一种数字视频频谱指标校正方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于视频信号数模转换过程中的频谱指标校正方法，属于视频传输、视频处理及安防监控技术领域。
【背景技术】
[0002]视频模拟信号经过高速采样和数字量化后变为离散的数字视频信号。根据数字信号处理原理，当这些数字信号再通过数模变换(DAC)之后，其输出增益随着频率的增大而降低，从而造成恢复后的高频分量不足。具体到视频信号，会造成其中几个关键指标的劣化，包括频率响应曲线(频谱失真)、色度亮度增益差、群延时、信噪比等，所以经过模数和数模转换后的视频信号，其质量大为降低。
[0003]为了降低因为数模和模数转换对信号质量造成的影响，通常的办法是，采用很高的采样时钟对视频信号进行采样，其采样时钟频率一般为视频带宽的三到四倍。缺点一是需要较高的模数、数模处理带宽，二是占用很大的存储空间。
【发明内容】
[0004]为了解决现有视频信号数模转换过程中的诸多缺点，发明了视频信号的频谱指标校正方法。该方法基于FIR(有限冲击响应)型滤波器原理,通过米样一个乘法累加器(MAC)，再加上其参数和实现结构的优化，达到频谱指标的校正目标。在硬件上使用小规模FPGA(现场可编程阵列)来实现。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]按照数学信号处理原理分析，理想采样信号通过A/D (模拟到数字)转换后，经过一系列远程传输和交换等各种处理之后，再通过D/A (数字到模拟)转换器输出，其频率响应函数为sin(wT/2)/(WT/2)类型的曲线。针对这个曲线我们需要设计一个FIR校正滤波器，其实现机理如图1所示。其频率响应函数应该为(wT/2)/sin(wT/2)类型的曲线，这样，在0ι/2频带内最终的频率分量信号增益保持基本恒定。
[0007]通过Matlab的滤波器设计和分析工具，可以得到相关的滤波器参数。
[0008]图2是设计的校正滤波器的频率响应性能曲线图示。
[0009]在FPGA程序的实现方案中，为了节省资源，仅存储16个基本相位的原型滤波器系数，而更加精细的相位上的滤波器系数设定，通过3阶拉格朗日中值原理(拉氏定理，也称有限增量定理)插值实现。图3为FPGA实现结构。其中shift registers实现输入数据的延迟，根据级数的要求，可以选择延迟线长度。Rom只读内存保存有滤波器的各阶系数，乘加器和ROM在控制逻辑的作用下，按照时钟节拍和输入数据一起，进行乘加操作，在output阶段，进行上下溢出和范围的限定、时序重整，最后输出数据。
[0010]这样一种实现方式大大节省了系数的存储空间，并且有效提高了重采样滤波器的性能，使得在O-w/2频带内视频信号的最终频率分量信号增益保持基本恒定，从而使得经过数模转换和长距离传输后的视频信号在频率响应曲线(频谱失真)、色度亮度增益差、群延时、信噪比等各项技术指标满足系统要求。
[0011]本发明的有益效果是，该校正方法能够保证视频信号指标不会因为经过数模转换和长距离传输而降低，包括频率响应曲线(频谱失真)、色度亮度增益差、群延时、信噪比等。同时由于采用了并行设计，一个FPGA模块可以同时对10路视频信号进行实时转换，大大节省了所需要的FPGA逻辑和存储资源，较比通常采用的高频率采样时钟方案，本发明所阐述的频谱指标校正方法极大地提高了产品的集成度和性价比。
[0012]该方法可以在数字视频交换矩阵，级联光端机等场合使用，有效避免了传统设计中必须要求采样频率和输出频率完全倍数的缺点，大大简化了整个系统的技术实现,并极大地提高了系统的稳定性，降低了系统的硬件成本，提高了系统的性价比。
【主权项】
1.一种数字视频频谱指标校正方法，其特征是，设计一种频率响应函数为(WT/2)/sin(wT/2)类型的FIR(有限冲击响应)型校正滤器，通过FPGA实现，使得经过数模转换后的视频信号在0ι/2频带内的频率分量信号增益保持恒定。2.根据权利要求1所述的数字视频频谱指标校正方法，其特征是FIR的设计是通过采样一个乘法累加器(MAC)实现。3.使用通过Matlab的滤波器设计和分析工具，获到基本相位的原型滤波器参数。4.根据权利要求1所述的数字视频频谱指标校正方法，其特征是使用3阶拉格朗日中值插值方法确定精细相位的滤波器参数。5.根据权利要求1所述的数字视频频谱指标校正方法，其特征是在FPGA中固定存储16个基本相位的原型滤波器参数。6.根据权利要求1所述的数字视频频谱指标校正方法，其特征是FPGA模块并行实时处理10路视频/[目号。
【专利摘要】本发明公开了一种用于视频信号数模转换过程中的频谱指标校正方法，通过设计一种频率响应函数为(wT/2)/sin(wT/2)类型的FIR(有限冲击响应)型校正滤波器(见附图)，使得经过数模转换和长距离传输的视频信号的频率分量信号增益保持恒定。从而保证经过数模转换和长距离传输的视频信号的频率响应曲线、色度亮度增益差、群延时、信噪比等各项技术指标满足要求。FIR型校正滤波器通过FPGA实现，在FPGA中仅存储16个基本相位的原型滤波器系数，而更加精细的相位上的滤波器系数及其优化通过3阶拉格朗日插值实现，一个FPGA模块同时实现10路视频信号的滤波处理，有效提高采样滤波器的性能，节省系数的存储空间。
【IPC分类】H04N9/64, H04N5/14
【公开号】CN104883551
【申请号】CN201410072426
【发明人】孙秀清
【申请人】上海茁苒信息科技有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2014年2月28日