视频应用的过滤器设计原理及改进指南

最初，视频滤波器是被放大器包围的无源LC电路。通过将放大器与RC滤波器组合，可以实现更小，更高效的设计。此外，在1960年代开发的灵敏度分析和预失真方法克服了较差的性能，这种性能使早期的视频滤镜失去了良好的声誉。

本文档介绍了过滤器的基本原理及其特性。更重要的是，显示了视频应用的过滤器设计指南，以及如何将其改进。

用于PC的高性能运算放大器和专用软件可实现宽带有源滤波器的设计，但这些优势不能满足任何特定应用的要求。对于视频滤波器，特定的应用和信号格式为每个电路设计增加了细微差别。

相位线性度和群延迟

滤波器的相位线性度指定为包络延迟或群延迟（GD）与频率的关系。平坦的组延迟表示所有频率都延迟了相同的量，从而在时域中保留了波形的形状。因此，绝对群延迟不如群延迟的变化那么重要。不应将称为通道间差异的单独规范指定为“时间重合”，不要将其与群时延相混淆。

尽管视频不希望这样做，但是可以接受多少组延迟变化，为什么？答案取决于应用程序和视频格式。例如，ITU-470非常宽松地规定了复合视频的组延迟。但是，ITU-601严格规定了它，以确保世代的稳定性，包括MPEG-2压缩以及在序列化之前控制相位抖动。

抗混叠滤波器的设计对于抗混叠滤波器，选择性由ITU-601模板确定，如图1所示。指定的带宽为5.75MHz±0.1dB，在6.75MHz处的插入损耗为12dB，在8MHz处的插入损耗为40dB，并且在0.1dB带宽上具有±3ns的群时延变化。仅对于模拟滤波器而言，这样的性能太难了，但是4倍过采样将要求修改为27MHz时的12dB和32MHz时的40dB。

使用软件或归一化曲线8，可以发现具有-3dB带宽8.45MHz的5极Butterworth滤波器可以满足选择性的要求，但不能满足群延迟的要求。对于后者，需要一个延迟级，为此，重要的运算放大器参数是0.1dB，2VP-P带宽9。该数字应用于方程式1和2以获得准确的设计。此应用的原理图基于4倍过采样（图2），曲线显示了其增益和群延迟特性。

接下来考虑PC视频。VESA未指定用于抗锯齿或重建过滤器的模板。XGA分辨率（85 Hz时为1024 x 768）具有94.5MHz的采样率和47.25MHz的奈奎斯特频率。对于在奈奎斯特频率下大于35dB的衰减，可以使用20MHz 4极巴特沃斯滤波器的劳赫（Rauch）实现。同样，选择MAX4450 / MAX4451是因为它们具有出色的瞬态响应和大信号带宽（2VP-P为175MHz）。