数字梳状滤波器
梳状滤波对于画面质量是非常重要的一个技术，因此我们有必要对其进行详细刨析。
那么具体什么是梳状滤波器呢？这就要从源头（信号源）开始讲起了，一开始，接收视频的Video端子是Composite端子（比如RF射频接口和AV接口），它所能接收的信号叫Composite Video Signal，即混合视频信号（也称复合信号），什么意思呢？因为这个Composite（混合）信号包括了亮度（Luminance，用字母Y表示）和色度/彩度（Chrominace）两方面的信号，视频电路要做的工作就是Y/C进行分离处理，目前的梳状滤波器是在保证图像细节的情况下解决视频信号亮色互窜的唯一方法，其内部有许多按一定频率间隔相同排列的通带和阻带，只让某些特定频率范围的信号通过，因为其特性曲线象梳子一样，故人们称之为梳状滤波器（Comb Filtering）。
梳状滤波器一般由延时、加法器、减法器、带通滤波器组成。对于静止图像，梳状滤波在帧间进行，即三维梳状滤波。对活动图像，梳状滤波在帧内进行，即二维梳状滤波。高档数字电视机采用行延迟的梳状滤波器与带通滤波器级联，构成Y/C分离方案就可获得满意的图像质量。使用梳状滤波器能使图像质量明显提高。解决了色串亮及亮串色造成的干扰光点、干扰花纹；消除了色度正交分量U、V色差信号混迭造成的彩色边缘蠕动；消除了亮、色镶边，消除了高频信号的色彩错误和灰度值表示错误。有一段时期国内很多工厂（为了节省成本）使用模拟的方式实现梳状滤波器，实际上效果很不好，原因有两个，一是延迟器件的带宽很难保证，二是解决行相关性差问题的自适应电路很复杂。而在数字电路里，只要有足够的存储器，就可以保证足够的延迟时间与信号带宽，且复杂的自适应电路很容易集成在芯片中硬件固化。
梳状滤波器原理及发展历史：
梳状滤波器采用频谱间置技术，理论上可以保证亮度和色度的无失真分离。如果我们好好回顾一下梳状滤波器的发展历程，将对其有个清醒的认识。
第一阶段：采用频率分离法将Y/C信号分开。这种方法是利用色度信号以副载波方式传输这一特点（PAL制副载波为4.43MHz，NTSC制副载波为3.58MHz），用选频电路将Y/C 信号分开。
内部由LC带通滤波器和陷波器组成，将视频信号通过一个中心频率（fsc）为色度信号窄带（比如PAL制式4.43MHz频率副载波）带通滤波器，取出色度信号。再将亮度信号经过一个中心频率为色度信号副载波4.43MHZ的色度陷波器，吸收色度信号，从而得到亮度信号。这种方法简单易行，采用元器件少且成本低，所以在早期彩电中应用得比较广泛。
但是，频率分离方法存在着一些严重的问题：在亮度通道中，色度陷波器在吸收色度信号的同时也将该频率范围内亮度信号的部分频率分量抑制掉了，这叫亮度信号的高频分量丢失，从而影响了亮度信号的清晰度——大家想想看，一段音乐哪怕再动听高音丢了那还能听吗？同时，残余的色度信号也可能进入亮度通道而引起串色干扰，通常在屏幕出现彩色测试卡是最后两条频带染色现象。
在色度通道中，L.C色度带通滤波器品质不高，取出色度信号，抑制亮度信号的同时，也把该频率范围内的亮度信号选出来了，高频亮度信号经色度解调器被解调出来（属于多余信号），使得一些细格子或条状区域出现闪烁的彩色干扰。可见利用传统的频率分离方法根本不能将Y、C信号作出彻底分离，必然存在着：亮串色、色串亮”的干扰，使图像质量难以令人满意。事实上这种方法在彩电中的应用，会出现图所示的影响。
左图为普通电视画面，右边为内置梳状滤波电路电视画面
第二阶段：采用梳状滤波器和频谱分离法进行亮色分离。它是根据视频信号频谱交叉的原理及梳状滤波器的梳齿滤波频率传输特性,以频谱分离的方式分离出亮度和色度信号，这种新的分离方法使Y/C信号分离比较干净彻底，从而大幅提高图像清晰度。通常梳状滤波器是由两行延迟线、加法器、减法器等部分组成。
事实上在大屏幕彩电中，又分为NTSC制Y/C分离和PAL制Y/C分离。例如对于NTSC －M制式，我们假设相邻两行的视频信号保持相关性以及延迟线无损耗，Y信号频谱与C 信号频谱以fH/2间隔交替出现（fH表示行频），副载波频率fsc为227.5fH，如果设计一个梳状滤波器电路，使V信号延时一行，再分别与未延时的信号进行加减。延时前后Y 信号相位不变，而C信号相位相反。延时信号与直通信号在加法器中相加后得到Y信号，即（Y＋C）＋（Y－C）＝2Y，在减法器中相减则得到C信号，即（Y＋C）－（Y－C）＝2C。从梳状滤波器幅频特性曲线分析，Y频谱落在加法器特性曲线峰点及减法器特性曲线谷点，所以比较彻底地使亮度信号与色度信号相互分离开来。
PAL梳状滤波器Y/C分离，常称之为二行分离法（也叫二元分离法）。它使用一个NTSC 制信号或两个PAL制信号行存储器与带通滤波器结合使用，组成垂直、水平二元带通滤波器，基本结构原理如上图所示，只是将1H延时线改为2H延时线。（这是因为NTSC制亮度信号、色度信号采用fH/2间置，而PAL制则采用fH/4间置（即副载频fsc＝283.75fH ＋25Hz≈283.75fH），因此PAL梳状滤波器Y/C分离电路要用2H延时线。）由亮度信
号Y和色度信号C组成的复合全电视信号，一方面直接加到加法器与减法器的输入端，称为直通信号，同时经两行延迟时间（2TH）使色度信号反相后得到的延迟信号（Y－C）也加到加法器和减法器的另一输入端。在加法器中直通信号（Y＋C）与延时信号（Y－C）相加得到亮度信号2Y；在减法器中直通信号（Y＋C）与延时信号（Y－C）相减即得到色度信号C，达到亮色分离的目的。
梳状滤波器Y/C分离法的特点可归纳为：由于加法器输出特性可选出亮度信号的高频分量，不会造成高频分量的丢失，并可将视频带宽全部加以利用，从而使图像清晰度大大提高，同时在亮度通道中将色度信号抑制得比较彻底，不致于产生残留色度信号干扰。而减法器输出中较好地抑制掉亮度信号，以最大传输系数选出色度信号C，并用带通滤波器对残留亮度信号作进一步衰减，解决了亮度信号对色度通道的串扰问题，从而提高了图像质量。
左右图分别是标准电视信号测试有无梳状滤波的拍摄画面，看看亮色互窜画面是多么“缤纷多彩”。
上述分析结果是基于信号相关性的假设,可将色度信号与亮度信号较彻底分离而获得较为理想的图象质量。但实际的视频信号并不是这样理想的，即会出现非相关情况，如垂直方向有色度跳变，那么在此处直通信号与延迟信号中的Y、C分量不再相同，加法器与减法器便不能将C或Y分量完全对消，造成Y与C分离不彻底。
如果不愿意看长篇大论的朋友直接看下面的表格：
表四：N制/PAL制梳状滤波器的异同
我们看到，PAL制梳状滤波器比N制梳状滤波器要略微复杂一些，不过不管怎么说，既然还有不足之处，那仍然需要做改进，所以梳状滤波器技术继续发展。
