常用视频信号接口与处理方法总结

文章描述:-2022年3月29日发(作者:毛周). 常用视频信号接口与处理方法总结 刘学满2010-4-13 一、 视频接口概述 视频接口,从颜空间、数字模拟、分离复合(适用于模拟信号)、并行串行(适用于数字信号)、单端差分等类别可以分为如下几种,见下表: 信号类型 颜空间 数字模拟 VGA RGB 模拟 RGB分离 HS,VS分离 分离复合 并行串行 —— RGB峰值0.7V (带75Ω负载) HS、

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常用视频信号接口与处理方法总结2022年3月29日发(作者:毛周)


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常用视频信号接口与处理方法总结
刘学满2010-4-13
一、 视频接口概述
视频接口,从颜空间、数字模拟、分离复合(适用于模拟信号)、并行串行(适用于数字信号)、
单端差分等类别可以分为如下几种,见下表:
信号类型 颜空间 数字
模拟
VGA RGB 模拟 RGB分离
HS,VS分离
分离复合 并行
串行
—— RGB峰值0.7V
(带75Ω负载)
HS、VS为
TTLLVTTL电平
连接器为DB15
R,SOG,B RGB 模拟 R,G,B分离,
复合同步CS与G信
号复合
—— R,B信号同VGA,
SOG信号峰值为
1.0V(-0.3V~0.7V)
(带负载)
连接器为RCABC
差分RGB RGB 模拟 RGB分离
HS,VS分离
—— RGB差分信号,
差分电压
连接器通常为DB15
SDTVHDTV
R’G’B’
R’G’B’ 模拟 R’G’B’ 分离
SOG
黑电平为0.3V
白电平为1.0V
同步电压
(带75Ω负载)
连接器为RCABC
SDTVHDTV
YPbPr
YUV 模拟 Y Pb Pr分离 —— Y峰值1.0V,
黑电平为0.3V
CbCr 峰值0.7V
(0.3V~1.0V)
(带75Ω负载)
连接器为RCABC
CVBS
(PAL,TSC,
SECAM等)
S-Video YUV 模拟 YC分离
CS复合在Y
CbCr复合为C
——
YUV 模拟 YC复合 —— 峰值1.0V
(带75Ω负载)
连接器为RCABC
Y峰值1.0V
C峰值0.7V
(带75Ω负载)
连接器为RCABC
18bit24bit数
字RGB
RGB 数字 RGB,HS,VS,DE分离 并行 TTLLVTTL电平
传输距离较短
IC间连接或者板卡
间连接
同VGA
480i
576i

480i
576i

480ip
576ip
1080ip
480ip
576ip
1080ip
同VGA
特征 支持的
分辨率
VESA
640*400
~
1920*1200

同VGA
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Open-LDI
(LVDS)
RGB 数字 RGB,HS,VS,DE复
合在A2通道
7bit
转串

LVDS电平,双绞线
支持长距离传输
无校验位
设备间连接或者板
卡到液晶屏,无规
定的连接器
双通道可
支持更高
的分辨率
DVI RGB 数字 复合 10bit TMDS电平,双绞线
转串

支持长距离传输
有校验位
设备间连接,有标
准连接器
双通道可
支持更高
的分辨率
HDMI YCbCr 数字 复合 10bit TMDS电平,双绞线
转串

支持长距离传输
有校验位

BT.601(并行) YCbCr 数字 YCbCr分离 24bit TTLLVTTL电平
并行 13.5MHz 4:4:4
传输距离较短
IC间连接

BT.656(并行) YCbCr 数字 复合在8bit10bit

并行 TTLLVTTL电平
27MHz 4:2:2
传输距离较短
IC间连接

SDI
BT656(串行)
YCbCr 数字 复合在单根线上 10bit 270Mbps, 4:2:2
转串

传输距离较长
设备间连接

1394 数字 复用在传输链路上 串行 符合IEEE1394规范
规定了物理层和数
据链路层,类似于
以太网。
多用于DV和计算机
设备
网络传输的视频

数字 复用在网络线上 串行 超长距离传输,数
据完整性有保证,
但实时性较差
SDTV
HDTV

二、 模拟视频信号接口
1.接口设计
模拟信号由于其电压范围很小,如果接口电路设计不当,很可能造成最终的信号质量下降。因此需要
注意以下几个事项:
1) 阻抗匹配:通常为75Ω,包括发送端,接收端以及传输路径上的阻抗。
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2) 隔直电容:为了防止不同设备间地电压差对信号造成的影响,此电容不宜过大或者过小。
3) 滤波网络:尽可能地消除低频和高频纹波。
4) 地平面:根据理论,地平面分隔可以防止数字信号对模拟地干扰,但从实际经验来看,分隔成
小的地平面后,实际上会造成环流(AD9883资料中有叙述)。因此大部分情况下,还是用同一
个地。多层地平面,以及多打过孔,保持地电平的稳定是非常必要的。
5) PCB走线:等长是需要的,而且要确保三个器件经过不同的选择器缓冲器之后的延时也相差不
多,否则很难保证采样相位。
6) ESD保护:如果视频接口经常插拔,就需要加ESD保护二极管。
2.视频ADC
完成模拟信号到数字信号的转换,在使用过程中需要注意的主要问题有:
1)AD是否支持交流耦合方式输入
2)AD内部是否有信号增益调整功能
3)是否支持差分输入
4)AD内部是否有PLL等器件,采样相位是否可调整
5)AD输出的信号格式(24bit RGB,YCbCr)
6)是否支持SOG或者SOY等同步信号输入
.


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模拟信号在AD转换时,通常需要进行一些调整,以达到最佳显示效果:
1)调整黑电平位置和最大辐值,通常可以配置AD芯片有关offset和gain的寄存器,经过此番调
整之后,实际上是校准了RGB三,同时提高了灰度等级。
2)调整PLL锁相环,以达到合适的采样频率,并保证PLL在各种温度条件下均能稳定工作。
3)调整采样起始点和终止点,确保有效信号不丢失。
4)调整采样相位,使最终显示画质更清晰。
3.视频DAC
完成模拟信号到数字信号的转换,在使用过程中需要注意的主要问题有:
1)DA输出时,驱动方式是电压型的,还是电流型的?带负载与不带负载的电压是多少?是否合乎
规范要求。如果不合适,必要时加缓冲器或者放大器输出。
2)DA的输入接口是多少位的?如果是8bit10bit兼容,要注意最高2位和最低2位的接法。
3)输出同步信号是什么格式?是否需要输出CS或者SOG?
4.解码器
这里说的解码器是指针对CVBS(PAL、TSC)或者YC信号的亮度度解调和分离用的解码器,解码
器输出的通常为BT656或者BT601格式的数字信号,此信号仍为隔行信号。
解码器使用中,接口部分设计与ADC相类似,对输入信号格式,输出信号格式的寄存器配置有一些差
异,如果输入格式设置不当,虽然能输出信号,但显示不正确。
5.编码器
视频编码器特指从BT656BT601格式转到CVBSYC信号的转换器,一方面完成数字到模拟信号的转换,
另一方面是完成亮度信号与度信号的调制、复合。
解码器使用中,接口部分设计与DAC相类似,主要的不同也在于IC寄存器配置不同。
6.缓冲器放大器选择器分配器
模拟视频信号在传输和处理的过程中,通常需要一些缓冲放大选择分配等处理。
在这些电路设计时,着重需要考虑的问题:
1) 输入信号的电压辐值,芯片供电范围是否能满足要求,是否需要加75Ω电阻。
2) 期望信号放大多少倍输出。
3) 输出接口是否符合规范要求。
7.差分RGB信号接收驱动
由于VGA信号辐值很小,如果在0V上下有干扰信号时,会直接影响到信号显示。一种方法是将黑电平
抬高,如SDTVHDTV中用的模拟YPbPr信号,其黑电平通常为0.3V,这样,就可以避免0V附近的干扰纹
.
2


