標(biāo)題: CVBS視頻信號(hào)解析 [打印本頁(yè)]
作者: 51黑fan    時(shí)間: 2016-1-31 04:33
標(biāo)題: CVBS視頻信號(hào)解析
在我們的電視天線信號(hào)線里就只有兩跟線，中間有一根很粗的線，外圍包著一層的線，這是為了防止外界信號(hào)的干擾。在這兩根線中一個(gè)是地線，一根是全電視信號(hào)線，外圍的是地線。
    做視頻處理很難免要接觸電視信號(hào)，了解全電視信號(hào)的原理。當(dāng)我們把電視的信號(hào)線接到示波器上看其波形時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)其波形很亂，但總是有一些規(guī)律可循：每隔一段特別亂的波形之后有一個(gè)很小的低電平。在這其中，中間那些特別亂的波形其實(shí)就是有效像素電平的高低信號(hào)，那些很小的電平信號(hào)就是一些同步信號(hào)。
1、關(guān)于像素時(shí)鐘：大約在13.5MHz，由采樣定理得出的采樣信號(hào)為27MHz，像素時(shí)鐘就是來(lái)同步像素有效信號(hào)的，每一個(gè)像素時(shí)鐘來(lái)一個(gè)像素值；
2、關(guān)于行同步信號(hào)：顧名思義就是同步行掃描的信號(hào)，每行來(lái)一次，低電平有效（對(duì)于正電視信號(hào)而言），每來(lái)一次行同步信號(hào)就意味著本行掃描結(jié)束，新的一行就要開(kāi)始了；
3、關(guān)于場(chǎng)同步信號(hào)：顧名思義就是同步場(chǎng)掃描的信號(hào)，每場(chǎng)來(lái)一次，低電平有效，每來(lái)一次就意味著本場(chǎng)掃描結(jié)束新的一場(chǎng)就要開(kāi)始；
4、關(guān)于場(chǎng)、幀的概念：從屏幕上頭掃到下頭叫做一場(chǎng)，但是并不等同于一幀，一幀圖像是指能夠組成完整畫(huà)面的圖像數(shù)據(jù)，在隔行掃描中一幀包括兩場(chǎng)：奇場(chǎng)和偶場(chǎng)；
5、關(guān)于CVBS波形電平的解析：（假設(shè)為正電視信號(hào)）設(shè)最低電平為0,最高電平為1,在兩者之間有一合理的分界值x，認(rèn)為x到1之間的為像素值，將這個(gè)區(qū)間劃分為256份（假設(shè)精度為8位），每一個(gè)值對(duì)應(yīng)一個(gè)灰度值，其中x代表黑色，1代表白色，中間為各級(jí)灰度。(一個(gè)電平就可以表示一個(gè)256之內(nèi)的數(shù)字，模擬電平)x以下的電平不是有效地像素值也可以說(shuō)是黑色，那些同步信號(hào)就融合在其中，包括行同步信號(hào)和場(chǎng)同步信號(hào)，場(chǎng)同步信號(hào)比行同步信號(hào)要寬很多，具體的都有自己的時(shí)間長(zhǎng)短定義，這樣才能保持發(fā)送和接收段信號(hào)的一致性，才能夠恢復(fù)原來(lái)的圖像；
6、關(guān)于奇偶場(chǎng)的概念；就是一幀分兩場(chǎng)掃描，先掃描奇場(chǎng)再掃描偶場(chǎng)，兩場(chǎng)組成一幀。
7、關(guān)于場(chǎng)消隱和行消隱：跟在場(chǎng)同步和行同步之后，當(dāng)一行掃到屏幕的最右頭或者一場(chǎng)掃描到屏幕的最底端時(shí)，必須返回進(jìn)行下一行或者下一場(chǎng)的掃描，但是又不能讓人眼看出來(lái)，因此就誕生的場(chǎng)消隱和行消隱信號(hào)，在此期間回掃器件，雖然也是在掃描但是看不出來(lái)就像隱藏的一樣。
8. 視頻信號(hào)電平

視頻信號(hào)電平定義了視頻信號(hào)不同部分的電平和范圍。用于定義視頻信號(hào)電平的組織是IRE（無(wú)線電工程師協(xié)會(huì)）。消隱電平對(duì)應(yīng)0 IRE，白色電平對(duì)應(yīng)+ 100 IRE。消隱電平是視頻信號(hào)的參考級(jí)別（通常為0 V），如下面的圖6所示，如果對(duì)信號(hào)進(jìn)行一定的設(shè)置，消隱電平和黑色電平是不同的。

