自动重影消除器

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重影是指电视机的屏幕上,常常出现在正常图象旁边的一个或多个与正常图象结构基本相同的弱图象,主观感觉好象是接收图象的影子,故称为“重影”,也称为“鬼影”。重影是电视接收干扰中最常见的一种,尤其当出现多个重影相互错开时,会使图象轮廓模糊、清晰度下降,甚至造成彩色失真到令人不能容忍的程度。因此,消除重影干扰已成为迫切需要解决的重要课题,日益引起国内外有关方面专家的注意。

重影的产生及消除

电视接收天线、馈线及输入电路不匹配,或者是电视机内部有关电路不匹配,都能引起重影,称机内重影。这种重影干扰现象固定而不受客观条件影响,若用手动天线时干扰情况不变。消除这种重影应致力于改善接收系统内各个环节的匹配,并要采取措施努力提高电视本身的质量。

电视信号在空间传播过程中,受到高大建筑或其它障碍物等反射后,在接收点收到的电视信号除直接波外,还有经反射后的反射波而造成重影,称机外重影。这种重影干扰现象随着接收点的环境及接收条件的不同而复杂多样,因此消除机外重影干扰是比较困难的。

一般消除机外重影多在接收天线方面采取措施,如使用多单元振子以提高天线方向性;增加反射器以提高接收天线的前后比而避开接收反射波;采用几个馈电单元和组合几副天线,使天线方向图的谷点对准反射波到来的方向以抑制反射波等。皆因结构复杂安装困难,又难以消除多个重影,并且一副天线又不能兼顾到不同频道的接收等缺陷而未能推广。

后来人们设法在电路上采取措施来消除重影,如用LC视频延时线或声表面波器件等作延时元件,将视频信号或中频信号延时并衰减后作模拟重影信号,再与接收信号相减以抵消重影信号。这种消除重影的原理虽然正确,但因技术和元件的限制,既难以消除多个重影又无法做到自动消除,并且很难达到小型、可靠及使用简单而又适应于一般用户的要求。

近年来随着数字技术的发展及新器件出现,尤其是大规模集成电路电荷耦合器件(LSI CCD)的研制成功和使用,使得重影消除技术有了很大的突破。一种采用LSI CCD器件的横向滤波器与相应的数模、模数转换电路、各种存储单元以及微处理机等,组成的全自动重影消除器已出现,它较好地解决了这个难题。

自动重影消除器

1.自动重影消除器的结构:自动重影消除器主要由重影检测单元、控制单元、模拟重影发生器和减法器组成,如图1所示。以下把各部分的作用作一简要介绍:

图1
图1 🔍原图 (910×375)

①重影检测单元:从视频信号中取出重影信号并对有关物理量进行测量。主要物理量有表征重影信号大小的DU比(直射波与反射波的幅度比);表征重影信号出现的延时量τ;表征重影信号波形情况的相位差φ及重影个数(序号)n等。而后将上述测量结果按一定方式存入控制单元内有关存储器中。

②控制单元:将检测后存入存储器的上述参量送入微处理机CPU进行运算处理,变换成加权控制信号再送至CCD横向滤波器,实现对抽头增益及极性的加权控制。

③模拟重影发生器:它主要由CCD横向滤波器组成,该滤波器是具有一百多个抽头的可变延时单元。抽头增益受增益存储器送来的加权信号的控制,通过内设相加器将各抽头信号相加综合,变成延时量、增益及波形均符合要求的模拟重影信号。送到减法器与检波后含有重影信号的视频信号相减,输出已消除重影的视频信号。

2.自动重影消除器的应用方式:一般家庭使用重影消除器有三种方式:

①将重影消除器设计和安装在电视机内,构成一个具有重影消除的整机,用户使用是很方便的。

②具有视频输入和输出的重影消除器。它是将电视机中检波后的视频信号接出来,送到重影消除器的输入端,经消除器处理后由它的输出端送出已消重影信号的视频信号,再送至电视机的视频输入插孔。这种方式的重影消除效果因受电视机的检波器特性的影响而不理想。

