Avances en codificadores de vídeo | Analog Devices

Introducción

Las señales de vídeo digital procedentes de fuentes como los códecs MPEG deben codificarse y convertirse adecuadamente en analógicas antes de que puedan ser visualizadas por los televisores y videograbadoras analógicos. En general, codificar significa convertir un formato o señal en otro. Para los codificadores de vídeo, esto significa convertir los datos de vídeo digital 4:2:2 YCrCb en señales de vídeo analógicas YUV, RGB o CVBS. YCrCb es una señal digital de componentes, donde Y es la señal de luminancia, que contiene la información de la señal en blanco y negro, Cr es el rojo menos la luminancia (R-Y), y Cb es el azul menos la luminancia (B-Y). El YUV es una versión escalada del YcrCb. Este escalado es necesario antes de combinar las señales YUV en vídeo compuesto, para que estén contenidas dentro de los límites de amplitud de los equipos de procesamiento y grabación de señales. Esta señal YUV no debe confundirse con las entradas YUV analógicas de los televisores de gama alta. CVBS (Color, Vídeo, Blanco y Sincronización) es una señal compuesta analógica. En este formato, una única señal de vídeo analógica incluye información de sincronización, color y luminancia. Las señales compuestas se utilizan en los televisores estándar y en las videograbadoras. Los formatos por componentes proporcionan una imagen más nítida y con menos ruido que la señal compuesta, porque se elimina la modulación necesaria para producir la señal CVBS.

La familia ADV719x (Figura 1) es una nueva generación de codificadores de vídeo. Ofrecen todas las funciones de los demás miembros de la familia de codificadores de vídeo ADI, además de sobremuestreo 4×, reducción digital del ruido (DNR), corrección gamma y, en el ADV7194, Xtended-10^™ (ver más abajo). Una característica clave del ADV719x es la posibilidad de introducir señales de barrido progresivo en formato YCrCb de 3x10 bits 4:2:2. Los DAC integrados convierten estas señales en un formato analógico YPrPb que puede verse en un monitor de barrido progresivo.

4×Sobremuestreo: En los convertidores A/D, el sobremuestreo significa utilizar una tasa de muestreo superior a la tasa de Nyquist, es decir, muestrear a una tasa superior al doble de la frecuencia más alta de la señal entrante. Para un convertidor D/A, el sobremuestreo es en realidad un proceso de interpolación, que se realiza calculando el valor medio entre muestras consecutivas.

Los datos de vídeo se sincronizan en el ADV719x a una frecuencia de 13,5 MHz. Primero se interpola a 27 MHz y luego se vuelve a interpolar a 54 MHz. Los datos de vídeo se envían a los seis DAC de 10 bits. El proceso de interpolación permite conseguir una calidad de señal determinada utilizando componentes más baratos y con tolerancias más holgadas. En este caso, la interpolación permite utilizar filtros de reconstrucción con una pendiente de atenuación más suave. Esto, a su vez, significa que los diseños de los filtros son menos complejos y el coste es menor. Es menos probable que la no linealidad de fase y la ondulación del ancho de banda causen problemas. La interpolación también amplía la resolución de los convertidores. En un sistema ideal, si se duplica el ancho de banda de la señal, se puede transmitir la misma cantidad de información en un canal con 6 dB menos de SNR. Por tanto, al aumentar la frecuencia de muestreo, la longitud de la palabra en cada muestra puede reducirse sin pérdida de información.

La figura 2 muestra los requisitos del filtro de reconstrucción cuando se utiliza el sobremuestreo 2× y el sobremuestreo 4×.

Reducción digital del ruido : El ruido suele ser visible en forma de "nieve", o pequeños puntos que dan a la imagen un aspecto borroso, y puede estar causado por una mala transmisión o un equipo de mala calidad. El ruido es más visible en las imágenes que tienen mucho contenido de alta frecuencia, es decir, las que contienen muchos detalles y colores. La Reducción Digital de Ruido (DNR) utilizada en el ADV719x reduce eficazmente el ruido en la imagen, y también tiene la capacidad de reducir el ruido resultante de la compresión MPEG. La compresión MPEG divide los datos de vídeo de una imagen en bloques comprimidos de 8 x 8 píxeles. Varios de estos bloques forman un marco. Las zonas de los bordes de estos bloques hacen que aparezca ruido en la imagen del televisor, haciéndola generalmente menos nítida. Este tipo de degradación de la señal es típico de la compresión MPEG. En la familia de codificadores de vídeo ADV719x, la cantidad de reducción de ruido aplicada a las zonas de transición es programable.