圖6：視頻信號(hào)電平

對(duì)于NTSC而言，通常應(yīng)用7.5 IRE設(shè)置，將黑色電平提高為+ 7.5 IRE。對(duì)于PAL和SECAM，黑色電平與消隱電平一致，均為0 IRE。
下表根據(jù)視頻格式顯示了不同的視頻信號(hào)電平。
視頻格式
同步電平
消隱電平
黑色電平
白色電平
峰值電平
突發(fā)幅值
NTSC
–40 IRE
0 IRE
+7.5 IRE
+100 IRE
+120 IRE
20.0 IRE
PAL
–43 IRE
0 IRE
0 IRE
+100 IRE
+133 IRE
21.5 IRE
SECAM
–43 IRE
0 IRE
0 IRE
+100 IRE
+130 IRE
N/A
模擬合成視頻信號(hào)使用75 Ω的輸出阻抗定義為電壓源。當(dāng)帶75 Ω阻抗的負(fù)載時(shí)，白色電平同步通常為1 V峰峰值。因此，無(wú)負(fù)載信號(hào)名義上為2 V峰峰值。
也就是140IRE = 1Vp-p
9. 理解復(fù)合視頻信號(hào)
復(fù)合視頻信號(hào)是所有需要生成視頻信號(hào)的成分組合在同一信號(hào)中的信號(hào)。構(gòu)成復(fù)合信號(hào)的三個(gè)主要成分如下：
單色復(fù)合信號(hào)是由兩個(gè)成分組成的：亮度和同步。圖1顯示了這個(gè)信號(hào)（通常成為Y信號(hào)）。

圖1：?jiǎn)紊珡?fù)合視頻信號(hào)（亮度從白過(guò)渡到黑）

色彩信號(hào)通常被稱為C信號(hào)，在圖2中示出。
圖2：彩色條的色彩信息信號(hào)（包括顏色突發(fā)）

復(fù)合彩色視頻信號(hào)通常成為彩色視頻、消隱與同步（CVBS）信號(hào)示Y與C之和，如圖3所示。
CVBS = Y + C
圖3：彩色條的彩色復(fù)合視頻信號(hào)

兩個(gè)組成部分Y與C可以作為兩個(gè)獨(dú)立信號(hào)分開(kāi)傳輸。這兩個(gè)信號(hào)合稱為Y/C或S視頻。
10. 視頻信號(hào)組成
復(fù)合視頻信號(hào)的概念
在一個(gè)信號(hào)中包含了亮度信號(hào)、色度信號(hào)與同步信號(hào)（包括場(chǎng)同步、行同步信號(hào)及行場(chǎng)消隱信號(hào)） ，稱為復(fù)合視頻信號(hào)。
又稱為CVBS，表示Color，Video，Blanking，Sync，或者composite video baseband signal。
復(fù)合視頻信號(hào)把亮度、色度與同步信號(hào)復(fù)合在一個(gè)信號(hào)通道上傳輸，也就是在傳輸前需要把色度信號(hào)與亮度信號(hào)“合成”在一個(gè)信號(hào)里，在傳輸后再將色度信號(hào)與亮度信號(hào)“分離”開(kāi)來(lái)，送到顯示電路處理。
在色度信號(hào)與亮度信號(hào)的“合成”與“分離”過(guò)程中，因?yàn)榱炼刃盘?hào)與色度信號(hào)之間的相互干擾以及復(fù)合視頻信號(hào)本身帶寬的限制等，影響了圖像的質(zhì)量。復(fù)合視頻信號(hào)，沒(méi)有象射頻電視廣播信號(hào)那樣經(jīng)過(guò)調(diào)制、音/視頻混合/分離、放大、檢波、解調(diào)等過(guò)程，傳輸?shù)膱D像質(zhì)量，相對(duì)射頻電視廣播信號(hào)要好一些，但相對(duì)其它視頻信號(hào)，傳輸?shù)膱D像質(zhì)量是比較差的，水平分辨率一般可達(dá) 350-450 線。
在復(fù)合視頻信號(hào)的波形中，亮度與同步信號(hào)加在一起，稱為亮度信號(hào)Y(Luminance，Luma)。色調(diào)與色飽和度通過(guò)一定的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成色差信號(hào)，然后調(diào)制在色副載波上，已調(diào)色差信號(hào)即為色度信號(hào)C (Chrominance，Chroma)。色度信號(hào)的相位代表色相，即顏色，其幅度代表色飽和度。
單一水平視頻行信號(hào)由水平同步信號(hào)、后沿、活動(dòng)象素場(chǎng)以及前沿組成，其中，水平同步，后沿，前沿，組成水平消隱，如圖4所示。