③具有射频(RF)输出的重影消除器。它是将天线收来的射频信号,经过处理后输出不含重影信号的射频信号,直接送到电视机的天线输入插孔,对现有普通电视机的用户来说使用是很方便的。目前有一种重影消除电视调谐器就是这种方式,其结构方框图如图2所示。它将电视机高频调谐器和重影消除器等集中做成一个独立的一体化设备。由图可见,该设备包括高频调谐器、中频放大及同步检波、重影消除器和射频调制器等。同步检波的输出信号经重影消除器后分两路输出,一路对指定频道的射频载波调制后用射频输出,可与一般电视机连接。另一路为视频信号直接输出,供具有视频输入插孔的电视机或监视器使用。

图2
图2 🔍原图 (1046×199)

重影消除电视调谐器内包含的重影消除器的原理框图如图3所示。其中重影信号检测单元包括有微分和比较电路、波形存储器、中央控制单元(CPU)及抽头增益存储器等。从图看出同步检波后的视频信号分两路,一路送至横向滤波器及经微分器Ⅰ微分后送至输入波形存储器;另一路送至矩阵变换电路经重影消除处理后,再经微分器Ⅱ微分及比较电路送至输出波形存储器。两个存储器分别输出反应直接信号和重影信号的场同步前沿有关信息的信号,一起送到中央控制单元的CPU,在这里经检测运算后输出反应重影大小、位置和波形等信息的信号,再送到抽头增益存储器,经加工处理后输出极性加权控制电压加到CCD横向滤波器,另一路经数模转换器变换成对CCD横向滤波器抽头增益大小的加权控制电压,输入CCD横向滤波器的视频信号被延时及加权控制后,得到与重影信号同时出现的、大小和波形相同和正负极性相反的模拟重影信号,送到矩阵变换电路与直接输入的视频信号相加而消除了重影信号。上述检测、比较、控制和消除等过程反复进行,直到眼睛观察不出重影时为止。目前已作到每转换一次频道换台或开机后,在6秒钟内完成重影的自动消除。

图3
图3 🔍原图 (1124×668)

重影消除器中使用的CCD横向滤波器,是一种抽头可加权控制的电荷耦合器件。实际上是一块大规模集成电路,外型与一般集成块相同,有若干个引出脚以提供所需的直流电压、控制电压及信号的输入和输出等。其内部结构示意图如图4所示,它是在n型硅(或P型硅)的基片(即衬底)上,复盖一层厚度为0.12μm的二氧化硅(SiO\(_{2}\))绝缘层。绝缘层上又相互间隔3μm并排排列着一系列金属(如铝)电极,有源极、输入及输出栅极、漏极以及移位电极m、m+1、m+2、……等。它的结构与场效应管相似。在各移位电极加上适当的控制电压波,便可实现信号电荷包(载有信息的正电荷)的耦合转移。图4所示的CCD器件是受三相时钟(φ1、φ\(_{2}\)、φ3)脉冲控制的电荷传送结构,这种三相时钟脉冲波形如图5所示。除此之外还有准两相或四相时钟脉冲控制转移的CCD器件。CCD器件实际上是按时钟节拍将信号电荷包,沿着一个个势阱(每个电极下边耗尽层在信号作用下而陷落下去的耗尽层称势阱)逐段逐节地向后传递,因此它是一种多节延时线,图4中受时钟脉冲φ\(_{1}\)、φ2、φ\(_{3}\)控制的三个电极组成一节,每节延时量为时钟脉冲的周期T,最大延时量为各节延时量之和。每节通过抽头对信号电荷包进行加权控制,就构成了横向滤波器。

图4
图4 🔍原图 (977×324)
图5
图5 🔍原图 (587×589)

以上各部分所需的时钟脉冲、控制信号等,均由同步分离、时钟脉冲发生器、计数器及程序控制器等产生,如图3所示。

上述消除重影电视调谐器能较有效地消除位于直接波之后约10μs左右期间内的两重及三重重影。目前因价格较贵使一般家庭无法购买,在共用天线电视系统中采用将会受到欢迎。可以相信,随着科学技术的发展,更简便、更小型和更适于家庭用户的自动重影消除器将会早日问世。(高厚琴)