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波,另一种方法就是将单端信号转为差分信号传输。出现共模干扰时,对信号质量无影响。
RGB信号通过模拟差分传输,HS、VS通过RS422差分电平传输。
在模拟差分接口设计时,需要注意的是信号放大倍数及匹配电阻的接法。
针对各类视频模拟信号,推荐以下几种芯片供参考。
型号
AD9883
功能
ADC
特点
RGB输入
140MHz,8bit ADC
AD7123
ADV7401
DAC
ADC+DECODER
330MHz,10bitDAC
VGA,SOG,CVBS,YC输入
24bitRGB,BT601,BT656输出
110MHz,10bit ADC
AD7170
TVP5146
AD811
ECODER
DECODER
放大器
27MHz 10bit DAC
与ADV7101类似
140MHz
单通道,放大倍数可设置
MAX4020
PI5V330
MAX4137
AD8115
AD8177
放大器
选择器
分配器
矩阵开关
矩阵开关

200MHz,4* (2选1)
185MHz ,1分4
225MHz 16 in 16 out
500MHz,差分RGB
16 RGB in 5RGB out
AD8145


三、 数字视频信号接口
差分转单端
单端转差分
可配置增益,1或2

1. DVI输入接口设计
DVI信号接收通常使用sil163、AD9887等,在设计中需要注意以下几项:
1) 输入信号是单通道还是双通道
2) 输出时钟与数据的关系,必要时,需要调整配置,使时钟反相。
3) 输出驱动能力的大小
2. DVI输出接口设计
DVI信号驱动通常使用sil160等,在设计中需要注意以下几项:
1) 输入LVTTL数据线的接法,注意8bit6bit信号的兼容性接法
2) 输出信号是单通道还是双通道
3) 输入时钟与数据的关系,必要时,需要调整配置,与输入信号相兼容。
4) 输出芯片是否具备预加重功能,保证长距离传输

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3. LVDS输入接口设计
LVDS视频信号接收通常使用DS90CF388386384366364等,在设计中需要注意以下几项:
1) 输入信号是单通道还是双通道,接口芯片需要配置为正确的模式
2) 输出时钟与数据的关系,必要时,需要调整配置,使时钟反相。
3) 匹配电阻的接法


4. LVDS输出接口设计
LVDS视频信号接收通常使用DS90CF387385383365363等,在设计中需要注意以下几项:
1) 输出信号是单通道还是双通道
2) 输入数据信号的接法是否正确,尤其是24bit18bit两类并行数据
3) 输入时钟与数据的相位关系,必要时,需要调整采样时钟边沿的配置。
4) 输出驱动能力的大小是否适合长距离传输,是否具有预加重功能

5. 缓冲器选择器分配器
为了保证TMDSLVDS长距离传输,如果LVDS驱动器驱动能力不够,或者不具备预加重功能,或者是
经过多个连接器后,传输阻抗发生变化,最好加上TMDSLVDS信号缓冲器进行中继。LVDS信号可选用
DS90LV001 DS90LV004进行缓冲,并可改善信号质量。
如果是多路信号输入,或者需要1分多路信号输出时,可以选用TMDSLVDS选择分配器。
6. 差分数字信号传输设计要点
1) 信号路径上的阻抗匹配。通常LVDS信号要求为100Ω,这样,就要求PCB走线在传输频率下的
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特征阻抗达到100Ω,连接器、线缆均要为100Ω。否则会影响信号的质量。
2) 差分走线等长,不仅要每一差分线对等长,而且要不同的差分线对也等长。
3) 传输线缆差分线对双绞,而且最好使用屏蔽线缆。
7. 并行24bit18bit TTLLVTTL
并行数据接口设计时需要注意的有:
1)并行24bit18bit数据兼容的接法,高位对齐。
2)数据线走线长度要差不多,尤其是高分辨率的信号。
3) 并行数据传输时,由于位数较多,很容易被其他信号干扰或者相互干扰,尤其需要注意的是CLK,
HS,VS,DE这几根线尽量与数据线分离开。
4)在信号处理和不同的接口芯片互连时,要注意并行数据与时钟的相位关系。必要时,需要用
CPLDFPGA进行时钟移位或者反相。
四、 视频信号的处理
所有的视频信号,要进行一定的变换或者调整,都需要转为数字视频信号(并行
24bit18bit16bit8bit数据),然后通过专用的视频处理芯片(如GM1601、GM5221、PW328、AL128、AL300)
等,或者通过FPGADSP实现通过自编程的逻辑进行信号处理。专用芯片内部通常集成了AD、DA、DVI接
收、LVDS驱动等功能。
视频信号处理方法主要有:
1. 视频信号增强
如对比度调整,信号亮度调整,温调整,信号滤波等功能,这些功能均是对RGBYUV数据信号
通过一定的算法,或者是变换矩阵,转换成另一种信号。做这些调整,是为了使图像更加易于识别,
视觉效果更好。
2. 画面内容截取
将视频数据中某一范围的数据截取输出,其他部分丢弃。比如,输入为1024*768,而需要格式为
800*600,可以只截取1024*768中的800*600大小的窗口输出。
3. 多路信号选择输出
多种数字格式视频信号输入时,通过寄存器设置,可以选择让其中的一路信号输出。
4. 多路视频叠加或者OSD叠加
视频叠加,主要是确定叠加窗口的位置,叠加透明度。在叠加范围内,输出信号为多路信号YUV
或者RGB值的加权和。
5. 视频画面缩放
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在某些应用场合下,输入信号的分辨率必须要放大或者缩小到固定的格式,而且画面要完整,不
能通过截取的方法来改变分辨率大小。比如液晶显示屏驱动信号、视频信号小窗口叠加、480i576i
需要满屏显示等。
6. 逐行与隔行的相互变换
原来的PALTSC制式的电视信号是隔行扫描的,这是由老的CRT显示器的扫描特性决定的。但
是为了适应在液晶显示器上的显示,需要将隔行信号转为逐行信号。
一种最简单的变化方法是,将奇场和偶场信号简单地拼接在一起输出。但是如果是运动画面,这
样的做法,会造成锯齿和抖动。
优化的方法是,根据多个奇场和偶场信号进行插值,最后生成连贯的画面。通常有三行滤波、五
行滤波等算法。在这方面GM1601等器件处理得比较好。
7. 帧率变换
为了适应显示设备的要求,需要将输入信号的帧率放大或者缩小。比如原来的电视信号是50Hz
的,需要转为60Hz输出给液晶屏。或者普通VGA信号要转为电视信号输出时,则需要降低帧率。
帧率变换主要是通过帧存的读写来实现的,例如,为了提高液晶屏的响应时间,可以采用提高刷
新频率的方法,将60Hz提高到120Hz,这是,相当于同样的一幅画面,连续读取2次帧存输出。
五、 视频信号的检测方法
视频信号最终是要显示出来查看的,因此最直观的方法就是看最终的显示效果。视频传输路径上
的问题,或者是视频处理时的问题都可以全部体现在最终的显示设备上。

通常需要检测以下几个方面:
1) 画面的完整性
查看画面边框是否完整,可以检验出ADC设置参数或者数字信号中DE是否正确
.


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2) 颜灰度的完整性

通过查看测试画面中颜、灰度是否连续就可以检验出ADC配置参数、数字信号连接是否正

3) 信号清晰度

单像素黑白竖线条,通过查看线条稳定程度及颜,可以检验出ADC采样时钟和相位、数字信
号受干扰程度。
除了上述直观的手段外,要评价视频信号的好坏,可以通过输出特定的测试画面,测量视
频信号(模拟、并行数字、差分数字)的波形,从而发现问题,并解决。
YCrCb即YUV,主要用于优化彩视频信号的传输,使其向后相容老式黑白电视。与RGB视
频信号传输相比,它最大的优点在于只需占用极少的频宽(RGB要求三个独立的视频信号同时传
输)。其中“Y”表示明亮度(Luminance或Luma),也就是灰阶值;而“U”和“V” 表示的则
是度(Chrominance或Chroma),作用是描述影像彩及饱和度,用于指定像素的颜。“亮
度”是透过RGB输入信号来建立的,方法是将RGB信号的特定部分叠加到一起。“度”则定义
了颜的两个方面─调与饱和度,分别用Cr和CB来表示。其中,Cr反映了RGB输入信号红
部分与RGB信号亮度值之间的差异。而CB反映的是RGB输入信号蓝部分与RGB信号亮度值之间
的差异。
采用YUV彩空间的重要性是它的亮度信号Y和度信号U、V是分离的。如果只有Y信号分
量而没有U、V分量,那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。彩电视采用YUV空间正是为了用
亮度信号Y解决彩电视机与黑白电视机的兼容问题,使黑白电视机也能接收彩电视信号。
YUV与RGB相互转换的公式如下(RGB取值范围均为0-255)︰
Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
U = -0.147R - 0.289G + 0.436B
.


