数字高清CRT电视典型视频处理设计方案.doc

数字高清CRT电视典型视频处理设计方案时间：2005-08-04来源：家电大视野从2003年1080i数字高清CRT电视机面世以来到现在，数字高清CRT电视机先后经历了1080i的单一格式到720p、1080p等全球格式兼容发展阶段，实现了全面兼容所有高清信号格式；在画面表现上，则体现在从动态半高清到目前的动态全高清的显示技术的跨越。这一系列功能的优化和完善，是与数字高清CRT电视机视频处理与显示设计方案的不断改进密切相关的，主要体现在主流品牌高清所经历的TRIDENTPIXELWORKSGENNESIS的技术设计方案的发展演变。通过全方位提升数字高清CRT电视机视频处理电路前端、中端和后端的技术水平，实现了完美再现静态、动态高清画面的目的。 数字高清CRT电视机视频处理电路前端、中端和后端的划分 数字高清CRT电视机视频处理电路可分为前端、中端和后端。 视频处理前端包括传统模拟视频信号（电视信号、S-Video、YCbCr分量视频信号等）解码器和高清模拟分量视频信号解码器。 一、模拟视频信号解码器的功能： （一）对电视信号采用彩色全电视信号数字化，然后在数字域中进行Y/C分离和数码彩色解码，以获得所希望的Y、R-Y、B-Y或RGB分量数字化数据，目前高清电视机对传统模拟电视信号采用全电视信号的数字化方式。 （二）对YCbCr分量视频信号采用分量视频信号的数字化方式：即对从复合彩色电视图像中分离出YCbCr分量视频信号，用三路A/D转换器分别对它们进行数字化转换，目前高清电视机对输入高清信号和YCbCr分量视频信号采用分量视频信号的数字化方式。 模拟视频信号解码输出通常为ITU-RBT.601标准的4：2：2格式数字信号。所谓ITU-RBT.601标准的4：2：2格式，即使用对亮度信号的采样频率(13.5MHz)高于对色差信号的采样频率(6.75MHz)的4:2:2的图像子采样格式取样，即以保证对传统模拟电视信号做到信号成份不损失的解码处理。 二、高清模拟分量视频信号解码器的功能： 鉴于高清视频信号中亮度信号的最大带宽为30MHz，因此高清模拟分量视频信号解码器实际采用了对亮度信号采样频率为74.25MHz（大于230=60MHz）；两个色差信号的采样频率分别取为亮度信号采样频率的一半即37.125 MHz的采样方式和每个分量8bit或10bit的量化模式，因此保证了无损耗还原1080i/720p高清晰度电视信号。 显而易见，对1080p而言，亮度信号的最大带宽为60MHz，那么要求的采样频率就是148.5MHz, 目前通用的AD9883做不到，那就只能用欠采样方法。所谓欠采样，就是每行的采样数不是标准的，如果用AD9883，最高采样率是110MHZ，那就只采样110M/1125/(60/2)=1628个点。然后在定标器里面进行水平方向和垂直方向的缩放，得到和CRT相同的分辨率。总之，这就是所谓的“为1080p而1080p”的顶级高清。 高清模拟分量视频信号解码器完成高清模拟分量视频信号和VGA信号的分量视频信号的数字化，即对输入的YPbPr高清模拟分量视频信号和从VGA端口输入的计算机格式的RGB分量信号，用三路A/D转换器分别对它们进行分量视频信号的数字化。目前常用的是AD9883。视频处理中端包括扫描变换和多频归一处理电路。完成逐行扫描转换和帧频转换，行、场缩放，分辨率格式的转换，最后通过D/A转换器转换成模拟R、G、B信号，然后输出给基色驱动电路。 视频处理后端包括偏转处理、RGB驱动和视放电路。扫描转换处理后，行频都高于31kHz,场频50120Hz，需要专用的偏转处理电路。通过RGB驱动和视放电路输出模拟R、G、B三基色供给显像管。 数字高清CRT电视机视频前端处理电路方案一、数字高清CRT电视机模拟视频前端处理电路（一）泰鼎（TRIDENT）DPTV模拟视频解码器方案 泰鼎DPTV（Digital Processing TeleVision）模拟视频解码器方案不仅涵盖了视频前端处理部分，还包括了中端的扫描变换和视频处理电路。 