利用集成濾波器實現(xiàn)高質(zhì)量模擬視頻重建
從圖2所示時域圖可以看出,小的臺階會產(chǎn)生高頻干擾,但這種高頻干擾并不明顯。圖3提供了信號量化后的頻域效果,標(biāo)清(SD)、PAL(歐洲)和 NTSC(北美)視頻的帶寬大概是5MHz,高清(HD) ATSC 720p和1080i(美國)視頻的帶寬是30MHz。標(biāo)清信號的典型時鐘頻率是27MHz,高清信號時鐘頻率可以高達74.25MHz以上。
圖3. 頻譜混疊表示較差的視頻濾波引起的干擾。
奈奎斯特頻率為時鐘頻率的一半,這是一項關(guān)鍵指標(biāo),因為在對原始模擬信號量化之前,必須把高于奈奎斯特頻率的視頻和噪聲禁止掉。如果存在高于奈奎斯特頻率的信息,它將混入低頻信號,產(chǎn)生混疊失真,從而破壞視頻信號。產(chǎn)生混疊后將無法消除,我們在后續(xù)內(nèi)容中將解釋這一點對家庭視頻系統(tǒng)的重要性。
在DAC輸出端,存在視頻和兩個鏡像頻帶(圖3a)。盡管大多數(shù)DAC能夠很好地均衡、抑制時鐘頻率,我們?nèi)匀粯?biāo)出了時鐘信號,以便清楚地表達圖像。這些邊帶是視頻信號和時鐘信號的和頻與差頻。右側(cè)鏡像邊帶與視頻信號的特性一樣,即視頻信號的低頻部分靠近并恰好高于時鐘頻率,高頻部分延伸到時鐘頻率的右側(cè)。
對于采用27MHz時鐘的標(biāo)清信號,鏡像頻率最大值為5 + 27 = 32MHz。左側(cè)鏡像邊帶與視頻特性相反,視頻信號的低頻部分靠近并低于時鐘頻率,高頻部分延伸到最左側(cè)。因此,標(biāo)清信號下鏡像延伸到27-5 = 22MHz。了解系統(tǒng)頻譜的下限位置非常重要,以便抑制并降低其視覺影響。對于采用74.25MHz時鐘頻率的高清信號,這個關(guān)鍵頻率是:74.25 ?C 30 = 44.25MHz。
為了反映鏡像邊帶沒有衰減的效果,圖3b和3c示意了奈奎斯特頻率和時鐘頻率處的頻譜重疊。這些疊加的鏡像邊帶信號(圖3d)與視頻信號相比具有隨機的相位差。圖4表示我們需要避免的圖像誤差?!斑吘墧[動”是高頻邊緣干擾,它重疊在視頻信號上,具有隨機變化的相位。摩爾效應(yīng)是時鐘、視頻信號頻率之間相互作用的結(jié)果。
圖4. 較差的視頻濾波器引起的圖像干擾。
重建濾波器
從圖5可以看出重建濾波器的作用,利用參考書中提供的定理可以很容易理解頻譜混疊。通常,在頻域,頻率和放大倍數(shù)都采用對數(shù)刻度,重建濾波器的頻響特性表現(xiàn)為平滑曲線。然而,為了說明邊帶重疊的位置,我們用線性坐標(biāo)表示頻率和放大倍數(shù)。為了表示低通濾波器在同樣刻度坐標(biāo)下的衰減特性,從濾波器頻響曲線可以看出:對于有用的視頻信號衰減很少,對于鏡像頻率衰減較大。圖5b和5c顯示了混疊效應(yīng),但是應(yīng)該注意到,與圖3d相比,圖5d中的鏡像頻率被顯著衰減。
評論