利用集成濾波器實現高質量模擬視頻重建

由攝像機捕獲的模擬視頻信號，為了便于傳輸通常把視頻信號數字化(圖1)。數字視頻有很多優勢，它能夠根據對圖像質量的要求進行壓縮，量化后的視頻信號不會因為存儲和傳輸而降低質量。但為了便于人眼觀看，它還必須恢復成模擬視頻信號或模擬光影信號。把數字視頻轉變成模擬視頻的過程叫做重建。然而，由于從數字域到模擬域轉換時的量化及其他問題，必須通過各種濾波技術消除摩爾效應和圖像失真，從而得到高質量的視頻。

圖1. 電視信號從模擬信號轉換成數字信號，最后又恢復為模擬信號。

考慮一個由混亂無序模塊組成的七巧板，這些模塊奇形怪狀，看起來毫無規則，但在形狀上有一定的關聯。如果我們像兒童一樣去了解一些基本原則，對拐角、邊緣進行篩選，即可重構一幅圖像。類似地，數字視頻可能由無序傳輸的圖片組成，這些圖片包含了失真信號。可以按照一定的規則重新整合圖片，使圖像質量與原始的模擬輸入信號保持一致。

數字重建過程的最后，需要對視頻信號進行“模擬濾波”。七巧板中是通過人眼的視覺效應實現“濾波”的，對于視頻圖像則需通過模擬低通濾波器實現。

采樣噪聲和鏡像衰減

由攝像機或其他設備捕獲的模擬視頻信號通過模/數轉換器(ADC)進行數字化處理，它在每個時鐘邊沿即時記錄數據(圖2)。模擬信號連續變化，而轉換成數字信號時則是定時采樣。經過數字處理和傳輸后，數字信號通過數/模轉換器(DAC)轉變成模擬信號。DAC的輸出如圖2的右上角所示，箭頭代表時鐘信號。

圖2. 模擬信號和數字信號之間的轉換波形。

在每個時鐘瞬間，將數字量轉換成模擬電壓，模擬信號將保持到下一個時鐘沿。輸出是一系列階梯，而原始模擬信號卻是平滑曲線。這稱為“采樣保持”或“矩形波”重建。需要模擬低通濾波器進行平滑處理，以接近原始的模擬視頻信號。