视频接口那些事

1、视频接口那些事儿视频接口的故事要说视频接口的故事，就不得不提到电视的发展在这其中起到的重要的作用。自1924年第一台电视机在英国面世以来，人们再也不满足于看由别人固定好的内容。到1928年，美国RCA电视台率先播出了第一套电视片节目，从此电视机改变了人们的生活、信息传播方式和思维方式。人们步入了电视时代，从黑白到彩色，从模拟到数字，电视的法阵纷繁复杂，从实验室的笨重的大家伙走进了人们的家庭。1953年12月，美国研制了一种规范电视的标准，并以NTSC作为命名，确定了美国标准电视广播传输和接收协议。规定中确定了屏幕的分辨率、屏幕扫描方式、颜色位数、画面比例等标准，并将这套标准用于了电视信号的编码

2、和解码过程中。那时候的电视还是使用无线广播来广播电视信号，也就是电视上经常能见到的两条“辫子”。但是1940年代的美国，在公寓大厦的住户没有条件家家户户在自家屋顶上安装天线，因此公用天线电视系统应运而生。各家各户共用天线电视放大器，通过有线电缆接入到自己家中。这就是视频线最早的雏形。随着电子技术的发展，游戏机、录像机、VCD、DVD，这些“旧时王谢堂前燕”，如今“飞入寻常百姓家”，人们不再满足于被动收看电视台提供的电视节目，视频节目有了更多的选择，同时也对信号的传输过程提出了更多的要求。不仅图像要更清晰、分辨率要足够大，对传输信号的多样性也有了更多的要求。近几年飞速发展的数字图像技术和多终端技

3、术，更是提高了人们对传输质量、效率、能力的要求。视频接口的春天也来了。视频信号的种类视频信号种类不外乎两大类：模拟信号和数字信号。RF信号、AV视频信号以至于色差分量，其实都是模拟信号线。使用模拟信号的优势在于人类本身就生活在模拟的世界中，使用模拟信号更便于利用手边的材料。就算是黑白电视，也是有不同亮度等级的变化。在电子电路的领域，使用模拟电路解决模拟问题似乎更方便一点。而我们现在天天接触到的VGA线、DVI线、HDMI线都是数字信号。数字信号的实现让让人们的生活一下子发生翻天覆地的变化，那些使用模拟信号线所带来的噪点、波纹以及“沙沙”的噪声都消失了，画面变得干净，视听变成了一种享受。实际上，

4、数字信号和模拟信号一样，只不过是一种信号的传输方式。最后一些都要变成电压的摆动和电流的传播，才能连起两个世界。古老的记忆说起来，这种视频连接线既陌生又熟悉，陌生的是这种连接方式已经不能满足现代视频节目的观看需求了；熟悉的是，现在还有90%的家庭使用这种方式连接。这就是有线电视。这种熟悉而又陌生的连接方式叫做射频线（又叫RF线）。射频表示的是可以辐射到空间的电磁频率，从300KHz30GHz之间。射频是一种高频电流。我们通常收看的有线电视就使用了射频线进行多套节目的传输。因为频率很高，所以可以容纳的信息量非常大。但是优点是只需要一根线就可以传输所有内容，通常使用同轴电缆进行传输。因为射频信号频率

5、高，如果使用一般电线传输高频电流就相当于一根向外发射无线电的天线，这样大部分的信号都消耗掉了，传输线也就不好用了。同轴电缆的设计正是为了解决这个问题。同轴电缆从里到位分成四层：中心铜线、塑料绝缘体、屏蔽层、外皮。中心铜线和屏蔽层是同轴结构，所以叫做同轴电缆。中心的铜线发射出来的电波被外部的屏蔽层隔离，同样外部的无线干扰也被隔离，这样就保证了同轴电缆极强的抗干扰性。目前电视信号，同时包含有视频信号和音频信号，视频信号主要分为亮度信号、色度信号、同步信号、扫描信号等各种不同的信号都混编在一起，然后在接收端利用不同的方法解码。这样需要有很强的传输能力。所以同轴电缆通常是75Q，传输带宽为750MHz

