模擬圖像數(shù)字顯示效果的改善與探討

姜學(xué)勤

摘 要：隨著數(shù)字化時(shí)代的到來，人們的生活也變得越來越豐富多彩，各種智能手機(jī)，車載音響，移動(dòng)導(dǎo)航，儀器儀表等都具備可視化的操控和效果反饋功能?？萍嫉陌l(fā)展使顯像技術(shù)由更高性能的數(shù)字手段逐步取代模擬手段。該文就模擬圖像數(shù)字顯示出現(xiàn)的畫面噪聲的改善作了探討，希望能夠?qū)υ谶@方面有困擾的各位有所幫助。

關(guān)鍵詞：數(shù)模轉(zhuǎn)換 疊加噪聲 量化噪聲

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）10（b）-0008-01

案例涉及的設(shè)備采用的是數(shù)字顯示屏（6bit×3ch），同時(shí)支持模擬信號(hào)的輸入和顯示，而其內(nèi)部視頻轉(zhuǎn)換電路中采用8bit的數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，這就需要把8bit視頻信號(hào)的部分?jǐn)?shù)據(jù)舍棄才能顯示。模擬信號(hào)本身的易受影響的問題，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)較容易發(fā)生的量化噪聲，以及數(shù)據(jù)舍棄時(shí)所發(fā)生的數(shù)據(jù)變化，都有可能作為畫面噪聲顯示出來被人眼所覺察以致產(chǎn)生不適感。

課題（1）模擬視頻信號(hào)（CVBS模擬信號(hào)比較常見）的疊加噪聲和轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的量化噪聲的減弱。

課題（2）內(nèi)部視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)數(shù)據(jù)變化問題的處理。

1 說明

首先是案例設(shè)備的模塊圖，如圖1。

其處理方法。

（1）CVBS數(shù)字解碼芯片8bit YUV

—— 上述課題1。

（2）8bit YUV計(jì)數(shù)器6bit數(shù)字RGB

—— 上述課題2。

（3）6bit數(shù)字RGBLCD顯示驅(qū)動(dòng)6bit數(shù)字RGBLCD顯示屏。

外界輸入的CVBS模擬視頻信號(hào)在PANEL-MAIN上進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)候，很容易被PANEL-MAIN上的其他模塊影響。因?yàn)镻ANEL-MAIN上會(huì)有各種各樣的電源電路尤其是背光電源供給電路等，它們會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)?shù)脑肼?。然后通過電源/地等的傳導(dǎo)，使得這些噪聲有可能疊加到CVBS視頻信號(hào)上，致使PANEL-MAIN出來的視頻信號(hào)本身就已經(jīng)帶有所謂的疊加噪聲*1。同時(shí)數(shù)字解碼芯片對(duì)輸入的模擬視頻信號(hào)（CVBS信號(hào)）進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生量化噪聲*2。轉(zhuǎn)換好的8bit數(shù)字信號(hào)會(huì)被輸送到計(jì)數(shù)器中，計(jì)數(shù)器接收到之后，因?yàn)榭紤]到后續(xù)的顯示屏只需要6bit信號(hào)，所以會(huì)把下位的2bit的數(shù)據(jù)舍棄，這樣會(huì)使得數(shù)據(jù)發(fā)生一定的變化。

（1）疊加噪聲。

來自其他電路模塊的影響。通過傳導(dǎo)輻射等方式疊加到視頻信號(hào)上。假設(shè)數(shù)字解碼芯片進(jìn)行（Full-Scale 1.4Vpp）的A/D轉(zhuǎn)換，大概會(huì)有22 mV/bit的變化量。當(dāng)噪聲信號(hào)超過22 mV的話，會(huì)使得轉(zhuǎn)化后的數(shù)字信號(hào)有可能在3個(gè)區(qū)間內(nèi)變化，此時(shí)畫面噪聲將會(huì)更加明顯。

（2）量化噪聲。

進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)化的時(shí)候，當(dāng)模擬信號(hào)有22 mV變化的時(shí)候，就會(huì)發(fā)生bit增減的可能。例如，如果閾值附近的輝度電平上存在著這個(gè)22 mV左右的細(xì)微噪聲的話，就會(huì)發(fā)生bit變化，從而產(chǎn)生量化噪聲。

2 設(shè)計(jì)方法

因?yàn)閿?shù)據(jù)的舍棄方法一旦確定，理論上就不可以隨便變動(dòng)，除非采用新的舍棄方法或者采用其他的處理方式。所以同種舍棄方法上的改善效果并不明顯，我們先從噪聲的處理方法上來著手檢討。

（1）理論設(shè)計(jì)階段的考慮：量化噪聲發(fā)生的時(shí)候，最為顯眼的是灰色畫面，所以，導(dǎo)航畫面等的類似靜止的視頻輸入的時(shí)候以及需要對(duì)這樣的信號(hào)進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的時(shí)候，需要特別的注意。再就是如果有外部輸入，因?yàn)橥獠枯斎朐O(shè)備是否考慮了以上的問題是我們無法控制的，所以實(shí)際評(píng)價(jià)的時(shí)候要用光柵信號(hào)來確認(rèn)。（光柵信號(hào)分檔越細(xì)越好）

（2）基板排板階段的考慮：使用數(shù)字顯示屏的場(chǎng)合，要盡量避免不必要的噪聲疊加到CVBS之類的模擬信號(hào)上，同時(shí)也有必要盡量抑制量化噪聲。鑒于此，希望在設(shè)計(jì)上考慮幾點(diǎn)。①抑制大電流電源電路過來的傳導(dǎo)噪聲的影響。避免傳導(dǎo)到映像輸入電路的GND·電源上。例如；不同模塊的GND切分的排板考量；電源上加入濾波器；大電流電源自身的噪聲抑制等。②產(chǎn)品內(nèi)，從模擬視頻信號(hào)進(jìn)入到A/D轉(zhuǎn)換完成為止的排板走線的考慮。CVBS信號(hào)的頻率范圍在60 Hz～6 MHz的程度，所以盡可能避免和DC/DC電源·機(jī)芯的馬達(dá)電源等的電源線條并行為好。③模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片和視頻輸入模塊的電源·GND的考慮。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)的基準(zhǔn)GND·電源變動(dòng)較大的話，即便是輸入信號(hào)沒有竄入噪聲也會(huì)導(dǎo)致畫面噪聲的產(chǎn)生。還有，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的使用說明書上應(yīng)該都記載著使用上的注意事項(xiàng)，需要認(rèn)真閱讀和參考。

（3）評(píng)價(jià)階段的考慮：為了掌握所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的弱點(diǎn)在那里，最少也要進(jìn)行一次徹底的確認(rèn)，采用盡可能細(xì)的光柵信號(hào)來確認(rèn)。評(píng)價(jià)時(shí)候如果不能很好的掌握的話，可能后期會(huì)產(chǎn)生大規(guī)模的排板變更。所以還是希望最好能夠在早期的評(píng)價(jià)中發(fā)現(xiàn)問題和及時(shí)整改。

3 今后的發(fā)展

量化噪聲本身其實(shí)是沒有辦法實(shí)現(xiàn)完全消除的。通過以上的設(shè)計(jì)考慮，盡力的抑制不必要的噪聲的影響，同時(shí)通過技術(shù)改進(jìn)也可以進(jìn)行改善，從而使得不容易被覺察。

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