泰鼎DPTV一共有4代产品：第一代DPTV MV；第二代PanelTV MV；第三代PanelTV 3D Pro；第四代DPTV SVP-EX；泰鼎芯片中第三代PanelTV 3D Pro和第四代DPTV SVP-EX芯片分高、中、低三档。 泰鼎DPTV 3D Pro芯片主要功能有：可编程连续变频隔行扫描（75i、100i、120i）和逐行扫描（60p、75p）； 14个动态画面质量增强（14D）功能；内置可编程5行自适应梳状滤波器、PAL/NTSC 制式数字解码器；高精度的10bit ADC和DAC。 泰鼎DPTV模拟视频解码器信号处理流程是：视频S端子、YcbCr 、CVBS三种信号可通过DPTV进行选择处理，可通过DPTV内部进行数字解码（A/D转换）、数字Y/C分离，输出ITU-RBT.601标准格式数字信号。 （二）微科（MICRONAS）模拟视频解码器方案 微科（MICRONAS）模拟视频解码器方案一般采用VPC3230D全制式(PAL/NTSC/SECAM)彩色解码电路，它属于模拟视频前端处理电路。该芯片的主要特点如下：（1）用于Y/C分离的高性能4H自适应梳状滤波器，且具有自动调节垂直峰化功能；（2）可适应所有视频制式（PAL/NTSC/SECAM）；（3）四个CVBS视频信号输入端、一个S-VHS视频信号输入端，一个CVBS输出端，两个RGB/YCbCr分量输入端,一个快速消隐输入端；（4）内含箝位电路及AGC电路、集成高质量的A/D转换器；（5）多种制式同步信号处理，可对所有信号进行清晰度、对比度、亮度、彩色饱和度及色调控制；只需一个20.25MHz晶振、极少的外部元件便可实现其所有功能。 CVBS视频信号、S-VHS视频信号及YCbCr分量视频信号均直接输入给VPC3230D，在CPU的控制下，通过I2C总线使VPC3230D选择其中的一路视频信号，送往A/D转换器，通过自适应数字梳状滤波器和彩色解码器。4H自适应梳状滤波器可对PAL或NTSC复合视频信号进行高质量的亮/色分离，从而提高图像的分辨率，减少亮色之间的串扰现象。通过2D比例缩放PIP场景模式和对比度、亮度、峰化控制，最后得到数字视频信号，数字视频采用ITU-RBT.601 或ITU-RBT.656标准输出格式,ITU-RBT.656标准接口与ITU-RBT.601标准接口相比是省去了水平同步线和垂直同步线，而将同步标志SAV和EAV叠加在数据信号的开始处进行传输。（三）飞利浦（PHILIPS）模拟视频解码器方案 飞利浦（PHILIPS）模拟视频解码器方案一般采用SAA7118或SAA7119全制式彩色解码电路，属于模拟视频前端处理电路。SAA7118与SAA7119的主要功能基本相同。这里只介绍SAA7118，该芯片的主要特点如下：（1）用于Y/C分离的高性能4H自适应梳状滤波器；（2）自适应所有视频制式（PAL/NTSC/SECAM）；（3） 16路模拟信号输入端,可实现灵活的信号组合输入：CVBS、SVHS、RGB/YCbCr分量和VSB/COFDM/QAM；（4）具有用于CVBS、S-VHS和基带信号的分离的亮度、对比度和饱和度调整；基于CVBS、S-VHS的色彩控制 （5）可编程的亮度/色度带宽；（6）内含箝位电路及AGC电路、集成4通道低噪声9bit 过采样A/D转换器；（7）像素型多尺寸图像精密行场缩放控制，具有内插滤波和视频先入先出；（8）时钟采样率达27MHz；（9）特有的 VBI Data Slicer（场逆程数据分割器）；（10）输出8bit或16bit的ITU-RBT.601标准格式的数据输出端口，扩展X-端口。 二、数字高清CRT电视高清模拟分量视频前端处理电路高清模拟分量视频信号（1080i/720p/1080p）YPbPr和VGA信号分别由3个RCA端子和D-SUB端子输入，高清信号和VGA信号通过高速开关切换出一路至ADCADI公司高速A/D转换器AD9883，完成A/D转换，转化为24 bit或30 bit数字YPbPr或RGB，连同行场同步送至中端电路。对于行场同步信号，VGA是直接将HD、VD输入到AD9883，而YPbPr信号则通过AD9883从Y信号中提取行场同步信号。