第三阶段：（模拟式）动态梳状滤波器
模拟动态梳状滤波器结构如图所示。它由两个延时线（PAL为2H延时线，NTSC为1H延时线）、三个带通滤波器、垂直相关性检测电路、加法器、减法器等组成。就PAL制彩色信号而言，要对在动态梳状滤波器中直通信号（Y＋C）、延迟两行时间信号（Y－C）、延迟四行时间信号（Y＋C）这三行信号进行垂直方向上的图像相关性检测，产生一个所需的彩色信号。
所谓相关性检测，实际上是检测场与场之间相关性的强弱，一般采用的是场差法或低通场差法，即对两场中各对应像素逐点相减并求和，以该值大小作为图像动态情况的描述。模拟动态梳状滤波器克服了普通梳状滤波器的缺点，改善了活动图像信号Y/C分离效果，从而进一步提高了图像质量。
这是90年底初的技术，当时的大屏幕进口彩电，如29寸的东芝、松下中均采用了此种梳状滤波器。
第四阶段：动态数字式梳状滤波器。
上述的模拟动态梳状滤波器Y/C分离电路，虽然能有效解决活动图像信号的Y/C分离问题，但对单制式信号Y/C分离要用6个调节点，若要适应PAL、NTSC制Y/C信号分离，则需12个调节点，这样就存在调整繁杂的问题，如此多的调节点在生产中难以保证质量，况且批量生产会成为难题。于是，人们研制出更为先进的、精密的数字式动态梳状滤波器。
数字式动态梳状滤波器Y/C分离电路如下图所示。它主要由五块IC封装一起组成厚膜电路，即由A/D变换器CXD1176Q、延迟线CXK1202×2、数字式动态梳状滤波器CXD2011Q 及D/A变换器CXD1177Q组成，与时钟信号发生器配合完成Y/C分离。
新型三行数字化梳状滤波器结构图
它是利用三行彩色信号来完成垂直方向的相关检测，仅提取所需要的彩色信号，从而克服了模拟梳状滤波器的缺点，使图象的水平清晰度从350线一举提高到450线以上！
首先，全电视信号进来后，由模数转换器（ADC）转换成8bit的数字式信号，我们看上图中下半部分是典型的锁相环路，用于产生四倍于色副载波振荡取样频率，作为数字Y/C分离电路的时钟（这部分是一典型的时钟信号发生器），对PAL制为17.73MHZ，对NTSC 制为14.32MHZ。数字化后的视频信号送入动态梳状滤波器，在动态梳状滤波器中进行数字式动态梳状滤波Y/C分离，原理与前述大同小异，只是前、中、后三行视频信号经过色带通滤波处理后再进入逻辑运算电路。此电路中，每相邻的两行信号相减后都可取出色度信号C，而将此C信号再与中间一行视频信号（Y＋C）相加，则抵消了C信号而分离出Y信号。8bit数字亮度信号Y和数字色度信号C分别送入数模变换器（DAC），经其转换后输出模拟Y信号和C信号，分离效果极彻底且无需作任何调整，所以是效果较好，广泛应用的Y/C分离电路。
笔者手头有一份长虹经典2919PK的电路图，里面对梳状电路的原理讲解（信号流程）非常透彻，将来有机会再与各位同好共同探讨。
值得注意的是，在逻辑运算器中，仍然有一个垂直相关电路，用来比较判别三行信号的差别，当三行信号差别较大时，说明图像内容在垂直方向发生了变化，电路即进行运算，其运算过程是：先前两行信号进行运算取最小值，再对后两行信号进行运算并取最小值，然后把两个最小值进行比较取出大者；用同样方法取出此三行信号中相邻两行信号中的最大值，然后把两个最大值再作比较并取小者。最后把上述最小值中的大者和最大值中的小者平均后输出，此平均值应能代表相邻三行信号中的变化趋势，使输出接近于未来的状态。这就是数字式动态梳状滤波器的工作特点，多次比较和平均的结果，使数据非常精确，从而保证了分离效果，所以认为它是一种先进的Y/C信号分离电路。说到这儿，我们不仅想起显卡的AA全屏抗锯齿技术，不和梳状滤波有异曲同工之妙？技术的发展是能智能判断以求最少的代价得到最准确的结果。
存储三个层面，比较并进行分割，东芝飞视采用的技术
目前专用的梳状滤波器已经越来越少了，因为独立数字梳状滤波器成本不菲，而且只能匹配模拟的彩色解码电路，我们知道一个好的电路，从头到脚不能存在瓶颈，否则效果会大打折扣——这就是单独做万金油般全能梳状滤波器不划算的地方，所以最新的数字电路解决方案是将数字化彩色解码芯片和数字梳状滤波器集成，至于做成单芯片还是多芯片具体要看厂商的设计功力了。常见的梳状滤波器有2D和3D之分，2D之中又有两行、三行、五行之分，它们具备不同的自适应效果，成本和价格差距很大。
最后我们总结成如下几点，以方便大家观看：
1、目前最先进的梳状滤波器是3D数字式梳状滤波器，它能够从空间（2D）、时间（第三维方向）将每组画面的亮度及色度信号精确地分离，有效消除影响信号中的杂波、斑点、色彩重叠现象，使画面更加清晰。
2、较好的梳状滤波器必须是双制式梳状滤波器——尤其是对国内消费者来说；
3、数字梳状滤波器有不同的自适应算法，因此各家效果也不同。但视频存贮能力（相当于显卡的显示缓存）越大，视频处理芯片越精密，算法越复杂其Y/C分离效果越好。
直观看图辨优劣：
好，理论归理论，实际归实际，那么梳状滤波器对哪些画面更敏感呢？我们来看看下面的电视信号测试图：
竖直线条疏密相间，还有各种同心圆最能看出画面清晰度和亮色串扰问题，不过这种电视标准信号发生碟片可真不好弄。笔者手头只有一张低清晰度版本的，只能说明部分问题。
左右分别为无Y/C分离和3D梳状滤波画面，是不是大不一样？
DPTV-DX的实际效果图，梳状滤波还是很干净的。
这张图是Trident官方提供的资料，梳状滤波效果很明显。
其实呢大商场里比比皆是的实际演示碟很容易说明问题，关键是很多人不了解应该在哪些场景下进行判断：
我们注意上图色块交界处合，垂直线条处的细节是最容易出现问题的地方。
大面积色块交界处，所有有细小竖直或者横向条纹的画面细节、画面上的文本处，都是梳状滤波器大显身手的地方。梳状滤波器将亮色分离得更彻底，使画面更清晰、纯净和细腻完美。
看这种纵横交错的高楼大厦最能看出电视画面的好坏，比较差的（比如普通隔行无三行梳状滤波）电视机在这种地方原形毕露，模糊且闪烁得厉害。
再举一个例子当更能说明问题，看小包中间的竖直条纹是否清晰，好的梳状滤波器能有效去除亮度、色度串扰及色彩斑点。还有一个地方很说明问题，就是有大片郁郁葱葱的绿色植物时的电视画面……我不会骗你的，在这个地方是考验电视机真功夫的地方。
上面是举例说明梳状滤波器对哪些画面有影响，下面是相同画面的对比。
例一：
通过篮子的篾条可以很明显地看出，普通梳状滤波器的水平清晰度不错，但是在垂直方向上不是很好。
数字梳状滤波器更好的进行亮色分离，所以图像的垂直清晰度得到了提高。
而3D数字梳状滤波器更将斜线方向的信号干净地分离，这一点在篮子的提手上表现得很明显。
例二：
