在前一章節中我們介紹了 NTSC 電視系統的訊號傳送與產生方式。在本章節中將 介紹如何把 NTSC 電視系統的訊號還原成原始圖形。NTSC 影像訊號解調方塊圖如【圖 3- 1】所示，在訊號偵測及解調中包含了水平同步偵測、垂直同步偵測、繫色訊號頻率 估測、繫色訊號相位追蹤、YC 分離與 IQ 解調等。同步偵測器負責偵測出輸入訊號中 的同步訊號成分，此方法採用平均器和比較器來達成。YC 分離器負責分離亮度(Y)與 色差訊號(C)，其係採用梳形濾波器來達成分離的動作。編碼以及偵測電路負責將每條 掃描線長度作編碼動作，並從碼中的變化觸發垂直同步訊號。繫色訊號暫存器負責儲存 繫色訊號，且繫色訊號是由同步偵測器所觸發。頻率估測器負責估測繫色訊號中的載波 頻率，估算出繫色訊號的載波頻率後，再將繫色訊號和其載波頻率送入數位鎖相迴路 (Digital Phase Locked Loop, DPLL)追蹤其起始相位。IQ 解調器負責解調 YC 分離器輸出 的色差訊號(C)。分離出 I、Q 訊號，解調時所需要的頻率及相位則是由頻率估測器和數 位所相迴路提供。
【圖 3- 1】NTSC 訊號解調系統圖
3-1 同步訊號偵測
在同步電路中首先需將複合視頻訊號送入同步分離器，把水平同步訊號分離出來，
再利用水平同步訊號觸發垂直同步訊號。同步訊號對於訊號的解調來說十分重要，如果 同步訊號抓取錯誤會使得之後解調出影像發生扭曲偏移，造成解調的錯誤。而且同步訊 號也可以提供一些相關的訊息，例如繫色訊號的偵測就是在同步訊號之後。再者像是垂 直同步訊號也可以藉由對兩個水平同步訊號間的掃描線長度做編碼後判斷，所以在一開 始我們所必須處理的就是如何去偵測出水平同步訊號。
3-1-1 水平同步
水平同步偵測方塊如【圖 3- 2】所示，輸入的訊號經由暫存器儲存後取平均，將平 均出來的數值與比較器中的位準做比較，由於同步訊號為一低位準訊號，所以比較器中 的數值為負值。若暫存器的平均值低於比較器的位準，則判斷偵測到一個水平同步訊號 並且觸發位移修正器。位移修正示意圖如【圖 3- 3】所示，圖中的時間點 (t1 ~t )是由4 計數器所提供，暫存器由左至右將輸入的訊號儲存且取平均，當平均值小於比較器的位 準時，令其時間點為t ，但水平同步訊號的真實時間點為2 t ，所以位移修正器須藉由暫1 存器的大小值和t 時間點的平均值大小來求出時間點2 t 和時間點1 t 的偏移量，且將由計2 數器計數出的時間點t 值扣除偏移量，進而得到正確的水平同步訊號起始點。 2
【圖 3- 2】水平同步偵測方塊圖
【圖 3- 3】位移修正示意圖
3-1-2 垂直同步
垂直同步訊號的偵測方塊圖如【圖 3- 4】所示，在偵測垂直同步訊號時必須先將水 平同步訊號做正確的偵測，而在偵測到水平同步訊號後，開始用計數器計數到下一個水 平同步訊號被偵測到為止。將計數器內的數值 (也就是一條掃描線的資料長度)做編 碼，編碼方法如下：
先決定一比較臨界點 L。L 是依照取樣頻率來決定，以 20 MHz 的取樣頻率來說在 一條掃描線的時間 63.5μs 中會有 1270 個取樣值，而 L 大約就是取樣值的 0.8 倍左右。
所以在 20 MHz 的取樣頻率下 L 值為 1016。
_ code as "1"
_ code as "0"
line length L line length L
將所編碼的值存入 8bits 的暫存器中並且觀察，當偵測到暫存器中出現唯一一組“0 1 0”時就是偵測到一個垂直同步訊號，而在偵測到垂直同步訊號後去計算暫存器中“0”的 數量，若是為 6 個則是奇數圖場，若是為 7 個則是偶數圖場；或是觀察 8bits 暫存器最 左邊的值，若為“1”表示為奇數圖場，若為“0”表示為偶數圖場。示意圖如【圖 3- 5】，
