中心議題：

• 如何優化標清視頻
• 優化方案的硬件解決

解決方案：

• 利用陷波濾波器或帶通濾波器分離亮度和色度
• 自適應3D梳狀濾波器技術

suizhedapingmugaoqingyejingdianshihedenglizixianshiqidepuji，shuzidianshiguangbohegaoqingxinhaojiekouyeriyiliuxing。danshi，nenggouyizuigaozhiliangzhichichuantongxinhaoyuanyiranfeichangbiyao。3D梳狀視頻解碼器是關鍵的處理模塊，對係統整體性能具有舉足輕重的影響。

在最初的開發階段，電視機僅支持單色(即黑白)圖(tu)像(xiang)的(de)播(bo)放(fang)和(he)顯(xian)示(shi)。隨(sui)著(zhe)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)，也(ye)支(zhi)持(chi)彩(cai)色(se)電(dian)視(shi)廣(guang)播(bo)，但(dan)仍(reng)然(ran)需(xu)要(yao)保(bao)持(chi)黑(hei)白(bai)電(dian)視(shi)顯(xian)示(shi)設(she)備(bei)的(de)向(xiang)後(hou)兼(jian)容(rong)性(xing)。電(dian)視(shi)機(ji)需(xu)要(yao)在(zai)可(ke)用(yong)帶(dai)寬(kuan)範(fan)圍(wei)內(nei)容(rong)納(na)顏(yan)色(se)信(xin)息(xi)
，並(bing)如(ru)同(tong)早(zao)期(qi)電(dian)視(shi)那(na)樣(yang)的(de)格(ge)式(shi)繼(ji)續(xu)顯(xian)示(shi)無(wu)失(shi)真(zhen)的(de)黑(hei)白(bai)畫(hua)麵(mian)。

複合視頻信號中，顏色信息與可用亮度信息共享同一帶寬。不同幅度和相位的正弦波表示任一傳送圖像的色度內容(圖1)。因此，必須將色度與亮度分開，才能正確顯示畫麵。


圖1：亮度信息和色度信息共享複合視頻信號的同一頻譜。

seduxinxizhiyupinpudegaoduan
，weixianluchangdudebeishu。xianshifangmiandenantizaiyuruhezhengqueditiquliangduxinxiheseduxinxi，yijiruhezaiweizaochengxianshiweixiangdeqingkuangxiabaochiquandaikuan。

如果沒有發生亮度-色度分離，載波正循環或反循環時，顏色信息使畫麵更亮或更暗。同時顏色信息也會錯誤地出現在圖像的黑白部分(圖2)。


圖2：無亮度和色度分離的圖像含有大量偽像。
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利用簡單的陷波濾波器或帶通濾波器，將亮度和色度分離，會造成亮度信號路徑有色度殘餘
，而色度信號路徑有亮度殘餘(圖3)。殘餘信息會造成嚴重的圖像偽像
，如“點蠕動”(圖4)。色度路徑中殘餘的色度信息也會造成“串色”等偽像(圖5)。


圖3：利用陷波濾波器或帶通濾波器分離亮度和色度。

圖4：電視誤將亮度路徑中的殘餘顏色解讀為亮度信息，造成不良的點蠕動效果。

圖5：色度路徑中殘餘的亮度信號造成串色偽像。

梳(shu)狀(zhuang)濾(lv)波(bo)器(qi)自(zi)身(shen)的(de)信(xin)號(hao)延(yan)遲(chi)功(gong)能(neng)造(zao)成(cheng)了(le)相(xiang)長(chang)幹(gan)擾(rao)和(he)相(xiang)消(xiao)幹(gan)擾(rao)。梳(shu)狀(zhuang)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)頻(pin)率(lv)響(xiang)應(ying)由(you)一(yi)係(xi)列(lie)均(jun)勻(yun)間(jian)隔(ge)的(de)尖(jian)峰(feng)信(xin)號(hao)組(zu)成(cheng)
，呈(cheng)梳(shu)子(zi)形(xing)狀(zhuang)。與(yu)陷(xian)波(bo)濾(lv)波(bo)器(qi)和(he)帶(dai)通(tong)濾(lv)波(bo)器(qi)相(xiang)比(bi)，2D梳狀濾波器可提供更高的視頻解碼器性能(圖6)。


圖6：三行2D梳狀濾波器將采用輸入-輸出一行延遲。

2D梳狀濾波器的工作原理是：如果圖像目標行的上下存在類似幾行，色度和亮度就可以更徹底地分離。

在NTSC(美國國家電視係統委員會)製式下，色度正弦波信號逐行發生180°bianhua。renyilianggelianxuxingxiangjia
，liangduneirongjiabei，seduneirongdixiao。xiangfan

