模拟视频的系统带宽与分辨率

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简介

确保最佳画质是视频系统设计师的终极目标。随着高清电视的到来,图像分辨率以及视频信号带宽大幅增高。由于视频系统倾向于支持多种分辨率和接口,因此,设计工程师必须仔细考虑系统带宽要求,以确保信号不失真。

本应用笔记将概要介绍在确定系统带宽时使用的视频类术语,以及它们与3 dB带宽之间的关系。

系统带宽定义

一般而言,3 dB带宽是衡量系统带宽的一种指标。假设有一 个低通频率响应,则3 dB带宽可定义为输出功率在直流下下 降至输出功率一半时的频率。与直流相比,这相当于输出 电压下降29.3%。

对于视频应用,3 dB带宽意义不大,因为,它并不直接反映视频信号组分的衰减。有关视频的文献提到增益平坦度这个术语,表示信号幅度在通带内允许的最大下降值。测试已揭示,人眼无法分辨1%以下的亮度变化,这相当于通带 内的信号下降0.1 dB,简单说就是0.1 dB增益平坦度。一种 自由度较大的方式允许信号下降6%左右,这相当于0.5 dB 的增益平坦度。

以下各部分将描述0.1 dB和0.5 dB增益平坦度规格与3 dB带 宽之间的关系。例子假定的是巴特沃兹频率响应,这也是最常见的响应。

低通频率响应

低通巴特沃兹响应的传递函数|HLP(f)|通过以下等式计算:

@5xe" o:spt="75" coordsize="21600,21600" stroked="f" filled="f" o:preferrelative="t"> 其中: fC 为截止频率。 f为信号频率。 n为系统阶数。
图2展示的是在n=1至5时,fC = 1 MHz情况下的低通巴特沃兹响应。

低通滤波器的衰减可以通过以下等式计算:

以最大视频频率(fMAX)替代f,则截止频率fC与最大视频频率fMAX之比可以表示为:


如果AdB为0.1 dB或0.5 dB,根据两个视频增益平坦度规格,不同系统阶下的截止频率与最大视频频率之比如表1所示。


图3和图4展示了在1 MHz 0.5 dB和0.1 dB增益平坦度规格下 的低通频率响应。另外,我们有意把衰减轴限制为−3 dB, 以突出3 dB带宽,使其为各坐标图与频率轴的交集。



高通频率响应

使用交流耦合时,由交流耦合电容与视频接收器的输入阻 抗形成的高通滤波器会衰减低频信号。巴特沃兹高通传递 函数|HHP(f)|通过以下等式计算:


图5展示的是在n=1至5时,fC = 1 MHz情况下系统的高通巴 特沃兹响应。

高通响应的衰减通过以下等式计算:

以最小视频频率(fMIN)替代f,则截止频率fC与最小视频频率fMIN之比可以表示为:

表2列出了不同系统阶下,截止频率与最小视频频率分别对应于0.1 dB和0.5 dB增益平坦度的比率。

图6和图7展示了在1 MHz 0.5 dB和0.1 dB增益平坦度规格下的高通频率响应。另外,我们有意把衰减轴限制为−3 dB, 以突出3 dB带宽,使其为各坐标图与频率轴的交集。


结论

在设计视频系统时,设计工程师必须仔细分析所需系统带 宽,以确保实现最佳性能。一旦确定增益平坦度,工程师 就可以根据频率响应的类型和系统阶数算出系统需要的3 dB带宽。

表3和表4同时列出了针对直流和交流耦合选项,在不同视 频分辨率(包括电视和电脑图像标准)下所需的3 dB带宽(截 止频率)。假设用的是巴特沃兹频率响应,且n = 1至5。


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