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更新時間: 2013-09-04

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DPTV,全稱DigitalProcessingTelevision,是數字處理電視機。

DPTV -DPTV

DigitalProcessingTelevision--數字處理電視機

DPTV的意思是DigitalProcessingTeleVision,由此可見Trident的實力。

正因為TridentDPTV-DX視頻處理晶元是重中之重,我們就來透徹了解一下(順便介紹一下HDTV的相關知識,希望對大家選購大屏幕彩電有幫助)。

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通過這個架構圖我們可以看出,整個系統核心就是DPTV-DX,這是.35工藝內置近千萬級晶體管的數字視頻處理IC,其複雜程度不下於Pentium處理器,高於CreativeEMU10K1(這個看看Pin腳數和背面配合電路元件就行了)。

目前無論是電視機還是電腦顯示終端,都早已全面轉向數字化處理,尤其是電腦顯示器,逐行顯示模式生出來就是為數字信號服務的,比如說LCD液晶顯示器,採用DVI介面配合DVI輸出功能顯卡,整個血脈里流動的都是數字之血。近年來大屏幕彩電借鑒了數字化處理的一些手段,令得影音效果大為增強,同時又由於它們的成熟技術,反過來促進了較為「廉價」的電視盒/卡的進步。

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表三:數字化處理流程表

DPTV-DX的數字化處理方式
音頻部分數字化聲音及解碼處理PT2313L-20
視頻部分數字化彩色解碼器DPTV-DX+4/8M32bitSDRAM(作數據/信號緩存)
數字化梳狀濾波器
數字化圖像質量提高
掃描轉換技術
包括VGA、YCrCb色差分量在內的介面
核心部分I2C匯流排智能處理、判斷與控制技術DPTV-DX+SumsungS3P845DSP

數字化聲音處理因為比較簡單,電視機和顯示器有較大的不同,所以我們一筆帶過,這裡需要說明的是Trident的核心技術是視頻處理部分,音頻解碼需要靠外部晶元配合來完成不同功能,還有DP-TVBOX沒有中國大陸制式的麗音功能,所以不支持PAL的雙語節目。

數字化梳狀濾波器

前面我們說過了,梳狀濾波器直接影響到收視的好壞,也是判斷TVBOX代數的標誌。

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※一代的TVBOX沒有梳狀濾波器只有簡單的Y/C(亮/色)分離電路;

※二代的TVBOX有2D梳狀濾波器,其中較高級的用三行濾波器(主要對應N制式);

※三代的TVBOX有五行梳狀濾波器,專門針對PAL制式進行優化,無論N制還是P制視頻信號都能取得較好效果;

※四代的TVBOX(未來型)有3D梳狀濾波器,除了2維空間的水平、垂直/斜向還能對時間(三維)方面的兩個相鄰活動幀進行動態自適應濾波,讓Y/C分離趨於完美。

小知識:電視機「不好看」是為什麼?
男同胞在逛家電商場時往往會發現某些電視機(尤其是特別低價的)畫面不好看,具體表現在:畫面中亮暗邊緣處有明顯的亮珠串鑲邊,像珍珠項鏈一般,或者我們可以在細白線條上看到蠕動的彩紋而畫面色彩過渡部分則出現了明顯的網紋干擾,就像把紗窗剪碎了亂撒一樣……清晰度不好,讓我們眼睛很累很累!

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這是為什麼呢?主要是因為某些廠家為了節省成本,簡單地採用頻率分割法原理進行Y/C分離(沒有梳狀濾波電路)結果導致色度信號和亮度信號頻域重疊,產生竄擾。


梳狀濾波對於畫面質量是非常重要的一個技術,因此我們有必要對其進行詳細刨析。

那麼具體什麼是梳狀濾波器呢?這就要從源頭(信號源)開始講起了,一開始,接收視頻的Video端子是Composite端子(比如RF射頻介面和AV介面),它所能接收的信號叫CompositeVideoSignal,即混合視頻信號(也稱複合信號),什麼意思呢?因為這個Composite(混合)信號包括了亮度(Luminance,用字母Y表示)和色度/彩度(Chrominace)兩方面的信號,視頻電路要做的工作就是Y/C進行分離處理,目前的梳狀濾波器是在保證圖像細節的情況下解決視頻信號亮色互竄的唯一方法,其內部有許多按一定頻率間隔相同排列的通帶和阻帶,只讓某些特定頻率範圍的信號通過,因為其特性曲線象梳子一樣,故人們稱之為梳狀濾波器(CombFiltering)。

