[发明专利]一种图像数模转换前的预处理方法及其结构

说明书

技术领域

本发明涉及安防监控领域，具体为一种图像数模转换前的预处理方法，本发明还提供了一种图像数模转换前的预处理结构。

背景技术

当今社会安防变得越来越重要，安防监控基本过程是被监视区的摄像头采集图像，并通过模数转换器转换成数字信号传输到监视端，通过数模转换器转换成模拟信号并驱动监视器。大量监控图像的传输成为系统的一个重要瓶颈，为了提高效率，减小成本，多路图像的传输成为主流，而且路数越来越多，从单、双路发展到4路、8路甚至16路，路数越多意味着图像信息量越大。然而受系统成本的压力，传输能力不允许大幅提高，这就意味着每路图像允许的信息量减小，即路数越多，每路图像采样的时钟频率降低，甚至基本刚刚满足奈奎斯特定律，即信号带宽的两倍频率，在这种低采样率的条件下，数模转换器自身的特性就成为瓶颈，数字图像经数模转换器恢复成模拟信号时，图像质量就会出现问题。

监控图像路数越多，合成的信息量越大，在传输速率不变的情况下，分给每路监控图像的信息量减小，换句话说，每路图像的采样时钟频率降低。为了保证图像不发生混叠，时钟频率的最低限制是信号带宽的两倍，即奈奎斯特频率。

模拟信号经过一个模数转换器生成数字信号，见图1所示，过程可以理解为对一个连续信号data1，用时钟fclk采样量化成离散数字信号，如A、B、C、D、E，而数字信号经过数模转换器见图2所示，过程可以理解为A信号对应模拟量保持T1～T2时间，B信号对应模拟量保持T2～T3时间，C信号对应模拟量保持T3～T4时间，D信号对应模拟量保持T4～T5时间。

数学上已经证明数模转换器的幅频特性是个sinc函数，即sinx/x，其幅频曲线如图3，从图中可以看见不同频率的信号经过了数模转换器输出，幅度发生了不同的变化。当信号频率fs接近时钟频率的一半时，即使用频率的极限，输出幅度降了约36%，即3.9dB。换句话说，经过数模转换器后，信号的最低频率分量和最高频率分量幅度变化可相差36%，这大大降低了图像质量。当数模转换器的时钟频率远高于信号带宽时，数模转换器还没影响，但信号频率接近时钟频率一半时，图像质量就明显下降了。

同时由于图像的采样时钟频率仅为信号带宽的两倍，意味着高频信号一个周期的采样点很少，极端时只有两点，图像质量也下降。

发明内容

针对现有上述缺陷，本发明提供了一种图像数模转换前的预处理方法，其使得不同频率的信号经过数模转换器，输出幅度保持不变；且高频分量信号质量得到提高；将数模转换器的工作频率提高了一倍。

一种图像数模转换前的预处理方法，其特征在于：当图像信号的采样率接近图像带宽的两倍，即奈奎斯特频率时，将经过模数转换器转换后形成的数字信号经过幅度预处理和插值后再接入数模转换器，幅度预处理是指用一个反sinc函数，即x/sinx函数，对信号幅度进行补偿；插值是指两个相邻的数字信号间插入一个新的数字信号，使得高频信号内每个周期得到更多的采样点，插值的工作时钟频率为输入信号的采样时钟频率的两倍，所述模数转换器的工作时钟为输入信号的采样时钟频率的两倍,其中反sinc函数和插值均可采用数字滤波器实现。

其进一步特征在于：

反sinc函数数字滤波器完成幅度预处理，反sinc函数，即x/sinx函数的幅频特性是信号频率越高，输出的幅度越大，数字信号经过反sinc函数补偿可以使不同频率的信号经过数模转换器，输出的幅度保持不变；

插值数字滤波器完成插值功能，插值过程中在两个相邻的数字信号间插入的一个新的数字信号，该新的数字信号为两个相邻的数字信号通过插值数字滤波器处理计算得出，插值相当于采样率提高了一倍，让数模转换器工作在更高的频率；

所述反sinc函数数字滤波器接入的时钟为输入信号的采样时钟，所述反sinc函数数字滤波器、插值数字滤波器的对应的时钟连接处设置有锁相环，所述锁相环使得后续时钟的频率为输入信号的采样时钟频率的两倍。

一种图像数模转换前的预处理结构，其特征在于：经过模数转换器转换后形成的数字信号顺次通过反sinc函数数字滤波器、插值数字滤波器后接入数模转换器，所述反sinc函数数字滤波器、插值数字滤波器组成预处理模块，所述反sinc函数数字滤波器接入的时钟为输入信号的采样时钟，所述插值数字滤波器、数模转换器接入的时钟为输入信号的采样时钟频率两倍的时钟，所述反sinc函数数字滤波器、插值数字滤波器的对应的时钟连接处设置有锁相环。