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一文带你了解视频编码器的进展

来源:analog 发布时间:2023-10-27

摘要: 看看新一代视频编码器。

来自MPEG编解码器等源的数字视频信号必须经过适当的编码和转换,才能由电视和录像机显示。一般来说,编码意味着将一种格式或信号转换为另一种格式或信号。对于视频编码器,这意味着将4:2:2的YCrCb数字视频数据转换为YUV, RGB或CVBS视频信号。YCrCb为分量数字信号,其中Y为亮度信号,包含黑白信号信息,Cr为红色减去亮度(R-Y), Cb为蓝色减去亮度(B-Y)。YUV是YcrCb的缩小版。在将YUV信号组合成复合视频之前,这种缩放是必要的,以便将其包含在信号处理和记录设备的幅度限制内。这种YUV信号不应该与高端电视上的YUV输入混淆。CVBS (Color, Video, Blank and Sync)是一种复合信号。在这种格式中,单个视频信号包括同步、颜色和亮度信息。复合信号用于标准电视和录像机。由于消除了产生CVBS信号所需的调制,因此元件格式提供比复合信号更清晰的图像和更少的噪声。

ADV719x系列(图1)是新一代视频编码器。它们提供了视频编码器家族其他成员的所有功能,加上4倍过采样,数字降噪(DNR),伽马校正,以及ADV7194中的Xtended-10 技术(见下文)。ADV719x的一个关键特性是能够输入3x10位4:2:2 YCrCb格式的逐行扫描信号。机载dac将这些信号转换成可在逐行扫描监视器上查看的YPrPb格式。


图1所示 ADV7194的功能框图

4×过采样:在A/D转换器中,过采样意味着使用高于奈奎斯特速率的采样率,即以输入信号最高频率的两倍以上的速率采样。对于D/ a转换器,过采样实际上是一个插值过程,通过计算连续采样之间的平均值来完成。

视频数据以13.5 mhz的速率输入ADV719x。它首先内插到27 MHz,然后再次内插到54 MHz。然后将视频数据发送到6个10位dac。插值过程允许使用更便宜的元件和更宽松的公差来达到给定的信号质量。在这种情况下,插值允许使用具有较温和的滚降斜率的重建滤波器。反过来,这意味着更简单的过滤器设计和更低的成本。相位非线性和通带纹波不太可能引起问题。插值还允许扩展转换器的分辨率。在一个理想的系统中,如果信号的带宽增加一倍,那么同样数量的信息可以在信噪比降低6db的情况下通过信道传输。因此,提高采样率可以在不丢失信息的情况下减少每个样本中的单词长度。

图2显示了使用2倍过采样和4倍过采样时的重构滤波器要求。


图2 低通滤波器要求2倍和4倍过采样

数码降噪:噪音通常以“雪”或小点的形式出现,使图像看起来模糊,可能是由于传输不良或低质量设备造成的。噪声在含有大量高频内容的图片上更明显,即包含大量细节和颜色的图片。在ADV719x上使用的数字降噪(DNR)有效地降低了图像中的噪声,并且还具有降低MPEG压缩产生的噪声的能力。MPEG压缩将一帧中包含的视频数据分割成8 × 8像素的压缩块。几个这样的块组成一个场。这些块的边界区域在电视图像上造成可见的噪声,这使得它通常不那么清晰。这种类型的信号退化是典型的MPEG压缩。在ADV719x系列视频编码器中,应用于过渡区域的降噪量是可编程的。

视频噪声的特点是结合了高频和低幅值。ADV719x通过分析输入信号的高频、低幅度内容来利用这一事实。然后从原始信号中减去噪声信号,从而提高图像质量。根据噪声要求,用户可以设置一个阈值,以确定所应用的噪声衰减量。

此外,编程允许高频信号得到增强。当接收到高振幅的高频信号时,假定其为有效数据。对这些信号应用可编程增益,并将它们添加到原始信号中,结果是图像清晰度的提高。

图3显示了当应用数字降噪时输入信号(绿色迹线)和输出信号(重迹线)的模拟。


图3 数字降噪效果。重迹是输出波形

伽马校正:伽马是在显示设备(例如阴极射线管屏幕)的非线性传递函数的近似下作用于信号电压的指数。Gamma=1.0将产生一个完美的线性图,即输出作为输入的线性函数。在阴极射线管中,阴极射线管屏幕上产生的光强度是施加在输入端的电压的非线性函数,典型的伽马值为2.3至2.6。

伽马校正,一个补偿非线性的过程;为了在给定的屏幕上满足图像外观的标准,以正确的强度再现良好的色彩是必要的。

如果要以这样一种方式对图像进行编码,即最大限度地利用每像素有限的比特数并最大限度地减少噪声的可见性,则CRT的非线性也要考虑在内。如果不进行补偿,非线性将产生称为轮廓或带状的误差。这些在简单的图片上是可见的,有大片平滑变化的阴影。这实际上与在低电平调制时引入的量化误差引起的可见失真相同。

显示器件,如液晶显示器(lcd)和crt,具有不同的非线性特性。ADV719x允许用户编程伽马值,以便适当的补偿曲线可以应用于输入信号。在视频源不提供伽马校正信号的情况下,显示设备中的伽马校正尤其有用。

图4显示了伽马校正电路对几个伽马值的线性斜坡信号的响应。


图4 伽马校正曲线

Xtended-10 技术:许多视频编码器,包括ADV7175/76, ADV7175A/76A, ADV7177/78, ADV7170/71和ADV7172/73,允许数据以8位格式输入,以8位或10位处理,并输出到10位dac。采用xtend -10 技术,ADV7194允许数据以10位格式输入,以10位处理,并输出到6个10位dac。ADV7194的10位处理在专业视频应用中具有特别的价值。

ADV719x系列

ADV719x图像处理设施是无与伦比的。用户可以控制亮度、颜色、对比度、色度和亮度,以及同步脉冲宽度和位置的延迟和可编程调整。有七个可编程亮度滤波器,七个可编程色度滤波器,和一个扩展的SSAF 滤波器,具有12个可编程响应。

ADV719x还提供TTX, CGMS, Macrovision,主/从定时模式,VBI(垂直消隐间隔)编程和封闭字幕等功能。

ADV719x的技术性能优异,信号质量优异。差分增益和相位误差分别为0.2%和0.4度。信噪比可达75 dB。

AD719x采用+ 5v、+3.3 v或+ 3v单电源供电。ADV7190封装在64导联LQFP中。ADV7192和ADV7194封装在80引脚lqfp中。

评估板可用。当使用内部彩色条时,用户只需将电路板连接到电视监视器上,或者可以使用YCrCb信号源。要求PC操作系统为Windows 95/98。提供用户友好的软件。

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