数位电视影像处理元件与滤波技术探究

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                    　　前言：近年来高解析度视讯大行其道，从DVD开始，到目前的HD DVD以及BD，在搭配适当的影像编码以及加大串流流量以后，肉眼可见杂讯或方块现象已经微乎其微，过去在传统电视大行其道的视讯滤波处理似乎已经失去了舞台？
　　电视的讯号处理流程与相关元件
　　一般来说，影像讯号皆是动态呈现的，依照不同地区的规范，可分为每秒30个画面（NTSC交错式扫瞄），或是每秒25个画面（PAL交错式扫瞄），大量类比影像讯号转成数位讯号在频宽耗用上非常庞大，为了节省频宽，进而加快讯号处理速度，影像在进行解析后会将色彩以压缩方式来传递，因此影像压缩晶片是非常重要的核心元件。在一般通用设计上，影像输出IC控制板（Controller Board）的核心元件包括：视讯解码器（Video Decoder）、解交错式扫瞄器（De-Interlacer），及缩放控制器（Scaler）等。




　　图说：属于线性滤波的低通滤波器的运作概念示意图。（www.NTU.com）
　　由于低通滤波器一般是属于线性处理，在去除区块的同时，也有可能会将原有非区块效应部分的高频资讯一起滤除，因而造成影像的模糊现象。因此在滤波方式上，也有利用非线性的技术来处理。在非线性滤波技术方面，中值滤波器是较常见的1种。中值滤波器会把所读取的资料取中间值来取代掉原有的资料，透过这样的方式，在影像细节的保存方面要优于一般线性滤波技术（如双线性内差滤波）。
　　但是一般中值滤波器在处理过程中，会永久性的破坏画面中所包含的的原始像素资讯，造成最终的输出结果与原本未压缩的影像资讯产生落差，因此后来也发展出使用切换的方式，先行侦测输入影像杂讯程度，如果侦测到的杂讯直超过容忍值，则会使用滤波输出，若讯号品质良好，则维持原讯号输出，避免破坏原始讯号。常见的中值滤波器有以下几类：




　　图说：梳状滤波的种类示意图。（www.WiKi.com）
　　梳状滤波器对于类比讯号而言，是个非常重要且具有绝佳效果的影像加强设计，要了解梳状滤波器，主要从讯号源开始说起，一开始接收视讯的影像端子通常为Composite端子（如RF射频端子与AV端子），这类端子所能接收的讯号为复合讯号端子（Composite Video Signal），为何称为复合端子？因为在讯号中混合了亮度（Luminace,以Y表示）与色度／彩度（Chrominace,以C表示）双方面的讯号，一般视讯电路的工作就是将这种讯号进行Y/C分离处理，梳状滤波器的工作就是在保证讯号细节的情况之下，避免影像讯号的亮度与色彩互相渗透污染。其作法就是在内部按一定的频率间格排列讯号以及其本身的延时讯号，并两两进行叠家，从而产生相位相消的的效果。因为其讯号曲线就像梳子一般，因此被称为梳状滤波器（Comb Filtering）。
　　梳状滤波器一般由延时器、加法器、减法器、带通滤波器所组成，应用在连续的画面之间的静止图像，就称为3D梳状滤波，而针对活动的影像，并在单一画格内进行梳状滤波工作，则是称为3D梳状滤波。在数位电视里，为了确保梳状滤波器可以正常动作，必须设计足够的记忆体，藉以取得足够的延迟时间以及讯号频宽，相关电路也可以藉由SoC的方式整合并进行设计的简化。梳状滤波器可分为以下几种类型：
　　这种架构的梳状滤波容易在色彩交界处出现彩色杂点，让画面看起来杂讯比较大些，不过因保证了亮度通道的频率回应，因此清晰度方面不会有太大没有问题，主要对NTSC格式的讯号起作用。
　　3D数位梳状滤波器能够从空间（2D）、时间（第三维方向）将每组画面的亮度及色度讯号精确地分离，进而有效消除影响讯号中的杂波、斑点、色彩重叠现象，使画面更加清晰。
　　4H（3D数位梳状滤波器+1H高解析数位梳状滤波器），即在对普通类比讯号进行3D的亮色分离处理的同时，还增加了特别针对高解析讯号显示时进行亮色分离处理的数位梳状滤波器，如此可以更加彻底地消除亮色串扰现象。
　　用作Y/C分离和色度解码，比ITT及Genesis的产品要高(4H)。这样可将视觉位置扭曲现象及颜色杂讯减至最低，极大地消除串色干扰及色彩渗透，令影像色彩更清晰明亮。

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