AN-945: 模拟视频的系统带宽与分辨率 (Rev. 0) PDF

AN-945
应用笔记
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模拟视频的系统带宽与分辨率
作者:Ferenc Barany
简介
对于视频应用,3 dB带宽意义不大,因为,它并不直接反映
确保最佳画质是视频系统设计师的终极目标。随着高清电
视频信号组分的衰减。有关视频的文献提到增益平坦度这
视的到来,图像分辨率以及视频信号带宽大幅增高。由于
个术语,表示信号幅度在通带内允许的最大下降值。测试
视频系统倾向于支持多种分辨率和接口,因此,设计工程
已揭示,人眼无法分辨1%以下的亮度变化,这相当于通带
师必须仔细考虑系统带宽要求,以确保信号不失真。
内的信号下降0.1 dB,简单说就是0.1 dB增益平坦度。一种
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
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。
语,以及它们与3 dB带宽之间的关系。
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
系统带宽定义
宽之间的关系。例子假定的是巴特沃兹频率响应,这也是
一般而言,3 dB带宽是衡量系统带宽的一种指标。假设有一
最常见的响应。
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%。
75Ω
H(s)
H(s) = VIDEO SYSTEM FREQUENCY RESPONSE
VIN = VIDEO INPUT SIGNAL
VOUT = VIDEO OUTPUT SIGNAL
图1. 视频系统频率响应
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VOUT
75Ω
07125-007
VIN
AN-945
目录
简介 .................................................................................................. 1
高通频率响应 .................................................................................. 4
系统带宽定义 ................................................................................. 1
结论.................................................................................................... 4
低通频率响应 ................................................................................ 3
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AN-945
低通频率响应
如果AdB为0.1 dB或0.5 dB,根据两个视频增益平坦度规格,
低通巴特沃兹响应的传递函数|HLP(f)|通过以下等式计算:
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。
表1. 针对0.5 dB和0.1 dB增益平坦度的低通fC
增益
平坦度
0.1 dB
0.5 dB
n=1
6.55
2.86
n=2
2.56
1.69
fC /fMAX比
n=3
1.87
1.42
n=4
1.6
1.3
n=5
1.46
1.23
其中:
fC 为截止频率。
f 为信号频率。
n 为系统阶数。
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
图2展示的是在n=1至5时,fC = 1 MHz情况下的低通巴特沃
以突出3 dB带宽,使其为各坐标图与频率轴的交集。
的低通频率响应。另外,我们有意把衰减轴限制为−3 dB,
兹响应。
5
0
0
–5
–15
n=2
–20
–25
n=3
0.5dB GAIN FLATNESS POINT
–1
n=1
n=3
–2
n=4
–30
–35
n=5
–40
0.01
0.1
1
n=2
n=5
07125-001
n=4
–3
0.01
10
0.1
07125-002
ATTENUATION (dB)
ATTENUATION (dB)
n=1
3dB ATTENUATION POINT
–10
1
10
FREQUENCY (MHz)
FREQUENCY (MHz)
图3.归一化系统的低通截止频率
(0.5 dB平坦度)
图2. 低通巴特沃兹频率响应
低通滤波器的衰减可以通过以下等式计算:
0.5
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
ATTENUATION (dB)
0
–0.5
0.1dB GAIN FLATNESS POINT
n=1
–1.0
n=3
–1.5
n=4
n=2
n=5
–2.0
–3.0
0.01
07125-003
–2.5
0.1
1
FREQUENCY (MHz)
图4.归一化系统的低通截止频率
(0.1 dB平坦度)
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10
AN-945
高通频率响应
图5和图6展示了在1 MHz 0.5 dB和0.1 dB增益平坦度规格下
使用交流耦合时,由交流耦合电容与视频接收器的输入阻
的高通频率响应。另外,我们有意把衰减轴限制为−3 dB,
抗形成的高通滤波器会衰减低频信号。巴特沃兹高通传递
以突出3 dB带宽,使其为各坐标图与频率轴的交集。
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。
5
0.5dB GAIN
FLATNESS POINT
–1
n=1
n=3
n=4
–2
n=5
n=2
–3
0.1
3dB ATTENUATION
POINT
–5
n=1
10
图6.归一化系统的高通截止频率
(0.5 dB平坦度)
n=3
