彩色电视监视器原理

彩色电视监视器原理 25 监视器是电视播出和制作节目过程中用来监视图像内容和 质量的专用设备。它广泛地应用于广播电视、教育卫生、工业、国防和科研等各个部门。特别是录象技术和视频播放技术的发 展，使得彩色监视器的品种和数量飞速增长，电视监视器不仅具 有视音频输入、输出功能，而且还有分量信号输入、输出以及彩 色制式的自动转换等功能，实际上电视监视器已经成为多种视听 信息的显示与检测终端设备。 1、指标要求高 随着电视技术的发展，不仅要求电视监视器能真实地反映出 图像信号的质量状况，并且还要能很快地检查出信号中存在的毛 病。也就是说，要求监视器既能监视图像，又能作为测量仪器对 信号进行定性甚至定量测试。因此监视器的设计原则根本不同于 电视接收机的要求，对于电视接收机设计的原则是要尽量使输入 信号中所存在的各种缺陷不在荧光屏图像中表现出来。为此，在 电视接收机电路中采用了大量的各种自动控制补偿电路。而监视 器则相反，它要求能尽量忠实地反映出输入图像信号中的各个细 节和不足之处，因此监视器电路中技术指标都要求很高，而且电 路的稳定性、可靠性要好，清晰度要高，即垂直分辨力、水平分 辨力均比电视机要高许多，能真实反映图象信号的质量，容易观 察出很小的细节彩色差异，因而在电路上要采取一系列措施来保 证。 2．检测功能多 从使用功能来看，电视接收机的功能偏重于调节简便灵活， 控制尽量自动化；监视器则偏重于监测精度高、功能多，观察和 检测项目多。为了适应多种输入、输出的要求，加有信号多路输 入、输出接口。为了适应各种彩色制式的信号，加有制式变换装 置。而且还具有一些特殊信号的监视功能，如RGB单色显示选择器、副载波载漏检测器以及测试信号发生器等，使其不用另加设备就能检测和分析各种故障现象。 1、甲级监视器(又称主监视器或精密监视器) 它主要供高质量监测和显示图像之用。例如，监测调整广播级摄像机、录像机的图像质量。它能分辨出图象中的细微缺点， 如摄像机的重合误差或磁带录像机的噪声等，还要求功能齐全， 可当作仪器使用。这种监视器采用高清晰度彩色显像管，清晰度 在600线~800线（一般电视270线左右），无几何失真和彩色失 真，确保真实地反映出输入图像信号的各个细节和不足之处。这 种监视器没有彩色电视机中的高频、中频和伴音电路，只用于输入图象信号的显示与检测，但由于其质量指标高，电路复杂，所 以价格昂贵。但它是广播电视中心系统必不可少的关键设备。 2、乙级监视器（中级型监视器） 乙级彩色监视器即中级型监视器，属于第二、第三档产品， 其精密度及功能要求均不及前者，用于电视台演播室和中心控制 室，作一般监测和显示彩色图象。要求能真实地反映出输入图象 信号的主要内容。清晰度指标大致为350~500线。 3．丙级彩色监视器 即普通型监视器，该类型多数备有音频输入功能，有的还有 高频信号输入功能（如收/监两用机），要求信号的输入、输出相 转换等功能齐全。主要是配录像机供教育电视和工业电视使用。 它的清晰度稍高于或等于电视接收机，在270~300线。 彩色监视器的功能根据用途和等级有所不同，总的来看等级 高的监视器功能较为齐全。现将一些主要功能分别简述如下： 1、输入、输出 监视器一般具有两个以上的视频输入、输出，还具有Y、R-Y、B-Y分量信号输入、输出插口，并且还要能显示R、G、B直通信号。当监视器的输入为非复合的视频信号时，就需外加同步信 号才能显示正确的图像。故监视器装有内、外同步开关并可输入 外同步信号。此外，还有同步输出端子，把同步信号接到其他监 视器中去。 2、行、场延时 （1）场延时 场延时是为了在监视器的屏幕上观察场消隐期间的均衡脉 冲、场同步脉冲和行同步脉冲，以此来判断行扫描同步是否良好； 同时还可以观察场插入信号(VIS)和在场消稳期间传送的图文电 视信息。利用场延时可以对录像机的转速是否正确度进行较方便 的检测。以便保证录象机的转速正确。 （2）行延时 将行扫描脉冲延时约l/4行的时间，使行消稳出现在屏幕左边，以检查行消隐期间的行同步脉冲和在行消稳后肩上的色同步 脉冲。