El ruido de vídeo es una combinación característica de altas frecuencias y bajas amplitudes. El ADV719x aprovecha este hecho analizando la señal entrante en busca de contenidos de alta frecuencia y baja amplitud. Esta señal de ruido se sustrae entonces de la señal original, con lo que se obtiene una mejor calidad de imagen. En función de los requisitos de ruido, el usuario puede programar un valor de umbral que determine la cantidad de atenuación de ruido aplicada.

Además, la programación permite mejorar las señales de alta frecuencia. Cuando se reciben, las señales de alta frecuencia con amplitudes elevadas se suponen datos válidos. Aplicar una ganancia programable a estas señales y añadirlas a la señal original mejora la nitidez de la imagen.

La figura 3 muestra una simulación de una señal de entrada (trazo verde) y la señal de salida resultante (trazo grueso) cuando se aplica la reducción de ruido digital.

Corrección gamma: La gamma es el exponente aplicado a una tensión de señal en una aproximación a la función de transferencia no lineal de un dispositivo de visualización (por ejemplo, una pantalla CRT). Gamma=1,0 produciría un gráfico perfectamente lineal, es decir, la salida sería una función lineal de la entrada. En los TRC, la intensidad de la luz producida en la pantalla de un TRC es una función no lineal de la tensión aplicada a la entrada, con un valor gamma típico de 2,3 a 2,6.

La corrección gamma, un proceso de compensación de esta no linealidad, es necesaria para reproducir buenos colores con la intensidad correcta para cumplir las normas de apariencia de la imagen en una pantalla determinada.

También hay que tener en cuenta la no linealidad de la TRC si se quiere codificar una imagen de forma que se aproveche al máximo la percepción de un número limitado de bits por píxel y se minimice la visibilidad del ruido. Si no se compensa, la no linealidad crearía errores conocidos como contorno o banding. Se pueden ver en imágenes sencillas con grandes áreas de tonalidades que cambian regularmente. Esto es efectivamente lo mismo que la distorsión visible causada por el error de cuantificación introducido en los niveles bajos de modulación.

Los dispositivos de visualización, como las pantallas de cristal líquido (LCD) y los tubos de rayos catódicos (CRT), tienen diferentes características de no linealidad. El ADV719x permite al usuario programar los valores de gamma para poder aplicar las curvas de compensación adecuadas a la señal entrante. La corrección gamma en la pantalla es especialmente útil en los casos en que la fuente de vídeo no proporciona una señal con corrección gamma.

La figura 4 muestra las respuestas del circuito de corrección de gamma a una señal de rampa lineal para varios valores de gamma.

Xtended-10^™ La tecnología: Muchos codificadores de vídeo, como el ADV7175/76, el ADV7175A/76A, el ADV7177/78, el ADV7170/71 y el ADV7172/73, permiten la entrada de datos de 8 bits, procesados a 8 o 10 bits y la salida a DAC de 10 bits. Con Xtended-10^™ el ADV7194 permite introducir datos en formato de 10 bits, procesarlos a 10 bits y enviarlos a seis DAC de 10 bits. El procesamiento de 10 bits disponible en el ADV7194 es especialmente útil en aplicaciones de vídeo profesional.

La familia ADV719x

Las instalaciones de procesamiento de imágenes del ADV719x son insuperables. El usuario puede controlar el brillo, el color, el contraste, el croma y la luma, así como el retardo y el ajuste programable de la anchura y la posición del impulso de sincronización. Hay siete filtros de luma programables, siete filtros de croma programables y un SSAF ampliado^™ filtro con 12 respuestas programables.

El ADV719x también ofrece funciones como TTX, CGMS, Macrovisión, modos de sincronización maestro/esclavo, programación de VBI (intervalo de cegado vertical) y subtitulado.

Las prestaciones técnicas del ADV719x son extraordinarias, lo que se traduce en una excelente calidad de la señal. Los errores de ganancia diferencial y de fase son de 0,2% y 0,4 grados respectivamente. Se puede alcanzar una SNR de hasta 75 dB.

El AD719x funciona con una única alimentación de +5 V, +3,3 V o +3 V. El ADV7190 está empaquetado en un LQFP de 64 obleas. Los ADV7192 y ADV7194 están empaquetados en LQFPs de 80 pastillas.

Hay tarjetas de evaluación disponibles. El usuario sólo tiene que conectar la placa al monitor de la televisión cuando se utiliza con barras de color internas, o se puede utilizar una fuente de señal YCrCb. Se necesita un PC con Windows 95/98. Se proporciona un software fácil de usar.