，ruguojianquliangxing，liangduneirongdixiao，seduneirongjiabei。liru，duiyuquanhuamianyansetiao，meigehuodongxingzaishijiaoshangshiyiyangde。zaigeidingdexinhaodianpingshang，meixingdeliangduneirongxiangtong。chulexiangweibianhua，meixingdeseduneirongyexiangtong。

視頻解碼器(如ADI公司的解碼器)采用五行2D梳狀濾波器，能夠為NTSC製式和PAL(逐行倒相)製式信號源提供更好的性能。根據圖像的複雜性，梳狀處理器必須確定是否要將當前行與下一行或上一行結合。
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梳狀處理器不能對某些圖像進行任意行組合，此時可切入當前行。自適應2D梳狀視頻解碼器能夠提供可接受的性能水平。但是
，連續行不同時，2D梳狀濾波器不能正常工作，並轉向陷波濾波器
，將該行區域的亮度與色度分離。

雖然在未產生圖像偽像或帶寬限製的情況下(這會轉化為低反差圖像)，成功實現亮度和色度分離非常重要
，但是視頻信號的許多其他方麵，如不良時基或非標準弱射頻信號也會帶來很多挑戰。

小型CRT顯示器可接受的偽像或圖像缺陷
，對於新一代等離子顯示器和液晶顯示器而言則無法接受。因為隨著分辨率提高、尺寸和顯示器對比度增大
，即使是很小的圖像缺陷也會很明顯。

自適應3D梳狀濾波器技術

高清(HD)信號源、數(shu)字(zi)接(jie)口(kou)以(yi)及(ji)高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)顯(xian)示(shi)器(qi)能(neng)夠(gou)帶(dai)來(lai)出(chu)色(se)的(de)視(shi)覺(jiao)體(ti)驗(yan)。不(bu)過(guo)，通(tong)過(guo)頻(pin)道(dao)切(qie)換(huan)或(huo)輸(shu)入(ru)
，用(yong)戶(hu)看(kan)到(dao)的(de)可(ke)能(neng)是(shi)美(mei)麗(li)的(de)高(gao)清(qing)圖(tu)像(xiang)，也(ye)可(ke)能(neng)是(shi)傳(chuan)統(tong)的(de)複(fu)合(he)視(shi)頻(pin)廣(guang)播(bo)(CVBS)。借助高品質自適應3D梳狀濾波器技術，標清(SD)複合視頻圖像的質量獲得了顯著改善(圖7)。


圖7：內置3D梳狀濾波器的解碼器的典型架構。

3D梳狀濾波器類似於2D梳狀濾波器，通過某些行的像素組合來分離亮度和色度。兩者的主要區別是：2D梳狀濾波器組合圖像連續行的像素，而3D梳狀濾波器把當前行的像素與圖像延時狀態下同一行中的像素組合(圖8)。


圖8：自適應內置3D梳狀濾波器的解碼器的結果(a)明顯優於內置2D梳狀濾波器的解碼器(b)。
3D梳狀視頻解碼方案能夠提供出色的視頻畫質。這種方法能從根本上消除不良圖像偽像，如點蠕動
、“掛點”和串色。

此外，歸功於3D梳狀視頻解碼的亮度和色度分離方式
，該方法能保持亮度和色度數據包的全部帶寬。

全亮度帶寬保留了高頻內容
，提供的圖像清晰鮮明，從而使用戶能區分微小的細節。全色度帶寬則確保顏色更明亮、更清晰。

2D梳狀視頻解碼主要處理鄰近的活動視頻行，對其進行分析，或者既處理又分析
，而3D梳狀處理則進行幀到幀的視頻像素信息比較(圖9)。它對當前幀的數據與存儲器中的上一幀數據進行比較。


圖9：NTSC製式的典型幀序列展示了3D梳狀濾波技術。

ruguotongshitianjialianggezhen，meigexiangsudeseduxinxidixiao，erliangduxiangsushujujiabei。tongyang，ruguoqianyizhenjianqudangqianzhen，liangduxiangsushujudixiao
，erseduxinxijiabei。

