利用集成濾波器實現(xiàn)高質(zhì)量模擬視頻重建

由攝像機(jī)捕獲的模擬視頻信號，為了便于傳輸通常把視頻信號數(shù)字化(圖1)。數(shù)字視頻有很多優(yōu)勢，它能夠根據(jù)對圖像質(zhì)量的要求進(jìn)行壓縮，量化后的視頻信號不會因為存儲和傳輸而降低質(zhì)量。但為了便于人眼觀看，它還必須恢復(fù)成模擬視頻信號或模擬光影信號。把數(shù)字視頻轉(zhuǎn)變成模擬視頻的過程叫做重建。然而，由于從數(shù)字域到模擬域轉(zhuǎn)換時的量化及其他問題，必須通過各種濾波技術(shù)消除摩爾效應(yīng)和圖像失真，從而得到高質(zhì)量的視頻。

圖1. 電視信號從模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后又恢復(fù)為模擬信號。

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(guī)則，但在形狀上有一定的關(guān)聯(lián)。如果我們像兒童一樣去了解一些基本原則，對拐角、邊緣進(jìn)行篩選，即可重構(gòu)一幅圖像。類似地，數(shù)字視頻可能由無序傳輸?shù)膱D片組成，這些圖片包含了失真信號。可以按照一定的規(guī)則重新整合圖片，使圖像質(zhì)量與原始的模擬輸入信號保持一致。

數(shù)字重建過程的最后，需要對視頻信號進(jìn)行“模擬濾波”。七巧板中是通過人眼的視覺效應(yīng)實現(xiàn)“濾波”的，對于視頻圖像則需通過模擬低通濾波器實現(xiàn)。

采樣噪聲和鏡像衰減

由攝像機(jī)或其他設(shè)備捕獲的模擬視頻信號通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)進(jìn)行數(shù)字化處理，它在每個時鐘邊沿即時記錄數(shù)據(jù)(圖2)。模擬信號連續(xù)變化，而轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號時則是定時采樣。經(jīng)過數(shù)字處理和傳輸后，數(shù)字信號通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)轉(zhuǎn)變成模擬信號。DAC的輸出如圖2的右上角所示，箭頭代表時鐘信號。

圖2. 模擬信號和數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換波形。

在每個時鐘瞬間，將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓，模擬信號將保持到下一個時鐘沿。輸出是一系列階梯，而原始模擬信號卻是平滑曲線。這稱為“采樣保持”或“矩形波”重建。需要模擬低通濾波器進(jìn)行平滑處理，以接近原始的模擬視頻信號。