.
V = 0.615R - 0.515G - 0.100B
R = Y + 1.14V
G = Y - 0.39U - 0.58V
B = Y + 2.03U
在DirectShow中,常见的RGB格式有RGB1、RGB4、RGB8、RGB565、RGB555、RGB24、RGB32、
ARGB32等;常见的YUV格式有YUY2、YUYV、YVYU、UYVY、AYUV、Y41P、Y411、Y211、IF09、IYUV、
YV12、YVU9、YUV411、YUV420等。
S-Video信号
S-Video是一种两分量的视频信号,它把亮度和度信号分成两路独立的模拟信号,用两路导线分别
传输并可以分别记录在模拟磁带的两路磁迹上。将两个差信号U、V合并形成一个彩信号C,以YC格
式进行记录,这种格式被称为彩降频方式。这种信号不仅其亮度和度都具有较宽的带宽,而且由于亮
度和度分开传输,可以减少其互相干扰,水平分解率可达420线。与复合视频信号相比,S-Video可以
更好地重现彩。
同AV 接口相比,由于它不再进行YC混合传输,因此也就无需再进行亮分离和解码工作,
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 仍要将两路差信号(Cr Cb)混合为一路度信号C,进行传输然后再在显示设
备内解码为Cb和Cr进行处理,这样多少仍会带来一定信号损失而产生失真(这种失真很小但在严格的广播
级视频设备下进行测试时仍能发现) 。而且由于Cr Cb的混合导致度信号的带宽也有一定的限制,所以
S-Video虽然已经比较优秀,但离完美还相去甚远。S-Video虽不是最好的,但考虑到目前的市场状况和综
合成本等其它因素,它还是应用最普遍的视频接口之一。两分量视频可来自于高档摄像机,它采用两分量
视频的方式记录和传输视频信号。其它如高档录像机、激光视盘LD机的输出也可按分量视频的格式,其清
晰度比从家用录像机获得的电视节目的清晰度要高得多。
YPbPr_YCbC信号
YPbPr接口可以看做是S端子的扩展,与S端子相比,要多传输PB、PR两种信号, 避免了两路差
混合解码并再次分离的过程,也保持了度通道的最大带宽,只需要经过反矩阵解码电路就可以还原为RGB
三原信号而成像,这就最大限度地缩短了视频源到显示器成像之间的视频信号通道,避免了因繁琐的传
输过程所带来的图像失真,保障了彩还原的准确,目前几乎所有大屏幕电视都支持差输入。
YPbPr为模拟的差信号,YCbCr为数字的差信号。YCbCr是逐行扫描信号,YPbPr隔行扫描信
号。
数字电视的YUV(YCbCr)彩空间是由ITU(国际电信联盟)规定的,但是分量接口尤其是模拟分量接
口并没有国际统一的标准,目前最为常见的是日本的D端子、欧洲的SCART端子和美国的三线端子。我国
目前采用的是美国的三线端子,这个端子是由美国EIA(电子工业协会)标准EIA-770.2a规定的,按照这
个标准,下到480i,上到720p的信号都是采用这个端子传输,而且并没有隔行、逐行的分别。其实日本
的D端子和欧洲的SCART端子也是不分隔行逐行的,D端子的D1到D5的标识不同只是告诉使用者这个机
器只能输出(输入)某一个格式以下的信号(譬如D4就表示支持720p及以下格式)。所以,YCbCr表示
的是数字电视(视频)的彩空间及数字接口,这是国际通用的标准。YPbPr表示的仅仅是模拟视频分量
接口,而且仅仅是美国的标准(包括采用美国标准的其他国家)。
数字电视的彩空间和计算机不同,不是RGB空间,而是采用一个亮度信号(Y)和两个差信号
(R-Y、B-Y)的YUV空间或者叫YCbCr空间。数字电视采用YUV(YCbCr)彩空间的原因主要就是为了减少数
据储存空间和数据传输带宽,同时又能非常方便的兼容黑白电视(R-Y和B-Y信号为零)。
由于全部三个
信号需
求较大带宽,因此传统的消费视频无法使用R'G'B'。为了降低带宽、成本,并解决延迟及现今的
.


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运行功耗等问题,R'G'B'信号在算法上进行了处理,从而造就了不同形式的视频信号。

YUV
电视传输用的名词,一个亮度信号(Y),两个差信号(U分量、V分量)。YUV(亦称YCrCb)
是被欧洲电视系统所采用的一种颜编码方法(属于PAL)。YUV主要用于优化彩视频信号的传输,使其
向后兼容老式黑白电视。与RGB视频信号传输相比,它最大的优点在于只需占用极少的带宽(RGB要求三
个独立的视频信号同时传输)。其中“Y”表示明亮度(Luminance或 Luma),也就是灰阶值;而“U”和
“V”表示的则是度(Chrominance或Chroma),作用是描述影像彩及饱和度,用于指定像素的颜。
“亮度”是通过RGB输入信号来创建的,方法是将RGB信号的特定部分叠加到一起。“度”则定义了颜
的两个方面—调与饱和度,分别用Cr和CB 来表示。其中,Cr反映了GB输入信号红部分与RGB信
号亮度值之间的差异。而CB反映的是RGB输入信号蓝部分与RGB信号亮度值之同的差异。
在现代彩电视系统中,通常采用三管彩摄像机或彩CCD(点耦合器件)摄像机,它把摄
得的彩图像信号,经分、分别放大校正得到RGB,再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y和两个差信
号R-Y、B-Y,最后发送端将亮度和差三个信号分别进行编码,用同一信道发送出去。这就是我们常用的
YUV彩空间。
YUV (YCrCb)和4:2:2, 4:1:1, 4:2:0
是指亮度信号Y和红蓝差信号的抽样格式. 在dv中, ntsc是4:1:1, pal采用4:2:0. 注
意, 4:2:0并非蓝差信号采样为0,而是和4:1:1相比,在水平方向上提高1倍差采样频率,在垂直方向
上以CrCb间隔的方式减小一半差采样.

RCA接口
标准视频输入接口(RCA),也称AV 接口,通常都是成对的白和红的音频接口和黄的视频接
口,它通常采用RCA(俗称莲花头)进行连接,使用时只需要将带莲花头的标准AV 线缆与相应接口连接起来
即可。
RCA 是Radio Corporation of American的缩写词,因为RCA接头由这家公司发明的。RCA俗
称莲花插座,几乎所有的电视机、影碟机类产品都有这个接口。它并不是专门为哪一种接口设计,既可以
用在音频,又可以用在普通的视频信号,也是DVD分量(YCrCb)的插座,只不过数量是三个。RCA接头是目
前为止最为常见的一种音视频接线端子。这种双线连接方式的端子早在收音机出现的时代便由RCA录音公
司发明出来,还有一个更老式、也比较奇怪的称呼叫做“唱盘”接头。
RCA端子采用同轴传输信号的方式,中轴用来传输信号,外沿一圈的接触层用来接地,也可以
用来传输数字音频信号和模拟 视频信号。RCA音频端子一般成对地用不同颜标注:右声道用红(字母
“R”表示“右”或者“红”);左声道用黑或白。有的时候,中置和环绕声道连接线会用其他的颜
标注来方便接线时区分,但整个系统中所有的RCA接头在电气性能上都是一样的。一般来讲,RCA立体
声音频线都是左右声道为一组,每声道外观上是一根线。
RCA接口实现了音频和视频的分离传输,这就避免了因为音视频混合干扰而导致的图像质量
下降,但由于AV 接口传输的仍然是一种亮度度(YC)混合的视频信号,仍然需要显示设备对其进行亮
分离和度解码才能成像,这种先混合再分离的过程必然会造成彩信号的损失,度信号和亮度信号
也会有很大的机会相互干扰从而影响最终输出的图像质量。AV还具有一定生命力,但由于它本身YC混合
这一不可克服的缺点因此无法在一些追求视觉极限的场合中使用。
RCA接口样式:通常都是成对的音频接口(左右声道)(白)和视频接口(黄)
RCA接口连接方式:它通常采用RCA(俗称莲花头)进行连接,使用时只需要将带莲花头的标准AV线缆与相
应接口连接起来即可。
RCA接口优点:RCA接口实现了音频和视频的分离传输,这就避免了因为音视频混合干扰而导
致的图像质量下降。目前电视设备上应用最广泛的接口,几乎每台电视上都提供了此类接口,用于视频输
入。
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RCA接口缺点:由于RCA接口传输的仍然是一种亮度度(YC)混合的视频信号,仍然需要显
示设备对其进行亮分离和度解码才能成像,这种先混合再分离的过程必然会造成彩信号的损失,
度信号和亮度信号也会有很大的机会相互干扰从而影响最终输出的图像质量。RCA还具有一定生命力,但
由于它本身YC混合这一不可克服的缺点因此无法在一些追求视觉极限的场合中使用。