盡管3D梳狀濾波處理存在很多優勢，但設計人員仍必須解決其性能局限性和一些挑戰。3D梳狀濾波器能讓圖像的亮度和色度完美分離，而傳統的2D梳狀濾波器或陷波濾波器達不到這種效果。
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danshi
，zhiyoutuxiangzhongdexiangsujueduijingzhishi
，caikeyishixianliangduhesedudewanmeifenli。fanzhi，ruguotuxiangzaiyidong
，lianggelianxuzhendexiangsushujuyezaifashengbianhua，bianwufashiyong3D梳狀濾波器(圖10)。重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)
，視(shi)頻(pin)解(jie)碼(ma)器(qi)檢(jian)查(zha)每(mei)一(yi)個(ge)像(xiang)素(su)
，並(bing)與(yu)之(zhi)前(qian)存(cun)儲(chu)的(de)像(xiang)素(su)數(shu)據(ju)作(zuo)比(bi)較(jiao)，以(yi)確(que)定(ding)是(shi)否(fou)發(fa)生(sheng)了(le)移(yi)動(dong)，進(jin)而(er)決(jue)定(ding)應(ying)采(cai)用(yong)哪(na)種(zhong)梳(shu)狀(zhuang)濾(lv)波(bo)器(qi)。


圖10：對移動圖像進行梳狀濾波會產生明顯的偽像。

由於移動檢測比較複雜，采用的方法必須能分析當前和存儲幀的每個活動像素
，以便確定使用哪種方法來分離信息。

3D梳狀濾波技術梳理靜止像素，2D梳狀濾波技術處理無複雜運動的區域，而陷波濾波器進行複雜運動區域的處理。3D梳狀解碼器的主要挑戰並非3D梳理過程本身，而是3D梳狀濾波器、2D梳狀濾波器和陷波濾波器之間複雜的運動檢測和自適應切換。

當梳狀濾波器無法勝任

自適應3D梳狀濾波器依賴解碼器來正確檢測圖像移動。否則
，梳狀濾波器就不能正確處理像素數據，造成運動偽像(圖11)。圖11a中鳥的翅膀向下。圖11b中翅膀已經向上舞動，而圖11c中翅膀再次向下。這是鳥舞動翅膀的正常順序。


圖11：自適應3D梳狀濾波器依賴解碼器來正確檢測圖像移動。這是鳥舞動翅膀的正常順序-向下(a)，向上(b)，再向下(c)。

許多3D梳狀解碼器檢查幀1和幀3
，結果發現幀1和幀3相同，便誤認為沒有產生圖像移動。因此決定用3D梳狀解碼器來處理數據(圖12)。


圖12：利用3D梳狀解碼器，無效檢測引起明顯的網格偽像(a)。圖像移動校正後
，無網格偽像生成(b)。

與之相反，配有3D梳shu狀zhuang濾lv波bo器qi的de高gao性xing能neng視shi頻pin解jie碼ma器qi利li用yong很hen多duo幀zhen存cun儲chu器qi來lai更geng準zhun確que地di檢jian測ce所suo有you幀zhen之zhi間jian的de運yun動dong。使shi用yong大da量liang的de幀zhen很hen有you必bi要yao
，有you助zhu於yu解jie碼ma器qi準zhun確que判pan斷duan何he時shi何he地di采cai用yong3D梳狀濾波器。

實現更多的功能

3D梳狀濾波器要正常工作，內存緩衝區需存儲視頻像素數據幀以便分析和處理。ADI公司的12位標清/高清電視視頻解碼器ADV7802之類解碼器，配有3D梳狀濾波器和圖形數字轉換器
，通過處理其它非3D梳狀濾波器任務，如先進的時序降噪，最大限度地利用內存空間。
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通過配備3D梳狀濾波器

，ADV7802采用多種技術將當前幀的像素數據與之前存儲的數據進行比較，從而過濾並消除圖像噪聲。

外部存儲器也可以實現先進的時基校正。基於幀的時基校正確保解碼器總是輸出固定時鍾、固定的每行采樣數

、不變的每幀行數，以及正確的場序。

雖sui然ran電dian視shi應ying用yong通tong常chang不bu需xu要yao外wai部bu存cun儲chu器qi，但dan是shi越yue來lai越yue多duo的de製zhi造zao商shang將jiang更geng多duo的de接jie收shou器qi和he電dian子zi控kong製zhi設she備bei轉zhuan移yi到dao單dan獨du的de遠yuan程cheng遙yao控kong盒he中zhong
，以yi盡jin可ke能neng減jian小xiao顯xian示shi麵mian板ban的de厚hou度du。不bu過guo這zhe類lei設she計ji也ye限xian製zhi了le需xu要yao直zhi接jie與yu電dian視shi機ji相xiang連lian的de電dian纜lan數shu，這zhe可ke能neng會hui造zao成cheng布bu線xian困kun難nan(圖13)。


