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CVBS视频信号解析 张智睿 视频信号简介 CVBS中文名字叫复合视频广播信号或复合视频消隐和同步 CVBS是被广泛使用的标准 也叫做基带视频或RCA视频 是 美国 国家视标准委员会 NTSC 电视信号的传统图像数据传输方法 它以模拟波形来传输数据 复合视频包含色差 色调和饱和度 和亮度 光亮 信息 并将它们同步在消隐脉冲中 用同一信号传输 它是一个模拟电视节目 图片 信号在与声音信号结合 并调制到射频载波之前的一种格式 在快速扫描的NTSC电视中 甚高频 VHF 或超高频 UHF 载波是复合视频所使用的调整振幅 这使产生的信号大约有6MHz宽 一些闭路电视系统使用同轴电缆近距离传输复合视频 一些DVD播放器和视频磁带录像机 VCR 通过拾音插座提供复合视频输入和输出 这个插座也叫做RCA连接器 复合视频中 色差和亮度信息的干涉是不可避免的 特别是在信号微弱的时候 这就是为何远距离的使用VHF或UHF的NTFS电视台用老旧的鞭形天线 兔子耳朵 或室外的 空中 经常包含假的或上下摇动的颜色 CVBS是一种比较老的显示方式 更准确的说是第一代视频显示输出方式 第二代是S VIDEO 第三代是VGA 第四代是DVI 第五代是HDMI 如图 这是常见的产品CVBS接口及连接线 S端子 S VIDEO S端子可以说是AV端子的改革 在信号传输方面不再将色度与亮度混合输出 而是分离进行信号传输 所以我们又称它为 二分量视频接口 与AV接口相比 S端子不在对色度与亮度混合传输 这样就避免了设备内信号干扰而产生的图像失真 能够有效的提高画质的清晰程度 说明 S Video具体英文全称叫SeparateVideo 为了达到更好的视频效果 人们开始探求一种更快捷优秀清晰度更高的视频传输方式 这就是当前如日中天的S Video 也称二分量视频接口 SeparateVideo的意义就是将Video信号分开传送 也就是在AV接口的基础上将色度信号C和亮度信号Y进行分离 再分别以不同的通道进行传输 同AV接口相比由于它不再进行Y C混合传输因此也就无需再进行亮色分离和解码工作 而且使用各自独立的传输通道在很大程度上避免了视频设备内信号串扰而产生的图像失真 极大地提高了图像的清晰度 但S Video仍要将色度与亮度两路信号混合为一路色度信号进行成像 所以说仍然存在着画质损失的情况 如图 这是常见的产品S VIDEO接口及连接线 VGA接口VGA接口又称 D Sub 这是源于电脑的输入接口 由于CRT显示器无法直接接受数字信号的输入 所以显卡只能采取将模拟信号输入显示器的方式来获得画面 而VGA就是将模拟信号传输到显示器的接口 说明 VGA接口采用非对称分布的15pin连接方式 其工作原理 是将显存内以数字格式存储的图像 帧 信号在RAMDAC里经过模拟调制成模拟高频信号 然后再输出到等离子成像 这样VGA信号在输入端 LED显示屏内 就不必像其它视频信号那样还要经过矩阵解码电路的换算 从前面的视频成像原理可知VGA的视频传输过程是最短的 所以VGA接口拥有许多的优点 如无串扰无电路合成分离损耗等 如图 这是常见的产品VGA接口及连接线 DVI接口DVI接口与VGA都是电脑中最常用的接口 与VGA不同的是 DVI是以全数字传输的接口 所以在画质上保证了完全无压缩的传输 但并不代表其只是在电脑中的接口 实际上 无论VGA与DVI在其他领域应用的都非常广泛 比如数字化的电视等等 说明 DVI接口主要用于与具有数字显示输出功能的计算机显卡相连接 显示计算机的RGB信号 DVI DigitalVisualInterface 数字显示接口 是由1998年9月 在Intel开发者论坛上成立的数字显示工作小组 DigitalDisplayWorkingGroup简称DDWG 所制定的数字显示接口标准 DVI数字端子比标准VGA端子信号要好 数字接口保证了全部内容采用数字格式传输 保证了主机到监视器的传输过程中数据的完整性 无干扰信号引入 可以得到更清晰的图像 HDMI接口HDMI接口它同DVI一样是采用全数字化信号的传输 但是不同的是 