BC接口
BC,全称是Bayonet ut Connector(刺刀螺母连接器,这个名称形象地描述了这种接头外形),又称为
British aval Connector(英国海军连接器,可能是英国海军最早使用这种接头)或Bayonet eill
Celman(eill Celman刺刀,这种接头是一个名叫eill Celman的人发明的)。

BC(基本网络卡)接口是10Base2的接头,即同轴细缆接头。可以隔绝视频输入信号,使信号
相互间干扰减少,且信号带宽要比普通15针的D型接口大,可达到更佳的信号响应效果。这种接口的网卡
对应用于用细同轴电缆为传输介质的以太网或令牌网中。
目前这种接口类型的网卡较少见,主要因为用细同轴电缆作为传输介质的网络就比较少。现在
多用于安防行业监视器传输视频信号。
BC接头可没有被淘汰,被淘汰只不过是10Base-2以太网,这种网络使用50欧的RG-58AU
同轴电缆的,速率为10Mb的,总线型网络,维护不便。所以现在组建这种网络的BC接口网卡也被淘汰了。
同轴电缆是一种屏蔽电缆,有传送距离长、信号稳定的优点。目前它还被大量用于通信系统中,如网络设
备中的E1接口就是用两根BC接头的同轴电缆来连接的,在高档的监视器、音响设备中也经常用来传送音
频、视频信号。
有别于普通15针D-SUB标准接头的特殊显示器接口。由RGB三原信号及行同步、场同步五
个独立信号接头组成。主要用于连接工作站等对扫描频率要求很高的系统。BC接头可以隔绝视频输入信
号,使信号相互间干扰减少且信号频宽较普通D-SUB大,可达到最佳信号响应效果。
BC电缆有5个连接头用于接收红、绿、蓝、水平同步和垂直同步信号。BC接头可以隔绝视频输入信号,
使信号相互间干扰减少且信号频宽较普通D-SUB大,可达到最佳信号响应效果。可将数字信号传送至
150300M以上,模拟可传送300M以上。通常用于工作站和同轴电缆连接的连接器,标准专业视频设备输
入、输出等领域,投影机上也很常见。

差信号
颜是由亮度和度共同表示的,而度则是不包括亮度在内的颜的性质,它反映的是颜的调
和饱和度。
在彩电视广播中,传送的不是三基信号,而是亮度信号和差信号。差信号就是基
信号与亮度信号之差,即:
ER-Y=ER-EY
EG-Y=EG-EY
EB-Y=EB-EY
其中ER-Y为红差信号,EG-Y为绿差信号,EB-Y为蓝差信号。
由于亮度信号已从三基中抽离出来单独传送,若再传送基信号,因基信号中含有亮度
成分,则势必造成亮度成分传送的重复。差信号不含有亮度成分,仅代表了调与饱和度,因而应传
送差信号。
在三个差信号中,相互之间并不是独立的,其中某一个差信号可以由另外两个差信号
按特定的比例混合产生。推导如下:
EY=0.30ER+0.59EG+0.11EB
0.30EY+0.59EY+0.11EY=0.30ER+0.59EG+0.11EB
0.30(ER-EY)+0.59(EG-EY)+0.11(EB-EY)=0
.


.
0.30ER-Y+0.59EG-Y+0.11EB-Y=0
在实际彩电视广播中,只传送了ER-Y、EB-Y两个差信号,而EG-Y差信号不传送,EG-Y
差信号将来在接收机中按下式混合产生:EG-Y=-因式子中的系数0.51、0.19均小于1,故EG-Y可用简
单的电阻衰减式矩阵就可以复原。亮度信号、差信号形成电路。

逐行扫描与隔行扫描
隔行扫描主要应用于电视信号的发送与接收中。它的特点是把每秒传送25幅(帧)画面用每秒传送
50次的方法来消除闪烁感,即一面传送两次,第一次扫描奇数行,第二次扫描偶数行,因而称为隔行扫描。
采用这一制式的缺点是画面清晰度稍差,且有轻微的闪烁感。逐行扫描主要应用于计算机的显示器中。由
于显示器不受电视台的发送方式限制,因而被广泛采用。逐行扫描就是每幅画面按1、2、3……行的顺序
扫描方式完成一幅画面。为了提高画面的清晰度,消除闪烁感,还可以增加扫描线数,目前显示器的扫描
线数一般为768行,因而会感到画面非常细腻、清晰。
每一帧图像由电子束顺序地一行接着一行连续扫描而成,这种扫描方式称为逐行扫描。把每一
帧图像通过两场扫描完成则是隔行扫描,两场扫描中,第一场(奇数场)只扫描奇数行,依次扫描1、3、5…
行,而第二场(偶数场)只扫描偶数行,依次扫描2、4、6…行。隔行扫描技术在传送信号带宽不够的情况
下起了很大作用,逐行扫描和隔行扫描的显示效果主要区别在稳定性上面,隔行扫描的行间闪烁比较明显,
逐行扫描克服了隔行扫描的缺点,画面平滑自然无闪烁。在电视的标准显示模式中,i表示隔行扫描,p表
示逐行扫描。
720P、1080i中的i是interlace,代表隔行扫描;P是Progressive,代表逐行扫描。传统的
CRT电视,工作的原理是通过电子束在屏幕上一行行地扫描后发光来显示图象的。电视信号在传输过程中,
由于受带宽的限制,只能传递隔行信号,以节省带宽。以TSC电视机为例,在工作的时候,把一幅525行
图像分成两场来扫,第一场称奇数场,只扫描奇数行(依次扫描1、3、5…行),而第二场(偶数场)只扫描
偶数行(依次扫描2、4、6…行),通过两场扫描完成原来一帧图像扫描的行数,由于人眼具有视觉暂留效
应,因此看在眼中时仍是一幅完整的图象,这就是隔行扫描。TSC制节目共525行扫描线,每秒60场图
像,表示为60i或525i,如果是逐行扫描的,就称作60P或525P。PAL制节目为625行,每秒50场图像,
表示为50i或625i,逐行则称为50P或625P。记住,这是针对CRT电视机的。
以上的表示方法,不仅代表了CRT电视的扫描格式,也代表摄像机拍摄的图像的格式。因为电
视系统最初都是隔行扫描系统的,因此对应TSC和PAL制电视节目的摄象机,也全部是隔行扫描的,就是
说凡是电视摄象机拍摄的TSCPAL制节目,全部是隔行扫描信号,分别表示为52560i和62550i。记住,
这是针对电视摄象机的。
DMD
DMD可以简单描述成为一个半导体光开关。
每一个镜片可以通断一个象素的光。铰链结构允许镜片在两个状态之间倾斜,+10度为
“开”。-10度为“关”,当镜片不工作时,它们处于0度“停泊”状态。
各单光成为时间上的混(图像)光(电信号转换为光信号)
CVBS-复合视频广播信号
中文解释:复合视频广播信号或复合视频消隐和同步。
CVBS是将模拟的亮度信号和度信号混合在一起,使用一根线来进行传输。
CVBS 是被广泛使用的标准,也叫做基带视频或RCA视频,是全国电视系统委员会(TSC)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。复合视频包含差(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。
.