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梳狀濾波器一般由延時、加法器、減法器、帶通濾波器組成。對於靜止圖像,梳狀濾波在幀間進行,即三維梳狀濾波。對活動圖像,梳狀濾波在幀內進行,即二維梳狀濾波。高檔數字電視機採用行延遲的梳狀濾波器與帶通濾波器級聯,構成Y/C分離方案就可獲得滿意的圖像質量。使用梳狀濾波器能使圖像質量明顯提高。解決了色串亮及亮串色造成的干擾光點、干擾花紋;消除了色度正交分量U、V色差信號混迭造成的彩色邊緣蠕動;消除了亮、色鑲邊,消除了高頻信號的色彩錯誤和灰度值表示錯誤。有一段時期國內很多工廠(為了節省成本)使用模擬的方式實現梳狀濾波器,實際上效果很不好,原因有兩個,一是延遲器件的帶寬很難保證,二是解決行相關性差問題的自適應電路很複雜。而在數字電路里,只要有足夠的存儲器,就可以保證足夠的延遲時間與信號帶寬,且複雜的自適應電路很容易集成在晶元中硬體固化。

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梳狀濾波器原理及發展歷史:

梳狀濾波器採用頻譜間置技術,理論上可以保證亮度和色度的無失真分離。如果我們好好回顧一下梳狀濾波器的發展歷程,將對其有個清醒的認識。

第一階段:採用頻率分離法將Y/C信號分開。這種方法是利用色度信號以副載波方式傳輸這一特點(PAL制副載波為4.43MHz,NTSC制副載波為3.58MHz),用選頻電路將Y/C信號分開。

內部由LC帶通濾波器和陷波器組成,將視頻信號通過一個中心頻率(fsc)為色度信號窄帶(比如PAL制式4.43MHz頻率副載波)帶通濾波器,取出色度信號。再將亮度信號經過一個中心頻率為色度信號副載波4.43MHZ的色度陷波器,吸收色度信號,從而得到亮度信號。這種方法簡單易行,採用元器件少且成本低,所以在早期彩電中應用得比較廣泛。

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但是,頻率分離方法存在著一些嚴重的問題:在亮度通道中,色度陷波器在吸收色度信號的同時也將該頻率範圍內亮度信號的部分頻率分量抑制掉了,這叫亮度信號的高頻分量丟失,從而影響了亮度信號的清晰度——大家想想看,一段音樂哪怕再動聽高音丟了那還能聽嗎?同時,殘餘的色度信號也可能進入亮度通道而引起串色干擾,通常在屏幕出現彩色測試卡是最後兩條頻帶染色現象。

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第二階段:採用梳狀濾波器和頻譜分離法進行亮色分離。它是根據視頻信號頻譜交叉的原理及梳狀濾波器的梳齒濾波頻率傳輸特性,以頻譜分離的方式分離出亮度和色度信號,這種新的分離方法使Y/C信號分離比較乾淨徹底,從而大幅提高圖像清晰度。通常梳狀濾波器是由兩行延遲線、加法器、減法器等部分組成。

  事實上在大屏幕彩電中,又分為NTSC制Y/C分離和PAL制Y/C分離。例如對於NTSC-M制式,我們假設相鄰兩行的視頻信號保持相關性以及延遲線無損耗,Y信號頻譜與C信號頻譜以fH/2間隔交替出現(fH表示行頻),副載波頻率fsc為227.5fH,如果設計一個梳狀濾波器電路,使V信號延時一行,再分別與未延時的信號進行加減。延時前後Y信號相位不變,而C信號相位相反。延時信號與直通信號在加法器中相加后得到Y信號,即(Y+C)+(Y-C)=2Y,在減法器中相減則得到C信號,即(Y+C)-(Y-C)=2C。從梳狀濾波器幅頻特性曲線分析,Y頻譜落在加法器特性曲線峰點及減法器特性曲線谷點,所以比較徹底地使亮度信號與色度信號相互分離開來。