有没有梳状滤波器效果大不相同，所以说梳状滤波器不是可有可无的问题，而是没有梳状滤波器就一定是垃圾产品的问题。
各种梳状滤波器的区别：
实际电视画面比较：
无梳状滤波器，亮色窜扰，高频信号丢失
有梳状滤波器，画面整洁干净，决无上述弊端
无梳状滤波器，白色字符上出现不应有的串色，字符边缘粗糙。
有梳状滤波器，白色字符上白色干净，字符边缘清晰。
想来大家看了这么多对比画面当能对梳状滤波（最简单的理解是它能像一把梳子一样把画面不良信号梳干净）有了清晰的概念
数字梳状滤波器 梳状滤波对于画面质量是非常重要的一个技术，因此我们有必要对其进行详细刨析。 那么具体什么是梳状滤波器呢？这就要从源头（信号源）开始讲起了，一开始，接收视频的Video端子是Composite端子（比如RF射频接口和AV接口），它所能接收的信号叫Composite Video Signal，即混合视频信号（也称复合信号），什么意思呢？因为这个Composite（混合）信号包括了亮度（Luminance，用字母Y表示）和色度/彩度（Chrominace）两方面的信号，视频电路要做的工作就是Y/C进行分离处理，目前的梳状滤波器是在保证图像细节的情况下解决视频信号亮色互窜的唯一方法，其内部有许多按一定频率间隔相同排列的通带和阻带，只让某些特定频率范围的信号通过，因为其特性曲线象梳子一样，故人们称之为梳状滤波器（Comb Filtering）。 梳状滤波器一般由延时、加法器、减法器、带通滤波器组成。对于静止图像，梳状滤波在帧间进行，即三维梳状滤波。对活动图像，梳状滤波在帧内进行，即二维梳状滤波。高档数字电视机采用行延迟的梳状滤波器与带通滤波器级联，构成Y/C分离方案就可获得满意的图像质量。使用梳状滤波器能使图像质量明显提高。解决了色串亮及亮串色造成的干扰光点、干扰花纹；消除了色度正交分量U、V色差信号混迭造成的彩色边缘蠕动；消除了亮、色镶边，消除了高频信号的色彩错误和灰度值表示错误。有一段时期国内很多工厂（为了节省成本）使用模拟的方式实现梳状滤波器，实际上效果很不好，原因有两个，一是延迟器件的带宽很难保证，二是解决行相关性差问题的自适应电路很复杂。而在数字电路里，只要有足够的存储器，就可以保证足够的延迟时间与信号带宽，且复杂的自适应电路很容易集成在芯片中硬件固化。 梳状滤波器原理及发展历史： 梳状滤波器采用频谱间置技术，理论上可以保证亮度和色度的无失真分离。如果我们好好回顾一下梳状滤波器的发展历程，将对其有个清醒的认识。 第一阶段：采用频率分离法将Y/C信号分开。这种方法是利用色度信号以副载波方式传输这一特点（PAL制副载波为4.43MHz，NTSC制副载波为3.58MHz），用选频电路将Y/C 信号分开。 内部由LC带通滤波器和陷波器组成，将视频信号通过一个中心频率（fsc）为色度信号窄带（比如PAL制式4.43MHz频率副载波）带通滤波器，取出色度信号。再将亮度信号经过一个中心频率为色度信号副载波4.43MHZ的色度陷波器，吸收色度信号，从而得到亮度信号。这种方法简单易行，采用元器件少且成本低，所以在早期彩电中应用得比较广泛。
NANHUA University 课程设计(论文) 题目梳状滤波器 学院名称电气工程学院 指导教师陈忠泽 班级电子091班 学号 20094470128 学生姓名周后景 2013年 1 月
摘要 现如今随着电子设备工作频率范围的不断扩大，电磁干扰也越来也严重，接收机接收到的信号也越来越复杂。为了得到所需要频率的信号，就需要对接收到的信号进行过滤，从而得到所需频率段的信号，这就是滤波器的工作原理。对于传统的滤波器而言，如果滤波器的输入，输出都是离散时间信号，则该滤波器的冲激响应也必然是离散的，这样的滤波器定义为数字滤波器。它通过对采样数据信号进行数学运算来达到频域滤波的目的。滤波器在功能上可分为四类，即低通（LP）、高通（HP）、带通（BP）、带阻（BS）滤波器等，每种又有模拟滤波器（AF）和数字滤波器（DF）两种形式。对数字滤波器，从实现方法上，由有限长冲激响应所表示的数字滤波器被称为FIR滤波器，具有无限冲激响应的数字滤波器增称为IIR滤波器。在MATLAB工具箱中提供了几种模拟滤波器的原型产生函数，即Bessel低通模拟滤波器原型，Butterworth滤波器原型，Chebyshev（I型、II型）滤波器原型，椭圆滤波器原型等不同的滤波器原型。本实验需要产生滤除特定频率的梳状滤波器 关键字： MATLAB,，梳状滤波器
引言 随着社会的发展，各种频率的波都在被不断的开发以及利用，这 就导致了不同频率的波相互之间的干扰越来越严重，因此滤波器的市 场是庞大的。所以各种不同功能滤波器的设计就越来越重要，在此要 求上实现了用各种不同方式来实现滤波器的设计。本设计通过MATLAB 软件对IIR 型滤波器进行理论上的实现。 设计要求 设计一个梳状滤波器，其性能指标如下，要求阻带最小衰减为 dB As 40=，N=8..0=ω?8rad π 手工计算 因为梳状滤波器的转移函数公式为H(Z)=b N N eZ Z ----11 ，现已知N=8，As=40dB, 2498.0=ω?rad π， H(jw e )=b jwN jwN e e ---- 11,b=21 +因为As=60Db,故)(jw e H =0.01 H(jw e )=b jwN e e --- 11 = 21 +)sin (cos 1)sin (cos 1wN j wN wN j wN ---- =
梳状滤波器工作原理 梳状滤波器对于画面质量是非常重要的一个技术。一开始,接收视频的Video端子是Composite端子(比如RF射频接口和AV接口),它所能接收的信号叫Composite VideoSignal,即混合视频信号(也称复合信号)。因为这个Composite(混合)信号包括了亮度(Luminance,用字母Y表示)和色度/彩度(Chrominace)两方面的信号,视频电路要做的工作就是Y/C进行分离处理,目前的梳状滤波器是在保证图像细节的情况下解决视频信号亮色互窜的唯一方法,其内部有许多按一定频率间隔相同排列的通带和阻带,只让某些特定频率范围的信号通过,因为其特性曲线象梳子一样,故人们称之为梳状滤波器。 图2-6-1 梳状滤波器框图 梳状滤波器主要由延迟线和相加电路、相减电路构成的，用以分离FU 和±FV。一个实际的梳状滤波器电路如图2-6-1所示。其中V1为延时激励放大器，DL为延迟线，T1为裂相变压器、L1为调谐电感，C2为耦合电容。 色度信号F经电容C1耦合加于V1基极，经放大后由集极输出，再经延迟线由A点加至裂相变压器T1上端，取自Rw的直通信号经C2耦合加至T1中点，这样可在输出端分别得到相加和相减输出。将直通信号和延迟信号分别以un和un-1表示，其输出电压的合成原理图如图4-32等效电路所示。调节Rw可保证两信号幅度严格相等，输出分离更彻底。 延迟线DL多为超声延迟线，它由输入、输出压电换能器和延迟介质组成。压电换能器由多晶压电陶瓷薄片制成，当信号加到输入压电换能器两端面的电极上时，输入信号在延迟介质中激起机械振动，形成超声波。延