HDMI接口不但可以提供全数字的视频信号 而且还可以同时传输音频 就好像又回到了有线的射频接口一样 只是不一样的是 采用全数字化的信号传输不会像射频那样出现视频与音频干扰导致画质不佳的情况 HDMI是基于DVI DigitalVisualInterface 制定的 可以看作是DVI的强化与延伸 两者可以兼容 HDMI在保持高品质的情况下能够以数码形式传输未经压缩的高分辨率视频和多声道音频数据 最高数据传输速度为5Gbps HDMI能够支持所有的ATSCHDTV标准 不仅可以满足目前最高画质1080p的分辨率 还能支持DVDAudio等最先进的数字音频格式 支持八声道96kHz或立体声192kHz数码音频传送 而且只用一条HDMI线连接 免除数码音频接线 同时HDMI标准所具备的额外空间可以应用在日后升级的音视频格式中 与DVI相比HDMI接口的体积更小而且可同时传输音频及视频信号 DVI的线缆长度不能超过8米否则将影响画面质量 而HDMI基本没有线缆的长度限制 只要一条HDMI缆线 就可以取代最多13条模拟传输线 能有效解决家庭娱乐系统背后连线杂乱纠结的问题 HDMI可搭配宽带数字内容保护 High bandwidthDigitalContentProtection HDCP 以防止具著作权的影音内容遭到未经授权的复制 正是由于HDMI内嵌HDCP内容保护机制 所以对好莱坞具有特别的吸引力 HDMI规格包含针对消费电子用的TypeA连接器和PC用的TypeB连接器两种 目前HDMI已经被PC业界采用 如图 这是常见的产品HDMI接口及连接线 CVBS视频信号解析 做视频处理很难免要接触电视信号 了解全电视信号的原理 当我们把电视的信号线接到示波器上看其波形时会发现其波形很乱 但总是有一些规律可循 每隔一段特别乱的波形之后有一个很小的低电平 在这其中 中间那些特别乱的波形其实就是有效像素电平的高低信号 那些很小的电平信号就是一些同步信号 关注点 1 关于像素时钟 像素时钟就是来同步像素有效信号的 每一个像素时钟来对应一个像素值 像素时钟信号有以下两个方面的作用 1 指挥RGB信号按顺序传输 像素时钟信号就像指挥员指挥队伍时发出的口令 一 二 一 二 数字RGB信号在像素时钟信号的作用下 按照一定的顺序 由驱动板传输到液晶面板中 使各电路按照一定的节拍协调地工作 2 确保数据传输的正确性 无论是驱动板电路 还是液晶面板电路 在读取数字RGB信号时 都是在像素时钟的作用与控制下进行的 各电路只有在像素时钟的下降沿 或上升沿 到来时才对数字RGB数据进行读取 以确保读取数据的正确性 2 关于行同步信号 顾名思义就是同步行扫描的信号 每行来一次 低电平有效 对于正电视信号而言 每来一次行同步信号就意味着本行扫描结束 新的一行就要开始了 3 关于场同步信号 顾名思义就是同步场扫描的信号 每场来一次 低电平有效 每来一次就意味着本场扫描结束 新的一场就要开始 4 关于场消隐和行消隐 跟在场同步和行同步之后 当一行扫到屏幕的最右头或者一场扫描到屏幕的最底端时 必须返回进行下一行或者下一场的扫描 但是又不能让人眼看出来 因此就诞生的场消隐和行消隐信号 在此期间回扫器件 虽然也是在扫描但是看不出来就像隐藏的一样 5 关于行 场 帧的概念 从屏幕上头扫到下头叫做一场 但是并不等同于一帧 一帧图像是指能够组成完整画面的图像数据 在隔行扫描中一帧包括两场 奇场和偶场 什么是 帧 在最早的电影里面 一幅静止的图像被称做一 帧 Frame 影片里的画面是每一秒钟有24帧 为什么是24帧 这个数字是怎么来的 因为人类眼睛的视觉暂留现象正好符合每秒24帧的标准 所以用多也没有意义还会浪费电影胶片 增加成本 什么是 行 在我们用的传统CRT模似电视里面 一个电子束在水平方向的扫描被称之为行 或行扫描 什么是 场 在我们用的传统CRT模似电视里面 一个行扫描 按垂直的方向扫描被称之为场 或场扫描 6 关于奇 偶场的概念 就是一帧分两场扫描 先扫描奇场再扫描偶场 两场组成一帧 一幅只含奇数行或偶数行的画面称为一 场 Field 其中只含奇数行的场称为奇数场或前场 TopField 只含偶数行的场称为偶数场或后场 BottomField 