6、1GHz，具有很高的带宽和极好的噪声抑制特性，通过中间的放大器还可以进行远距离的传输。连接所使用的BNC连接头也相对牢靠，安全性和稳定性有很大保证。但是使用这种方式连接的缺点也显而易见：使用同轴电缆僵硬不便于弯曲，虽然传输能力强但是优质的线材造价太贵，便宜的线材质量又太差，鱼和熊掌不能兼得。视频线的普及有一种东西是大部分人的记忆，AV线。说起AV线就不能不提到一个词，“莲花头”。在那个录像机都是宝贝的年代，虽然以今天的标准看来模糊的图像和诡异的色彩让人嗤之以鼻，但是这条小小的线确从此改变了人们的生活。AV线和“莲花头”通常是放在一起说的，称作标准视频输入接口，俗称“AV线”或者“视频线”，这是

7、因为这种线材的接口使用了RCA连接，而这种插头的特点就是外沿一圈头部比像莲花，所以因此而得名。AV线实现了音频和视频的分离传输，这样避免了视频和音频的相互干扰而导致的画质下降。因为它具有连接方便、通用性好、稳定牢固的特点，几乎所有的音视频设备上都提供了此类接口，成为了视频设备上使用最广泛的接口，生命力也最强。但是虽然分离了音频和视频，但视频信号仍然是亮度和色度混合的视频信号，仍然需要显示设备对其进行分离和解码才能成像，这种不断混合分离的过程必然会造成信号的损失，影响最终的图像质量。清晰、再清晰虽然使用AV视频线的方法已经分离了视频和音频，但是视频本身仍然是混合的模拟信号。而且亮度信号和色度信号

8、混合在一起，分离时很容易产生干扰。为了得到更清晰质量更好的画面，需要再分离一下。S端子是在AV端子普及后不久就诞生了。从硬件结构来说，S端子由亮度信号、色度信号、亮度信号地、色度信号地和公共屏蔽地组成的。虽然色度信号利用了“频谱交错”技术,实际上色度信号对亮度信号是有很大的影响，这一过程在亮色分离时，由于中心频率和色度副载波中心频率一致，所以在分离的过程中亮度信号的带宽会有影响，清晰度下降了。所以使用S端子，可以提高图像清晰度和色纯度。S端子线是4脚连接的mini-DIN连接端子，终端阻抗75Q。虽然有防呆接口，但接头处仍然很脆弱，并且容易变形弯曲。通常线材内部是单芯多根结构，因为亮度和色度信

9、号分开了，所以图像效果要好于使用AV视频线。但是色度信号还是混合信号，所以出现了更好的视频接头。三分天下在这个时候，数字视频出现了。随着计算机技术的发展，个人电脑已经不再是实验室里霸占着三层楼隆隆作响的耗电怪物，它现在就安静的躺在你的桌子上，风扇嗡嗡的响着，漆黑的显示屏有绿色的光标闪烁。不管你愿不愿意，数字化的时代已经来临。1987年，由IBM设计并提出了一个使用模拟信号的电脑显示标准，这个标准从此影响了20多年，虽然对于现在的电脑已经过时，但VGA标准仍然是众多设备制造商共同支持的标准。现在从你的电脑上仍然能找到VGA接口，而且还有很多显示器支持VGA设备。目前大多数电脑和外部显示器之间都是

10、通过模拟VGA接口连接，计算机显卡以数字方式生成图像信息，通过数模转换变为RGB三原色信号和同步信号，通过VGA接口传输到显示设备中，再显示出来。这么一个过程似乎不是数字的，因为在VGA线里传输的仍然是模拟信号。其实这是有理由的。早期的显示器和电视机的显像原理没有什么区别，这种显示器因为使用的是电子束轰击荧光物质发光，所以被叫做CRT（阴极射线管）显示器。所以虽然电脑输出的是数字信号，仍然不能传送数字信号而只能传送模拟信号。随着显示技术的发展，数字的LCD（液晶显示器）显示设备由于其良好的显示性能、轻薄的体积和对人眼睛的损害更小的原因逐步取代了CRT显示器。但是LCD显示器是数字的，为了兼容当