迟介质多为熔融石英或玻璃，超声波在玻璃中传播速度较低，再将其制作 成如图4-33形式，经多次反射超声波方到达输出换能器还原为电信号，这 样使可大大地缩小延迟线体积。为使超声波按规定的路径传播，减少不规 则反射引起的干扰杂波，在延迟线表面涂有若干吸声点，吸声点所涂吸声 材料为橡胶、环氧树脂和钨粉配制而成。最后用塑料外壳封装，以减小外 界的影响。 2.6.2 PAL 解码器的梳状滤波器 PAL 的特殊电路是梳状滤波器.为使它 能够有效的分离两个色度分量,延时线的 延时时间要有准确的数值. 延时线延迟时 间τd 应选择得既非常接近行周期(64μ s)，以便相加、减时是相邻行相应像素间 的加或减；而又必须为副载波半周期的整 数倍，以保证延时前、后色度信号副载波相位相同(0°)或相反(180°)。由 fSC=283.75fH+25Hz 的关系，则行周期TH 与副载波TSC 之间的关系为： τd 可选为副载波半周期TSC/2的567倍或568倍。通常为567, τd 略小于行周期,若为568则略大于行周期 梳状滤波器：作用是将色度信号分离出两个色差分量FU 、FV ，组成包 括一行延时线、加法器和减法器。 传统的色度延时电路采用64μs 超声波玻璃延时线，其原理是利用输 入、输出换能器实现电—超声波—电信号间的转换。 在梳状滤波器中，延时线的精确延时时间为63.943μs ，延时后的信号 与直通信号在加法器和减法器中运算，完成色度分量的分离任务。 设输入到梳状滤波器的第n 行色度信号为 F(n)=Usin ωSCt+Vcos ωSCt=FU+FV (2―35) 则第n+1行色度信号必然为
梳状滤波器的设计与应用 梳状滤波对于画面质量是非常重要的一个技术，因此我们有必要对其进行详细刨析。 那么具体什么是梳状滤波器呢？这就要从源头（信号源）开始讲起了，一开始，接收视频的Video端子是Composite端子（比如RF 射频接口和AV接口），它所能接收的信号叫CompositeVideoSignal，即混合视频信号（也称复合信号），什么意思呢？因为这个Composite （混合）信号包括了亮度（Luminance，用字母Y表示）和色度/彩度（Chrominace）两方面的信号，视频电路要做的工作就是Y/C进行分离处理，目前的梳状滤波器是在保证图像细节的情况下解决视频信号亮色互窜的唯一方法，其内部有许多按一定频率间隔相同排列的通带和阻带，只让某些特定频率范围的信号通过，因为其特性曲线象梳子一样，故人们称之为梳状滤波器（CombFiltering）。 梳状滤波器一般由延时、加法器、减法器、带通滤波器组成。对于静止图像，梳状滤波在帧间进行，即三维梳状滤波。对活动图像，梳状滤波在帧内进行，即二维梳状滤波。高档数字电视机采用行延迟的梳状滤波器与带通滤波器级联，构成Y/C分离方案就可获得满意的图像质量。使用梳状滤波器能使图像质量明显提高。解决了色串亮及亮串色造成的干扰光点、干扰花纹；消除了色度正交分量U、V色差信号混迭造成的彩色边缘蠕动；消除了亮、色镶边，消除了高频信号的色彩错误和灰度值表示错误。有一段时期国内很多工厂（为了节省成本）使用模拟的方式实现梳状滤波器，实际上效果很不好，原因
有两个，一是延迟器件的带宽很难保证，二是解决行相关性差问题的自适应电路很复杂。而在数字电路里，只要有足够的存储器，就可以保证足够的延迟时间与信号带宽，且复杂的自适应电路很容易集成在芯片中硬件固化。 梳状滤波器原理及发展历史：梳状滤波器采用频谱间置技术，理论上可以保证亮度和色度的无失真分离。如果我们好好回顾一下梳状滤波器的发展历程，将对其有个清醒的认识。 第一阶段：采用频率分离法将Y/C信号分开。这种方法是利用色度信号以副载波方式传输这一特点（PAL制副载波为4.43MHz，NTS C制副载波为3.58MHz），用选频电路将Y/C信号分开。内部由LC 带通滤波器和陷波器组成，将视频信号通过一个中心频率（fsc）为色度信号窄带（比如PAL制式4.43MHz频率副载波）带通滤波器，取出色度信号。再将亮度信号经过一个中心频率为色度信号副载波4. 43MHZ的色度陷波器，吸收色度信号，从而得到亮度信号。这种方法简单易行，采用元器件少且成本低，所以在早期彩电中应用得比较广泛。
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数字梳状滤波器 梳状滤波对于画面质量是非常重要的一个技术，因此我们有必要对其进行详细刨析。 那么具体什么是梳状滤波器呢？这就要从源头（信号源）开始讲起了，一开始，接收视频的Video端子是Composite端子（比如RF射频接口和AV接口），它所能接收的信号叫Composite Video Signal，即混合视频信号（也称复合信号），什么意思呢？因为这个Composite（混合）信号包括了亮度（Luminance，用字母Y表示）和色度/彩度（Chrominace）两方面的信号，视频电路要做的工作就是Y/C进行分离处理，目前的梳状滤波器是在保证图像细节的情况下解决视频信号亮色互窜的唯一方法，其内部有许多按一定频率间隔相同排列的通带和阻带，只让某些特定频率范围的信号通过，因为其特性曲线象梳子一样，故人们称之为梳状滤波器（Comb Filtering）。 梳状滤波器一般由延时、加法器、减法器、带通滤波器组成。对于静止图像，梳状滤波在帧间进行，即三维梳状滤波。对活动图像，梳状滤波在帧内进行，即二维梳状滤波。高档数字电视机采用行延迟的梳状滤波器与带通滤波器级联，构成Y/C分离方案就可获得满意的图像质量。使用梳状滤波器能使图像质量明显提高。解决了色串亮及亮串色造成的干扰光点、干扰花纹；消除了色度正交分量U、V色差信号混迭造成的彩色边缘蠕动；消除了亮、色镶边，消除了高频信号的色彩错误和灰度值表示错误。有一段时期国内很多工厂（为了节省成本）使用模拟的方式实现梳状滤波器，实际上效果很不好，原因有两个，一是延迟器件的带宽很难保证，二是解决行相关性差问题的自适应电路很复杂。而在数字电路里，只要有足够的存储器，就可以保证足够的延迟时间与信号带宽，且复杂的自适应电路很容易集成在芯片中硬件固化。 梳状滤波器原理及发展历史： 梳状滤波器采用频谱间置技术，理论上可以保证亮度和色度的无失真分离。如果我们好好回顾一下梳状滤波器的发展历程，将对其有个清醒的认识。 第一阶段：采用频率分离法将Y/C信号分开。这种方法是利用色度信号以副载波方式传输这一特点（PAL制副载波为4.43MHz，NTSC制副载波为3.58MHz），用选频电路将Y/C 信号分开。 内部由LC带通滤波器和陷波器组成，将视频信号通过一个中心频率（fsc）为色度信号窄带（比如PAL制式4.43MHz频率副载波）带通滤波器，取出色度信号。再将亮度信号经过一个中心频率为色度信号副载波4.43MHZ的色度陷波器，吸收色度信号，从而得到亮度信号。这种方法简单易行，采用元器件少且成本低，所以在早期彩电中应用得比较广泛。