–10
1
FREQUENCY (MHz)
n=4
n=5
0.5
07125-004
–15
–20
0.01
0.1
1
10
0
100
ATTENUATION (dB)
n=2
FREQUENCY (MHz)
图5. 高通巴特沃兹频率响应
高通响应的衰减通过以下等式计算
–0.5
0.1dB GAIN
FLATNESS POINT
–1.0
n=1
n=3
–1.5
n=2
–2.0
n=4
n=5
–2.5
以最小视频频率(fMIN)替代f,则截止频率fC与最小视频频率
–3.0
0.1
fMIN之比可以表示为
07125-006
ATTENUATION (dB)
0
07125-005
ATTENUATION (dB)
0
1
10
FREQUENCY (MHz)
图7.归一化系统的高通截止频率
(0.1 dB平坦度)
结论
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。
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
表2. 针对0.5 dB和0.1 dB平坦度的高通fC
平坦度
0.1 dB
0.5 dB
n=1
0.15
0.35
n=2
0.39
0.59
fC /fMIN比
n=3
0.53
0.7
在设计视频系统时,设计工程师必须仔细分析所需系统带
3 dB带宽。
n=4
0.63
0.77
n=5
0.69
0.81
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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AN-945
表3. 直流耦合系统的3 dB带宽(低通响应)
标准
480i
480p
576i
576p
720p
1080i
1080p
VGA
SVGA
XGA
SXGA
UXGA
深宽比
4:3
16:9
4:3
4:3
16:8
4:3
16:9
16:9
16:8
16:8
16:9
4:3
4:3
4:3
4:3
4:3
4:3
4:3
4:3
4:3
4:3
4:3
4:3
4:3
5:4
5:4
5:4
4:3
4:3
4:3
4:3
4:3
刷新率
(Hz)
30
30
60
25
25
50
60
30
25
60
50
60
72
75
85
56
60
72
75
85
60
70
75
85
60
75
85
60
65
70
75
85
fMAX
(MHz)
6.76
9.01
13.51
6.75
9.00
13.50
37.13
37.13
37.13
74.25
74.25
12.60
15.58
15.75
18.00
17.92
19.90
24.94
24.75
28.10
32.50
37.46
39.36
47.25
53.98
67.48
78.73
81.00
87.75
94.50
101.25
114.75
n=1
44.28
59.02
88.49
44.21
58.95
88.43
243.20
243.20
243.20
486.34
486.34
82.53
102.05
103.16
117.90
117.38
130.35
163.36
162.11
184.06
212.88
245.36
257.81
309.49
353.57
441.99
515.68
530.55
574.76
618.98
663.19
751.61
低通截止频率(fC)(单位:MHz)
0.1 dB增益平坦度
0.5 dB增益平坦度
n=2
n=3
n=4
n=5
n=1
n=2
n=3
n=4
17.31
12.64
10.82
9.87
19.33
11.42
9.60
8.79
23.07
16.85
14.42
13.15
25.77
15.23
12.79
11.71
34.59
25.26
21.62
19.72
38.64
22.83
19.18
17.56
17.28
12.62
10.80
9.86
19.31
11.41
9.59
8.78
23.04
16.83
14.40
13.14
25.74
15.21
12.78
11.70
34.56
25.25
21.60
19.71
38.61
22.82
19.17
17.55
95.05
69.43
59.41
54.21
106.19 62.75
52.72
48.27
95.05
69.43
59.41
54.21
106.19 62.75
52.72
48.27
95.05
69.43
59.41
54.21
106.19 62.75
52.72
48.27
190.08 138.85 118.80 108.41 212.36 125.48 105.44 96.53
190.08 138.85 118.80 108.41 212.36 125.48 105.44 96.53
32.26
23.56
20.16
18.40
36.04
21.29
17.89
16.38
39.88
29.13
24.93
22.75
44.56
26.33
22.12
20.25
40.32
29.45
25.20
23.00
45.05
26.62
22.37
20.48
46.08
33.66
28.80
26.28
51.48
30.42
25.56
23.40
45.88
33.51
28.67
26.16
51.25
30.28
25.45
23.30
50.94
37.21
31.84
29.05
56.91
33.63
28.26
25.87
63.85
46.64
39.90
36.41
71.33
42.15
35.41
32.42
63.36
46.28
39.60
36.14
70.79
41.83
35.15
32.18
71.94
52.55
44.96
41.03
80.37
47.49
39.90
36.53
83.20
60.78
52.00
47.45
92.95
54.93
46.15
42.25
95.90
70.05
59.94
54.69
107.14 63.31
53.19
48.70
100.76 73.60
62.98
57.47
112.57 66.52
55.89
51.17
120.96 88.36
75.60
68.99
135.14 79.85
67.10
61.43
138.19 100.94 86.37
78.81
154.38 91.23
