用于亮色分離的梳狀濾波器的研究

摘 要：介紹了一種濾波器——梳狀濾波器，他是一種特殊的濾波器，隨著研究的不斷深入，梳狀濾波器已經被廣泛地應用到復合電視信號中亮度信號和色度信號的分離。分析了梳狀濾波器分離PAL制亮度和色度信號的原理，簡單介紹了亮度信號與色度信號分離需要的條件，通過數學方程推導比較詳細地介紹了梳狀濾波器的幅頻特性，最后得出結論說明這種梳狀濾波器可以很好地實現亮色分離。

關鍵詞：梳狀濾波器；亮色分離；幅頻特性；復合電視信號

中圖分類號：TN401 文獻標識碼：A

文章編號：1004373X(2008)0517102

Comb-filter Application in Y/C Separation

LI Yanzhuo，GUO Binlin

(Insitute of CAD，Hangzhou Dianzi University，Hangzhou，310018，China)

Abstract：In this paper，a fiter of comb fiter is introduced.It is a special fiter.With more study，the comb filter has been applied extensively to separate Y/C in compound television signal.The paper analyzes the principle of Y/C separation on PAL system.Simply introduces the demand to separate Y/C.Through math formula，introduces the magnitude characteristic of the comb fiter.In the end came to the conclusion that the comb fiter can successfully separate Y/C.

Keywords：comb fiter;Y/C separation;magnitude characterristic;compound television signal

梳狀濾波器的名稱來源于他呈現梳齒狀的幅頻特性。隨著電子技術和電子制作工藝的不斷發展，普通彩電中所用的亮色分離方法越來越不能滿足現有的技術的需要，很容易產生亮色串擾。為了提高圖像質量，現在的大屏幕彩電采用了頻譜交錯技術，即根據色度信號頻譜與亮度信號頻譜交錯的特點，用梳狀濾波器來分離色度信號和亮度信號，這種亮色分離比較干凈、徹底，從而明顯提高了圖像清晰度。

1 梳狀濾波器進行亮色分離的原理

利用梳狀濾波器，可實現PAL制彩電亮度信號與色度信號的分離。PAL制中，將色度信號采用頻譜交錯原理塞入到亮度信號的縫隙中，且亮度信號是行頻各次諧波的組合，色度副載波的取值是半行頻的整數倍。亮度信號頻譜范圍為0~6 MHz，頻譜也集中在nfH附近，色度信號頻譜范圍為3.13~5.73 MHz，與亮度信號錯開fH/4，即1/4行間置。

當選取抽樣頻率fs=4fsc，并且忽略PAL的25 Hz偏置時，同一場內的色度信號樣點結構如圖1所示，是正交結構。由圖1可以看出色度信號每隔一行相位反相，若假定相鄰偶數行(或相鄰奇數行)的圖像內容相同，就可利用當前行和延時兩行的加﹑減運算把頻譜交錯的Y，C分離開(相加得Y信號，相減得C信號)。

根據這個原理采用的PAL制梳狀濾波器亮色分離電路的原理方框圖如圖2所示，這就是通常稱為二行或者二元梳狀濾波器亮色分離電路，由延時器﹑加法器和減法器三部分組成，延時線延長的時間為兩個行周期^[1]。

由亮度信號和色度信號組成的復合全電視信號(Y+C)，一方面送到加法器和減法器，同時經延長兩行時間(2TH)使色度信號反相后得到的延遲信號(Y-C)也送到加法器和減法器。在加法器中，直通信號和延時信號相加就可得到亮度信號2Y；在減法器中，得到色度信號2C，完成Y/C分離。復合全電視信號的數學表達式：

式中Y為亮度信號，Usin ωsct±Vcos ωsct為色度信號。因為電視圖像相鄰兩行具有高度的相關性，輸入信號經2H延遲后，Y信號保持不變，色度副載波則延遲了283.751 6×2=567.503 2個周期，用角度表示就是(567+0.503 2)×360°=(567×360°)+180°，說明色度信號經延時后相位與原來相反，延時信號為：Ed=Y－(Usin ωsct±Vcos ωsct)。所以，直通信號(Y+C)與延時信號(Y-C)的關系為：在加法器里(Y+C)+(Y－C)=2Y；在減法器里(Y+C)－(Y－C)=2C。以上就是梳狀濾波器Y/C分離電路的原理。

2 色度與亮度信號完全分離的條件

要把色度與亮度信號完全、干凈地分離開，梳狀濾波器必須同時滿足以下幾個條件：

(1) 群延時條件

延時與直通兩支路的群延時差τg應當等于行掃描周期TH的兩倍，即τg=2TH，從而保證兩支路信號相應波形恰好在時間上對齊。若時間軸不能對齊，在兩支路信號相加、相減時，將在輸出圖像邊緣處出現一定寬度的模糊現象。通常，PAL制頻譜實行14fH(行頻)間置，且行周期TH與色副載波周期T

(2) 相延時條件

延時和直通兩支路的相延時差τp應當等于色副載波半周期(1/2Tsc)的整數倍，用數學式表示為τp=m(Tsc/2)，m為自然整數。滿足了此條件，兩支路色度信號的相位應當相同或相反。在實際使用時，τp值應當與τg值相近或者相等。故可取τp值為567Tsc(兩支路同相位)或567.5Tsc(反相位)或568Tsc(同相位)。因為實用延遲器件的τg值往往大于τp值，取τp=567Tsc為宜。于是，對應于相延時值為567Tsc的色信號來說，他經過延遲器件后產生的相位移φsc=ω

延時器件在通帶范圍內具有線性的相頻特性，即在ω-φ(ω)坐標系內，可認為是一條不通過原點的直線，如圖3所示。則色度信號通過延遲器件的群延時τg為：

(3) 幅頻特性

延時和直通兩支路的幅頻特性應當相同，這樣才能使得兩支路的波形相同且不失真，否則將會引起彩色圖像畸變，引起亮度信號的高頻、低頻分量失真，從而影響圖像清晰度和對比度等；

(4) 振幅值

延時和直通兩支路的信號幅度應當大小相等。如果延時信號幅度衰減時，應利用幅度均衡電路來提升其幅度，或者衰減直通信號幅度，直到兩路信號幅度相等時才能分離出干凈徹底的亮度和色度信號^[2]。

3 梳狀濾波器的幅頻特性

設梳狀濾波器的輸入信號為^[3] ：Ui=Aejωt，經過兩行延遲之后延遲器件的輸出為：U

4 結 語

根據梳狀濾波器的幅頻特性中K+(ω)和K-(ω)的表達式可以知道，加法器和減法器都具有選頻作用，呈現梳狀的幅頻特性，讓某些頻率分量全部通過，而且全部阻止[CM(21*2]另一些頻率的信號成分；通過頻率不止一處，陷波頻率也不止一處；他們各相距半個行頻，并以半個行頻之差交錯地在頻率軸上排列著^[4，5]。

PAL制彩色電視信號中亮度信號Y的主譜線正對著|K+(ω)|的峰點；色度信號的兩個分量UV的主譜線正對著|K+(ω)|的谷點，因而加法器能以較大傳輸系數選出亮度信號Y，并抑制色度信號。色度信號的兩個分量UV的主譜線正好對應|K-(ω)|的峰點；亮度信號的主譜線正好對應|K-(ω)|的谷點，所以減法器可以以較大傳輸系數選出色度信號，并抑制亮度信號，這樣就實現了亮度信號和色度信號的分離。

參考文獻

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注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”