Separación de los componentes AM y QAM en la demodulación de señales PAL

Estoy tratando de emular la modulación y demodulación de un cuadro de video PAL en el software, pero tengo problemas para entender cómo se separan los componentes AM (luma) y QAM (UV) de la señal durante el proceso de demodulación.

Fondo:

El software que estoy escribiendo toma un mapa de bits RGB, lo traduce a Y'UV utilizando el estándar BT.601, genera (modula) una señal como una serie de muestras y luego guarda esas muestras en un archivo de onda. Esas muestras se pueden volver a cargar y demodular nuevamente en un mapa de bits, con los pulsos de sincronización H respetados contra el generador de rampa H-pos como lo haría un televisor CRT antiguo, y finalmente traducidos nuevamente a un mapa de bits RGB.

Hay dos motivaciones detrás de este proyecto: primero, crear un fuzz analógico atractivo en el software; y segundo, para comprender mejor los estándares de TV y las técnicas básicas de modulación/demodulación en un dominio (software) donde me siento más cómodo.

Lo que tengo hasta ahora:

El código realiza bien la modulación, y cuando el resultado se ve en Audacity (con una frecuencia de muestreo falsificada a 1/1000 de la frecuencia real) muestra una señal que reconozco como una serie de líneas de imagen PAL. El proceso completo funciona si lo pongo en modo blanco y negro, omitiendo así la señal QAM del paso de modulación y dejando solo el canal luma modulado en amplitud. También probé el código de modulación y demodulación QAM contra un archivo de audio simple, y funciona muy bien. Lo único que no funciona es la demodulación de la imagen con los componentes de color AM luma y QAM incluidos.

La confusión:

Dada una señal QAM pura e intacta, parece relativamente trivial demodular la señal de vuelta a sus señales compuestas originales, multiplicándolas con el seno de la portadora y su coseno individualmente:

I t = s t porque ⁡ ( 2 π F C t )
q t = s t pecado ⁡ ( 2 π F C t )

Luego, los dos componentes se pasan bajo en la frecuencia de la portadora para eliminar los términos de alta frecuencia. Esto parece funcionar muy bien y, como señalé anteriormente, mi implementación de la demodulación QAM funciona bien.

De manera similar, puedo implementar una demodulación de AM simple, incluso cuando la señal está acompañada por otras señales en partes separadas del dominio de la frecuencia; es solo un caso de paso alto y/o paso bajo hasta que obtenga el bit que desea.

Sin embargo, por lo que puedo ver, el componente UV modulado por QAM se agrega a la señal luma AM base, con ambas partes superpuestas en el dominio de la frecuencia, como parece mostrar el siguiente diagrama de Wikipedia:

En este punto estoy un poco perplejo. No parece que pueda pasar bajo para obtener la señal de luminancia AM debido a la superposición, y no puedo ver cómo sustraería la señal QAM de la AM subyacente.

¿Qué me estoy perdiendo? ¿Cuáles son los pasos lógicos que deben tomarse para separar los componentes luma y UV?

Definitivamente los filtros simples deterioran la definición vertical. Una técnica para evitar esto se describe en una patente google.com/patents/US3707596

Respuestas (3)

Hay un truco que se usa en NTSC que creo que también se aplica a PAL.

Si observa el detalle fino del espectro de la señal de luminancia, encontrará que la mayor parte de la energía se concentra en múltiplos de la frecuencia de barrido horizontal, con relativamente poca energía entre estos picos (esta energía representa bordes diagonales en la imagen, que son relativamente raros). Hay un patrón similar en los detalles de la señal de crominancia. Por lo tanto, la frecuencia de la subportadora de color se eligió cuidadosamente para colocar los picos de su espectro de potencia entre los picos del espectro de luminancia.

Los filtros que pueden separar esta información en dos flujos separados nuevamente se denominan "filtros de peine complementarios". Usted crea un filtro de peine para la señal de luminancia retrasándola en un período de línea horizontal y agregándola a la señal original. Luego, resta esta señal filtrada de la señal original para obtener la señal complementaria, que contiene principalmente la señal de crominancia (que luego filtra con paso de banda al rango apropiado de frecuencias).

Sabes, este fenómeno me fue explicado hace mucho tiempo, antes de que realmente entendiera cómo funcionaban los estándares, y lo olvidé por completo. Mirando algunos de los diseños de filtros de peine PAL, puedo ver que están haciendo exactamente lo que explicaste: retraso de línea en una adición. Probaré esta implementación y veré qué obtengo.

Filtro de paso de banda alrededor de la subportadora de color para eliminar (la mayor parte) de la señal de luminancia antes del decodificador de crominancia, y el filtro de muesca correspondiente en el canal de luminancia para mantener los patrones de bits reptantes fuera del canal de luminancia.

Lo que probablemente le falta a su codificador ENcoder hasta ahora es un filtro de muesca para eliminar (o más bien, reducir) la información de luminancia alrededor de la subportadora de color. La elección de los anchos de banda del filtro depende de usted, de acuerdo con cómo califica la importancia del ancho de banda cromático, la pérdida del ancho de banda luma y la contaminación cruzada.

Cualquiera que haya visto Six O'Clock News en la década de 1970 (en BBC1) le dirá que la superposición fue real, e incluso con el mejor filtrado hubo cierta contaminación cruzada de croma en el canal de luminancia y, más obviamente, de fino detalle de luminancia en el canal de croma.

Más específicamente, recordarán los distraídos arcoíris bailando sobre el cuerpo de Kenneth Kendall mientras se movía, ¡gracias a la chaqueta de tweed a cuadros blancos y negros que insistió en usar!

Cuando el filtrado digital se volvió práctico, se hicieron posibles codificadores PAL mejores y más limpios , pero el problema simplemente no se puede eliminar por completo.

Y en algunos contextos tiene efectos secundarios positivos; ¡ha resultado posible (pero difícil) recuperar el color de una copia monocromática de una transmisión!

¿Un filtro de muesca que sumerge y elimina la información de color? Consulte esta nota de la aplicación que se centra más en las técnicas de separación y/c. Podría simplemente pasar bajo pasar alto pero con pérdida de detalle.

El video del libro desmitificado también es un buen recurso, puede encontrar una copia gratuita en línea.

¿Seguramente el filtro de muesca también incluiría todos los componentes HF de la luminancia, arruinando así la calidad de la imagen en gran medida? Por el contrario, la señal de luminancia también sería distorsionada por la sección de croma, o perdería su porción de HF si también detuviera esa banda. Sin embargo, una nota de aplicación interesante: ¿parece que tal vez necesite un filtro de peine?
Sí, sin embargo, consulte la nota de la aplicación, entran en el filtrado de peine y luego en el filtrado de peine adaptativo para resolver eso.
Leí la nota de la aplicación, pero realmente no puedo ver cómo construir un filtro de peine que separe las señales. Su uso tiene sentido, pero no sé cómo construir uno para mis necesidades específicas: ¿a qué frecuencia debo apuntar y cómo construyo un filtro que apunte a esa frecuencia? Tampoco estoy seguro de qué tipo de filtro de peine necesito, ya que parece haber algunos diferentes.
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