基于谐波小波的梳状滤波器设计及应用 针对数字滤波器设计问题，利用谐波小波在频域具有良好的盒形特性，以及傅里叶变换的尺度、线性、频移特性，研究了一种通过叠加多个具有不同中心频率的谐波小波，在频域构建出平顶滤波器的方法；结果表明：基于谐波小波设计的梳状滤波器设计方法易于理解和编程实现，通过合理选择带宽参数即可设计出工程应用所需的高性能多通带滤波器。 标签：信号处理；梳状滤波；滤波器设计；谐波小波 滤波是信号分析中较为常用的手段之一，它的目的主要在于信号选频，将所需要的频率选取出来，而将不需要的频率成分衰减掉。当信号在复杂系统中传输时，每通过其中的一个环节，都会受到该环节传输特性的影响，使信号有所变化（衰减、放大、延迟等），这就形成了更为广泛的滤波和滤波器的概念。 按照信号处理的性质，滤波器可分为模拟滤波器和数字滤波器。数字滤波器的实现不但比模拟滤波器容易的多，而且还能获得较理想的滤波器性能，在数字信号处理中应用非常广泛。在经典数字滤波器设计中包括无限冲激响应滤波器（IIR，Infinite Impulse Response）设计和有限冲激响应滤波器（FIR，Finite Impulse Response）设计两大类。FIR滤波器可实现线性相位，为获得较好的性能，常需要较高的阶次，若对信号处理的实时性没有特殊要求，FIR滤波器是较好的选择。 经典滤波器的设计原理和方法都很成熟。笔者利用谐波小波在时域、频域都具有良好集中性的特点，以及傅里叶变换的尺度、线性、频移特性，研究了一种通过多个具有不同中心频率的谐波小波时域叠加，在频域构建出平顶滤波器的设计方法。利用MATLAB软件编写了应用程序，并结合仿真信号进行了验证。 1 谐波小波 1993年由英国剑桥大学D.E.Newland教授首先提出的谐波小波概念，这种小波有优秀的紧支性以及完全”盒形”的频域特性，具有更为广泛意义的正交性，可以更为灵活的实现时频分解，没有二进限制。 2 梳状滤波 广义谐波小波实质上等价于一个可以任意调节通带位置的理想带通滤波器，在实际应用中，由于存在时域截断，所以其频谱会有严重的Gibbs现象，即纹波现象。为了压制纹波，常用的做法是叠加边瓣较小的窗函数，比如汉宁窗、海明窗或高斯窗。其中，汉宁窗和海明窗由于无法调节衰减频率，因此在实际应用中较为受限，而高斯窗可以通过调节带宽参数来调节衰减频率从而可以适用于各种场合。引入高斯因子而构造的复解析带通滤波器的时域表达式为： 其中，a为高斯窗的带宽参数。通过设置不同的带宽参数a就可以达到调节
累积梳状（CIC ）滤波器分析与设计 1、累积梳状（CIC ）滤波器的分析 所谓累积梳状滤波器，是指该滤波器的冲激响应具有如下形式： ?? ?-≤≤=其它 ,01 0,1)(N n n h （1） 式中N 为梳状滤波器的系数长度（后面将会看到这里的N 也就是抽取因子）。根据Z 变换的定义，滤波器的Z 变换为： ∑-=-?=1 )()(N n n z n h z H 1 11----=z z N ) 1(111 N z z ---?-= )()(21z H z H ?= （2） 式中， 1 111)(--= z z H （3） N z z H --=1)(2 （4） 其实现框图如图1所示： 可见，CIC 滤波器是由两部分组成：累积器)(1z H 和梳状滤波器)(2z H 的级联，这就是为什么称之为累积梳状滤波器的原因。下面分析一下梳状滤波器的幅频特性。 把ωj e z =代入可得)(2z H 的频率响应为： N j j e e H ωω--=1)(2 ]2 [ 22 /2 /2 /N j N j N j e e e ωωω-??--?= )2/s i n (22/N e N j ωω?=?- （5） )(2z H )(1z H 图1、累积梳状滤波器的实现框图
其幅频特性为： )2/s i n (2)(2N e H j ωω?= （6） 若设N ＝7，就可以得到如图2所示的相应的频谱特性曲线： 由图2可以清楚地看到： ) (2ω j e H 的形状犹如一把梳子，故把其形象地称之为梳 状滤波器。同样可以求得累积器) (1 z H 的频率响应为： ω j e z H --= 11)(1 1 2 /2 /2 /]2 [ 2---=ωωωj j j e e e 1 2 /) 2 (s i n 2 -?= ω ωj e （7） 故CIC 滤波器的总频率响应为： )()()(21ωωωj j j e H e H e H ?= )2/s i n (/)2/s i n (ωω N = ) 2 ( )2 ( 1 ω ω-??=Sa N Sa N （8） 式中，x x x Sa /)sin()(=为抽样函数，且1)0(=Sa ，所以CIC 滤波器在0=ω处的幅度值为N ，即： N e H j =)(0 （9） CIC 滤波器的幅频特性如图3所示： 图2、N=7的梳状滤波器幅频特性曲线 图3、CIC 滤波器的幅频特性曲线
本科生毕业论文设计 题目： 3.4GHz 梳状线腔体滤波器的设计 系 部 学科门类 工 学 专 业 电子信息工程 学 号 姓 名 指导教师 年 月 日 装 订 线
3.4GHz梳状线腔体滤波器的设计 摘要 在当今通信领域中，微波滤波器在通信设备中占有重要的地位，在微波毫米波通信、卫星通信、雷达、导航、制导、电子对抗、测试仪表等系统中，有着广泛的应用。梳状线滤波器具有小体积、高Q值、高功率容量等优点，是微波滤波器中常见的腔体形式，工程实用性较强，广泛应用于通信及其它领域。本文从滤波器的工作原理出发，分析了梳状线带通滤波器的结构特征，并利用软件Ansoft HFSS进行仿真，最后基于仿真结果制作出实物并进行了调试，使其最终达到预期的指标。 关键词：梳状线滤波器仿真调试