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PAL梳狀濾波器Y/C分離,常稱之為二行分離法(也叫二元分離法)。它使用一個NTSC制信號或兩個PAL制信號行存儲器與帶通濾波器結合使用,組成垂直、水平二元帶通濾波器,基本結構原理如上圖所示,只是將1H延時線改為2H延時線。(這是因為NTSC制亮度信號、色度信號採用fH/2間置,而PAL制則採用fH/4間置(即副載頻fsc=283.75fH+25Hz≈283.75fH),因此PAL梳狀濾波器Y/C分離電路要用2H延時線。)由亮度信號Y和色度信號C組成的複合全電視信號,一方面直接加到加法器與減法器的輸入端,稱為直通信號,同時經兩行延遲時間(2TH)使色度信號反相后得到的延遲信號(Y-C)也加到加法器和減法器的另一輸入端。在加法器中直通信號(Y+C)與延時信號(Y-C)相加得到亮度信號2Y;在減法器中直通信號(Y+C)與延時信號(Y-C)相減即得到色度信號C,達到亮色分離的目的。

  梳狀濾波器Y/C分離法的特點可歸納為:由於加法器輸出特性可選出亮度信號的高頻分量,不會造成高頻分量的丟失,並可將視頻帶寬全部加以利用,從而使圖像清晰度大大提高,同時在亮度通道中將色度信號抑製得比較徹底,不致於產生殘留色度信號干擾。而減法器輸出中較好地抑制掉亮度信號,以最大傳輸係數選出色度信號C,並用帶通濾波器對殘留亮度信號作進一步衰減,解決了亮度信號對色度通道的串擾問題,從而提高了圖像質量。

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左右圖分別是標準電視信號測試有無梳狀濾波的拍攝畫面,看看亮色互竄畫面是多麼「繽紛多彩」。

上述分析結果是基於信號相關性的假設,可將色度信號與亮度信號較徹底分離而獲得較為理想的圖象質量。但實際的視頻信號並不是這樣理想的,即會出現非相關情況,如垂直方向有色度跳變,那麼在此處直通信號與延遲信號中的Y、C分量不再相同,加法器與減法器便不能將C或Y分量完全對消,造成Y與C分離不徹底。

第三階段:(模擬式)動態梳狀濾波器

模擬動態梳狀濾波器結構如圖所示。它由兩個延時線(PAL為2H延時線,NTSC為1H延時線)、三個帶通濾波器、垂直相關性檢測電路、加法器、減法器等組成。就PAL制彩色信號而言,要對在動態梳狀濾波器中直通信號(Y+C)、延遲兩行時間信號(Y-C)、延遲四行時間信號(Y+C)這三行信號進行垂直方向上的圖像相關性檢測,產生一個所需的彩色信號。

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所謂相關性檢測,實際上是檢測場與場之間相關性的強弱,一般採用的是場差法或低通場差法,即對兩場中各對應像素逐點相減並求和,以該值大小作為圖像動態情況的描述。模擬動態梳狀濾波器克服了普通梳狀濾波器的缺點,改善了活動圖像信號Y/C分離效果,從而進一步提高了圖像質量。

這是90年底初的技術,當時的大屏幕進口彩電,如29寸的東芝、松下中均採用了此種梳狀濾波器。

第四階段:動態數字式梳狀濾波器。

上述的模擬動態梳狀濾波器Y/C分離電路,雖然能有效解決活動圖像信號的Y/C分離問題,但對單制式信號Y/C分離要用6個調節點,若要適應PAL、NTSC制Y/C信號分離,則需12個調節點,這樣就存在調整繁雜的問題,如此多的調節點在生產中難以保證質量,況且批量生產會成為難題。於是,人們研製出更為先進的、精密的數字式動態梳狀濾波器。

數字式動態梳狀濾波器Y/C分離電路如下圖所示。它主要由五塊IC封裝一起組成厚膜電路,即由A/D變換器CXD1176Q、延遲線CXK1202×2、數字式動態梳狀濾波器CXD2011Q及D/A變換器CXD1177Q組成,與時鐘信號發生器配合完成Y/C分離。

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它是利用三行彩色信號來完成垂直方向的相關檢測,僅提取所需要的彩色信號,從而克服了模擬梳狀濾波器的缺點,使圖象的水平清晰度從350線一舉提高到450線以上!

