利用集成濾波器實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量模擬視頻重建

從圖2所示時(shí)域圖可以看出，小的臺階會(huì)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(shí)鐘頻率是27MHz，高清信號時(shí)鐘頻率可以高達(dá)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(shí)鐘頻率的一半，這是一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，因?yàn)樵趯υ寄M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(diǎn)對家庭視頻系統(tǒng)的重要性。

在DAC輸出端，存在視頻和兩個(gè)鏡像頻帶(圖3a)。盡管大多數(shù)DAC能夠很好地均衡、抑制時(shí)鐘頻率，我們?nèi)匀粯?biāo)出了時(shí)鐘信號，以便清楚地表達(dá)圖像。這些邊帶是視頻信號和時(shí)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(shí)鐘頻率，高頻部分延伸到時(shí)鐘頻率的右側(cè)。
對于采用27MHz時(shí)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(shí)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(shí)鐘頻率的高清信號，這個(gè)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(shí)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(jī)的相位差。圖4表示我們需要避免的圖像誤差。“邊緣擺動(dòng)”是高頻邊緣干擾，它重疊在視頻信號上，具有隨機(jī)變化的相位。摩爾效應(yīng)是時(shí)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。