.


CVBS信号
在快速扫描的TSC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,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TFS电视台用老旧的鞭形天线,“兔子耳朵”,或世外的“空中”经常包含假的或上下摇动
的颜。
复合视频信号通常是在一个标准格式,如PAL制式, SECAM制式或TSC 。
对于大多数的家庭应用,一个RCA端口通常是用来连接的复合视频信号,而BC连接器是用于专业应用软
件。 大多数模拟家庭录像设备记录的信号在综合格式和一个复合视频接口用于连接录像机磁带播放机,游
戏机或DVD播放器的电视。
附:信号的传输设备
1、VCD机、VHS录像机(CVBS设备)
因为这些信号源记录的就是CVBS信号,因此用一根线来把CVBS信号从信号源传输到显示设
备就可以了。即使VCD机具有S端子输出,由于信号记录的是CVBS信号,输出的S端子信号也只是VCD机
本身将记录的CVBS信号解码成YC信号而已,这和直接将CVBS信号传输给显示设备,有显示设备来将CVBS
信号解码成YC信号没有本质区别。
因此对于VCD机和VHS录像机来说,传输CVBS信号就可以保证最好的图像质量。
2、S-VHS录像机(YC设备)
由于S-VHS录像机记录的是YC信号,如果采用CVBS传输,S-VHS录像机就需要先把YC
信号合成成CVBS信号,然后有显示设备再将CVBS信号解码成YC信号。如此的转换必然降低图像质量。
因此对于S-VHS录像机来说,S端子(YC)就可以保证最好的图像质量。
3、DVD机(差设备)
DVD碟记录的是YPbPr信号数字化后再编码的MPEG2信号。在模拟时代,DVD机将MPEG2解
码得到数字差信号,然后通过数模变换器得到YPbPr信号或者VGA信号。因此,对DVD机来说,最好的
输出信号就是YPbPr信号或者VGA信号。使用这两种信号来传输,就可以保证得到最好的图像。


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常用视频信号接口与处理方法总结
刘学满2010-4-13
一、 视频接口概述
视频接口,从颜空间、数字模拟、分离复合(适用于模拟信号)、并行串行(适用于数字信号)、
单端差分等类别可以分为如下几种,见下表:
信号类型 颜空间 数字
模拟
VGA RGB 模拟 RGB分离
HS,VS分离
分离复合 并行
串行
—— RGB峰值0.7V
(带75Ω负载)
HS、VS为
TTLLVTTL电平
连接器为DB15
R,SOG,B RGB 模拟 R,G,B分离,
复合同步CS与G信
号复合
—— R,B信号同VGA,
SOG信号峰值为
1.0V(-0.3V~0.7V)
(带负载)
连接器为RCABC
差分RGB RGB 模拟 RGB分离
HS,VS分离
—— RGB差分信号,
差分电压
连接器通常为DB15
SDTVHDTV
R’G’B’
R’G’B’ 模拟 R’G’B’ 分离
SOG
黑电平为0.3V
白电平为1.0V
同步电压
(带75Ω负载)
连接器为RCABC
SDTVHDTV
YPbPr
YUV 模拟 Y Pb Pr分离 —— Y峰值1.0V,
黑电平为0.3V
CbCr 峰值0.7V
(0.3V~1.0V)
(带75Ω负载)
连接器为RCABC
CVBS
(PAL,TSC,
SECAM等)
S-Video YUV 模拟 YC分离
CS复合在Y
CbCr复合为C
——
YUV 模拟 YC复合 —— 峰值1.0V
(带75Ω负载)
连接器为RCABC
Y峰值1.0V
C峰值0.7V
(带75Ω负载)
连接器为RCABC
18bit24bit数
字RGB
RGB 数字 RGB,HS,VS,DE分离 并行 TTLLVTTL电平
传输距离较短
IC间连接或者板卡
间连接
同VGA
480i
576i

480i
576i

480ip
576ip
1080ip
480ip
576ip
1080ip
同VGA
特征 支持的
分辨率
VESA
640*400
~
1920*1200

同VGA
.


.
Open-LDI
(LVDS)
RGB 数字 RGB,HS,VS,DE复
合在A2通道
7bit
转串

LVDS电平,双绞线
支持长距离传输
无校验位
设备间连接或者板
卡到液晶屏,无规
定的连接器
双通道可
支持更高
的分辨率
DVI RGB 数字 复合 10bit TMDS电平,双绞线
转串

支持长距离传输
有校验位
设备间连接,有标
准连接器
双通道可
支持更高
的分辨率
HDMI YCbCr 数字 复合 10bit TMDS电平,双绞线
转串

支持长距离传输
有校验位

BT.601(并行) YCbCr 数字 YCbCr分离 24bit TTLLVTTL电平
并行 13.5MHz 4:4:4
传输距离较短
IC间连接

BT.656(并行) YCbCr 数字 复合在8bit10bit

并行 TTLLVTTL电平
27MHz 4:2:2
传输距离较短
IC间连接

SDI
BT656(串行)
YCbCr 数字 复合在单根线上 10bit 270Mbps, 4:2:2
转串

传输距离较长
设备间连接

1394 数字 复用在传输链路上 串行 符合IEEE1394规范
规定了物理层和数
据链路层,类似于
以太网。
多用于DV和计算机
设备
网络传输的视频

数字 复用在网络线上 串行 超长距离传输,数
据完整性有保证,
但实时性较差
SDTV
HDTV

二、 模拟视频信号接口
1.接口设计
模拟信号由于其电压范围很小,如果接口电路设计不当,很可能造成最终的信号质量下降。因此需要
注意以下几个事项:
1) 阻抗匹配:通常为75Ω,包括发送端,接收端以及传输路径上的阻抗。
.


.


2) 隔直电容:为了防止不同设备间地电压差对信号造成的影响,此电容不宜过大或者过小。
3) 滤波网络:尽可能地消除低频和高频纹波。
4) 地平面:根据理论,地平面分隔可以防止数字信号对模拟地干扰,但从实际经验来看,分隔成
小的地平面后,实际上会造成环流(AD9883资料中有叙述)。因此大部分情况下,还是用同一
个地。多层地平面,以及多打过孔,保持地电平的稳定是非常必要的。
5) PCB走线:等长是需要的,而且要确保三个器件经过不同的选择器缓冲器之后的延时也相差不
多,否则很难保证采样相位。
6) ESD保护:如果视频接口经常插拔,就需要加ESD保护二极管。
2.视频ADC
完成模拟信号到数字信号的转换,在使用过程中需要注意的主要问题有:
1)AD是否支持交流耦合方式输入
2)AD内部是否有信号增益调整功能
3)是否支持差分输入
4)AD内部是否有PLL等器件,采样相位是否可调整
5)AD输出的信号格式(24bit RGB,YCbCr)
6)是否支持SOG或者SOY等同步信号输入
.


