原创 【原创】视频测试信号的生成--复合正弦波信号

1、复合正弦波信号的定义

复合正弦波信号由叠加在50%灰度电平上的可变频率正弦波组成，正弦波的峰峰值幅度为40%，正弦波的频率从100kHz~6MHz（SDTV）可变或者100kHz~30MHz（HDTV）可变。正弦波频率和行频谐波锁定。

复合正弦波信号(SDTV)

复合正弦波信号(HDTV)

2、复合正弦波信号的数学算式

复合正弦波信号中，正弦信号的可变频率其变化方式有线性变化以及指数变化。

1)、线性变化

在线性调频中（复合正弦波信号，实质是对正弦波信号进行频率调制，然后再叠加到50%的灰度电平上），瞬时频率随着时间线性变化， ，这里起始频率(t=0时刻)，这里k是频率增加的速率或者是调频斜率。

这里是截止频率，是起始频率。

任何一个震荡信号相位的相应时域函数是频率函数的积分。因此，我们希望相位像这样变化，相位的导数是角频率。

对于线性频率调制，得到的结果是：

这里是起始相位(t=0时刻)。

一个正弦曲线线性调频的相应时域函数是相位以弧度为基准的正弦函数：

正弦曲线的线性调频

在频域中，瞬时频率为，会伴随一些额外的频率分量(谐波)，谐波的存在是频率调制中的一个基本结论。

2)、指数调频

指数调频中，频率随着时间成指数变化，，这里是起始频率，k是指数增加的速率。

指数调频中相位对应的时域函数是频率函数的积分：

这里是初始相位。

正弦曲线的指数调频对应的时域函数是相位以弧度为基准的正弦函数：

正弦曲线的指数调频

跟线性调频一样，指数调频的瞬时频率是有基本的频率以及伴随一些额外的谐波。

3、复合正弦波信号（线性调频）转换成数字视频数据的方法

1)、根据线性调频的公式以及复合正弦波信号的定义，我们可以得到复合正弦波信号的幅度-时间之间的关系：

U= 50%* A+40%*A/2Sin(φ+2π(t*f0+t*t*k/2))；其中，U是复合正弦波某一时刻的幅度，A是100%的亮度值，φ为相位初始值，f0为频率的初始值，k是频率线性变化的斜率，t是时间，这个公式是基本公式。

2)、如果想算得某个像素点P的亮度值 Y(该像素点对应的复合正弦波信号的幅度值,且P是指行有效区内的像素点，T是指从行有效区起始点开始计时到行有效区终止点结束)，那就必须计算出该像素点P对应的时间点T。这种对应关系的计算，需要用到的参数由行频F以及一行中的有效像素点数N和总的像素点数M,计算的方法是：

T=P/(M*F)；

有效区内像素点P对应的亮度值Y的计算方法是：

Y=50%*A+40%*A/2Sin(φ+2π(T*f0+T*T*k/2))；一般这里φ取0。这样也就把连续的模拟信号变成了离散的数字信号。

3)、在基本公式中，如果直接用像素点P作为自变量带入，那么得到的图像是不对的，并不是复合正弦波信号的图像。正确的图像如下：复合正弦波信号的数字图像显示

4)、视频信号流的产生以及发送

首先、根据亮度值与像素点号之间的计算公式，算出一行中每个像素点号对应的亮度值并存入到FPGA的ROM中；

其次、产生某一格式的视频信号，并把其色度值置成200H，亮度值用存入到ROM中的亮度值替换；

最后、使用FPGA的Transceiver硬核把替换后的视频数据发送到显示屏上。

4、复合正弦波信号在广电领域的作用是：

这个信号主要用于测量亮度通道的幅频响应和串色。在亮度通道的测量中，在彩色副载波范围内，应去掉色同步信号。正弦波分量的幅度改变到100%，用于测量水平分辨力。

参考：

1、频率调制http://en.wikipedia.org/wiki/Chirp

2、GB-T 17309 1-1988广播电视接收机测量方法第1部分：一般考虑射频和视频电性能测量以及显示性能测量http://www.doc88.com/p-791226065671.html