视频编码器的进步

来自 MPEG 编解码器等源的数字视频信号必须经过适当编码并转换为模拟信号，然后才能由模拟电视和 VCR 显示。通常，编码意味着从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 YCrCb 数字视频数据转换为 YUV、RGB 或 CVBS 模拟视频信号。YCrCb 是一个分量数字信号，其中 Y 是亮度信号，其中包含黑白信号信息，Cr 是红色减去亮度 （R-Y），Cb 是蓝色减去亮度 （B-Y）。YUV 是 YcrCb 的缩放版本。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。此 YUV 信号不应与高端电视上的模拟 YUV 输入混淆。 CVBS（彩色、视频、空白和同步）是一种复合模拟信号。在这种格式中，单个模拟视频信号包括有关同步、颜色和亮度的信息。复合信号用于标准电视和录像机。与复合信号相比，分量格式提供了更清晰的图像和更少的噪声，因为消除了产生CVBS信号所需的调制。

ADV719x系列（图1）是新一代视频编码器。它们提供ADI视频编码器系列其他成员的所有功能，以及4×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以3x10位4：2：2 YCrCb格式输入逐行扫描信号。板载DAC将这些信号转换为模拟YPrPb格式，可在逐行扫描监视器上查看。

图1.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速率，即以超过输入信号最高频率两倍的速率进行采样。对于数模转换器，过采样实际上是一个插值过程，通过计算连续样本之间的平均值来完成。

视频数据以719.13 MHz速率时钟输入ADV5x。它首先插值到27 MHz，然后再次插值到54 MHz。然后将视频数据发送到六个10位DAC。插值过程允许使用公差更宽松的较便宜组件达到给定的信号质量。在这种情况下，插值允许使用具有更平缓滚降斜率的重建滤波器。反过来，这意味着过滤器设计更简单，成本更低。相位非线性和通带纹波不太可能引起问题。插值还可以扩展转换器的分辨率。在理想的系统中，如果信号带宽加倍，则可以通过SNR低6 dB的通道传输相同数量的信息。因此，提高采样率可以减少每个样本中的字长而不会丢失信息。

图2显示了使用2×过采样和4×过采样时的重建滤波器要求。

图2.具有 2× 和 4× 过采样的低通滤波器要求。

数字降噪：噪点通常可见为“雪”，或使图像看起来模糊的小点，可能是由于传输不良或设备质量低下造成的。噪点在具有大量高频内容的图片（即包含大量细节和颜色的图片）上更为明显。ADV719x上使用的数字降噪（DNR）可有效降低图像中的噪声，并能够降低MPEG压缩产生的噪声。MPEG 压缩将一帧中包含的视频数据拆分为 8 x 8 像素的压缩块。其中几个块组成了一个字段。这些块的边界区域会导致电视图像上可见噪点，这使得它通常不那么清晰。这种类型的信号衰减是MPEG压缩的典型特征。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。

视频噪声通常结合了高频和低幅度。ADV719x通过分析输入信号的高频、低幅度成分来利用这一事实。然后从原始信号中减去该噪声信号，从而提高图像质量。根据噪声要求，用户可以编程一个阈值，以确定应用的噪声衰减量。

此外，编程允许增强高频信号。接收到时，假定具有高振幅的高频信号为有效数据。对这些信号施加可编程增益并将其添加到原始信号中，可以提高图像清晰度。

图3显示了应用数字降噪时输入信号（绿色迹线）和产生的输出信号（粗迹线）的仿真。

图3.数字降噪的效果。重迹线是输出波形。

伽玛校正：伽玛是应用于信号电压的指数，近似于显示设备（例如阴极射线管屏幕）的非线性传递函数。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CRT中，CRT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，典型伽马值为2.3至2.6。

伽马校正，补偿这种非线性的过程;对于以正确的强度再现良好的颜色是必要的，以满足给定屏幕上的图像外观标准。

如果要对图像进行编码，以便最大限度地感知每像素有限数量的位数并最小化噪声的可见性，则还要考虑CRT的非线性。如果不进行补偿，非线性会产生称为轮廓或条带的误差。这些在具有大面积平滑变化的阴影的简单图片上可见。这实际上与在低调制水平下引入的量化误差引起的可见失真相同。

液晶显示器 （LCD） 和 CRT 等显示设备具有不同的非线性特性。ADV719x允许用户对伽马值进行编程，以便对输入信号应用适当的补偿曲线。在视频源不提供伽马校正信号的情况下，显示设备中的伽玛校正特别有用。

图4显示了伽马校正电路对多个伽马值的线性斜坡信号的响应。

图4.伽马校正曲线。

Xtended-10™科技：许多视频编码器，包括ADV7175/76、ADV7175A/76A、ADV7177/78、ADV7170/71和ADV7172/73，允许以8位格式输入数据，以8位或10位处理，并输出到10位DAC。 与Xtended-10™技术，ADV7194允许以10位格式输入数据，以10位处理，并输出到10个10位DAC。ADV7194的<>位处理在专业视频应用中具有特别的价值。

ADV719x系列

ADV719x图像处理功能无与伦比。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™具有 12 个可编程响应的滤波器。

ADV719x还提供TTX、CGMS、宏视觉、主/从时序模式、VBI（垂直消隐间隔）编程和隐藏式字幕等功能。

ADV719x的技术性能非常出色，因此信号质量非常出色。差分增益和相位误差分别为0.2%和0.4度。可实现高达 75 dB 的信噪比。

AD719x采用+5 V、+3.3 V或+3 V单电源供电。ADV7190采用64引脚LQFP封装。ADV7192和ADV7194采用80引脚LQFP封装。

提供评估板。当与内部色条一起使用时，用户只需将电路板连接到电视监视器，或者可以使用YCrCb信号源。需要一台运行 Windows 95/98 的电脑。提供用户友好的软件。

审核编辑：郭婷