利用行延时功能还可以方便地协助进行录像机磁头方位角 的校正。 3、欠扫描选择 欠扫描选择即正常／不足扫描选择开关。按下扫描开关时， 行幅及场幅均下降，使整个图像的尺寸缩小到约90％，可以看 见整幅面面的全部，可以更容易地发现电子透镜像差、偏转程度 及其他偏斜问。这对监视移动着的摄像机也是有用的。 4、R、G、B通断选择开关 由于要对本机一些质量指标进行检查，有些彩色监视器有能 显示RGB单色图象的功能，即通过开关可任意断开三基色中的 一个或者两个。 5、快慢同步 用来改变行扫描电路中的鉴相器(AFC)输出端积分滤波器的 时间常数的开关，叫做快慢同步开关。积分滤波器的时间常数小， 反应快，行振荡器的捕捉范围宽，扫描频率很快能与行同步信号 同步，称为快同步。积分滤波器的时间常数大，不易受到干扰， 但同步反应慢，称为慢同步。二者是有矛盾的。开机一瞬间，希 望时间常数小些，捕捉范围宽，使监视器的行扫描频率能较迅速 地被捕捉住；当行频被同步后，可将时间常数加大，使之具有较 强的抗干扰能力，即行频的保持范围要宽些。 6、黑白／彩色选择开关 选择黑白或彩色图象的开关，又称为彩色消色开关。开关关 断时，可获得黑白图象，利用该功能可细调对比度和亮度。 7、外同步开关 监视器装有内、外同步开关，并可输入外同步信号以供选择。 此外还有同步信号输出端。 8、垂直分割画面装置 监视器本身有分割屏幕图象功能，屏幕的上半部分显示彩色 图象，下半部分则显示黑白图象，这样可以检查解码器、编码器 色通道的性能。 9、水平分割画面装置 监视器屏幕可分割成左右两半的图象，用来比较处理前后的 图象信号的优劣。有时为了检查两个镊象机的性能、输出信号的 相位是否一致等，让左边显示第一摄象机的图象，右边显 示第二摄象机的图象，看显示的同一图象能否结合起来。 10、方格及白脉冲发生器 在监视器内部装有方格及白脉冲信号发生器。方格信号对调 整监视器的枕形失真和会聚很方便。白脉冲又称亮度脉冲，用于 检查和调整本机的纯度和白平衡。因为在彩色监视器使用过程 中，纯度和白平衡往往会发生变化，需要作修正调整。因此在彩 色监视器中装有白脉冲发生器，只要在面板上加以控制，就可随 时进行纯度和白平衡的调节。 11．色温转换开关 又称矩阵开关。因各国电视中白色的色温是不同的，欧 美采用的是C，色温为6500K，略带蓝色。大多数彩监是调整白 在6500K，因为人们较喜欢C。但是电视演播室的照明灯色温白 是3200K，呈暖白色，这样在彩监屏幕上看到的图象色彩与在演 播室看到的实际景物的色彩就不同了，于是就提出要求，在演播 室中使用的彩色监视器要能显示3200K色温的光栅。 色温转换的是改变显象管第一栅极的负电位，用一个开关来转换 6500K和3200K的色温，扳动开关，能使屏幕白色光栅的色温 在6500K和3200K之间任选一种。 12．R—Y、B—Y、RGB、复步(S)和副载波等七种信号 输出 监视器输出这七种信号的功能，是为了检查输入信号是否达 到要求，如编码器是否正确，各视频通道是否一致等。如我们可 以将输出的(R—Y)和(B—Y)色度信号送到普通示波器的X—Y通道中去观察输入色度信号之间的矢量关系，检测其有否差异和 差异程度。而通过输出副载波可以检查输入视频信号中的副载波 频率是否正确等等。 13．制式自动转换 当前世界上的彩色制式可以分成三大类，NTSC、PAL和SECAM。其中NTSC制又因彩色副载波有3.58MHz和4．43MHz之差别而分成两种，所以世界上共有四种彩色制式。彩色制式不 同，其解码方式也是不同的。监视器内具有识别制式能力的制式 自动转换器，它利用四种制式不同的特点(场频不同，副载波频 率不同)，通过逻辑电路，使其完成自动转换。 彩色电视监视器的方框图如图2—26所示。由输入切换电 路、输出电路、解码电路(包括亮度通道、色度通道、解码矩阵 及视频放大电路)、彩色显象管电路、同步分离及扫描电路等部 分组成。