圖13：薄型顯示器麵板將接收器和電子控製設備轉移到獨立單元。

遠程遙控盒通過HDMI(高清多媒體接口)或(huo)類(lei)似(si)鏈(lian)接(jie)接(jie)入(ru)顯(xian)示(shi)器(qi)。當(dang)該(gai)鏈(lian)接(jie)工(gong)作(zuo)時(shi)，電(dian)視(shi)需(xu)要(yao)穩(wen)定(ding)的(de)像(xiang)素(su)和(he)時(shi)鍾(zhong)數(shu)據(ju)。由(you)於(yu)時(shi)基(ji)校(xiao)正(zheng)允(yun)許(xu)視(shi)頻(pin)解(jie)碼(ma)器(qi)和(he)鏈(lian)路(lu)的(de)發(fa)射(she)器(qi)件(jian)直(zhi)接(jie)連(lian)接(jie)
，因(yin)此(ci)解(jie)碼(ma)器(qi)甚(shen)至(zhi)能(neng)為(wei)非(fei)標(biao)準(zhun)輸(shu)入(ru)設(she)備(bei)提(ti)供(gong)可(ke)靠(kao)的(de)時(shi)序(xu)和(he)像(xiang)素(su)數(shu)據(ju)。

除了亮度和色度分離
，複合視頻處理的很多其他方麵也直接影響畫麵質量。ADC輸入端的性能對顯示器接收的整體視頻質量起著決定性的作用。

專業品質的視頻解碼器(如ADV7802)利用12位ADC實現了優於62dB的信噪比。值得注意的是，對於注重性能的應用，差分相移和增益可分別超過0.45°和0.45%。成本敏感應用則可以采用配置9位ADC的視頻解碼器
，如ADI公司的ADV7180。

解jie碼ma器qi還hai必bi須xu能neng夠gou處chu理li非fei標biao準zhun和he微wei弱ruo的de廣guang播bo信xin號hao源yuan。電dian視shi用yong戶hu和he製zhi造zao商shang仍reng舊jiu高gao度du重zhong視shi這zhe些xie要yao求qiu。剛gang購gou買mai新xin型xing高gao端duan大da屏ping幕mu等deng離li子zi或huo液ye晶jing電dian視shi的de消xiao費fei者zhe可ke能neng還hai會hui將jiang其qi連lian接jie到dao使shi用yong了le12年的錄像機和模擬射頻電纜係統上。

以(yi)往(wang)消(xiao)費(fei)者(zhe)將(jiang)錄(lu)像(xiang)機(ji)與(yu)舊(jiu)顯(xian)像(xiang)管(guan)電(dian)視(shi)機(ji)連(lian)接(jie)，如(ru)今(jin)他(ta)們(men)期(qi)待(dai)高(gao)清(qing)電(dian)視(shi)能(neng)帶(dai)來(lai)至(zhi)少(shao)與(yu)舊(jiu)顯(xian)像(xiang)管(guan)電(dian)視(shi)機(ji)一(yi)樣(yang)好(hao)的(de)性(xing)能(neng)水(shui)平(ping)。也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)，錄(lu)像(xiang)機(ji)的(de)視(shi)頻(pin)應(ying)該(gai)穩(wen)定(ding)
，即(ji)使(shi)在(zai)“特技”模式下(即暫停

、快進，或後退時)也能繼續保持鎖定。

微弱的射頻信號也應該與顏色鎖定保持同步，即使輸入信號降至25dBμV以下。要解決低電平射頻信號和視頻信號與舊的非標準係統帶來的問題，解碼器設計者麵臨諸多挑戰。

確定解碼器的質量水平基準時，采用何種算法需要慎重考慮。許多製造商都紛紛推銷自己能夠成功地處理這些信號源。例如ADI公司的視頻解碼器集成了同步檢測和提取
、重采樣和先進的後端FIFO管理等技術。

諸如ADV7802中的智能濾波算法則采用鎖相回路(PLL)模塊

，以及水平同步(HSYNC)和垂直同步(VSYNC)處(chu)理(li)器(qi)模(mo)塊(kuai)，確(que)保(bao)正(zheng)確(que)提(ti)取(qu)同(tong)步(bu)信(xin)息(xi)。該(gai)濾(lv)波(bo)器(qi)確(que)保(bao)解(jie)碼(ma)器(qi)能(neng)夠(gou)識(shi)別(bie)其(qi)查(zha)找(zhao)同(tong)步(bu)信(xin)息(xi)的(de)時(shi)期(qi)。同(tong)步(bu)鎖(suo)相(xiang)回(hui)路(lu)模(mo)塊(kuai)和(he)處(chu)理(li)器(qi)模(mo)塊(kuai)則(ze)確(que)保(bao)所(suo)檢(jian)測(ce)的(de)同(tong)步(bu)信(xin)息(xi)正(zheng)確(que)排(pai)列(lie)。