電視的訊號(hào)處理流程與相關(guān)元件

一般來(lái)說(shuō)，影像信號(hào)皆是動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)的，依照不同地區(qū)的規(guī)范，可分為每秒30個(gè)畫(huà)面(NTSC交錯(cuò)式掃瞄)，或是每秒25個(gè)畫(huà)面(PAL交錯(cuò)式掃瞄)，大量模擬影像信號(hào)轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)在頻寬耗用上非常龐大，為了節(jié)省頻寬，進(jìn)而加快信號(hào)處理速度，影像在進(jìn)行解析后會(huì)將色彩以壓縮方式來(lái)傳遞，因此影像壓縮晶片是非常重要的核心元件。在一般通用設(shè)計(jì)上，影像輸出IC控制板(ControllerBoard)的核心元件包括：視頻解碼器(VideoDecoder)、解交錯(cuò)式掃瞄器(De-Interlacer)，及縮放控制器(Scaler)等。

圖說(shuō)：HDTV的元件配置方塊圖。

除此之外，電視信號(hào)的處理還包含了類比與數(shù)位轉(zhuǎn)換元件(AnalogDigitalConverter,ADC)、相鎖路(PhaseLockLoop,PLL)、數(shù)字視頻介面(DigitalVideoInterface,DVI)以及低電壓差動(dòng)信號(hào)處理介面(LVDS)等分離元件，其中ADC與VideoDecoder則是因?yàn)橥瑫r(shí)包含了模擬與數(shù)字信號(hào)的混合設(shè)計(jì)晶片技術(shù)，在電路結(jié)構(gòu)方面相對(duì)復(fù)雜，因此多以獨(dú)立形式存在，難以與其他元件整合。在此歸納出下列幾點(diǎn)：

1.前端信號(hào)的接收和轉(zhuǎn)換

■ADC：將模擬RGB信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

■PLL：在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換過(guò)程中負(fù)責(zé)信號(hào)裱，多數(shù)已嵌入ADC元件中。

■DVIRx：接收以數(shù)字編碼格式所輸入的影音信號(hào)，如來(lái)自PC-DVI介面或其它數(shù)字影音裝置的信號(hào)等;若嵌入HDCP晶片，則可以執(zhí)行來(lái)自DTV加密/付費(fèi)視頻的解密。

■VideoDecoder：傳統(tǒng)NTSC/PAL/SECAM等TV信號(hào)采取復(fù)合波形輸入，VideoDecoder內(nèi)含梳形濾波器(Combfilter)功能，可以將復(fù)合端子(Composite、CVBS)、S端子或色差端子(YpbPr/YUV)所輸入的模擬信號(hào)分離，內(nèi)含多組ADC將它轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

2.中介信號(hào)處理與增益

■De-Interlacer：主要將電視信號(hào)所用的交錯(cuò)式掃瞄(interlaced)轉(zhuǎn)換為目前各種新型顯示裝置如LCDTV、PDPTV、rear-projectionTV等所用的逐行循序掃瞄(progressive)。

■De-Interlacer可稱為DTV控制IC的首要核心，廠商設(shè)計(jì)時(shí)多視系統(tǒng)需求，嵌入增益軟件以提供畫(huà)質(zhì)調(diào)整及改善，例如：亮度、對(duì)比、色調(diào)調(diào)整、噪音消除、黑階延伸(black-levelExtension)、銳利度調(diào)整(peaking/sharpness)及Gamma修正等。

3.后端-信號(hào)調(diào)整與輸出

■Scaler：目的在將不同影音裝置所輸入的畫(huà)面解析度或形狀大小進(jìn)行調(diào)整，重新填寫(xiě)成DTV的原始像素矩陣(NativeResolution)。

■OSD：負(fù)責(zé)調(diào)整螢?zāi)伙@示亮度、對(duì)比、垂直與水平位置，通常視系統(tǒng)支援的語(yǔ)言及字型多寡而決定以內(nèi)嵌或外加方式配置。

■LVDS：傳輸已處理好的影像信號(hào)至DVT面板模組。

數(shù)字電視信號(hào)依然需要后處理

在數(shù)字電視接收端，數(shù)字信號(hào)藉由天線、調(diào)諧器(tuner)、數(shù)字解調(diào)器(digitaldemodulator)轉(zhuǎn)變成數(shù)字資訊。由于在傳輸過(guò)程中，信號(hào)難免會(huì)受到各種不同類型之干擾，因而導(dǎo)致接收到的資料會(huì)有錯(cuò)誤之發(fā)生。為了能降低錯(cuò)誤發(fā)生的機(jī)率，故資料在調(diào)變之前，會(huì)經(jīng)過(guò)通道編碼(channelcoding)處理。而在資料被接收及解調(diào)之后，再經(jīng)由對(duì)應(yīng)之通道解碼(channeldecoding)來(lái)處理。通道解碼器可偵測(cè)錯(cuò)誤之發(fā)生及糾正所發(fā)生之錯(cuò)誤(當(dāng)然要在所選用通道編碼方式的糾正能力范圍之內(nèi))。資料經(jīng)過(guò)通道解碼之后，解多工器(de-multiplexer)將抽取其中使用者所選定節(jié)目之視頻流和音頻流，并分別送到視頻解碼器和音頻解碼器進(jìn)行處理。視頻經(jīng)過(guò)解碼后，還要進(jìn)行數(shù)字至模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換，最后才會(huì)將信號(hào)送到面板進(jìn)行顯示動(dòng)作。