.
模拟信号在AD转换时,通常需要进行一些调整,以达到最佳显示效果:
1)调整黑电平位置和最大辐值,通常可以配置AD芯片有关offset和gain的寄存器,经过此番调
整之后,实际上是校准了RGB三,同时提高了灰度等级。
2)调整PLL锁相环,以达到合适的采样频率,并保证PLL在各种温度条件下均能稳定工作。
3)调整采样起始点和终止点,确保有效信号不丢失。
4)调整采样相位,使最终显示画质更清晰。
3.视频DAC
完成模拟信号到数字信号的转换,在使用过程中需要注意的主要问题有:
1)DA输出时,驱动方式是电压型的,还是电流型的?带负载与不带负载的电压是多少?是否合乎
规范要求。如果不合适,必要时加缓冲器或者放大器输出。
2)DA的输入接口是多少位的?如果是8bit10bit兼容,要注意最高2位和最低2位的接法。
3)输出同步信号是什么格式?是否需要输出CS或者SOG?
4.解码器
这里说的解码器是指针对CVBS(PAL、TSC)或者YC信号的亮度度解调和分离用的解码器,解码
器输出的通常为BT656或者BT601格式的数字信号,此信号仍为隔行信号。
解码器使用中,接口部分设计与ADC相类似,对输入信号格式,输出信号格式的寄存器配置有一些差
异,如果输入格式设置不当,虽然能输出信号,但显示不正确。
5.编码器
视频编码器特指从BT656BT601格式转到CVBSYC信号的转换器,一方面完成数字到模拟信号的转换,
另一方面是完成亮度信号与度信号的调制、复合。
解码器使用中,接口部分设计与DAC相类似,主要的不同也在于IC寄存器配置不同。
6.缓冲器放大器选择器分配器
模拟视频信号在传输和处理的过程中,通常需要一些缓冲放大选择分配等处理。
在这些电路设计时,着重需要考虑的问题:
1) 输入信号的电压辐值,芯片供电范围是否能满足要求,是否需要加75Ω电阻。
2) 期望信号放大多少倍输出。
3) 输出接口是否符合规范要求。
7.差分RGB信号接收驱动
由于VGA信号辐值很小,如果在0V上下有干扰信号时,会直接影响到信号显示。一种方法是将黑电平
抬高,如SDTVHDTV中用的模拟YPbPr信号,其黑电平通常为0.3V,这样,就可以避免0V附近的干扰纹
.
2


.
波,另一种方法就是将单端信号转为差分信号传输。出现共模干扰时,对信号质量无影响。
RGB信号通过模拟差分传输,HS、VS通过RS422差分电平传输。
在模拟差分接口设计时,需要注意的是信号放大倍数及匹配电阻的接法。
针对各类视频模拟信号,推荐以下几种芯片供参考。
型号
AD9883
功能
ADC
特点
RGB输入
140MHz,8bit ADC
AD7123
ADV7401
DAC
ADC+DECODER
330MHz,10bitDAC
VGA,SOG,CVBS,YC输入
24bitRGB,BT601,BT656输出
110MHz,10bit ADC
AD7170
TVP5146
AD811
ECODER
DECODER
放大器
27MHz 10bit DAC
与ADV7101类似
140MHz
单通道,放大倍数可设置
MAX4020
PI5V330
MAX4137
AD8115
AD8177
放大器
选择器
分配器
矩阵开关
矩阵开关

200MHz,4* (2选1)
185MHz ,1分4
225MHz 16 in 16 out
500MHz,差分RGB
16 RGB in 5RGB out
AD8145


三、 数字视频信号接口
差分转单端
单端转差分
可配置增益,1或2

1. DVI输入接口设计
DVI信号接收通常使用sil163、AD9887等,在设计中需要注意以下几项:
1) 输入信号是单通道还是双通道
2) 输出时钟与数据的关系,必要时,需要调整配置,使时钟反相。
3) 输出驱动能力的大小
2. DVI输出接口设计
DVI信号驱动通常使用sil160等,在设计中需要注意以下几项:
1) 输入LVTTL数据线的接法,注意8bit6bit信号的兼容性接法
2) 输出信号是单通道还是双通道
3) 输入时钟与数据的关系,必要时,需要调整配置,与输入信号相兼容。
4) 输出芯片是否具备预加重功能,保证长距离传输

.


.
3. LVDS输入接口设计
LVDS视频信号接收通常使用DS90CF388386384366364等,在设计中需要注意以下几项:
1) 输入信号是单通道还是双通道,接口芯片需要配置为正确的模式
2) 输出时钟与数据的关系,必要时,需要调整配置,使时钟反相。
3) 匹配电阻的接法


4. LVDS输出接口设计
LVDS视频信号接收通常使用DS90CF387385383365363等,在设计中需要注意以下几项:
1) 输出信号是单通道还是双通道
2) 输入数据信号的接法是否正确,尤其是24bit18bit两类并行数据
3) 输入时钟与数据的相位关系,必要时,需要调整采样时钟边沿的配置。
4) 输出驱动能力的大小是否适合长距离传输,是否具有预加重功能

5. 缓冲器选择器分配器
为了保证TMDSLVDS长距离传输,如果LVDS驱动器驱动能力不够,或者不具备预加重功能,或者是
经过多个连接器后,传输阻抗发生变化,最好加上TMDSLVDS信号缓冲器进行中继。LVDS信号可选用
DS90LV001 DS90LV004进行缓冲,并可改善信号质量。
如果是多路信号输入,或者需要1分多路信号输出时,可以选用TMDSLVDS选择分配器。
6. 差分数字信号传输设计要点
1) 信号路径上的阻抗匹配。通常LVDS信号要求为100Ω,这样,就要求PCB走线在传输频率下的
.


.
特征阻抗达到100Ω,连接器、线缆均要为100Ω。否则会影响信号的质量。
2) 差分走线等长,不仅要每一差分线对等长,而且要不同的差分线对也等长。
3) 传输线缆差分线对双绞,而且最好使用屏蔽线缆。
7. 并行24bit18bit TTLLVTTL
并行数据接口设计时需要注意的有:
1)并行24bit18bit数据兼容的接法,高位对齐。
2)数据线走线长度要差不多,尤其是高分辨率的信号。
3) 并行数据传输时,由于位数较多,很容易被其他信号干扰或者相互干扰,尤其需要注意的是CLK,
HS,VS,DE这几根线尽量与数据线分离开。
4)在信号处理和不同的接口芯片互连时,要注意并行数据与时钟的相位关系。必要时,需要用
CPLDFPGA进行时钟移位或者反相。
四、 视频信号的处理
所有的视频信号,要进行一定的变换或者调整,都需要转为数字视频信号(并行
24bit18bit16bit8bit数据),然后通过专用的视频处理芯片(如GM1601、GM5221、PW328、AL128、AL300)
等,或者通过FPGADSP实现通过自编程的逻辑进行信号处理。专用芯片内部通常集成了AD、DA、DVI接
收、LVDS驱动等功能。
视频信号处理方法主要有:
1. 视频信号增强
如对比度调整,信号亮度调整,温调整,信号滤波等功能,这些功能均是对RGBYUV数据信号
通过一定的算法,或者是变换矩阵,转换成另一种信号。做这些调整,是为了使图像更加易于识别,
视觉效果更好。
2. 画面内容截取
将视频数据中某一范围的数据截取输出,其他部分丢弃。比如,输入为1024*768,而需要格式为
800*600,可以只截取1024*768中的800*600大小的窗口输出。
3. 多路信号选择输出
多种数字格式视频信号输入时,通过寄存器设置,可以选择让其中的一路信号输出。
4. 多路视频叠加或者OSD叠加
视频叠加,主要是确定叠加窗口的位置,叠加透明度。在叠加范围内,输出信号为多路信号YUV
或者RGB值的加权和。
5. 视频画面缩放
.


.
在某些应用场合下,输入信号的分辨率必须要放大或者缩小到固定的格式,而且画面要完整,不
能通过截取的方法来改变分辨率大小。比如液晶显示屏驱动信号、视频信号小窗口叠加、480i576i
需要满屏显示等。
6. 逐行与隔行的相互变换
原来的PALTSC制式的电视信号是隔行扫描的,这是由老的CRT显示器的扫描特性决定的。但
是为了适应在液晶显示器上的显示,需要将隔行信号转为逐行信号。
一种最简单的变化方法是,将奇场和偶场信号简单地拼接在一起输出。但是如果是运动画面,这
样的做法,会造成锯齿和抖动。
优化的方法是,根据多个奇场和偶场信号进行插值,最后生成连贯的画面。通常有三行滤波、五
行滤波等算法。在这方面GM1601等器件处理得比较好。
7. 帧率变换
为了适应显示设备的要求,需要将输入信号的帧率放大或者缩小。比如原来的电视信号是50Hz
的,需要转为60Hz输出给液晶屏。或者普通VGA信号要转为电视信号输出时,则需要降低帧率。
帧率变换主要是通过帧存的读写来实现的,例如,为了提高液晶屏的响应时间,可以采用提高刷
新频率的方法,将60Hz提高到120Hz,这是,相当于同样的一幅画面,连续读取2次帧存输出。
五、 视频信号的检测方法
视频信号最终是要显示出来查看的,因此最直观的方法就是看最终的显示效果。视频传输路径上
的问题,或者是视频处理时的问题都可以全部体现在最终的显示设备上。

通常需要检测以下几个方面:
1) 画面的完整性
查看画面边框是否完整,可以检验出ADC设置参数或者数字信号中DE是否正确
.


