視頻編碼器的進(jìn)步

來自 MPEG 編解碼器等源的數(shù)字視頻信號(hào)必須經(jīng)過適當(dāng)編碼并轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，然后才能由模擬電視和 VCR 顯示。通常，編碼意味著從一種格式或信號(hào)轉(zhuǎn)換為另一種格式或信號(hào)。對(duì)于視頻編碼器，這意味著將 4：2：2 YCrCb 數(shù)字視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 YUV、RGB 或 CVBS 模擬視頻信號(hào)。YCrCb 是一個(gè)分量數(shù)字信號(hào)，其中 Y 是亮度信號(hào)，其中包含黑白信號(hào)信息，Cr 是紅色減去亮度 （R-Y），Cb 是藍(lán)色減去亮度 （B-Y）。YUV 是 YcrCb 的縮放版本。在將YUV信號(hào)組合成復(fù)合視頻之前，這種縮放是必要的，以便將其包含在信號(hào)處理和記錄設(shè)備的幅度限制內(nèi)。此 YUV 信號(hào)不應(yīng)與高端電視上的模擬 YUV 輸入混淆。 CVBS（彩色、視頻、空白和同步）是一種復(fù)合模擬信號(hào)。在這種格式中，單個(gè)模擬視頻信號(hào)包括有關(guān)同步、顏色和亮度的信息。復(fù)合信號(hào)用于標(biāo)準(zhǔn)電視和錄像機(jī)。與復(fù)合信號(hào)相比，分量格式提供了更清晰的圖像和更少的噪聲，因?yàn)橄水a(chǎn)生CVBS信號(hào)所需的調(diào)制。

ADV719x系列（圖1）是新一代視頻編碼器。它們提供ADI視頻編碼器系列其他成員的所有功能，以及4×過采樣、數(shù)字降噪（DNR）、伽馬校正以及ADV7194中的Xtended-10?技術(shù)（見下文）。ADV719x的一個(gè)關(guān)鍵特性是能夠以3x10位4：2：2 YCrCb格式輸入逐行掃描信號(hào)。板載DAC將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬YPrPb格式，可在逐行掃描監(jiān)視器上查看。

圖1.ADV7194的功能框圖

4×過采樣：在A/D轉(zhuǎn)換器中，過采樣意味著使用高于奈奎斯特速率的采樣速率，即以超過輸入信號(hào)最高頻率兩倍的速率進(jìn)行采樣。對(duì)于數(shù)模轉(zhuǎn)換器，過采樣實(shí)際上是一個(gè)插值過程，通過計(jì)算連續(xù)樣本之間的平均值來完成。

視頻數(shù)據(jù)以719.13 MHz速率時(shí)鐘輸入ADV5x。它首先插值到27 MHz，然后再次插值到54 MHz。然后將視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到六個(gè)10位DAC。插值過程允許使用公差更寬松的較便宜組件達(dá)到給定的信號(hào)質(zhì)量。在這種情況下，插值允許使用具有更平緩滾降斜率的重建濾波器。反過來，這意味著過濾器設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，成本更低。相位非線性和通帶紋波不太可能引起問題。插值還可以擴(kuò)展轉(zhuǎn)換器的分辨率。在理想的系統(tǒng)中，如果信號(hào)帶寬加倍，則可以通過SNR低6 dB的通道傳輸相同數(shù)量的信息。因此，提高采樣率可以減少每個(gè)樣本中的字長(zhǎng)而不會(huì)丟失信息。

圖2顯示了使用2×過采樣和4×過采樣時(shí)的重建濾波器要求。

圖2.具有 2× 和 4× 過采樣的低通濾波器要求。

數(shù)字降噪：噪點(diǎn)通?？梢姙椤把?，或使圖像看起來模糊的小點(diǎn)，可能是由于傳輸不良或設(shè)備質(zhì)量低下造成的。噪點(diǎn)在具有大量高頻內(nèi)容的圖片（即包含大量細(xì)節(jié)和顏色的圖片）上更為明顯。ADV719x上使用的數(shù)字降噪（DNR）可有效降低圖像中的噪聲，并能夠降低MPEG壓縮產(chǎn)生的噪聲。MPEG 壓縮將一幀中包含的視頻數(shù)據(jù)拆分為 8 x 8 像素的壓縮塊。其中幾個(gè)塊組成了一個(gè)字段。這些塊的邊界區(qū)域會(huì)導(dǎo)致電視圖像上可見噪點(diǎn)，這使得它通常不那么清晰。這種類型的信號(hào)衰減是MPEG壓縮的典型特征。在ADV719x系列視頻編碼器中，應(yīng)用于過渡區(qū)域的降噪量是可編程的。

