視訊濾波器設計?

帶外雜散訊號所引起的混疊現象是模/數轉換器(ADC)應用中所面臨的關鍵問題,如果沒有適當的濾波處理,這些訊號會嚴重影響資料轉換系統的效能指標。
因此,任何資料取樣系統都需要在ADC之前利用抗混疊濾波器保持低於奈奎斯特頻率的訊號,消除混疊失真;當然,利用DAC恢復訊號時,還需要輸出重建濾波器消除取樣帶來的混疊失真和噪聲,並補償DAC產生的衰減。對於錄影機、等離子電視等需要對視訊訊號進行量化的視訊裝置,同樣需要這兩種型別的濾波器。

步驟/方法

視訊濾波器通常為低通濾波器,都要求“線性相位”特性,相位線性度決定了包絡延時或群延時,平坦的群延時表明所有頻率通過濾波器後的延遲時間相同,有利於訊號波形的恢復。除了對濾波器本身相頻特性的要求外,不同視訊通道的濾波器還要保持儘可能一致的相位延時。具體指標取決於應用和視訊制式(NTSC、PAL/DVB、ITU、SMPTE和VESA),例如,複合NTSC/PAL制式只有一路訊號,ITU-470中給出了對群延時以及群延時變化的要求,這些規定比較寬鬆,而ITU-601抗混疊濾波器的模板要求要嚴格得多。
抗混疊濾波器設計
抗混疊濾波器放置在ADC或視訊

視訊濾波器設計

解碼器之前,用於限制模擬視訊訊號的頻寬,減少帶外噪聲。不同的視訊顯示解析度對濾波器截止頻率的要求不同,從標清電視到高清電視,0.1dB頻寬範圍大概在5MHz到30MHz。這類濾波器通常要求儘可能陡的過渡帶,以濾除截止頻率以外的所有頻譜成分。可以選擇運算放大器構建抗混疊濾波器,例如:具有卓越的瞬態響應及大訊號頻寬的MAX4450、MAX4390等。為了簡化設計,並保證視訊濾波器通道間的延時匹配度,Maxim還推出了MAX7469、MAX7472視訊抗混疊濾波器。
圖1給出了MAX7472的內部結構和典型連線,該晶片由三路輸入複用緩衝器、鉗位電路、可程式設計低通濾波器以及輸出緩衝器構成,微控制器通過I2C介面設定電路效能和功能,其中包括:複用器配置、鉗位電壓、濾波器的截止頻率、同步源(內部/外部)以及是否旁路濾波器。截止頻率的設定範圍在5MHz至34MHz,調節級數為256,適用於高清(HD)或標清(SD)電視(TV)系統,支援1080i、720p、720i、480p和480i掃描系統及計算機格式。

輸出緩衝器能夠以2VP-P訊號擺幅驅動標準的150W負載。輸入為交流耦合,輸出可以為直流或交流耦合。內部視訊濾波器提供最佳響應特性,具有陡峭的過渡帶,以獲得足夠寬的通頻帶以及出色的阻帶抑制。另外,經過優化的濾波器可提供極低的過沖時域響應。通過優化頻率響應可改善系統的整體效能,系統優化需要考慮的因素很多,其中最重要的是系統中ADC或視訊解碼器的取樣速率。對於過取樣系統,取樣速率遠遠高於通帶頻率響應。
處於通帶和取樣頻率之間的頻率成份包含噪聲,通過設定濾波器的截止頻率使其僅通過有用訊號頻率,濾除噪聲,從而得到較高的系統信噪比。圖2所示電路為MAX7472所提供的頻率響應和相位特性,通道之間可以保持一致的增益、相位匹配度。

視訊重建濾波器設計
視訊重建濾波器放置在數/模轉換器之後,考慮到DAC保持功能的濾波作用,重建濾波器對選擇性的要求不是很高,但需提供進一步的增益,補償DAC及後端負載的衰減。
MAX7462是單通道、標準清晰度、整合視訊重建濾波器和緩衝器,能夠為視訊解碼DAC的模擬CVBS視訊輸出提供訊號濾波和緩衝,適用於機頂盒、硬碟記錄儀、DVD播放器和數字VCR等應用。內部電路由低通濾波器和輸出視訊緩衝器組成(圖3),低通濾波器為四階巴特沃斯濾波器,提供5MHz平坦通帶,在27MHz頻點具有-43dB(典型值)衰減(圖4),優化於NTSC、PAL和SDTV制式。
輸出緩衝器能夠以2VP-P訊號驅動兩路150Ω視訊負載,增益可通過GAIN引腳設定在+6dB或+9.5dB。輸出級可以驅動交流負載或直接驅動視訊負載,無需使用較大的輸出耦合電容。直流耦合情況下,輸出被箝位至適當的直流電平,使其滿足數字電視介面的規範。輸出通常與75Ω背向匹配串聯電阻相連,電阻另一端接視訊電纜。由於這種配置對訊號的2倍衰減,視訊電纜上的電壓總是小於1V,符合工業標準視訊要求,如數字電視標準(該標準允許視訊電纜上最高具有1V的直流電壓)和歐洲的SCART標準(該標準允許視訊電纜上最高具有2V的直流電壓)。視訊緩衝器也可以驅動一路交流耦合視訊負載,選用220μF的輸出電容可以獲得良好的視訊效能。

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