数字时基校正器的应用研究

    【摘要】 本文讨论了时基误差产生的原因、对视频信号质量的影响。重点介绍了数字时基校正器的作用、工作原理、在电视节目制作、插出、传输中的应用，确保电视图像质量。
    【关键词】 时基误差  数字时基校正器  图像质量  应用实例

    一. 概述
    数字时基校正器主要用于校正视频信号中的行、场同步信号的时基误差。引起录像信号时基误差的因素是很多的，归根到底是因为录像机是一种机电设备，在录的时候“电转磁”，放的时候“磁转电”。两种转换过程依赖于磁带相对磁头的机械运动，即使同一机器内的录态和放态的这种相对运动也不可能一致。因为磁鼓转速、主导轴转速瞬间的变动的外界温度、湿度对磁带张力等物理性能的影响都会引起瞬间的或系统的变化，伺服系统对系统误差和慢变化的误差是可以纠正的。但对极快的瞬间变动有时“反应不过来”，而且它是根据给定值和被控值的误差来进行控制的。这种控制有一定的精度，因而也会存在一定的误差。于是从宏观上来讲场频、行频是准确的，但是每一场每一行相对其标准时间位置是在抖动着的，这种无规律的“时基抖动”就行成了“时基误差”按我国的电视标准记录的视频信号，每场应为20ms，每行应为64us，当重放时，这些信号由于上述原因，每场和每行的时间就会大于或小于标准时间，这个时间差值就是时基误差。
    时基误差分为绝对时基误差和相对时基误差。重放视频信号中，各同步信号和基准视频信号中相对应的同步信号在时间上的误差称为绝对时基误差。录放过程中，视频信号中对应同步信号之间时基误差称为相对时基误差。视频信号随时间变化的规律反映了重现图像的像素在空间的分布规律，所以时基误差必然会引起重现图像的像素在空间相对位置的变化，使图像失真。时基误差的大小因不同类型的录像机而异，高档次录像机一般时基误差小，录像机静帧、慢放、快放时时基误差又比正常放像时大，这就提出了对时基校正的要求。数字时基校正器可以使外部信号与本地信号同步。同时还附加了其它功能，可以对视频信号的色度、亮度、饱和度进行校正，同时对行、场相位负载波相位进行校正。用于要求视频信号严格稳定各种同步的系统。例如对不同步的信号源之间的切换、MMＤＳ行错乱加扰前的信号同步、低质量信号源的校正等等。

    二. 时基误差对视频信号质量的影响
    在一个场周期中产生了±1ms时基误差，则场周期在（19-21）ms之间变动。对应的场频（47.5-52.5）Hz。监视器内场同步电路对场同步信号的捕捉范围一般为±7ms，若仅从场同步要求来看，上述的时基误差还不至于影响扫描同步。但是该场内的行周期所受到的影响（平均每行时基误差）是±1ms/312.5＝±3us，即行周期在（61-67）us变化，行频变为（15000-16400）Hz。对于捕捉范围只有±1ms监视器的行锁相电路来讲，己难于同步，从而影响视频信号稳定成帧，何况特技混合要求各信号源之间的误差小于±1ms，显然离要求相差很远。
    对于色度信号来说，它的相位决定了图像的色调，而色度信号的基准是色同步信号的相位。对于彩色全电视信号来说，一色同步信号由10个周期基准副载波组成，相邻两行色同步信号的基准相位分别是135°和225°。在色度信号解码时若本地振荡产生的副载波与色同步始终相位一致，则可获得无色调失真的彩色图像。事实上，时基误差对重现彩色的影响要严重得多，因为彩色副载波的频率为4.43MHz。无论绝对时基误差还是相对时基误差，都会引起彩色副载波和相位的变化，在频率偏差不大时，产生色度失真。在频率偏差大，超过监视器允许范围时颜色就会消失。人眼对色度信号时基误差比亮度信号时基误差灵敏得多。当彩色副载波相对时基误差超过5°时（对应时基误差为3ns）人眼就够觉察到色调的变化。例如，人们看到的多次被复制的录像节目时，首先是色调变化或色彩丢失，但黑白图像能正常收看。在几个信号源进行特技混合处理时，要求更严格，就是说色度信号与色同步之间的时基误差不超过1ns（即相位差小于0.625°）。

    三. 数字时基校正器的作用
    时基校正器的主要作用是用来校正录像机重放时由于机械系统影响而形成的误差。它用于节目编辑、复制、播出、传输中，可以减小时基误差积累，稳定工作。其次能使录相机信号与中心台设备同步锁相，还可以与其它视频信号进行叠加，特技混合和切换处理等节目制作。时基校正器对重放视频信号进行各种校正和补偿、失落补偿、杂波抑制、轮廓加强和色度、亮度延时校正等，在数字信号范内均易实现，所以时基校正器一经出现便在电视系统中得到广泛的应用。
    电视播出的节目源分录像节目和直播节目。录像带节目包括本台自制节目、交换节目、外购节目和外来节目等。这些节目不但磁带类型可能不一致，而且录像机输出的视频信号都不可避免地带有时基误差。时基误差使视频信号同步不良、锁相不稳，致使图像出现抖晃、颜色不正、迭加台标字幕不稳定等现象。直播节目包括台内直播、台外直播及转播中央台或其它台的节目等。台内直播还有可能和播出系统同步锁相，台外直播或转播外台节目时，就很难实现同步锁相。
    在节目制作或播出过程中，要求所有信号源都必须与系统同步锁相，否则将会出现图像抖晃、切换点跳动、色调不正常、无法作特技、迭加台标字幕不稳定等现象。只有经过时基校正器处理后的信号才能与系统同步锁相。时基校正器总的作用有如下几点：
    1.可以消除重放信号的时基误差，提高图像质量，简化录像机伺服系统以及降低录像机机械精度。
    2.具有失落补偿功能。在放像时，由于磁带上磁粉脱落或粘灰等原因产生信号失落，其结果使图像上出现黑白杂波或道子。数字时基校正器利用相邻行信号的相似性由储存的前一行信号补上失落部分。
    3.能使录像机重放的图像信号叠加上字幕。经过时基校正的图像信号，可作为播出中心的信号源之一，与其它信号源进行混合、切换、扫换、键控等特技效果的制作。
    4.提高了编辑图像的质量，增加复制次数。一般用两台相同型号的录像机复制3次，图像质量已有明显下降，而采用时基校正器后，图像质量恶化现象有所改善。
    5.时基误差最大量可达几行，而模拟式的时基校正器校正量达不到，只有采用数字式时基校正器才能校正，因为数字信号只有高低两个电平，无论存储多久，质量都不会改变。

    四. 数字时基校正器工作原理
    数字时基校正器实际上是一个延时量可以控制的延时电路，它给有时基误差的信号以不同的时间延时，使相对于基准信号提前的部分延时量大些，滞后的部分延时量小些，从而输出时基稳定的视频信号。
    1. 数字时基校正器的原理方框图（如图1所示）：