11、时的电脑接口，所以仍然延续了VGA显示接口，而在内部再次进行了模拟转数字转换。这样经过两次转换，质量会有轻微的下降。几乎和此同时，S端子又一次进化了成为了色差分量接口，但仍然采用的模拟信号传输。1990年代开始，色差分量接口开始普及到家用电视和DVD播放器等。至此，视频信号正式进入分量化时代，不管电缆里传送的是模拟信号还是数字信号，信号质量已经达到了新的高度，同时也为数字信号的传输做好了准备。数字新时代经历了凑合看时代（射频线），能看时代（AV视频线），标清时代（S-端子线），高清时代（色差分量线/VGA线）,正式进入了高清数字化时代。1999年，由美国晶像公司（SiliconImage）、英

12、特尔（Inter）、康柏（Compaq）、IBM|、惠普（HP）、NEC、富士通（Fujitsu）等公司共同组成了DDWG（DigitalDisplayWorkingGroup,数字显示工作组），推出了新的全数字接口标准DVI。DVI是数字视频接口（DigitalVisualInterface），以SiliconImage公司的PanalLink接口技术为基础，基于TMDS（TransitionMinimizedDifferentialSignaling，最小化传输差分信号）电子协议作为基本电器连接。这是一种微分信号机制，可以将像素数据编码，并通过串行连接传递。显卡直接产生数字信号，并对数字信

13、号进行编码，通过电缆传输，在解码后送给数字设备。之前以模拟方式传输的视频，是以显像管为基础的显示设备而设计，直接输出的模拟信号对现实设备来讲有很大的优势。然而当LCD等数字化的显示设备开始广泛的使用之后，设备必须要通过特定的取样再转换为数字格式才能显示，尤其是当信号源也是数字信号时，直接传输数字信号要比经过数模模数转换更高效，所以DVI随着LCD显示屏成为了主流使用。数字信号具有良好的抗噪声性能，便于储存、处理、交换的特点。大一统HDMI（High-DefinitionMultimediaInterface，高清晰多媒体接口）是新一代的多媒体接口标准，在2002年4月由索尼、日历、松下、飞利浦

14、、东芝等公司发起，为了取代传统的DVD碟机、电视和其他视频设备的接口，提供更高的贷款数据和数字化无损传输传送音视频信号。从AV视频线开始，由于为了获得更好的图像效果，将视频信号和声音信号分开传送。直到DVI接口，都需要分开传送。进入了数字时代，视频和音频之间通过各自不同的数字编码已经不会相互产生干扰，这就为同时传送音视频信号创造了条件。同时，随着传送速度的不断加快，带宽已经不是高清视频的瓶颈，也就有了更多的带宽能够传送更多的数据。同时随着版权意识的不断增强，HDMI可以搭配宽带数字内容保护（HDCP），以防止具有著作权的影视内容受到破坏。视频接口开启了大一统时代附录1.全电视信号在模拟电视信号

15、中，由于彩色电视和黑白电视信号具有一定的兼容性，所要求的信号调制方式、频谱宽度和扫描方式等都是一致的，所以先简单介绍一下黑白电视信号。要收看到稳定清晰的电视图像时，发送端出了要发送图像信号，而且还要传送同步和消隐信号。在电视原理中，将图像信号、同步信号和消隐信号称为全电视信号，也称作视频信号。黑白电视的图像信号主要是亮度信号，电平幅度在12.5%到75%之间。采用了负极性信号，电平越高，图像越暗。由于电视的成像是逐行扫描的，每一行每一场都是由正程和逆程组成，正程显示图像，逆程不显示图像。消隐信号的作用就是消除在逆程过程中产生的扫描线。电平幅度为75%。由于电视图像是顺序传送的，发送端和接收端的