.
2) 颜灰度的完整性

通过查看测试画面中颜、灰度是否连续就可以检验出ADC配置参数、数字信号连接是否正

3) 信号清晰度

单像素黑白竖线条,通过查看线条稳定程度及颜,可以检验出ADC采样时钟和相位、数字信
号受干扰程度。
除了上述直观的手段外,要评价视频信号的好坏,可以通过输出特定的测试画面,测量视
频信号(模拟、并行数字、差分数字)的波形,从而发现问题,并解决。
YCrCb即YUV,主要用于优化彩视频信号的传输,使其向后相容老式黑白电视。与RGB视
频信号传输相比,它最大的优点在于只需占用极少的频宽(RGB要求三个独立的视频信号同时传
输)。其中“Y”表示明亮度(Luminance或Luma),也就是灰阶值;而“U”和“V” 表示的则
是度(Chrominance或Chroma),作用是描述影像彩及饱和度,用于指定像素的颜。“亮
度”是透过RGB输入信号来建立的,方法是将RGB信号的特定部分叠加到一起。“度”则定义
了颜的两个方面─调与饱和度,分别用Cr和CB来表示。其中,Cr反映了RGB输入信号红
部分与RGB信号亮度值之间的差异。而CB反映的是RGB输入信号蓝部分与RGB信号亮度值之间
的差异。
采用YUV彩空间的重要性是它的亮度信号Y和度信号U、V是分离的。如果只有Y信号分
量而没有U、V分量,那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。彩电视采用YUV空间正是为了用
亮度信号Y解决彩电视机与黑白电视机的兼容问题,使黑白电视机也能接收彩电视信号。
YUV与RGB相互转换的公式如下(RGB取值范围均为0-255)︰
Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
U = -0.147R - 0.289G + 0.436B
.


.
V = 0.615R - 0.515G - 0.100B
R = Y + 1.14V
G = Y - 0.39U - 0.58V
B = Y + 2.03U
在DirectShow中,常见的RGB格式有RGB1、RGB4、RGB8、RGB565、RGB555、RGB24、RGB32、
ARGB32等;常见的YUV格式有YUY2、YUYV、YVYU、UYVY、AYUV、Y41P、Y411、Y211、IF09、IYUV、
YV12、YVU9、YUV411、YUV420等。
S-Video信号
S-Video是一种两分量的视频信号,它把亮度和度信号分成两路独立的模拟信号,用两路导线分别
传输并可以分别记录在模拟磁带的两路磁迹上。将两个差信号U、V合并形成一个彩信号C,以YC格
式进行记录,这种格式被称为彩降频方式。这种信号不仅其亮度和度都具有较宽的带宽,而且由于亮
度和度分开传输,可以减少其互相干扰,水平分解率可达420线。与复合视频信号相比,S-Video可以
更好地重现彩。
同AV 接口相比,由于它不再进行YC混合传输,因此也就无需再进行亮分离和解码工作,
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 仍要将两路差信号(Cr Cb)混合为一路度信号C,进行传输然后再在显示设
备内解码为Cb和Cr进行处理,这样多少仍会带来一定信号损失而产生失真(这种失真很小但在严格的广播
级视频设备下进行测试时仍能发现) 。而且由于Cr Cb的混合导致度信号的带宽也有一定的限制,所以
S-Video虽然已经比较优秀,但离完美还相去甚远。S-Video虽不是最好的,但考虑到目前的市场状况和综
合成本等其它因素,它还是应用最普遍的视频接口之一。两分量视频可来自于高档摄像机,它采用两分量
视频的方式记录和传输视频信号。其它如高档录像机、激光视盘LD机的输出也可按分量视频的格式,其清
晰度比从家用录像机获得的电视节目的清晰度要高得多。
YPbPr_YCbC信号
YPbPr接口可以看做是S端子的扩展,与S端子相比,要多传输PB、PR两种信号, 避免了两路差
混合解码并再次分离的过程,也保持了度通道的最大带宽,只需要经过反矩阵解码电路就可以还原为RGB
三原信号而成像,这就最大限度地缩短了视频源到显示器成像之间的视频信号通道,避免了因繁琐的传
输过程所带来的图像失真,保障了彩还原的准确,目前几乎所有大屏幕电视都支持差输入。
YPbPr为模拟的差信号,YCbCr为数字的差信号。YCbCr是逐行扫描信号,YPbPr隔行扫描信
号。
数字电视的YUV(YCbCr)彩空间是由ITU(国际电信联盟)规定的,但是分量接口尤其是模拟分量接
口并没有国际统一的标准,目前最为常见的是日本的D端子、欧洲的SCART端子和美国的三线端子。我国
目前采用的是美国的三线端子,这个端子是由美国EIA(电子工业协会)标准EIA-770.2a规定的,按照这
个标准,下到480i,上到720p的信号都是采用这个端子传输,而且并没有隔行、逐行的分别。其实日本
的D端子和欧洲的SCART端子也是不分隔行逐行的,D端子的D1到D5的标识不同只是告诉使用者这个机
器只能输出(输入)某一个格式以下的信号(譬如D4就表示支持720p及以下格式)。所以,YCbCr表示
的是数字电视(视频)的彩空间及数字接口,这是国际通用的标准。YPbPr表示的仅仅是模拟视频分量
接口,而且仅仅是美国的标准(包括采用美国标准的其他国家)。
数字电视的彩空间和计算机不同,不是RGB空间,而是采用一个亮度信号(Y)和两个差信号
(R-Y、B-Y)的YUV空间或者叫YCbCr空间。数字电视采用YUV(YCbCr)彩空间的原因主要就是为了减少数
据储存空间和数据传输带宽,同时又能非常方便的兼容黑白电视(R-Y和B-Y信号为零)。
由于全部三个
信号需
求较大带宽,因此传统的消费视频无法使用R'G'B'。为了降低带宽、成本,并解决延迟及现今的
.


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运行功耗等问题,R'G'B'信号在算法上进行了处理,从而造就了不同形式的视频信号。

YUV
电视传输用的名词,一个亮度信号(Y),两个差信号(U分量、V分量)。YUV(亦称YCrCb)
是被欧洲电视系统所采用的一种颜编码方法(属于PAL)。YUV主要用于优化彩视频信号的传输,使其
向后兼容老式黑白电视。与RGB视频信号传输相比,它最大的优点在于只需占用极少的带宽(RGB要求三
个独立的视频信号同时传输)。其中“Y”表示明亮度(Luminance或 Luma),也就是灰阶值;而“U”和
“V”表示的则是度(Chrominance或Chroma),作用是描述影像彩及饱和度,用于指定像素的颜。
“亮度”是通过RGB输入信号来创建的,方法是将RGB信号的特定部分叠加到一起。“度”则定义了颜
的两个方面—调与饱和度,分别用Cr和CB 来表示。其中,Cr反映了GB输入信号红部分与RGB信
号亮度值之间的差异。而CB反映的是RGB输入信号蓝部分与RGB信号亮度值之同的差异。
在现代彩电视系统中,通常采用三管彩摄像机或彩CCD(点耦合器件)摄像机,它把摄
得的彩图像信号,经分、分别放大校正得到RGB,再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y和两个差信
号R-Y、B-Y,最后发送端将亮度和差三个信号分别进行编码,用同一信道发送出去。这就是我们常用的
YUV彩空间。
YUV (YCrCb)和4:2:2, 4:1:1, 4:2:0
是指亮度信号Y和红蓝差信号的抽样格式. 在dv中, ntsc是4:1:1, pal采用4:2:0. 注
意, 4:2:0并非蓝差信号采样为0,而是和4:1:1相比,在水平方向上提高1倍差采样频率,在垂直方向
上以CrCb间隔的方式减小一半差采样.