首先,全電視信號進來后,由模數轉換器(ADC)轉換成8bit的數字式信號,我們看上圖中下半部分是典型的鎖相環路,用於產生四倍於色副載波振蕩取樣頻率,作為數字Y/C分離電路的時鐘(這部分是一典型的時鐘信號發生器),對PAL製為17.73MHZ,對NTSC製為14.32MHZ。數字化后的視頻信號送入動態梳狀濾波器,在動態梳狀濾波器中進行數字式動態梳狀濾波Y/C分離,原理與前述大同小異,只是前、中、后三行視頻信號經過色帶通濾波處理后再進入邏輯運算電路。此電路中,每相鄰的兩行信號相減后都可取出色度信號C,而將此C信號再與中間一行視頻信號(Y+C)相加,則抵消了C信號而分離出Y信號。8bit數字亮度信號Y和數字色度信號C分別送入數模變換器(DAC),經其轉換后輸出模擬Y信號和C信號,分離效果極徹底且無需作任何調整,所以是效果較好,廣泛應用的Y/C分離電路。

筆者手頭有一份長虹經典2919PK的電路圖,裡面對梳狀電路的原理講解(信號流程)非常透徹,將來有機會再與各位同好共同探討。

值得注意的是,在邏輯運算器中,仍然有一個垂直相關電路,用來比較判別三行信號的差別,當三行信號差別較大時,說明圖像內容在垂直方向發生了變化,電路即進行運算,其運算過程是:先前兩行信號進行運算取最小值,再對后兩行信號進行運算並取最小值,然後把兩個最小值進行比較取出大者;用同樣方法取出此三行信號中相鄰兩行信號中的最大值,然後把兩個最大值再作比較並取小者。最後把上述最小值中的大者和最大值中的小者平均后輸出,此平均值應能代表相鄰三行信號中的變化趨勢,使輸出接近於未來的狀態。這就是數字式動態梳狀濾波器的工作特點,多次比較和平均的結果,使數據非常精確,從而保證了分離效果,所以認為它是一種先進的Y/C信號分離電路。說到這兒,我們不僅想起顯卡的AA全屏抗鋸齒技術,不和梳狀濾波有異曲同工之妙?技術的發展是能智能判斷以求最少的代價得到最準確的結果。

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目前專用的梳狀濾波器已經越來越少了,因為獨立數字梳狀濾波器成本不菲,而且只能匹配模擬的彩色解碼電路,我們知道一個好的電路,從頭到腳不能存在瓶頸,否則效果會大打折扣——這就是單獨做萬金油般全能梳狀濾波器不划算的地方,所以最新的數字電路解決方案是將數字化彩色解碼晶元和數字梳狀濾波器集成,至於做成單晶元還是多晶元具體要看廠商的設計功力了。常見的梳狀濾波器有2D和3D之分,2D之中又有兩行、三行、五行之分,它們具備不同的自適應效果,成本和價格差距很大。

最後我們總結成如下幾點,以方便大家觀看:

1、目前最先進的梳狀濾波器是3D數字式梳狀濾波器,它能夠從空間(2D)、時間(第三維方向)將每組畫面的亮度及色度信號精確地分離,有效消除影響信號中的雜波、斑點、色彩重疊現象,使畫面更加清晰。

2、較好的梳狀濾波器必須是雙制式梳狀濾波器——尤其是對國內消費者來說;

3、數字梳狀濾波器有不同的自適應演算法,因此各家效果也不同。但視頻存貯能力(相當於顯卡的顯示緩存)越大,視頻處理晶元越精密,演算法越複雜其Y/C分離效果越好。

好,理論歸理論,實際歸實際,那麼梳狀濾波器對哪些畫面更敏感呢?我們來看看下面的電視信號測試圖:

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豎直線條疏密相間,還有各種同心圓最能看出畫面清晰度和亮色串擾問題,不過這種電視標準信號發生碟片可真不好弄。筆者手頭只有一張低清晰度版本的,只能說明部分問題。

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左右分別為無Y/C分離和3D梳狀濾波畫面,是不是大不一樣?