視頻噪聲通常結(jié)合了高頻和低幅度。ADV719x通過分析輸入信號(hào)的高頻、低幅度成分來利用這一事實(shí)。然后從原始信號(hào)中減去該噪聲信號(hào)，從而提高圖像質(zhì)量。根據(jù)噪聲要求，用戶可以編程一個(gè)閾值，以確定應(yīng)用的噪聲衰減量。

此外，編程允許增強(qiáng)高頻信號(hào)。接收到時(shí)，假定具有高振幅的高頻信號(hào)為有效數(shù)據(jù)。對(duì)這些信號(hào)施加可編程增益并將其添加到原始信號(hào)中，可以提高圖像清晰度。

圖3顯示了應(yīng)用數(shù)字降噪時(shí)輸入信號(hào)（綠色跡線）和產(chǎn)生的輸出信號(hào)（粗跡線）的仿真。

圖3.數(shù)字降噪的效果。重跡線是輸出波形。

伽瑪校正：伽瑪是應(yīng)用于信號(hào)電壓的指數(shù)，近似于顯示設(shè)備（例如陰極射線管屏幕）的非線性傳遞函數(shù)。Gamma=1.0將產(chǎn)生一個(gè)完美的線性圖，即輸出作為輸入的線性函數(shù)。在CRT中，CRT屏幕上產(chǎn)生的光強(qiáng)度是施加在輸入端的電壓的非線性函數(shù)，典型伽馬值為2.3至2.6。

伽馬校正，補(bǔ)償這種非線性的過程;對(duì)于以正確的強(qiáng)度再現(xiàn)良好的顏色是必要的，以滿足給定屏幕上的圖像外觀標(biāo)準(zhǔn)。

如果要對(duì)圖像進(jìn)行編碼，以便最大限度地感知每像素有限數(shù)量的位數(shù)并最小化噪聲的可見性，則還要考慮CRT的非線性。如果不進(jìn)行補(bǔ)償，非線性會(huì)產(chǎn)生稱為輪廓或條帶的誤差。這些在具有大面積平滑變化的陰影的簡(jiǎn)單圖片上可見。這實(shí)際上與在低調(diào)制水平下引入的量化誤差引起的可見失真相同。

液晶顯示器 （LCD） 和 CRT 等顯示設(shè)備具有不同的非線性特性。ADV719x允許用戶對(duì)伽馬值進(jìn)行編程，以便對(duì)輸入信號(hào)應(yīng)用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償曲線。在視頻源不提供伽馬校正信號(hào)的情況下，顯示設(shè)備中的伽瑪校正特別有用。

圖4顯示了伽馬校正電路對(duì)多個(gè)伽馬值的線性斜坡信號(hào)的響應(yīng)。

圖4.伽馬校正曲線。

Xtended-10?科技：許多視頻編碼器，包括ADV7175/76、ADV7175A/76A、ADV7177/78、ADV7170/71和ADV7172/73，允許以8位格式輸入數(shù)據(jù)，以8位或10位處理，并輸出到10位DAC。 與Xtended-10?技術(shù)，ADV7194允許以10位格式輸入數(shù)據(jù)，以10位處理，并輸出到10個(gè)10位DAC。ADV7194的<>位處理在專業(yè)視頻應(yīng)用中具有特別的價(jià)值。

ADV719x系列

ADV719x圖像處理功能無與倫比。用戶可以控制亮度、顏色、對(duì)比度、色度和亮度，以及同步脈沖寬度和位置的延遲和可編程調(diào)整。有七個(gè)可編程亮度濾波器、七個(gè)可編程色度濾波器和一個(gè)擴(kuò)展的 SSAF?具有 12 個(gè)可編程響應(yīng)的濾波器。

ADV719x還提供TTX、CGMS、宏視覺、主/從時(shí)序模式、VBI（垂直消隱間隔）編程和隱藏式字幕等功能。

ADV719x的技術(shù)性能非常出色，因此信號(hào)質(zhì)量非常出色。差分增益和相位誤差分別為0.2%和0.4度?？蓪?shí)現(xiàn)高達(dá) 75 dB 的信噪比。

AD719x采用+5 V、+3.3 V或+3 V單電源供電。ADV7190采用64引腳LQFP封裝。ADV7192和ADV7194采用80引腳LQFP封裝。

提供評(píng)估板。當(dāng)與內(nèi)部色條一起使用時(shí)，用戶只需將電路板連接到電視監(jiān)視器，或者可以使用YCrCb信號(hào)源。需要一臺(tái)運(yùn)行 Windows 95/98 的電腦。提供用戶友好的軟件。

審核編輯：郭婷