AN-944: 模拟视频的信号宽度与分辨率 (Rev. 0) PDF

AN-944
应用笔记
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模拟视频的信号宽度与分辨率
作者:Ferenc Barany
简介
不同于音频等传统信号(信息是加载到信号幅度上随时间传
VIDEO SOURCE
VIDEO RECEIVER
送的),视频信号传送的图像信息同时包含每个图像像素随
时间变化的值和位置。视频信号携带的大量信息使其频谱
DC
CURRENT
LOOP
DC
BIAS
比音频等类似的基带信号要宽得多。这就需要在设计视频
ZIN
DC
BIAS
系统时予以特别注意,以确保视频信号中含有的信息在从
信号源传送到接收器的过程中尽量减少画质的下降。本应
用笔记旨在概要介绍视频信号带宽要求,说明如何根据频
VIDEO SOURCE
谱来估算其最小频率和最大频率。表1和表2中的计算结果
是针对市场上最常见的分辨率给出的。
C
AC COUPLING
CAPACITOR
VIDEO RECEIVER
ZIN
模拟视频信号频谱
DC
RESTORE
CIRCUIT
07124-002
DC
BIAS
由于图像内容在带宽方面存在显著差异,因此,视频信号
频谱可与高斯噪声频谱相比较,后者在直流与无穷之间表
图2. 视频系统中的交流耦合
现平坦。由于视频信号的带宽有限,其频谱中的最高频率
由交流耦合电容以及直流恢复电路等效输入阻抗形成的高
组分fMAX是由系统捕获图像最小细节的能力来决定的(见图
通滤波器会使信号中的低频组分衰减。结果会导致总体表
1)。
现为带通频率响应,该响应须在视频信号频谱中最小和最
FREQUENCY
0
f MIN
f MAX
FREQUENCY
图1. 视频信号频谱。
图3. 交流耦合的视频信号频谱
为了不影响画质,视频系统的频率响应需要在从直流到视
频信号频谱中最高频率组分之间表现平坦。为此,通常在
同一系统不同级之间使用直流耦合技术。然而,出于安全
07124-003
f MAX
0
07124-001
AMPLITUDE
AMPLITUDE
大频率组分之间表现平坦,如图3所示。
由于最小和最大视频频率高度依赖于视频信号特性,因
此 , 本 应 用 笔 记 将 说 明 如 何 计 算 最 常 见 分 辨 率 (包 括
考虑,在连接来自不同系统的视频电路时,交流耦合是首
SDTV、HDTV和PC图像)下的这些组分。
选方法。采用交流耦合的优势在于这样可以避免因直接连
最大视频频率
接采用不同电源电压的电路而带来的大直流电流问题。由
视频信号频谱中的最高频率组分决定着信号的带宽。这相
于交流耦合电容会阻止信号的直流组分,所以,设计师必
当于可能再现的最小图片细节。在扫描过程中,任何图像
须利用专门的电路来恢复视频信号的直流组分,通常是一
都被分成像素,有些像素是有效的(在屏幕上可见),有些
种直流箝位电路(见图2)。
是消隐的(在屏幕上不可见),如图4所示。
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对应于最大视频频率的方波的一个完整周期等于两个相邻
SCAN LINE
像素的持续时间。因此,最大视频频率变为
其中:
NV
为垂直刷新率。
最小视频频率
在使用交流耦合时,必须确定需要系统不衰减通过的最小
视频频率。最大视频频率代表可以再现的最小细节,而最
TP
OR
= ACTIVE PIXELS (VISIBLE ON THE SCREEN)
= BLANK PIXEL (NOT VISIBLE ON THE SCREEN)
小视频频率是由最大图像细节决定的。由于最大细节是相
07124-004
LEGEND:
NH
图4. 扫描图像中的像素
当于整个图像大小的一个像素,因此,总分辨率等于1 (NH =
NV = 1)。这种情况下,像素持续时间TP = TV。由于最小视
频频率的全周期只含有一个像素,因此,最小视频频率
考虑到扫描图像所有像素(有效和消隐)需要的时间为TV,
FMIN实际上取决于垂直刷新率
则每一像素的持续时间可以通过下式算出:
结论
由于高画质视频已是随处可见,必须对系统带宽进行全面
其中:
分析,以确保不使画质受损。通过计算给定视频信号的最
TP为单个像素的持续时间。
NH和NV分别为水平和垂直像素总数,包括有效像素和消隐
小和最大视频频率,设计工程师可以选择正确的电路,以
确保为所支持的所有视频标准和接口提供最佳画质。
像素。
对应于最常见电视图像和电脑图像标准的最小和最大视频
TV为扫描一张图像所有像素需要的时间。
频率值分别列于表1和表2之中。
对于图4所示扫描图像,其相邻像素拥有不同的值,结果
形成的视频信号为一个方波。
参考文献
1.