16、每一行每一场都要严格保持同步，才能正常的收看图像，这种保持同步的信号叫做同步信号。为了不干扰图像，同步信号是在逆程发出的，叠加在行场消隐信号上。电平幅度100%，脉冲前沿滞后行消隐信号前沿1.3微秒。自然界中的彩色光是由红、绿、蓝三种不同颜色的单色光按照一定比例混合而成的，这样任何一副彩色的画面都可以通过分别传送三种颜色进行。红、绿、蓝三种颜色的光称为三基色。不同颜色的光其亮度也不同，不同基色的光对亮度所起到的作用也是不同的。若白色光的总亮度为100%，则绿色光对亮度的影响较大，蓝色光对亮度的影响较小。得到如下方程：Y=0.30R+0.59G+0.11B其中Y:彩色光的亮度R、G、B:三基色光

17、为了使彩色电视显示彩色图像，需要将含有三基色信息的信号传送到电视，然后用三基色控制红、绿、蓝三个电子束重现彩色图像。但这种方式占用的带宽较大，并且由于黑白电视传送的是亮度信号，所以无法实现兼容黑白电视。为了能够兼容黑白电视，即彩色电视信号在黑白电视上也同样能够观看，彩色电视信号中必须包含亮度信号和色度信号。同时，彩色电视信号和黑白电视信号的通道频率要保持一致，应有相同的频带宽度、图像载频和伴音载频。图像和伴音的调制方式也应于黑白电视系统一致。图像占6MHz，且频宽都是8MHz。其他的消隐信号和同步信号也都要保持一致，还要尽量减小亮度和色度信号之间的干扰。在实际使用中，为了减小亮度信号和色度信号

18、之间的互相干扰，颜色是用色差来表示，即基色和亮度之差。根据亮度方程可以得到亮度恒等式Y-Y=0.3R+0.59G+0.11B-Y=0.3(R-Y)+0.59(G-Y)+0.11(B-Y)=0这样在传送过程中，只需要两个色差信号和亮度信号得到所有需要的色差信号。在接收端可以通过运算得到剩余的一个色差信号。下面计算选用那两个更合适。根据亮度恒等式得到：=-0.59d罟I从色差信号方程分析中，绿色差的系数比其他两个色差的数值小，则在传输过程中容易受到干扰，所以选择了红色差和蓝色差作为彩色图像信号，绿色差则由接收端运算。根据人眼视觉的特性研究表明，人眼对亮度细节的分辨率较高，而对色度的细节分辨率较低。

19、所以当重现彩色图像时，可以减小色度的带宽，将更多的带宽留给亮度。这样亮度信号Y占用6Mhz的频带，根据带宽要求，规定了色差信号频带宽度是1.3Mhz。虽然色度信号的带宽大大压缩，但由于亮度信号和色度信号的频谱结构一致，所以不能直接混合两种信号。所以需要精确地选定副载波，可使色度信号频谱插在亮度信号频谱的空隙中实现“频谱交错”。这样色度信号不占有额外的频带，又能较好的解决干扰问题。2.关于色差分量这个事情还得从早期的电视信号说起。早期的电视是黑白显示，通过显示不同的亮度，用来表现图像的明暗状态。到了彩色电视时期，虽然传送的信号是彩色信号，但是为了兼容性的需要，需要在传送一套信号的同时既可以被黑白

20、电视接收又可以被彩色电视接收。这样彩色信号该如何表示呢？因此彩色电视制定了一个信号的规则，以YUV格式处理彩色图像。将一副图像分为Y（亮度），U（蓝色分量），V（红色分量），然后通过编码的方式传送出去。这样就将亮度和色彩分离开：假如接收的电视机是彩色电视，那么就三个分量全部接收以后可以还原为彩色图像；如果电视机是黑白电视，那么因为没有办法解码其他分量，只能接收Y（亮度）分量，所以就能看到正常的黑白图像；而如果发送的是黑白信号，那彩色电视接收到以后，因为彩色分量为零，所以也可以正常显示。但是实际情况下，电视在显示的时候是通过R（红色）、G（绿色）、B（蓝色）三种光，在不同的比例的混合从而显示出人眼能识别的色彩。这样就在接收信号和显示图像之间通过一个矩阵电路进行转换，即从YUV色系转换到R