AD9883将输入的行场同步信号输出给视频中端处理电路. 数字高清CRT电视机视频中端处理电路方案一、泰鼎DPTV隔行转逐行变换和多频归一处理方案 泰鼎推出的独自开发的Dynamic Motion Detection（动态运动检测）逐行变换技术，为二维处理法，它通过比较前、后场中的信息，对每一个像素（pixel)进行运动检测以实现运动向量判读，判断是静态还是动态：如果是静态，采用前、后两场(奇场、偶场)组合的场重组模式来处理；如果是动态，采用本场的数据插补的单场内插模式来处理，场重组模式下为消除重影和锯齿增加了垂直方向滤波。此外泰鼎还采用了基于大容量视频缓存的UMA，这样配合运动自适应补偿算法，能一定程度地减少锯齿，增强画面的流畅度。主要缺陷是运动检测精度及运动补偿精度不高，导致人为像素增加而使图像通透性差。运动部分图像因分辨率会降低而导致模糊或马赛克现象。处理某些运动图像时画面会出现梳状锯齿。 泰鼎DPTV隔行转逐行变换和多频归一处理流程：DPTV的视频前端输出的ITU-RBT.601标准格式数字信号，在DPTV内部进行逐行/倍场扫描处理（100i、75i、60p）输出变频后的数字信号；以及由AD9883对高清模拟分量视频信号和VGA信号进行A/D转换后，送至DPTV数字口的数字信号；均要由DPTV进行缩放比例的运算，通过图像抽行（点）、插行（点）等倍率转换以适合显像管的固有分辨率，实现统一行频,再由DPTV D/A转换后送出模拟格式的RGB信号，与恢复后的行、场同步脉冲，进入视频后端处理电路。二、PIXELWORKS隔行转逐行变换和多频归一处理方案 PIXELWORKS运动自适应逐行处理采用先进的三维运动补偿法：它针对垂直、水平两个方向和前后场不同时间的三维像素进行多点取样比较，将画面前后四个场的信息储存起来，用高速非线性算法计算每个像素新的运动位置和状态，再将这些新像素组成新信息插入，因插入新像素点与密集采集的不同位置和时间的原像素点极强的相关性，所以运动捡测精确度和补偿率大大提高。因而在处理运动图像时效果好，比二维处理法更为成熟，而且运动图像边缘采用小角度插值算法，因此处理后的图像运动锯齿较小，画面细腻，动态失真很小，从而使运动画面连续逼真，实现高精度精密显像。Pixelworks这种被称作“运动自适应逐行处理+ Low Angle interpolation（小角度插值）”的算法属中等水平； PIXELWORKS隔行转逐行变换方案通常采用PW1235芯片，可兼容：480i、576i、480p、720p、1080i；VGA、SVGA、XGA视频信号和计算机格式的输入，具有对隔行视频信号“运动自适应逐行处理+Low Angle interpolation”的逐行变换，实现小角度的运动斜线消除锯齿；扫描频率变换最高可输出XGA级模拟或数字RGB，内置3个10bit数模转换器输出模拟基色RGB或色差信号；另外还具有电影信号的3：2下拉处理、画中画大小和透明度无极缩放，动态亮度改善、动态色度改善、数码降噪等功能。 PIXELWORKS 隔行转逐行变换和多频归一处理流程： 视频前端输出的ITU-RBT.656标准格式的数字信号，首先通过PW1235进行输入格式化和隔行转逐行变换处理输出变频后的数字信号，而视频前端输出的数字化高清YPbPr或RGB分量视频信号不需上述处理直接输入PW1235的数字口，两路信号均要通过PW1235内的图像增强器，完成缩放运算，实现统一行频及各种数字优化处理，最后经D/A转换和输出格式化处理，输出模拟RGB信号和行、场同步至视频处理后端。 三、GENNESIS隔行转逐行变换和多频归一处理方案GENNESIS隔行转逐行变换方案采用Faroudja公司的DCDiTM(方向性关联的逐行扫描)技术，由于通常标准的隔行扫描视频信号转变为逐行扫描显示时，图像边缘会产生明显锯齿变形，而DCDiTM技术能够消除这种变形，获得更光滑自然流畅的视频图像效果。它通过检测整个场景内的所有运动图像边缘并对每个像素调整插值角度，使插值始终沿着其边缘而不产生交叉，从而消除了人为的阶梯和锯齿边缘，产生平滑自然的图像。DCDiTM的消除运动图像模糊、斜线锯齿边缘技术的算法属目