与电视接收机比较，彩色电视监视器没有高频、中放和 伴音通道部分（乙级以下则可能有），而输入切换电路却比较复 杂，因为要保证彩色全电视信号和分量信号等输入信号的正确切 换。输出信号电路也比电视机复杂。另外，对于输入信号中的多 种制式，在解码电路中插入了制式自动转换电路，还插入了RGB 和分量信号接口，其余部分基本与电视接收机相同。 从彩色摄象机或其它信号源来的彩色全电视信号加到输入 切换电路后，分为三路，一路进入亮度信号通道，先去掉色度信 号成分再进行规定的处理；另一路从彩色全电视信号中取出色度 信号，经过适当处理和解调得到色差信号，再与亮度信号进行矩 阵运算及放大，得到供显示用的三个基色信号。再一路从彩色全 电视信号中取出同步信号，并将它作为基淮，使显象管的电子束 进行行、场扫描，形成矩形光栅和产生高电压，以加速电子束。 其工作原理与电视机基本上相同。因此我们仅介绍电视监视器中 的特殊部分。 1、输入切换电路 为了适应多功能的需要，监视器一般具有两个以上的视频信 号输入，还要有R、G、B信号输入、模拟分量信号的输入等。 从同步系统来看，外同步一般采用复合同步输入方式，而内同步 当R、G、B信号输入时从G路信号中取出同步信号；当模拟分 量输入时则从Y信号中取出同步信号。监视器的输入切换电路 如图2—27所示。 实际上，一种监视器可能只具备其中一部分输入切换功能， 而用通用附件替换方式来满足不同用户提出的要求。例如用Y、(R—Y)、(B—y)分量输入的插板附件代替R、G、B输入的插板附件。输入电路的切换方式是多种多样的，它的基本切换单元是 所谓电子模拟切换开关，一个集成电路中可以集中有多个电子模 拟开关，这些模拟开关要有良好的频率响应和串扰隔离度。 2、制式自动转换原理 我们知道有4种彩色制式。彩色监视器应该具有接收4种彩色制式的功能，如果还具有识别制式的自动转换功能就更完善 了。具有多制式功能的彩色监视器首先必需具备每一种彩色制式 的解码器。现在解码器都已经装进一块大规模集成电路中，所以 完成4种制式功能需要4块IC。此外，解码器都具有消色功能(自动或手动)，因此通过手动强迫置位的方法就可以获得对4种彩色制式的转换功能。当一种彩色制式的解码器接通时，其它制式 的解码器就强迫消色截止，如图2—28所示。 由于NTSC和NTSC只是副载波频率不同而原理是相3.584.43 同的，因此可采用一块IC来对这两种制式进行解码，只要改变 外围电路的参数即可。因此，图2-28中的4块IC可以简化为3块。这样对于NTSC制除了接通解码器外，还要接通相应副载波 频率的外围电路、消色转换控制开关电路就要复杂多了。 进一步的问题就是如何来实现自动识别4种彩色制式的功能。4种彩色制式的不同特点如表2—3所示，根据这些特点来 进行自动识别。 图2-29是一个比较典型的制式自动转换。该方案是从 场频特征识别开始的，首先根据场频特征来识别出输入信号究竞 是60Hz(NTSC制)还是50Hz(PAL／SECAM制)，如果是60Hz就一定是NTSC制，那么再根据彩色副载波的频率来确定究竞是 接通NTSC还是NTSC 信号。与此同时，切断PAL和SEAM3.584.43 解码器的通道使其消色。如果信号中没有副载波色同步信号，那 么可以确定是黑白电视信号，NTSC解码器也就自动消色截止。 如果是PAL／SECAM(50Hz)制，则根据有无SECAM制专有的4．25MHz或者4．40MHz行识别信号来确定接通SECAM还是PAL解码器，如果有该行识别信号，则接通CSCAM，如果没有则再进行色同步信号的识别，有色同步信号是PAL彩色电视信号，没有则是黑白信号。 从表2—3的制式特征和图2—29流程分析来看，不管采用 什么样的方案，识别总是可以划分为4个方面： (1) 50Hz和60Hz的识别； (2) PAL／SECAM制和NTSC制的识别； (3) NTSC和NTSC的识别； 3.584.43 (4) PAL和SECAM的识别。 