利用集成濾波器實(shí)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(hào)，為了便于傳輸通常把視頻信號(hào)數(shù)字化(圖1)。數(shù)字視頻有很多優(yōu)勢(shì)，它能夠根據(jù)對(duì)圖像質(zhì)量的要求進(jìn)行壓縮，量化后的視頻信號(hào)不會(huì)因?yàn)榇鎯?chǔ)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(hào)或模擬光影信號(hào)。把數(shù)字視頻轉(zhuǎn)變成模擬視頻的過(guò)程叫做重建。然而，由于從數(shù)字域到模擬域轉(zhuǎn)換時(shí)的量化及其他問(wèn)題，必須通過(guò)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(hào)從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最后又恢復(fù)為模擬信號(hào)。

考慮一個(gè)由混亂無(wú)序模塊組成的七巧板，這些模塊奇形怪狀，看起來(lái)毫無(wú)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(duì)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(wú)序傳輸?shù)膱D片組成，這些圖片包含了失真信號(hào)?？梢园凑找欢ǖ囊?guī)則重新整合圖片，使圖像質(zhì)量與原始的模擬輸入信號(hào)保持一致。

數(shù)字重建過(guò)程的最后，需要對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行“模擬濾波”。七巧板中是通過(guò)人眼的視覺(jué)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)“濾波”的，對(duì)于視頻圖像則需通過(guò)模擬低通濾波器實(shí)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(hào)通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)進(jìn)行數(shù)字化處理，它在每個(gè)時(shí)鐘邊沿即時(shí)記錄數(shù)據(jù)(圖2)。模擬信號(hào)連續(xù)變化，而轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)時(shí)則是定時(shí)采樣。經(jīng)過(guò)數(shù)字處理和傳輸后，數(shù)字信號(hào)通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)。DAC的輸出如圖2的右上角所示，箭頭代表時(shí)鐘信號(hào)。

圖2. 模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換波形。

在每個(gè)時(shí)鐘瞬間，將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓，模擬信號(hào)將保持到下一個(gè)時(shí)鐘沿。輸出是一系列階梯，而原始模擬信號(hào)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(hào)。