視頻濾波器設(shè)計(jì)
摘要： 本文介紹用于視頻產(chǎn)品的抗混疊濾波器和視頻重建濾波器的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞： 視頻;濾波器;抗混疊;視頻重建
帶外雜散信號(hào)所引起的混疊現(xiàn)象是模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)應(yīng)用中所面臨的關(guān)鍵問題,如果沒有適當(dāng)?shù)臑V波處理,這些信號(hào)會(huì)嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的性能指標(biāo)。因此,任何數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)都需要在ADC之前利用抗混疊濾波器保持低于奈奎斯特頻率的信號(hào),消除混疊失真;當(dāng)然,利用DAC恢復(fù)信號(hào)時(shí),還需要輸出重建濾波器消除采樣帶來的混疊失真和噪聲,并補(bǔ)償DAC產(chǎn)生的衰減。對(duì)于錄像機(jī)、等離子電視等需要對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行量化的視頻設(shè)備,同樣需要這兩種類型的濾波器。
視頻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(luò)延時(shí)或群延時(shí),平坦的群延時(shí)表明所有頻率通過濾波器后的延遲時(shí)間相同,有利于信號(hào)波形的恢復(fù)。除了對(duì)濾波器本身相頻特性的要求外,不同視頻通道的濾波器還要保持盡可能一致的相位延時(shí)。具體指標(biāo)取決于應(yīng)用和視頻制式(NTSC、PAL/DVB、ITU、SMPTE和VESA),例如,復(fù)合NTSC/PAL制式只有一路信號(hào),ITU-470中給出了對(duì)群延時(shí)以及群延時(shí)變化的要求,這些規(guī)定比較寬松,而ITU-601抗混疊濾波器的模板要求要嚴(yán)格得多。
抗混疊濾波器設(shè)計(jì)
抗混疊濾波器放置在ADC或視頻解碼器之前,用于限制模擬視頻信號(hào)的帶寬,減少帶外噪聲。不同的視頻顯示分辨率對(duì)濾波器截止頻率的要求不同,從標(biāo)清電視到高清電視,0.1dB帶寬范圍大概在5MHz到30MHz。這類濾波器通常要求盡可能陡的過渡帶,以濾除截止頻率以外的所有頻譜成分。可以選擇運(yùn)算放大器構(gòu)建抗混疊濾波器,例如：具有卓越的瞬態(tài)響應(yīng)及大信號(hào)帶寬的MAX4450、MAX4390等。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),并保證視頻濾波器通道間的延時(shí)匹配度,Maxim還推出了MAX7469、MAX7472視頻抗混疊濾波器。
圖1給出了MAX7472的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和典型連接,該芯片由三路輸入復(fù)用緩沖器、鉗位電路、可編程低通濾波器以及輸出緩沖器構(gòu)成,微控制器通過I2C接口設(shè)置電路性能和功能,其中包括：復(fù)用器配置、鉗位電壓、濾波器的截止頻率、同步源(內(nèi)部/外部)以及是否旁路濾波器。截止頻率的設(shè)置范圍在5MHz至34MHz,調(diào)節(jié)級(jí)數(shù)為256,適用于高清(HD)或標(biāo)清(SD)電視(TV)系統(tǒng),支持1080i、720p、720i、480p和480i掃描系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)格式。輸出緩沖器能夠以2VP-P信號(hào)擺幅驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的150W負(fù)載。輸入為交流耦合,輸出可以為直流或交流耦合。內(nèi)部視頻濾波器提供最佳響應(yīng)特性,具有陡峭的過渡帶,以獲得足夠?qū)挼耐l帶以及出色的阻帶抑制。另外,經(jīng)過優(yōu)化的濾波器可提供極低的過沖時(shí)域響應(yīng)。通過優(yōu)化頻率響應(yīng)可改善系統(tǒng)的整體性能,系統(tǒng)優(yōu)化需要考慮的因素很多,其中最重要的是系統(tǒng)中ADC或視頻解碼器的采樣速率。對(duì)于過采樣系統(tǒng),采樣速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于通帶頻率響應(yīng)。處于通帶和采樣頻率之間的頻率成份包含噪聲,通過設(shè)置濾波器的截止頻率使其僅通過有用信號(hào)頻率,濾除噪聲,從而得到較高的系統(tǒng)信噪比。圖2所示電路為MAX7472所提供的頻率響應(yīng)和相位特性,通道之間可以保持一致的增益、相位匹配度。
圖1 SDTV、HDTV抗混疊濾波器
圖2 圖1所示電路的頻響特性