CRT 1、概述 早期微机用的显示器就是直接利用了电视监视器，因此CRT显示器可以说是在电视监视器技术的基础上发展起来的。显示器 是计算机不可缺少的外部设备．它作为人与计算机交流的窗口起 着非常重要的作用．尤其是随着计算机图形技术、CAD／CAM技术以及计算机多媒体技术的发展，对显示器的性能也有了越来 越高的要求．顺应这种趋势，显示器正向着高分辨率、高清晰度、 大屏幕的方向迅速发展．在短短十几年间，彩色显示器已经从 80年代末期的BGA(640×350)显示器发展到现在的 SVGA(1024×768)显示器成为市场的主流。 当前CRT显示器主要用于四个方面： (1)计算机终端——符号和图表图形显示。 (2)图象处理——包括远距离显示、伪彩色处理、图形分析等。 (3)高密度数据图形显示。 (4)高清晰度电视系统。 2、CRT显示器与电视监视器某些概念的区别 CRT显示器的清晰度和广播电视图像清晰度的概念不同。根 据电视原理，为得到最佳的图像质量，要求图像的水平清晰度和 垂直清晰度相一致，而CRT显示器则不存在这种要求，提高CRT显示器的水平清晰度相应地可以增加每一行的字符数量，而扫描 线数(即所谓垂直清晰度)的降低，则意味着垂直字符排数的减少。 即对于显示器来说，只有全屏幕字符数容量的多少和显示面积的 利用率的概念，不存在最佳图像质量的概念。 我们知道，在电视系统中采用隔行扫描有闪烁感，作为长时间近 距离观察的显示器，不采用隔行扫描，而采用逐行扫描方式。 3、CRT显示器的分类 按所显字符容量和图像清晰程度可分为三类； (1)基本型：全屏约显示字符1000个左右，相应于电视图像 分辨力在600电视线以下，一般用于低挡专用计算机终端显示。 (2)中清晰度型：全屏显示2000~4000字符，相应电视图像 分辨力在800~1000电视线，用于高密度数据图形终端显示． (3)高清晰度型：用于高密图像处理和高清晰度电视系统，字 符4000个以上，相应于电视图像分辨力1000电视线以上． 按扫描形式不同可划分为三类： (1)标准电视扫描系统 这种系统的扫描标准和广播电视相同，即行扫描频率为 15625Hz，场扫描频率为50Hz，可以直接用电视监视器作终端显 示器，但要求彩色监视器必须要具备RGB输入接口。 (2)高密度光栅扫描系统 与电视扫描系统相对应，但扫描频率可根据计算机系统和高 清晰度电视系统对高密度显示的要求进行选择，行扫描频率可从 15kHz提高到64kHz以上。随着扫描频率的提高，扫描线数量增 加，从而达到高密度显示的要求。因此说显示器的扫描电路要比 电视系统复杂得多。这种系统目前正被广泛采用。 (3)随机扫描系统 这种系统不象电视一样具有连续的扫描光栅，只有当有数据 输入时才开始执行扫描。X-Y扫描系统就是这样的一种高效率扫 描系统。该系统设计比较复杂，只在特殊用途才采用。 按输入信号的形式可以分为两类， (1)数字信号输入：即TTL电平输入。输入信号只有0和1 的变化，所以视频放大器一般设计成开关特性。优点电路简单效 率高，但显示的信息量少，彩色显示器中只能显示几种颜色。 (2)模拟信号输入：这类显示器的视频输入信号是模拟信 号．只有三路视频(R、G、B)模拟信号输入．理论上这种显示器 能够显示的色彩种类是无限的，当然实际上显示的色彩种类是有 限的，这主要取决于显示卡的能力．由于显示色彩能力的无限性， 模拟显示器代表了显示器的发展方向． 按显像管的颜色不同来分类： （1）单色显示器 只能显示单一颜色的字符或图形，类似黑白电视机的显像 管．但这种显像管所用荧光粉颜色有多种，如黄、绿、白色等。 （2）彩色显示器 彩色显示器显像管同彩色电视机的显像管相似，一般用彩色 自会聚荫罩式单枪三束显像管．彩色显像管荧光粉的点距有 0.28mm、0.31mm 、0.39mm等几种．点距越小，分辩率越高。 习题： 1、 什么电视监视器没有高频和中频电路？ 2、 电视监视器是如何实现制式自动转换的？ 3、 CRT显示器的清晰度和电视图像清晰度的概念有什么 不同？