ABSTRACT In the field of current communication, Comb-line filters occupies an important position in communication equipment. Microwave filters has a wide range of applications in microwave communication, millimeter wave communication, satellite communication, radar, navigation, guidance, electronic against, testing instruments system. Comb-line filters have small size, high Q value, high power capacity etc, and is common in microwave filters of the recessed forms, therefore it widely used in communications and other fields . Based on the theory of filters, the structure characters of comb-line band-pass filter have been analyzed and the typical parameters have been calculated. Then the filter is simulated with software Ansoft HFSS. At last, I have manufactured a practicality based on the results of simulation and debugged it for the purpose of achieving anticipative targets. Key words：Comb-line Filter Simulation Debug
第31卷 第1期2004年1月 中 国 激 光 CHI NESE JOURNA L OF LASERS V ol.31,N o.1 January ,2004 文章编号:025827025(2004)0120074203法布里2珀罗型光学梳状滤波器的设计 邵永红,姜耀亮,郑 权,钱龙生 (中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130021) 摘要 提出了一种新型光学梳状滤波器,它由双G ires 2T ournois 谐振腔代替Michels on 干涉仪的两个全反射镜构成。基于Michels on 干涉原理,给出了零畸变、高信道隔离度、宽平坦带宽、高一致性、结构简单、性能稳定的光学梳状滤波器的设计原理。设计了信道间隔为50G H z ,畸变<0105dB ,1dB 带宽大于0138nm ,相邻信道间隔离度大于23dB 的光学梳状滤波器。 关键词 光电子学;光学梳状滤波器;G ires 2T ournois 谐振腔;Michels on 干涉仪中图分类号 T N 929111 文献标识码 A Design of I nterleaver Using F abry 2Perot I nterferometer SHAO Y ong 2hong ,J I ANG Y ao 2liang ,ZHE NG Quan ,QI AN Long 2sheng (Changchun Institute o f Optics ,Fine Mechanics and Physics ,The Chinese Academy o f Sciences ,Changchun ,Jilin 130021,China ) Abstract A novel Interleaver using a m odified Michels on interferometer in which its reflecting mirrors are replaced by tw o G ires 2T ournois res onators is presented.On basis of the theory of Michels on interference ,a designing principle of the interleaver which has square 2like frequency response with zero ripple ,wide flat 2top ,unity contrast ,simple structure ,and stable performance is given.The device which possesses channel spacing of 50G H z ,ripple less than 0.05dB ,1dB bandwidth m ore than 0.38nm ,and close channel is olation m ore than 23dB has been designed. K ey w ords optoelectronics ;interleaver ;G ires 2T ourn ois res onator ;M ichels on interferometer 收稿日期:2002205216;收到修改稿日期:2002207208 基金项目:国家863计划项目(8632307222252)和中国科学院光电科技集团项目(KG CX 22405)资助课题。 作者简介:邵永红(1972— ),男,吉林省德惠市人,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学专业博士研究生,主要从事光通讯器件和全固态激光器的研究。E 2mail :yhs 201@https://www.doczj.com/doc/de2621580.html, 随着信息通信的迅猛发展,语音、图像、数据的信息交流的日益增多,尤其是因特网的广泛应用,人们对宽带通信提出了更高的要求,采用波分复用(W DM )和密集型波分复用(DW DM )技术已成为扩大通信容量的最佳方案之一,并被广泛应用[1]。然而由于受到制造工艺及材料方面的限制,目前已商品化的几种器件很难做到信道间隔100GH z 以下,而且随着复用信道数的增加,器件的整体性能降低而成本提高。为了能够进一步扩大带宽,更好地利用现有的掺Er 光纤放大器(E DFA )带宽系统,同时避免器件技术的过分复杂化和太高的成本,在2000年3月OFC 展览上,人们提出一种群组滤波器,称之为Interleaver 即光学梳状滤波器,它的作用是将一路波 长光信号分成两路,分别包含奇数路波长和偶数路波长,信道间隔倍增,其功能如图1。可见利用这种技术既可以减轻现有DW DM 器件复用/解复用对波长间隔要求的负担,又能提高系统传输容量。目前实现Interleaver 的技术有很多[2～4],如光纤 马赫2曾德尔(fiber Mach 2Z ehnder ,FM 2Z )干涉仪型、偏振光干涉型、光纤光栅组合型和单G 2T 腔Michels on 干涉型[5]等。FM 2Z 干涉仪型属于全光纤设计,插入损耗小,信道均匀性高,偏振相关损耗低。但光纤耦合器在拉制工艺方面难度大。偏振型Interleaver 是利用晶体的双折射效应和偏振光干涉原理,其插入损耗大,并且由于双折射晶体较长,温度补偿、加工尺寸控制及封装难度大。利用光纤光栅与环形器构
