在探討2D梳型濾波器之前,我們需先複習一下前文所述:影像訊號的構成...在前文(之三)表四及表五中,我們驗證了:(1)假如影像訊號為水平頻率的整數倍(如黑白訊號),則下一條線的訊號及相位會與前一條線相同(也可以說是訊號不變);(2)假如影像訊號為水平頻率的n+1/2倍(如彩色訊號),則下一條線的訊號與前一條線相同,但相位相反(因此訊號成為原來的負值).
2D梳型濾波器即利用此一原理達成分離黑白與彩色訊號的目的.
假定我們將一含有黑白(Y)與彩色(C)的訊號用特殊零件將其延滯IH的周期(變成下一條水平線),則如上文:黑白訊號因大部份訊號均為水平頻率的整數倍,故延遲一個水平掃瞄線後,其訊號與原訊號一樣還是Y;但彩色訊號因大部份都是n+1/2倍的水平頻率,故延遲一個水平掃瞄線後,其訊號變成原來的負值,成了-c如下表圖九所示:輸入黑白加彩色訊號Y+C經延遲一個水平周期後就變成Y-C了.
如果將原訊號(Y+C)與遲滯後的訊號相加減,就能分離出黑白與彩色訊號了,如下表圖十所示:此即為2D梳型濾波器了.
2D梳型濾波器在民國七十年間開始大行其道,獨領風騷一二十年,原來使用1D梳型濾波器者紛紛改用2D梳型濾波器,在實際畫面上確實有讓人耳目一新的感覺,當時臺灣僅有台;中;華三家無線臺,播出時間有限制,三臺在節目播出前,先播放檢驗圖作內部測試性能用,消費者在收視檢驗圖時,1D和2D收視結果就顯而易見了,原來檢驗圖內有一塊3.5MHz的區塊,原本電視收視時該區塊模模糊糊的,但改用2D後該區塊變的異常清晰,因此三臺在節目播出前的檢驗圖成了電視推銷員推銷的標準工具了.也因為有此劃時代的使電視畫面清晰的性能改善,反應快的電視廠老板們紛紛推出所謂高傳真電視(比照Hi-Fi也發明出Hi-Vi這名詞).某幾家當時非常出名的廠家乾脆推出只有Video顯像功能的監視器,以凸顯自家的技術及性能....臺灣也因此進入高傳真電視的時代了.
2D梳型濾波器需使用一特殊零件,稱為延遲線(Delay Line).該零件外表及內裝如圖十一所示.彼是將影像訊號的電能轉換成機械能(震動波),該震波在特殊玻璃內傳送有一定的速度,因此使其在該玻璃內作幾次45度角的反射後,經仔細計算及研磨以控制其行走距離,如此就能控制其延遲時間至相當精確.此原件一直是擁有精密及材料工業的日本廠家所控制,一直到八十年代中期記憶體價格便宜後該原件才改為晶片加記憶體的IC.所以目前此零件倚已自市場上消失了.
2D梳型濾波器雖然在畫質上有劃時代的進出,但還是留有兩個主要缺點有待改善:
(1)垂直解析度變差:
由圖十的方程式得知:黑白與彩色訊號之分離在時間上來說是由本水平線的影像訊號與上一條水平線的影像訊號延遲後相加減(如此在時間點上才能取得一致),因此所得的2Y其實是上一條水平線的Y加上本水平線上的Y,在事實上就是兩條水平線上的Y重疊成一條了;C訊號也是如此.因此垂直解析度就變成只有原來的1/2了.改善的方法對黑白訊號(Y)來講:就是使延遲的訊號儘量控制只有彩色(C)訊號部份,如此就能使黑白訊號的分離脫離上一條水平線的Y相加,因而可畧改善Y的垂直解析度變差的缺點,但欲改善C的垂直解析度變差就沒有辦法了.但還好C的頻寬較低,也就是說在實際畫面中有彩色的部份,上下兩條水平線會是同樣顏色的機率是很大的,因此C垂直解析度變差對畫面的影響並不很大.但有些畫面上下有不同的彩色區塊,如此在其不同顏色上下相臨的部份,其原方程式所造成的錯誤就很明顯了,請參閱下圖十二:
上圖顯示如果上下兩區塊嚴顏色不同,則圖十方程式中C的取得是靠相鄰的兩條水平線上的訊號相減而得,如果上下兩條水平線訊號不同,如此就能造成C取得的錯誤.如上圖兩邊的白藍交界處有一道較淡的藍色;及靠近中央的青紫交界處有一道明顯的藍色訊號,此即為2D梳型濾波器方程式所造成彩色訊號取得的誤差.(讀者如果覺得看不清楚,可至相簿中看原圖也許較有改善.)
(2)斜線部份易生色斑.
在前文(之三)的表六圖六中我們發現:其實黑白訊號並不是全部是水平的整數倍的,也有部份是偏離水平的整數倍的.在靠近彩色副載波的該類訊號經延遲後兩訊號相減就可能變成了n+1/2倍的水平頻率而被彩色解調器誤認為彩色訊號而產生成不正常的色斑了.如下圖十三所示:
請注意四個角落及中央的同心圓的四個方位帶有色斑.本來該處是乾淨的黑白訊號的,但因其頻率靠近彩色訊號,且其頻率並非為水平頻率的整數倍(斜線),因此上下相減產生的訊號成了與彩色訊號同性質而被彩色解調器誤認為彩色訊號而產生成不正常的色斑了.
欲解決上述兩2D梳型濾波器所產生的缺點,解決的方法就是用3D梳型濾波器.3D梳型濾波器可以解決上述的兩項缺點.
2D梳型濾波器之所以稱為2D(2 Dimension 二維元)是因其處理訊號是上下兩水平線的影像訊號,因線的壘積就成為面,故稱為2D了.
事實上3D並不是最終的訊號分離的解決方案,因3D也有本身的缺陷.在目前最高級的梳型濾波器是3D+2延3線式+動態檢測.其中2延3線式是本文2D梳型濾波器的衍生型,該電路能有效的防止圖十二所產生的不同顏色上下交接處的彩色誤差,因此在說明3D梳型濾波器前,我們需就勢先說明2延3線式的工作原理,將來說明3D梳型濾波器時就有完整的全盤認識了.
未完待續........
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