也就是说一个奇数场加上一个偶数场等于一帧 一幅图象 注 奇场和偶场在信号格式上的差别奇场的最后一行 该行只有前一半的数据是有效的视频数据 提示接下来的场是偶场 偶场的最后一行都是有效视频数据 提示接下来的场是奇场 7 视频信号电平视频信号电平定义了视频信号不同部分的电平和范围 用于定义视频信号电平的组织是IRE 无线电工程师协会 注 IRE是一个在视频测量中的单位 以创造这个名词的组织 无线电工程学会 InstituteofRadioEngineers 来命名的 例如在广播级视频电平中规定了任何视频信号在播放时的亮度电平都不能超过100IRE IRE把视频信号的有效部分 视频安全黑色 黑电平 到视频安全白色 白电平 之间平分成100份 定义为100个IRE单位 即0 100IRE 下表根据视频格式显示了不同的视频信号电平 模拟合成视频信号使用75 的输出阻抗定义为电压源 当带75 阻抗的负载时 白色电平同步通常为1V峰峰值 因此 无负载信号名义上为2V峰峰值 也就是140IRE 1Vp p 8 理解复合视频信号复合视频信号是所有需要生成视频信号的成分组合在同一信号中的信号 构成复合信号的三个主要成分如下 亮度信号 包含视频图像的强度 亮度或暗度 信息色彩信号 包含视频图像的色彩信息同步信号 控制在电视显示屏等显示器上信号的扫描 单色复合信号是由两个成分组成的 亮度和同步 图1显示了这个信号 通常成为Y信号 图1 单色复合视频信号 亮度从白过渡到黑 色彩信号通常被称为C信号 在图2中示出 图2 彩色条的色彩信息信号 包括颜色突发 复合彩色视频信号通常成为彩色视频 消隐与同步 CVBS 信号示Y与C之和 如图3所示 CVBS Y C 图3 彩色条的彩色复合视频信号 注 两个组成部分Y与C可以作为两个独立信号分开传输 这两个信号合称为Y C或S视频 9 CVBS视频信号组成复合视频信号的概念 在一个信号中包含了亮度信号 色度信号与同步信号 包括场同步 行同步信号及行场消隐信号 称为复合视频信号 又称为CVBS 表示Color Video Blanking Sync 或者compositevideobasebandsignal 复合视频信号把亮度 色度与同步信号复合在一个信号通道上传输 也就是在传输前需要把色度信号与亮度信号 合成 在一个信号里 在传输后再将色度信号与亮度信号 分离 开来 送到显示电路处理 在色度信号与亮度信号的 合成 与 分离 过程中 因为亮度信号与色度信号之间的相互干扰以及复合视频信号本身带宽的限制等 影响了图像的质量 复合视频信号 没有象射频电视广播信号那样经过调制 音 视频混合 分离 放大 检波 解调等过程 传输的图像质量 相对射频电视广播信号要好一些 但相对其它视频信号 传输的图像质量是比较差的 水平分辨率一般可达350 450线 在复合视频信号的波形中 亮度与同步信号加在一起 称为亮度信号Y Luminance Luma 色调与色饱和度通过一定的转换 转换成色差信号 然后调制在色副载波上 已调色差信号即为色度信号C Chrominance Chroma 色度信号的相位代表色相 即颜色 其幅度代表色饱和度 单一水平视频行信号由水平同步信号 后沿 活动象素场以及前沿组成 其中 水平同步 后沿 前沿 组成水平消隐 如图所示 视频信号组成 水平同步 HSYNC 信号表示每条新的视频行的开始 其后是后沿 用来作为从浮地 交流耦合 视频信号去除直流分量的参考电平 这是通过单色信号的钳制间隔实现的 对于合成彩色信号 钳制发生在水平同步脉冲中 由于大部分后沿用于色彩突发 它提供了信号色彩成分解码信息 色彩信息可以包含在单色视频信号中 复合色彩信号包含标准单色信号 RS 170或CCIR 并加入了以下成分 色彩突发 位于后沿 这是提供后续色彩信息相位和幅值参考的高频场 色彩信号 这是实际的色彩信息 它由两个以色彩突发频率调制到载波的象限成分组成 这些组成部分的相位和幅值决定了每个象素的色彩内容 视频信号的另一方面是垂直同步 VSYNC 脉冲 这实际上是在场之间发生的脉冲序列 用于通知显示器 完成垂直重跟踪 准备扫描下一场 在每个场中都有几行是不包含活动视频信息的 有些只包含HSYNC脉冲 而其他包含