利用整合滤波器实现高质量模拟视讯重建

为了便于传输，由相机撷取的模拟视讯讯号通常会将视讯讯号数字化(图1)。数字视讯拥有很多优势，它能够根据对影像质量的要求进行压缩，量化后的视讯讯号不会因为储存和传输而降低质量。但为了便于人眼观看，它还必须恢复成模拟视讯讯号或模拟光影讯号。把数字视讯转变成模拟视讯的过程叫做重建。然而，由于从数字域到模拟域转换时的量化及其它问题，必须透过各种滤波技术消除摩尔效应和影像失真，因而得到高质量视讯。

图1. 电视讯号从模拟讯号转换成数字讯号，最后又恢复为模拟讯号。

考虑一个由混乱无序模块组成的七巧板，这些模块奇形怪状，看起来毫无规则，但在形状上有一定的关联。如果我们像儿童一样去了解一些基本原则，对截角、边缘进行筛选，即可重构一幅影像。类似地，数字视讯可能由无序传输的图片组成，这些图片包含了失真讯号。可以按照一定的规则重新整合图片，使影像质量与原始的模拟输入讯号保持一致。

数字重建过程的最后，需要对视讯讯号进行‘模拟滤波’。七巧板中是透过人眼的视觉效应实现‘滤波’的，对于视讯影像则需透过模拟低通滤波器实现。

采样噪声和镜像衰减

由相机或其它设备撷取的模拟视讯讯号透过模拟数字转换器(ADC)进行数字化处理，它在每个频率边沿实时记录数据(图2)。模拟讯号连续变化，而转换成数字讯号时则是定时采样。经过数字处理和传输后，数字讯号透过数字模拟转换器(DAC)转变成模拟讯号。DAC的输出如图2的右上角所示，箭头代表频率讯号。

图2. 模拟讯号和数字讯号之间的转换波形。

在每个频率瞬间，将数字量转换成模拟电压，模拟讯号将保持到下一个频率沿。输出是一系列阶梯，而原始模拟讯号却是平滑曲线。这称为‘采样保持’或‘矩形波’重建。需要模拟低通滤波器进行平滑处理，以接近原始的模拟视讯讯号。

从图2所示时域图可以看出，小的台阶会产生高频干扰，但这种高频干扰并不明显。图3提供了讯号量化后的频域效果，标准分辨率(SD)、PAL(欧洲)和NTSC(北美)视讯的频宽大概是5MHz，高解析(HD) ATSC 720p和1080i(美国)视讯的频宽是30MHz。标准分辨率讯号的典型频率频率是27MHz，高解析讯号频率频率可以高达74.25MHz以上。

奈奎斯特频率为频率频率的一半，这是一项关键指标，因为在对原始模拟讯号量化之前，必须把高于奈奎斯特频率的视讯和噪声禁止掉。如果存在高于奈奎斯特频率的信息，它将混入低频讯号，产生混迭失真，因而破坏视讯讯号。产生混迭后将无法消除，我们在后续内容中将解释这一点对家庭视讯系统的重要性。