Application Note Using Serenade Wireless Design Suite to Design a Microstrip Hairpin Filter for the 1900MHz Wireless PCS Band. by Luigi Greco, Ph.D. Applications Engineer Abstract This application note discusses the design procedure for a 1900MHz PCS microstrip hairpin filter using Serenade Wireless Design Suite. The design procedure includes entering the schematic of the filter, simulation, optimization and layout. Introduction In today’s fast-growing wireless industry, time to market is critical. Smaller and less expensive units are becoming the norm and the use of CAD tools to quickly and accurately simulate the behavior of wireless components becomes more important as designs become more complex and prototyping cycles become shorter. Serenade combines all the tools necessary to decrease time to production by utilizing an intuitive schematic capture interface, efficient and accurate linear and non-linear simulators and an integrated layout tool to view and export the design in a wide range of formats without repeated attempts at bench prototyping. In this application note, a 3-section microstrip hairpin filter tuned for the 1900MHz PCS band is used as an example to demonstrate the capabilities of Serenade in the design of distributed element passive devices for microwave frequencies.Background Lumped element filters are impractical for compact designs of wireless communications equipment, especially hand-held devices. Distributed element filter design offers a much smaller area and profile. With the advent of advanced substrate materials offering very high dielectric constants with low loss, the size reduction with preserved efficiency is greatly enhanced. The microstrip hairpin filter is ideal for microwave frequencies thus facilitating fabrication. The theory governing coupled distributed element filters will not be discussed here, but the details can be found elsewhere [1]. The length of the coupled lines to provide a bandpass response at the frequency of interest is a half wavelength. At a half-wavelength the coupled lines need not be connected to the ground plane, which simplifies its fabrication. Initial values for the microstrip filter dimensions can be calculated with Serenade’s Transmission Line Designer. These values are entered into the circuit design and subsequently optimized, as will be discussed later. Three hairpin structures in the filter will provide sufficient flatness over the 1850MHz to 1990MHz band.