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                                           DPTV-DX的實際效果圖,梳狀濾波還是很乾凈的。

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                                               這張圖是Trident官方提供的資料,梳狀濾波效果很明顯。

其實呢大商場里比比皆是的實際演示碟很容易說明問題,關鍵是很多人不了解應該在哪些場景下進行判斷:

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我們注意上圖色塊交界處合,垂直線條處的細節是最容易出現問題的地方。

大面積色塊交界處,所有有細小豎直或者橫向條紋的畫面細節、畫面上的文本處,都是梳狀濾波器大顯身手的地方。梳狀濾波器將亮色分離得更徹底,使畫面更清晰、純凈和細膩完美。

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看這種縱橫交錯的高樓大廈最能看齣電視畫面的好壞,比較差的(比如普通隔行無三行梳狀濾波)電視機在這種地方原形畢露,模糊且閃爍得厲害。

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再舉一個例子當更能說明問題,看小包中間的豎直條紋是否清晰,好的梳狀濾波器能有效去除亮度、色度串擾及色彩斑點。還有一個地方很說明問題,就是有大片鬱鬱蔥蔥的綠色植物時的電視畫面……我不會騙你的,在這個地方是考驗電視機真功夫的地方。

上面是舉例說明梳狀濾波器對哪些畫面有影響,下面是相同畫面的對比。

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通過籃子的篾條可以很明顯地看出,普通梳狀濾波器的水平清晰度不錯,但是在垂直方向上不是很好。
數字梳狀濾波器更好的進行亮色分離,所以圖像的垂直清晰度得到了提高。
而3D數字梳狀濾波器更將斜線方向的信號乾淨地分離,這一點在籃子的提手上表現得很明顯。

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有沒有梳狀濾波器效果大不相同,所以說梳狀濾波器不是可有可無的問題,而是沒有梳狀濾波器就一定是垃圾產品的問題。

實際電視畫面比較:

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無梳狀濾波器,亮色竄擾,高頻信號丟失

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有梳狀濾波器,畫面整潔乾淨,決無上述弊端

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無梳狀濾波器,白色字元上出現不應有的串色,字元邊緣粗糙。

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有梳狀濾波器,白色字元上白色乾淨,字元邊緣清晰。

想來大家看了這麼多對比畫面當能對梳狀濾波(最簡單的理解是它能像一把梳子一樣把畫面不良信號梳乾淨)有了清晰的概念。

那麼我們來看DPTV-DX裡面的梳狀濾波器究竟是何方神聖:

從技術文檔看,這是可編程五行動態自適應梳狀濾波器(Programmable5Tapadaptivecombfilter),這屬於2D梳狀濾波的高階形態,包括三個垂直信號行相關性判斷的五行梳狀濾波器是針對PAL制式專門研發的梳狀濾波電路,能把前端產生的多餘信號準確梳理乾淨,並準確還原高頻亮度信號以提高清晰度。大家注意,其中N制濾波比起PAL要簡單些,不需五行梳狀濾波就能達到良好效果。

數字化彩色解碼

彩色的解碼器其實質是一種乘法器,數字化的乘法運算才是真正理想的乘法器,可以恢復出完全沒有失真的彩色副載波,不會產生非線性失真。因此數字化彩色解碼可以理想地還原調製前的彩色信號。由於可以通過編程來解決不同的彩色系統問題,數字化彩色解碼都是全制式的。我們前面說過,某些數字化彩色解碼器集成了數碼濾波器在內部,這樣減少了產生量化雜訊的機會(如TridentDPTV系列單晶元解決方案)。

小知識:買電視機要看有沒有雙制式梳狀濾波器
很多電視機都表示自己有高級的梳狀濾波器,但往往在說明部分羞羞答答寫上(N制),這說明它沒有PAL制式信號梳狀濾波功能,電視機的一大半時間都是用在看電視的,沒有PAL制式梳狀濾波的電視效果肯定好不了,但並非反過來有梳狀濾波功能的電視機一定是好電視!


數字化圖像質量提高

掃描轉換技術

DPTV -參考資料
http://hi.baidu.com/%C8%E7%B9%FB_%BB%F2%D5%DF/blog/item/d951bf24ca0d5e2ed4074206.html

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