76.65
70.17
172.75 126.19 107.97 98.52
192.99 114.04 95.82
87.72
201.55 147.23 125.97 114.95 225.17 133.05 111.80 102.35
207.36 151.47 129.60 118.26 231.66 136.89 115.02 105.30
224.64 164.09 140.40 128.12 250.97 148.30 124.61 114.08
241.92 176.72 151.20 137.97 270.27 159.71 134.19 122.85
259.20 189.34 162.00 147.83 289.58 171.11 143.78 131.63
293.76 214.58 183.60 167.54 328.19 193.93 162.95 149.18
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n=5
8.31
11.08
16.62
8.30
11.07
16.61
45.67
45.67
45.67
91.33
91.33
15.50
19.16
19.37
22.14
22.04
24.48
30.68
30.44
34.56
39.98
46.08
48.41
58.12
66.40
83.00
96.84
99.63
107.93
116.24
124.54
141.14
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表4. 交流耦合系统的3 dB带宽(高通响应)
标准
480i
480p
576i
576p
720p
1080i
1080p
VGA
SVGA
XGA
SXGA
UXGA
深宽比
4:3
16:9
4:3
4:3
16:8
4:3
16:9
16:9
16:8
16:8
16:9
4:3
4:3
4:3
4:3
4:3
4:3
4:3
4:3
4:3
4:3
4:3
4:3
4:3
5:4
5:4
5:4
4:3
4:3
4:3
4:3
4:3
刷新率
(Hz)
30
30
60
25
25
50
60
30
25
60
50
60
72
75
85
56
60
72
75
85
60
70
75
85
60
75
85
60
65
70
75
85
fMAX
(MHz)
30
30
60
25
25
50
60
30
25
60
50
60
72
75
85
56
60
72
75
85
60
70
75
85
60
75
85
60
65
70
75
85
n=1
4.50
4.50
9.00
3.75
3.75
7.50
9.00
4.50
3.75
9.00
7.50
9.00
10.80
11.25
12.75
8.40
9.00
10.80
11.25
12.75
9.00
10.50
11.25
12.75
9.00
11.25
12.75
9.00
9.75
10.50
11.25
12.75
低通截止频率(fC)(单位:MHz)
0.1 dB增益平坦度
0.5 dB增益平坦度
n=2 n=3 n=4 n=5 n=1 n=2 n=3 n=4
11.70 15.90 18.90 20.70 10.50 17.70 21.00 23.10
11.70 15.90 18.90 20.70 10.50 17.70 21.00 23.10
23.40 31.80 37.80 41.40 21.00 35.40 42.00 46.20
9.75
13.25 15.75 17.25 8.75
14.75 17.50 19.25
9.75
13.25 15.75 17.25 8.75
14.75 17.50 19.25
19.50 26.50 31.50 34.50 17.50 29.50 35.00 38.50
23.40 31.80 37.80 41.40 21.00 35.40 42.00 46.20
11.70 15.90 18.90 20.70 10.50 17.70 21.00 23.10
9.75
13.25 15.75 17.25 8.75
14.75 17.50 19.25
23.40 31.80 37.80 41.40 21.00 35.40 42.00 46.20
19.50 26.50 31.50 34.50 17.50 29.50 35.00 38.50
23.40 31.80 37.80 41.40 21.00 35.40 42.00 46.20
28.08 38.16 45.36 49.68 25.20 42.48 50.40 55.44
29.25 39.75 47.25 51.75 26.25 44.25 52.50 57.75
33.15 45.05 53.55 58.65 29.75 50.15 59.50 65.45
21.84 29.68 35.28 38.64 19.60 33.04 39.20 43.12
23.40 31.80 37.80 41.40 21.00 35.40 42.00 46.20
28.08 38.16 45.36 49.68 25.20 42.48 50.40 55.44
29.25 39.75 47.25 51.75 26.25 44.25 52.50 57.75
33.15 45.05 53.55 58.65 29.75 50.15 59.50 65.45
23.40 31.80 37.80 41.40 21.00 35.40 42.00 46.20
27.30 37.10 44.10 48.30 24.50 41.30 49.00 53.90
29.25 39.75 47.25 51.75 26.25 44.25 52.50 57.75
33.15 45.05 53.55 58.65 29.75 50.15 59.50 65.45
23.40 31.80 37.80 41.40 21.00 35.40 42.00 46.20
29.25 39.75 47.25 51.75 26.25 44.25 52.50 57.75
33.15 45.05 53.55 58.65 29.75 50.15 59.50 65.45
23.40 31.80 37.80 41.40 21.00 35.40 42.00 46.20
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