实验题目3：梳状滤波器的应用 实验目的： 录制一段自己的话音，时间长度及取样频率自定；对该段声音加入一次反射、三次反射和无穷多次反射。 试验内容： 1、对试验原理的说明 回声可以认为是由原始声音衰减后的多个延迟叠加组成的，因此回声可以用延迟单元来生成。x(n)表示原始声音信号，a为衰减系数，T为延迟周期，回声信号Y(n)=X(n)+a*x(n‐T）+a^2*x(n‐2T)+……+a^k*x(n‐kT)。Z变换后的系统函数H(z)可由梳状滤波器实现。本实验用MATLAB中的filter(b,a,x)函数可用来仿真差分方程 a(1)*y(n)=b(1)*x(n)+b(2)*x(n‐1)+...+b(nb+1)*x(n‐nb)‐a(2)*y(n‐1)‐...‐a(na+1)*y(n‐na)。 2、在同一张图上，绘制原声音序列x(n)、加入一次反射后的声音序列x1(n)、加入三次反射后的声音序列x3(n)和加入无穷多次反射后的声音序列x I(n)。 [x, fs] = wavread('a.wav'); % sound(x, fs); a = 0.6; T = 0.2; y1 = filter([1, zeros(1,T*fs-1), a], 1, x); % sound(y1, fs); wavwrite(y1, fs, 'echo1.wav'); y2 = filter([1, zeros(1,T*fs-1), a, zeros(1,T*fs-1), a^2, zeros(1,T*fs-1), a^3], 1, x); % sound(y2, fs); wavwrite(y2, fs, 'echo2.wav'); y3 = filter(1, [1, zeros(1,T*fs-1), a], x); % sound(y3, fs); wavwrite(y3, fs, 'echo3.wav'); plot(y3, 'm'); hold on; plot(y2, 'r'); hold on; plot(y1, 'g'); hold on; plot(x, 'b');
一抽头式梳状滤波器的设计 董利芳 王锡良 朱庆福 （电子科技大学电子工程学院 成都 610054） 【摘要】利用提取有载品质因数e Q 的方法来得到输入输出的单元初值，比传统的等效电路法方便快捷，并且实践证明 这种方法比较准确，为抽头式滤波器的设计提供了一种更有效的方法。 关 键 词 有载品质因数e Q ； 群时延； 抽头式 1. 引言 微波滤波器在微波毫米波通信，卫星通信，雷达，导航，制导，电子对抗，测试仪表等系统中有着广泛的应用，由于小型滤波器在高频器件中体现出许多优点,如体积小,重量轻,插损小,而且在宽频带中对谐振有很好的抑制作用，精确而又快速地设计各种滤波器成为人们普遍关注的问题。梳状滤波器由于采用了较大的加载电容，使其谐振线小于八分之一波长，其结构紧凑，体积小，强度高，应用范围广，其理论部分已在参考文献 [1] 中有详细的阐述。圆杆梳状线滤波器由于谐振杆采用了圆杆因而其加工难度降低，容易 保证技术指标的实现，其功率容量比矩形杆梳状滤波器高，具有比矩形杆梳状滤波器优良的性能。 本文主要论述了抽头式输入输出结构的梳状滤波器，在结构上更加紧凑，并且抽头单元对滤波器整体性能的影响较大，所以传统基于等效电路法所设计的微波滤波器调试难度大，研制周期长。在滤波器设计中，有载品质因数e Q 起到了至关重要的作用，因为e Q 提供了滤波器和外部电路的关系，保证了输入\输出的阻抗匹配，决定了输入输出单元。本文利用提取有载品质因数的办法来得到输入输出单元的初值，比传统的等效电路法更方便快捷。 2. 梳状滤波器的设计 所谓有载品质因数e Q ，就是终端电阻反射到第一个串联（或并联）谐振器中所得的[1] Q 值，按此定义以及倒置变换器的定义，如图1所示，左端的终端电阻反射到第一个串联谐 Z 1 n Z + 图1带有倒置变换器的低通原型滤波器 振器中的电阻是 /2 01k z 0（由J 变换器构成的并联谐振器回路定义方法相同） ，由低通到带通的频率变换，可以求得带通滤波器中串联谐振器的感抗为 10s L ω=1x ，故其有载品质因数e Q 值是 [2]e Q = 2 011 /z k x =BW g g c Ω10 同样得出第n 个谐振器的有载品质因数值是 e Q = 1 2 1,/++n n n n z k x =BW g g c n n Ω+1 （c Ω为归一化的频率，BW 为相对带宽）
梳状滤波器实现 摘要 本文中根据实际使用产生回声的“梳状滤波器”进行MATLAB 实现。分别从时域和频域两个角度仿真模拟梳状滤波器的效果。时域采用“延时拼凑”的方法，直观地产生回声效果。频域模拟典型梳状传输函数来实现。 关键字 梳状滤波器 时域 频域 传输函数 MATLAB 提出问题 梳状滤波器它是由许多按一定频率间隔相同排列的通带和阻带，只让某些特定频率范围的信号通过。梳状滤波器其特性曲线象梳子一样，故称为梳状滤波器。 那么如何在MATLAB 环境下实现梳状滤波器呢？ 解决方案 1.差分方程仿真梳状滤波器 回声可以认为是由原始声音衰减后的多个延迟叠加组成的， 因此回声可以用延迟单元来生成。 x(n)表示原始声音信号，x(n-N)是原始信号在时间轴上 延时N 后的信号，a 为衰减系数，T 为延迟周期，回声信 号[][][]...[]k y n x n ax n T a x n kT =+-++-。 图解如右： 因此，构建差分方程能从时域的角度实现梳状滤波的效果。 2.构建递归数字滤波器的传输函数 按照书中P190提供的传输函数81()10.5e j H -ΩΩ=-进行试验取一段音频文件（hello.wav ）作为输入x[n]，观察检测输出效果y[n]。 具体实现 1. 差分方程仿真
MATLAB代码如下： [x, fs] = wavread('hello.wav');% sound(x, fs); a = 0.6; T = 0.2; y1 = filter([1, zeros(1,T*fs-1), a], 1, x);% sound(y1, fs); wavwrite(y1, fs, ''hello.wav '); y2 = filter([1, zeros(1,T*fs-1), a, zeros(1,T*fs-1), a^2, zeros(1,T*fs-1), a^3],1, x); y3 = filter(1, [1, zeros(1,T*fs-1), a], x);% sound(y3, fs); wavwrite(y3, fs, ''hello.wav '); plot(y3, 'm'); hold on; plot(y2, 'r'); hold on; plot(y1, 'g'); hold on; plot(x, 'b'); *代码引入函数解释： 1.y=filter(p,d,x)用来实现差分方程d表示差分方程输出y的系数， p表示输入x的系数， x表示输入序列。 实现差分方程，先从简单的说起： filter([1,2],1,[1,2,3,4,5])，实现y[k]=x[k]+2*x[k-1] y[1]=x[1]+2*0=1 (x[1]之前状态都用0) y[2]=x[2]+2*x[1]=2+2*1=4 2. zeros(M,N)生成M行N列的0矩阵 3. [y,fs,nbits]= wavread(wavFile1); y就是被载入的音频信号； fs是采样频率，比如说16000就是每秒16000次； nbit是采样精度，比如说16就是指16位精度的采样； 4.hello.wav 为事先用Cool Edit录制好的发音为“hello”的音频文件，并导入进document/MATLAB中 *绘图结果：