圖4：視頻信號(hào)組成

水平同步（HSYNC）信號(hào)表示每條新的視頻行的開(kāi)始。其后是后沿，用來(lái)作為從浮地（交流耦合）視頻信號(hào)去除直流分量的參考電平。這是通過(guò)單色信號(hào)的鉗制間隔實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于合成彩色信號(hào)，鉗制發(fā)生在水平同步脈沖中，由于大部分后沿用于色彩突發(fā)，它提供了信號(hào)色彩成分解碼信息。
色彩信息可以包含在單色視頻信號(hào)中。復(fù)合色彩信號(hào)包含標(biāo)準(zhǔn)單色信號(hào)（RS-170或CCIR），并加入了以下成分：
  • 色彩突發(fā)：位于后沿，這是提供后續(xù)色彩信息相位和幅值參考的高頻場(chǎng)。
  • 色彩信號(hào)：這是實(shí)際的色彩信息。它由兩個(gè)以色彩突發(fā)頻率調(diào)制到載波的象限成分組成。這些組成部分的相位和幅值決定了每個(gè)象素的色彩內(nèi)容。
VBI:場(chǎng)消隱間隔：


視頻信號(hào)的另一方面是垂直同步（VSYNC）脈沖。這實(shí)際上是在場(chǎng)之間發(fā)生的脈沖序列，用于通知顯示器，完成垂直重跟蹤，準(zhǔn)備掃描下一場(chǎng)。在每個(gè)場(chǎng)中都有幾行是不包含活動(dòng)視頻信息的。有些只包含HSYNC脈沖，而其他包含均衡與VSYNC脈沖序列。這些脈沖是在早期的廣播電視中定義的，所以從那以后構(gòu)成了標(biāo)準(zhǔn)的一部分，雖然之后的硬件技術(shù)能夠避免部分附加脈沖的使用。在圖5中給出了復(fù)合RS-170交叉信號(hào)，其中包括垂直同步脈沖，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，下面給出了一個(gè)6行幀：


圖5：VSYNC脈沖


應(yīng)當(dāng)理解對(duì)于從模擬相機(jī)得到的圖片，其垂直尺寸（以象素為單位）是由幀接收器對(duì)水平視頻行采樣的速率所決定的。而這個(gè)速率是由垂直行速率合相機(jī)的體系結(jié)構(gòu)所決定的。相機(jī)CCD陣列的結(jié)構(gòu)決定了每個(gè)象素的大小。為了避免圖像失真，您必須對(duì)水平方向，以一定速率進(jìn)行采樣，將水平的活動(dòng)視頻場(chǎng)分割為正確的象素點(diǎn)數(shù)。下面是RS-170標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)例：

感興趣參數(shù)：
現(xiàn)在，我們可以進(jìn)行一些計(jì)算：
11. 不同的視頻格式
以下表格描述了常用標(biāo)準(zhǔn)模擬視頻格式的一些特征：

NTSC：美國(guó)國(guó)家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)
PAL：逐行倒相
SECAM: Systeme Electronic Pour Coleur Avec Memoire
格式
應(yīng)用國(guó)家和地區(qū)
模式
信號(hào)名稱
幀速率，掃描速度（幀/秒）
垂直分辨率
行速率（線/秒）
圖像尺寸（寬×高）象素
NTSC
北美洲、中美洲、日本
單色
RS-170
30
525
15,750
640x480
彩色
NTSC Color
29.97
525
15,734
PAL
歐洲（除法國(guó)）、澳大利亞、非洲與南美洲部分地區(qū)
單色
CCIR
25
405
10,125
768x576
彩色
PAL Color
25
625
15,625
SECAM
法國(guó)、東歐、俄羅斯、中東與非洲部分地區(qū)
單色
25
819
20,475
N/A
彩色
25
625
15,625
[/table]12. 彩色編碼
對(duì)于所有的PAL和NTSC格式而言，編碼是基于正交調(diào)幅（QAM）概念的，其中將兩個(gè)彩色成分通過(guò)象限幅度調(diào)制之后，合并在一起。調(diào)制必須經(jīng)過(guò)解碼，因此跟蹤絕對(duì)相位需要對(duì)彩色信息進(jìn)行解碼。稱為彩色突發(fā)的參考信號(hào)被插入到每行的開(kāi)始處，它位于水平同步脈沖之后（參閱上述圖3與圖4）。
對(duì)于所有的SECAM格式，兩個(gè)彩色成分使用兩個(gè)不同的子載波頻率進(jìn)行頻率調(diào)制，之后順序分步在不同的視頻行上。SECAM格式不需要彩色突發(fā)信號(hào)。
13. 隔行掃描概念
所有復(fù)合視頻系統(tǒng)使用隔行掃描技術(shù)在電視屏幕上顯示視頻圖像。圖7顯示了隔行掃描概念。

