视频滤波器选择策略

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集成式视频滤波器在开始问世时价格非常昂贵,是一种主要面向视频广播应用、性能极高的元件,后来才逐渐发展为适用于机顶盒等成本敏感的消费电子方案。首款主流集成式视频滤波器于1990年代初期面世,首先用在定向广播卫星机顶盒(direct broadcast satellite set-top box)和有线机顶盒中。那么,视频滤波器的作用是什么?其一,是可以作为视频处理器输出端上数模转换器之后的重建滤波器;其二是在机顶盒和DVD设备中用作视频处理器输入端上的抗混叠滤波器(anti-aliasing filter)。

以往,视频滤波器的选择十分容易,只需考虑输出数量既可:一般复合视频(CVBS)采用一个滤波器,S-video采用两个滤波器,DVD播放器采用三分量视频输出方案,分别标注为Y、Pb和 Pr,这些已经成为视频设备背面的标准配置。这样一来,视频设备用户和设计人员必需考虑到的模拟输出数目总和多达6个(即CVBS 、S-video (Y,C)、分量视频(Y,Pb,Pr))。

不过,随着更高清晰度视频的出现,并因成本不断降低而为消费者所接受,形势开始改观。480、720和1080 (以及其它非美国标准视频)这些数字的后面开始出现字母“i”或“p”,这种奇怪的数字/字母组合也成为视频领域中不断增加的术语之一。那么它们代表什么意思呢?480i、1080p等数字/字母组合是指视频扫描的显示行数,以及是采用隔行扫描(i)还是逐行扫描显示(p)。隔行意味着各行交替扫描显示,逐行则是各行按序连续扫描显示。

隔行扫描是从旧有CRT屏幕设计承传下来的技术,其目的是使玻璃面板上的荧光粉层(phosphors)发光,让顶部淡出,同时底部替代,从而使荧光粉层在图像完成之前不会消隐。荧光粉发光时间必需很长,这样才能不影响下一帧图像。逐行则是像素相继发光,这种扫描方式的空间分辨率更高,视觉效果更好。显然,对于只想观看视频,并无意成为视频工程专家的消费者来说,这一切太过复杂。因此,为了便于理解,同时便于销售,需要创造一套简短易懂的术语。于是,在术语“清晰度”下面就形成了多种数字/字母组合类别,主要用来描述图像的细节表现能力:清晰度越高,图像质量越好,因为更多的行数意味着有更多的像素,使得图像的色彩和细节层次更加鲜明逼真。

关于信号的命名和清晰度类别的分类,可以洋洋洒洒写成一篇厚厚的专题论文,而且可能在很长时间内都会成为视频工程师的热门讨论话题。鉴于讨论实际视频滤波器目的,这里粗略划分如下:480p以下是标准清晰度(SD),480p是增强清晰度(ED),720p 和 1080i 则为高清晰度(HD)。为方便起见,这里只讨论美国标准。此外,在使用高清(HD)这个术语时,许多视频设备供应商开始有所宽松。为了更加精确规范,各视频行业协会提出了HD ready、HD ready 1080p 和 Full HD等术语,但此举成败参半,甚至或许造成更多混乱。为此,视频滤波器制造商决定采用术语SD、ED、HD和 1080p HD,根据滤波器的截止频率(对于低通滤波器,则为通带)对滤波器进行分类:SD 滤波器截止频率在8MHz左右,ED 在 20 MHz左右,HD 在30MHz左右,而1080p 截止频率在 65 到70MHz之间。利用截止频率来分类就非常直接明了。

那么,所有这些视频清晰度和视频滤波器的选择又有什么关系呢?理解这些新的清晰度标准实际上揭示出视频滤波器的选择必须考虑两方面因素:设计人员必需同时考虑到通道数目和清晰度。另外,有两种方法可实现集成电路滤波:一种是采用滤波器IC组合,另一种是使用能够处理所有不同通道和清晰度的单个滤波器IC。那设计人员应该如何抉择呢?方法之一是设法找到多种能够满足各项要求的滤波器。例如,飞兆半导体公司就能够提供满足不同要求的广泛的滤波器组合。

只要通道数目和清晰度得以确定,设计人员就应该开始考虑产品选择的其它关键因素,比如ESD保护、待机功耗要求、电压轨要求和封装类型,尤其是在移动视频应用快速增长的趋势下,器件大小也至关重要。

至于ESD,机顶盒制造商对于分立式滤波,已经有标准化BAV99保护二极管。但另一方面,集成式视频滤波器不仅可以省去大量的分立式滤波元件,也可以降低二极管使用数量。对特定产品,集成式滤波器能够提供高达12KV的ESD保护。ESD保护确实是一个一个值得注意的问题,为了避免昂贵的TV核心处理芯片受到损害,设计人员不应该把毫无保护的视频输出产品推向市场。

还有一个日益受到关注的问题,就是降低待机功耗。待机功耗有时被称为“功率吸血鬼” (vampire power),它已成为一个主要的环境问题。例如,美国加州最近颁布了有关降低LCD TV待机功耗的法规,其要求这类产品必须符合“能源之星(Energy Star)”标准。飞兆半导体将提供带有关断模式的滤波器,以更好地满足能源之星的要求。

WLCSP 和 MicroPak MLP等针对移动产品的封装,现在也开始用于视频滤波器。对移动应用产品而言,尺寸至关重要,故而这些小型封装特别有用。事实上,它们的尺寸已经小到足以轻松穿过盐瓶盖上的小筛眼。

对于视频滤波器,设计人员应该坚持谨慎认真的设计原则。比如,应该确保连线尽量短,并且靠近实际输出端口,以减少电路板寄生效应。这个概念在飞兆半导体的“应用说明AV-6041:视频滤波器/驱动器的PCB 版图考虑事项”中有更详细的解释。

只要了解到有哪些产品可用,以及哪些是重要考虑事项,其实选择适当的滤波器已经变得相当容易。飞兆半导体公司总是非常乐意为工程师提供其所需的各种协助。毕竟,帮助客户成功就意味着视频滤波器供应商自身的成功,而且视频工程师也喜爱探讨视频这个话题。在您规划下一个设计时,飞兆半导体公司非常乐意为您提供及时和详尽的支持。

 

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