒相处理。
3.如权利要求1所述的提高电视机频宽的方法，其特征在于：上述经分离并放大后的直流信号是指已经恢复直流分量的视频信号中的直流视频信号，此直流视频信号与交流视频信号合成图像显示信号。
4.一种用于实现如权利要求1所述的提高电视机频宽的方法的装置，其包括视频放大器，其特征在于：所述视频放大器包括交流信号分离电路、直流信号分离电路、交流放大器、直流放大器及交直流信号迭加电路，其中交流信号分离电路和直流信号分离电路用于将输入视频放大器的视频信号的交直流信号分离并分别输送至交流放大器和直流放大器分别放大，交直流信号迭加电路再将分别放大后的交直流信号迭加输出至电视机显像管。
5.如权利要求4所述的提高电视机频宽的装置，其特征在于：所述交流信号分离电路包括一消隐脉冲信号放大管，其与一二极管组成嵌位电路，对输入信号进行0电平嵌位，保证被分离后的视频交流信号中的消隐信号电平基本接近0电位。
6.如权利要求4所述的提高电视机频宽的装置，其特征在于：所述直流信号分离电路包括一消隐脉冲信号放大管以使其输出信号正好是每行图像输入信号的消隐电平。
7.如权利要求6所述的提高电视机频宽的装置，其特征在于：所述直流信号分离电路还包括一直流取样单元，其包括一隔离二极管和一电容，所述输出信号通过隔离二极管对电容进行充电。
8.如权利要求4所述的提高电视机频宽的装置，其特征在于：所述交流放大器和直流放大器分别包括用于放大的晶体管。
9.如权利要求4所述的提高电视机频宽的装置，其特征在于：所述交直流信号迭加电路包括一电容和一负载，所述放大后的交流信号通过所述电容与放大后的直流信号在负载上迭加后输出至电视机显像管。
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