簡(jiǎn)介

確保最佳畫(huà)質(zhì)是視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的終極目標(biāo)。隨著高清電視的到來(lái)，圖像分辨率以及視頻信號(hào)帶寬大幅增高。由于視頻系統(tǒng)傾向于支持多種分辨率和接口，因此，設(shè)計(jì)工程師必須仔細(xì)考慮系統(tǒng)帶寬要求，以確保信號(hào)不失真。

本應(yīng)用筆記將概要介紹在確定系統(tǒng)帶寬時(shí)使用的視頻類(lèi)術(shù)語(yǔ)，以及它們與3 dB帶寬之間的關(guān)系。

系統(tǒng)帶寬定義

一般而言，3 dB帶寬是衡量系統(tǒng)帶寬的一種指標(biāo)。假設(shè)有一 個(gè)低通頻率響應(yīng)，則3 dB帶寬可定義為輸出功率在直流下下降至輸出功率一半時(shí)的頻率。與直流相比，這相當(dāng)于輸出 電壓下降29.3%。

對(duì)于視頻應(yīng)用，3 dB帶寬意義不大，因?yàn)?，它并不直接反映視頻信號(hào)組分的衰減。有關(guān)視頻的文獻(xiàn)提到增益平坦度這個(gè)術(shù)語(yǔ)，表示信號(hào)幅度在通帶內(nèi)允許的最大下降值。測(cè)試已揭示，人眼無(wú)法分辨1%以下的亮度變化，這相當(dāng)于通帶內(nèi)的信號(hào)下降0.1 dB，簡(jiǎn)單說(shuō)就是0.1 dB增益平坦度。一種 自由度較大的方式允許信號(hào)下降6%左右，這相當(dāng)于0.5 dB 的增益平坦度。

以下各部分將描述0.1 dB和0.5 dB增益平坦度規(guī)格與3 dB帶 寬之間的關(guān)系。例子假定的是巴特沃茲頻率響應(yīng)，這也是最常見(jiàn)的響應(yīng)。

低通頻率響應(yīng)

低通巴特沃茲響應(yīng)的傳遞函數(shù)|HLP(f)|通過(guò)以下等式計(jì)算：

其中： fC 為截止頻率。 f為信號(hào)頻率。 n為系統(tǒng)階數(shù)。

圖2展示的是在n=1至5時(shí)，fC = 1 MHz情況下的低通巴特沃茲響應(yīng)。

低通濾波器的衰減可以通過(guò)以下等式計(jì)算：

以最大視頻頻率(fMAX)替代f，則截止頻率fC與最大視頻頻率fMAX之比可以表示為:

如果AdB為0.1 dB或0.5 dB，根據(jù)兩個(gè)視頻增益平坦度規(guī)格，不同系統(tǒng)階下的截止頻率與最大視頻頻率之比如表1所示。

圖3和圖4展示了在1 MHz 0.5 dB和0.1 dB增益平坦度規(guī)格下 的低通頻率響應(yīng)。另外，我們有意把衰減軸限制為−3 dB，以突出3 dB帶寬，使其為各坐標(biāo)圖與頻率軸的交集。

高通頻率響應(yīng)

使用交流耦合時(shí)，由交流耦合電容與視頻接收器的輸入阻 抗形成的高通濾波器會(huì)衰減低頻信號(hào)。巴特沃茲高通傳遞函數(shù)|HHP(f)|通過(guò)以下等式計(jì)算：

圖5展示的是在n=1至5時(shí)，fC = 1 MHz情況下系統(tǒng)的高通巴 特沃茲響應(yīng)。

高通響應(yīng)的衰減通過(guò)以下等式計(jì)算:

以最小視頻頻率(fMIN)替代f，則截止頻率fC與最小視頻頻率fMIN之比可以表示為:

表2列出了不同系統(tǒng)階下，截止頻率與最小視頻頻率分別對(duì)應(yīng)于0.1 dB和0.5 dB增益平坦度的比率。

圖6和圖7展示了在1 MHz 0.5 dB和0.1 dB增益平坦度規(guī)格下的高通頻率響應(yīng)。另外，我們有意把衰減軸限制為−3 dB，以突出3 dB帶寬，使其為各坐標(biāo)圖與頻率軸的交集。

結(jié)論

在設(shè)計(jì)視頻系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)工程師必須仔細(xì)分析所需系統(tǒng)帶 寬，以確保實(shí)現(xiàn)最佳性能。一旦確定增益平坦度，工程師就可以根據(jù)頻率響應(yīng)的類(lèi)型和系統(tǒng)階數(shù)算出系統(tǒng)需要的3 dB帶寬。

表3和表4同時(shí)列出了針對(duì)直流和交流耦合選項(xiàng)，在不同視 頻分辨率(包括電視和電腦圖像標(biāo)準(zhǔn))下所需的3 dB帶寬(截止頻率)。假設(shè)用的是巴特沃茲頻率響應(yīng)，且n = 1至5。