方框處則是表示偵測到垂直同步訊號時 8bits 暫存器內的數值，且由最左邊的 bit 可以 判斷是奇數或是偶數圖場，而最右邊的 3 個 bits“0 1 0”就是垂直同步訊號的判斷點。
【圖 3- 4】垂直同步及奇、偶圖場偵測方塊圖
【圖 3- 5】垂直同步及奇、偶圖場判斷示意圖
3-2 繫色訊號偵測
繫色訊號中包含二種訊息，一是載波頻率而另一則是載波相位。由於影像訊號內調 變的載波頻率跟起始相位就是繫色訊號的頻率與相位，所以很明顯地要能順利解調出影 像訊號內的訊息就必須抓出繫色訊號內的載波頻率與起始相位。繫色訊號的偵測方塊圖
始抓取，由【圖 2- 1】中可以估計繫色訊號的起始大約在水平同步訊號起始後約 5.8 s 開 始，藉由已知的系統取樣速率可以估測出所需延遲等候的取樣點數，並用延遲計數器計 數直到延遲完後觸發繫色訊號暫存器開始抓取繫色訊號。此時會儲存一段固定大小的繫 色訊號，而在繫色訊號暫存器儲存到最後一筆資料後，會將暫存器內的值送入頻率估測 以及相位偵測器，並將之後估測出的頻率與相位送入 IQ 解調器做 IQ 解調。
【圖 3- 6】繫色訊號偵測方塊圖
3-3 繫色訊號解調
從分離出來的繫色訊號中，我們所需知道的訊息是繫色訊號的頻率及其起始相位，
在一般的解調電路中必須先估測出所收到的載波頻率進而再求得其相位。因此，首先要 從繫色訊號中抓出其載波頻率，再將繫色訊號和所估測到的載波頻率送入數位鎖相迴路 去追蹤其起始相位。而所估測出來的載波頻率和相位則是關係到之後的色差訊號解調中 副載波產生器能否正確的產生解調所需的弦波訊號，進而將 I、Q 訊號從色差訊號中分 離開來。接下來介紹頻率估測以及相位偵測的方法。
3-3-1 頻率估測
假設輸入的繫色訊號為x 且 t
( 0 )
2 detector)、迴路濾波器(loop filter)和數值控制震盪器(Numerically Controlled Oscillator, NCO)。數值控制震盪器主要是將輸入的數值對應成弦波值的輸出，相位偵測器則是將 數值控制震盪器的輸出和輸入訊號做相乘的運算產生相角差，經由後級的迴路濾波器去 除高頻項，再將相角差送入數值控制震盪器，如【圖 3- 8】所示。
【圖 3- 8】數位鎖相迴路
3-4 亮度與色差訊號分離
亮度與色差訊號分離主要是針對影像訊號部分做處理，將原本混合在一起的亮度訊 號跟色差訊號分離開來。主要的方法是使用梳形濾波器(comb filter)來做分離的動作，
由【圖 3- 13】中可以發現亮度(Y)和色差(C)的頻譜分佈為一叢一叢且相互交叉排列，
描線也儲存在暫存器中以便和接下來的掃描線做 YC 分離的動作。
【圖 3- 11】N=6 時之梳形濾波器 (H z( ) 1 z6)
【圖 3- 12】N=6 時之梳形濾波器 (H z( ) 1 z6)
【圖 3- 13】亮度(Y)/色差(C)頻譜分佈示意圖
【圖 3- 14】梳形濾波器和亮度(Y)/色差(C)頻譜分佈示意圖
3-5 IQ 解調
【圖 3- 15】為一般調幅解調器的方塊圖，副載波產生器部分是採用數值控制震盪 器來完成，如此便可以由繫色訊號估算出的頻率數值直接校正頻率偏移。低通濾波器採
用有限脈衝響應濾波器(FIR low-pass filter)來完成，其頻寬為 0.5 MHz。在此調幅解調 器中要特別注意的部分為數值控制震盪器的精準度問題，這關係到彩色訊號解調出的飽 和與色調。低通濾波器部分可利用如【圖 3- 16】所示的分接延遲線(tapped delay line) 的方式實現，其中X 是色差訊號乘上解調載波後所輸入的低通濾波器的值，in Z1為一個 取樣點的延遲，a1 ~a 為低通濾波器之係數，4 Y 則為濾波器的輸出。 out
【圖 3- 15】色差訊號解調方塊圖
【圖 3- 16】有限脈衝響應低通濾波器運算示意圖