Keith, Jack. 2005. Video Demystified. 4th edition, Elsevier.
2.
VESA Monitor Timing Specifications, Version 1.0, Rev. 0.8,
September 1998.
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AN-944
表1. 针对电视标准的最小和最大视频频率
标准
480i
480p
576i
576p
720p
1080i
1080p
有效分辨率
(像素)
720 × 480
960 × 480
720 × 480
720 × 576
960 × 576
720 × 576
1280 × 720
1920 × 1080
1920 × 1080
1920 × 1080
1920 × 1080
总分辨率NH× NV
(像素)
858 × 525
1144 × 525
858 × 525
864 × 625
1152 × 625
864 × 625
1650 × 750
2200 × 1125
2376 × 1250
2200 × 1125
2376 × 1250
深宽比
4:3
16:9
4:3
4:3
16:9
4:3
16:9
16:9
16:9
16:9
16:9
扫描方式
隔行
隔行
逐行
隔行
隔行
逐行
逐行
隔行
隔行
逐行
逐行
垂直刷新率
(Hz)
30
30
60
25
25
50
60
30
25
60
50
最小视频频率
(Hz)
30
30
60
25
25
50
60
30
25
60
50
最大视频频率
(MHz)
6.76
9.01
13.51
6.75
9.00
13.50
37.13
37.13
37.13
74.25
74.25
表2. 针对电脑图像标准的最小和最大视频频率
标准
VGA
SVGA
XGA
SXGA
UXGA
有效分辨率
(像素)
640 × 480
640 × 480
640 × 480
640 × 480
800 × 600
800 × 600
800 × 600
800 × 600
800 × 600
1024 × 768
1024 × 768
1024 × 768
1024 × 768
1280 × 1024
1280 × 1024
1280 × 1024
1600 × 1200
1600 × 1200
1600 × 1200
1600 × 1200
1600 × 1200
总分辨率NH× NV
(像素)
800 × 525
832 × 520
840 × 500
832 × 509
1024 × 625
1056 × 628
1040 × 666
1056 × 625
1048 × 631
1344 × 806
1328 × 806
1312 × 800
1376 × 808
1688 × 1066
1688 × 1066
1728 × 1072
2160 × 1250
2160 × 1250
2160 × 1250
2160 × 1250
2160 × 1250
深宽比
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
扫描方式
逐行
逐行
逐行
逐行
逐行
逐行
逐行
逐行
逐行
逐行
逐行
逐行
逐行
逐行
逐行
逐行
逐行
逐行
逐行
逐行
逐行
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垂直刷新率
(Hz)
60
72
75
85
56
60
72
75
85
60
70
75
85
60
75
85
60
65
70
75
85
最小视频频率
(Hz)
60
72
75
85
56
60
72
75
85
60
70
75
85
60
75
85
60
65
70
75
85
最大视频频率
(MHz)
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
AN-944
注释
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AN07124sc-0-10/07(0)
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