視頻應(yīng)用的過(guò)濾器設(shè)計(jì)原理及改進(jìn)指南

最初，視頻濾波器是被放大器包圍的無(wú)源LC電路。通過(guò)將放大器與RC濾波器組合，可以實(shí)現(xiàn)更小，更高效的設(shè)計(jì)。此外，在1960年代開(kāi)發(fā)的靈敏度分析和預(yù)失真方法克服了較差的性能，這種性能使早期的視頻濾鏡失去了良好的聲譽(yù)。

本文檔介紹了過(guò)濾器的基本原理及其特性。更重要的是，顯示了視頻應(yīng)用的過(guò)濾器設(shè)計(jì)指南，以及如何將其改進(jìn)。

用于PC的高性能運(yùn)算放大器和專用軟件可實(shí)現(xiàn)寬帶有源濾波器的設(shè)計(jì)，但這些優(yōu)勢(shì)不能滿足任何特定應(yīng)用的要求。對(duì)于視頻濾波器，特定的應(yīng)用和信號(hào)格式為每個(gè)電路設(shè)計(jì)增加了細(xì)微差別。

相位線性度和群延遲

濾波器的相位線性度指定為包絡(luò)延遲或群延遲（GD）與頻率的關(guān)系。平坦的組延遲表示所有頻率都延遲了相同的量，從而在時(shí)域中保留了波形的形狀。因此，絕對(duì)群延遲不如群延遲的變化那么重要。不應(yīng)將稱為通道間差異的單獨(dú)規(guī)范指定為“時(shí)間重合”，不要將其與群時(shí)延相混淆。

盡管視頻不希望這樣做，但是可以接受多少組延遲變化，為什么？答案取決于應(yīng)用程序和視頻格式。例如，ITU-470非常寬松地規(guī)定了復(fù)合視頻的組延遲。但是，ITU-601嚴(yán)格規(guī)定了它，以確保世代的穩(wěn)定性，包括MPEG-2壓縮以及在序列化之前控制相位抖動(dòng)。

抗混疊濾波器的設(shè)計(jì)對(duì)于抗混疊濾波器，選擇性由ITU-601模板確定，如圖1所示。指定的帶寬為5.75MHz±0.1dB，在6.75MHz處的插入損耗為12dB，在8MHz處的插入損耗為40dB，并且在0.1dB帶寬上具有±3ns的群時(shí)延變化。僅對(duì)于模擬濾波器而言，這樣的性能太難了，但是4倍過(guò)采樣將要求修改為27MHz時(shí)的12dB和32MHz時(shí)的40dB。

使用軟件或歸一化曲線8，可以發(fā)現(xiàn)具有-3dB帶寬8.45MHz的5極Butterworth濾波器可以滿足選擇性的要求，但不能滿足群延遲的要求。對(duì)于后者，需要一個(gè)延遲級(jí)，為此，重要的運(yùn)算放大器參數(shù)是0.1dB，2VP-P帶寬9。該數(shù)字應(yīng)用于方程式1和2以獲得準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)。此應(yīng)用的原理圖基于4倍過(guò)采樣（圖2），曲線顯示了其增益和群延遲特性。

接下來(lái)考慮PC視頻。VESA未指定用于抗鋸齒或重建過(guò)濾器的模板。XGA分辨率（85 Hz時(shí)為1024 x 768）具有94.5MHz的采樣率和47.25MHz的奈奎斯特頻率。對(duì)于在奈奎斯特頻率下大于35dB的衰減，可以使用20MHz 4極巴特沃斯濾波器的勞赫（Rauch）實(shí)現(xiàn)。同樣，選擇MAX4450 / MAX4451是因?yàn)樗鼈兙哂谐錾乃矐B(tài)響應(yīng)和大信號(hào)帶寬（2VP-P為175MHz）。

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