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利用整合濾波器實現高質量模擬視訊重建

作者: 時間:2008-12-08 來源:網絡 收藏

為了便于傳輸,由相機擷取的模擬視訊訊號通常會將視訊訊號數字化(圖1)。數字視訊擁有很多優勢,它能夠根據對影像質量的要求進行壓縮,量化后的視訊訊號不會因為儲存和傳輸而降低質量。但為了便于人眼觀看,它還必須恢復成模擬視訊訊號或模擬光影訊號。把數字視訊轉變成模擬視訊的過程叫做重建。然而,由于從數字域到模擬域轉換時的量化及其它問題,必須透過各種濾波技術消除摩爾效應和影像失真,因而得到高質量視訊。
利用整合濾波器實現高質量模擬視訊重建
圖1. 電視訊號從模擬訊號轉換成數字訊號,最后又恢復為模擬訊號。

考慮一個由混亂無序模塊組成的七巧板,這些模塊奇形怪狀,看起來毫無規則,但在形狀上有一定的關聯。如果我們像兒童一樣去了解一些基本原則,對截角、邊緣進行篩選,即可重構一幅影像。類似地,數字視訊可能由無序傳輸的圖片組成,這些圖片包含了失真訊號。可以按照一定的規則重新整合圖片,使影像質量與原始的模擬輸入訊號保持一致。

數字重建過程的最后,需要對視訊訊號進行‘模擬濾波’。七巧板中是透過人眼的視覺效應實現‘濾波’的,對于視訊影像則需透過模擬低通實現。

采樣噪聲和鏡像衰減

由相機或其它設備擷取的模擬視訊訊號透過模擬數字轉換器(ADC)進行數字化處理,它在每個頻率邊沿實時記錄數據(圖2)。模擬訊號連續變化,而轉換成數字訊號時則是定時采樣。經過數字處理和傳輸后,數字訊號透過數字模擬轉換器(DAC)轉變成模擬訊號。DAC的輸出如圖2的右上角所示,箭頭代表頻率訊號。
利用整合濾波器實現高質量模擬視訊重建
圖2. 模擬訊號和數字訊號之間的轉換波形。

在每個頻率瞬間,將數字量轉換成模擬電壓,模擬訊號將保持到下一個頻率沿。輸出是一系列階梯,而原始模擬訊號卻是平滑曲線。這稱為‘采樣保持’或‘矩形波’重建。需要模擬低通進行平滑處理,以接近原始的模擬視訊訊號。

從圖2所示時域圖可以看出,小的臺階會產生高頻干擾,但這種高頻干擾并不明顯。圖3提供了訊號量化后的頻域效果,標準分辨率(SD)、PAL(歐洲)和NTSC(北美)視訊的頻寬大概是5MHz,高解析(HD) ATSC 720p和1080i(美國)視訊的頻寬是30MHz。標準分辨率訊號的典型頻率頻率是27MHz,高解析訊號頻率頻率可以高達74.25MHz以上。

奈奎斯特頻率為頻率頻率的一半,這是一項關鍵指標,因為在對原始模擬訊號量化之前,必須把高于奈奎斯特頻率的視訊和噪聲禁止掉。如果存在高于奈奎斯特頻率的信息,它將混入低頻訊號,產生混迭失真,因而破壞視訊訊號。產生混迭后將無法消除,我們在后續內容中將解釋這一點對家庭視訊系統的重要性。


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