由上述可知，數(shù)字電視的純數(shù)字信號(hào)并不是直接通達(dá)螢?zāi)唬喾吹?，中間仍需要經(jīng)過(guò)幾道解編碼以及數(shù)字與模擬轉(zhuǎn)換的程序，而數(shù)字視頻的原生解析度可能無(wú)法完全匹配LCDTV的面板真實(shí)解析度，舉例來(lái)說(shuō)：臺(tái)灣的數(shù)字電視內(nèi)容僅為DVD畫(huà)質(zhì)的480i解析度，目前主流LCDTV真實(shí)解析度都在720P以上，更高規(guī)格的1080PHD面板LCDTV也逐漸普及當(dāng)中，在這些高解析度LCDTV中觀賞數(shù)字電視節(jié)目，如果沒(méi)有進(jìn)行相關(guān)的后處理(比如說(shuō)透過(guò)Scaler將來(lái)調(diào)整原有視頻內(nèi)容的大小)，那么在電視上就只能看到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的小小畫(huà)面。Scaler的畫(huà)面大小調(diào)整并不是單純只有改變解析度而已，針對(duì)畫(huà)面擴(kuò)大之后所會(huì)產(chǎn)生的畫(huà)面瑕疵問(wèn)題，都必需要透過(guò)各種演算法來(lái)加以補(bǔ)充。

將視頻壓縮比過(guò)高會(huì)讓畫(huà)面產(chǎn)生區(qū)塊噪音或馬賽克效應(yīng)。視頻經(jīng)過(guò)預(yù)處理/后處理后，編碼器壓縮起來(lái)會(huì)更輕松，并且進(jìn)一步提高影像品質(zhì)，連帶降低發(fā)送頻寬要求。該功能對(duì)有線、衛(wèi)星、電信和IPTV廣播商業(yè)模式非常重要，因?yàn)闈M足高品質(zhì)要求必須在很窄的頻寬條件下實(shí)現(xiàn)。預(yù)處理可能包括在視頻進(jìn)入編碼器之前使用2D濾波技術(shù)濾除特定高頻信號(hào)，以有效減少區(qū)塊效應(yīng)。某些公司編碼產(chǎn)品的視頻與影像處理套件中就包括了2D的有限脈沖響應(yīng)(FIR)和中值濾波器功能，可利用3×3、5×5或7×7恒定系數(shù)矩陣執(zhí)行2DFIR濾波作業(yè)。因此，為了在頻寬受限環(huán)境中獲得最佳性能，預(yù)先處理對(duì)任何的視頻壓縮方法來(lái)說(shuō)相當(dāng)關(guān)鍵。而電視影像解碼器在針對(duì)諸如H.264、MPEG-2等影像編碼進(jìn)行解碼動(dòng)作時(shí)，也都需要進(jìn)行如去方塊(De-Block)反交錯(cuò)掃瞄(De-Interlace)等處理，為了呈現(xiàn)出完美的畫(huà)面，數(shù)字電視信號(hào)對(duì)濾波技術(shù)的需求并不比傳統(tǒng)模擬電視信號(hào)少。

數(shù)字化的電視時(shí)代，模擬應(yīng)用仍狀笞

雖然電視都已經(jīng)數(shù)字化，但是一般觀眾收看最多的，依然是模擬電視節(jié)目，以臺(tái)灣的狀況來(lái)說(shuō)，數(shù)字電視的發(fā)展重點(diǎn)在于高速接收的行動(dòng)應(yīng)用，而非真正的高畫(huà)質(zhì)數(shù)字信號(hào)，數(shù)字電視本身畫(huà)質(zhì)表現(xiàn)并不特別突出，加上缺乏具備足夠吸引力的節(jié)目?jī)?nèi)容，大多數(shù)消費(fèi)者仍選擇頻道與節(jié)目相對(duì)精彩的有線電視。有線電視采用的是標(biāo)準(zhǔn)的類比訊號(hào)，透過(guò)同軸電纜傳輸節(jié)目?jī)?nèi)容，信號(hào)本身的好壞影響節(jié)目畫(huà)面品質(zhì)甚大。不僅在臺(tái)灣，世界各國(guó)也多以模擬電視為播放主流，為了達(dá)到良好的畫(huà)面品質(zhì)，除了力求信號(hào)的品質(zhì)以外，電視本身的濾波能力更琢俗畬蟊壤的重要性。

針對(duì)影像編碼的消除區(qū)塊效應(yīng)濾波器技術(shù)