圖7：電視屏幕上的隔行掃描

模擬視頻信號(hào)包含控制掃描從左到右逐行以及從上到下逐場(chǎng)進(jìn)行掃描�？刂浦鹦袙呙璧拿}沖稱為水平同步脈沖（H-Sync）�？刂拼怪睊呙璧拿}沖稱為垂直同步脈沖（V-Sync）。
兩個(gè)交叉場(chǎng)合成一個(gè)完整幀。第一個(gè)場(chǎng)稱為奇數(shù)場(chǎng)，對(duì)視頻圖像的奇數(shù)行進(jìn)行掃描。第二個(gè)場(chǎng)稱為偶數(shù)場(chǎng)，對(duì)視頻圖像的偶數(shù)行進(jìn)行掃描。整個(gè)過(guò)程對(duì)每幀進(jìn)行重復(fù)。
7. 活動(dòng)圖像

掃描得到的活動(dòng)視頻圖像總是具有4/3的尺寸比例（水平/垂直），它與視頻格式無(wú)關(guān)。彩色復(fù)合視頻信號(hào)表明掃描過(guò)程要求在每行的左側(cè)和右側(cè)需要一些附加空間，在活動(dòng)視頻圖像場(chǎng)的頂部和底部也同樣如此。這個(gè)額外的空間包含同步信號(hào)、彩色突發(fā)以及其他例如ITS等格式特定的信息，這并不是活動(dòng)視頻圖像的一部分。大約所有行的90％以及每行的80％都能夠傳送活動(dòng)圖像信息。如下表所示，精確的數(shù)值依賴于視頻格式。

活動(dòng)行代表了實(shí)際用于傳送圖像和信息的行數(shù)。舉例而言，在NTSC中，每幀的525行中只有480行是傳送圖像信息的。同樣，在每行中，只有在活動(dòng)行序列中才傳送圖像信息，這比整行的持續(xù)時(shí)間短。舉例而言，在NTSC中，63.55 μs中只有52.2μs是活動(dòng)行持續(xù)時(shí)間。幀速率是掃描速度。
8. 灰度圖像和提取線譜輪廓

假設(shè)以下條件滿足，下一小節(jié)中的完整NTSC幀掃描圖像對(duì)在電視屏幕上可能出現(xiàn)的視頻顯示進(jìn)行了模擬：

掃描從代表偶數(shù)場(chǎng)垂直同步模式的幾行開(kāi)始掃描（從上到下逐行）。在偶數(shù)場(chǎng)的垂直同步模式之后插入可選的測(cè)試信號(hào)（ITS）。最后顯示實(shí)際的奇數(shù)場(chǎng)活動(dòng)圖像。
這個(gè)過(guò)程對(duì)偶數(shù)場(chǎng)重復(fù)，構(gòu)成完整的幀。
說(shuō)明：大多數(shù)行從水平同步脈沖開(kāi)始，隨后是色彩突發(fā)模式信號(hào)。之后的活動(dòng)圖像（或ITS）顯示強(qiáng)度變化，其中較高的信號(hào)電平代表更高的亮度。
位于圖8和圖9底部的提取譜線輪廓顯示了從偶數(shù)場(chǎng)提取的活動(dòng)視頻信號(hào)行。關(guān)于視頻電平的更多信息，等參閱之前的視頻信號(hào)小節(jié)。
水平同步脈沖一般是簡(jiǎn)單的負(fù)脈沖，這些脈沖電平低于亮度信號(hào)電平。但是，垂直同步信號(hào)由分步在多行上的脈沖序列構(gòu)成，脈沖序列對(duì)于奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng)而言是不同的。圖8和圖9顯示了用于兩種場(chǎng)和三種主要視頻格式的垂直同步模式。

圖8：用于NTSC的場(chǎng)消隱與同步信號(hào)


圖9：用于PAL和SECAM的場(chǎng)消隱與同步信號(hào)
9. 完整的NTSC幀掃描
圖10顯示了對(duì)構(gòu)成完整NTSC幀的525行進(jìn)行掃描的結(jié)果。

圖10：完整的NTSC幀掃描

圖10是一個(gè)灰度圖像，由于它代表了原始NTSC視頻波形的強(qiáng)度圖。色彩信息嵌入到這個(gè)波形中，還沒(méi)有進(jìn)行編碼。
您可以看到左邊的信號(hào)色彩突發(fā)。點(diǎn)狀模式代表了正弦節(jié)拍的強(qiáng)度圖，構(gòu)成色彩突發(fā)波形。在解碼之后，色彩突發(fā)看上去像是單色的表面（如果在電視顯示器上可見(jiàn)）。







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