RCA接口
标准视频输入接口(RCA),也称AV 接口,通常都是成对的白和红的音频接口和黄的视频接
口,它通常采用RCA(俗称莲花头)进行连接,使用时只需要将带莲花头的标准AV 线缆与相应接口连接起来
即可。
RCA 是Radio Corporation of American的缩写词,因为RCA接头由这家公司发明的。RCA俗
称莲花插座,几乎所有的电视机、影碟机类产品都有这个接口。它并不是专门为哪一种接口设计,既可以
用在音频,又可以用在普通的视频信号,也是DVD分量(YCrCb)的插座,只不过数量是三个。RCA接头是目
前为止最为常见的一种音视频接线端子。这种双线连接方式的端子早在收音机出现的时代便由RCA录音公
司发明出来,还有一个更老式、也比较奇怪的称呼叫做“唱盘”接头。
RCA端子采用同轴传输信号的方式,中轴用来传输信号,外沿一圈的接触层用来接地,也可以
用来传输数字音频信号和模拟 视频信号。RCA音频端子一般成对地用不同颜标注:右声道用红(字母
“R”表示“右”或者“红”);左声道用黑或白。有的时候,中置和环绕声道连接线会用其他的颜
标注来方便接线时区分,但整个系统中所有的RCA接头在电气性能上都是一样的。一般来讲,RCA立体
声音频线都是左右声道为一组,每声道外观上是一根线。
RCA接口实现了音频和视频的分离传输,这就避免了因为音视频混合干扰而导致的图像质量
下降,但由于AV 接口传输的仍然是一种亮度度(YC)混合的视频信号,仍然需要显示设备对其进行亮
分离和度解码才能成像,这种先混合再分离的过程必然会造成彩信号的损失,度信号和亮度信号
也会有很大的机会相互干扰从而影响最终输出的图像质量。AV还具有一定生命力,但由于它本身YC混合
这一不可克服的缺点因此无法在一些追求视觉极限的场合中使用。
RCA接口样式:通常都是成对的音频接口(左右声道)(白)和视频接口(黄)
RCA接口连接方式:它通常采用RCA(俗称莲花头)进行连接,使用时只需要将带莲花头的标准AV线缆与相
应接口连接起来即可。
RCA接口优点:RCA接口实现了音频和视频的分离传输,这就避免了因为音视频混合干扰而导
致的图像质量下降。目前电视设备上应用最广泛的接口,几乎每台电视上都提供了此类接口,用于视频输
入。
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RCA接口缺点:由于RCA接口传输的仍然是一种亮度度(YC)混合的视频信号,仍然需要显
示设备对其进行亮分离和度解码才能成像,这种先混合再分离的过程必然会造成彩信号的损失,
度信号和亮度信号也会有很大的机会相互干扰从而影响最终输出的图像质量。RCA还具有一定生命力,但
由于它本身YC混合这一不可克服的缺点因此无法在一些追求视觉极限的场合中使用。

BC接口
BC,全称是Bayonet ut Connector(刺刀螺母连接器,这个名称形象地描述了这种接头外形),又称为
British aval Connector(英国海军连接器,可能是英国海军最早使用这种接头)或Bayonet eill
Celman(eill Celman刺刀,这种接头是一个名叫eill Celman的人发明的)。

BC(基本网络卡)接口是10Base2的接头,即同轴细缆接头。可以隔绝视频输入信号,使信号
相互间干扰减少,且信号带宽要比普通15针的D型接口大,可达到更佳的信号响应效果。这种接口的网卡
对应用于用细同轴电缆为传输介质的以太网或令牌网中。
目前这种接口类型的网卡较少见,主要因为用细同轴电缆作为传输介质的网络就比较少。现在
多用于安防行业监视器传输视频信号。
BC接头可没有被淘汰,被淘汰只不过是10Base-2以太网,这种网络使用50欧的RG-58AU
同轴电缆的,速率为10Mb的,总线型网络,维护不便。所以现在组建这种网络的BC接口网卡也被淘汰了。
同轴电缆是一种屏蔽电缆,有传送距离长、信号稳定的优点。目前它还被大量用于通信系统中,如网络设
备中的E1接口就是用两根BC接头的同轴电缆来连接的,在高档的监视器、音响设备中也经常用来传送音
频、视频信号。
有别于普通15针D-SUB标准接头的特殊显示器接口。由RGB三原信号及行同步、场同步五
个独立信号接头组成。主要用于连接工作站等对扫描频率要求很高的系统。BC接头可以隔绝视频输入信
号,使信号相互间干扰减少且信号频宽较普通D-SUB大,可达到最佳信号响应效果。
BC电缆有5个连接头用于接收红、绿、蓝、水平同步和垂直同步信号。BC接头可以隔绝视频输入信号,
使信号相互间干扰减少且信号频宽较普通D-SUB大,可达到最佳信号响应效果。可将数字信号传送至
150300M以上,模拟可传送300M以上。通常用于工作站和同轴电缆连接的连接器,标准专业视频设备输
入、输出等领域,投影机上也很常见。

差信号
颜是由亮度和度共同表示的,而度则是不包括亮度在内的颜的性质,它反映的是颜的调
和饱和度。
在彩电视广播中,传送的不是三基信号,而是亮度信号和差信号。差信号就是基
信号与亮度信号之差,即:
ER-Y=ER-EY
EG-Y=EG-EY
EB-Y=EB-EY
其中ER-Y为红差信号,EG-Y为绿差信号,EB-Y为蓝差信号。
由于亮度信号已从三基中抽离出来单独传送,若再传送基信号,因基信号中含有亮度
成分,则势必造成亮度成分传送的重复。差信号不含有亮度成分,仅代表了调与饱和度,因而应传
送差信号。
在三个差信号中,相互之间并不是独立的,其中某一个差信号可以由另外两个差信号
按特定的比例混合产生。推导如下:
EY=0.30ER+0.59EG+0.11EB
0.30EY+0.59EY+0.11EY=0.30ER+0.59EG+0.11EB
0.30(ER-EY)+0.59(EG-EY)+0.11(EB-EY)=0
.


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0.30ER-Y+0.59EG-Y+0.11EB-Y=0
在实际彩电视广播中,只传送了ER-Y、EB-Y两个差信号,而EG-Y差信号不传送,EG-Y
差信号将来在接收机中按下式混合产生:EG-Y=-因式子中的系数0.51、0.19均小于1,故EG-Y可用简
单的电阻衰减式矩阵就可以复原。亮度信号、差信号形成电路。

逐行扫描与隔行扫描
隔行扫描主要应用于电视信号的发送与接收中。它的特点是把每秒传送25幅(帧)画面用每秒传送
50次的方法来消除闪烁感,即一面传送两次,第一次扫描奇数行,第二次扫描偶数行,因而称为隔行扫描。
采用这一制式的缺点是画面清晰度稍差,且有轻微的闪烁感。逐行扫描主要应用于计算机的显示器中。由
于显示器不受电视台的发送方式限制,因而被广泛采用。逐行扫描就是每幅画面按1、2、3……行的顺序
扫描方式完成一幅画面。为了提高画面的清晰度,消除闪烁感,还可以增加扫描线数,目前显示器的扫描
线数一般为768行,因而会感到画面非常细腻、清晰。
每一帧图像由电子束顺序地一行接着一行连续扫描而成,这种扫描方式称为逐行扫描。把每一
帧图像通过两场扫描完成则是隔行扫描,两场扫描中,第一场(奇数场)只扫描奇数行,依次扫描1、3、5…
行,而第二场(偶数场)只扫描偶数行,依次扫描2、4、6…行。隔行扫描技术在传送信号带宽不够的情况
下起了很大作用,逐行扫描和隔行扫描的显示效果主要区别在稳定性上面,隔行扫描的行间闪烁比较明显,
逐行扫描克服了隔行扫描的缺点,画面平滑自然无闪烁。在电视的标准显示模式中,i表示隔行扫描,p表
示逐行扫描。
720P、1080i中的i是interlace,代表隔行扫描;P是Progressive,代表逐行扫描。传统的
CRT电视,工作的原理是通过电子束在屏幕上一行行地扫描后发光来显示图象的。电视信号在传输过程中,
由于受带宽的限制,只能传递隔行信号,以节省带宽。以TSC电视机为例,在工作的时候,把一幅525行
图像分成两场来扫,第一场称奇数场,只扫描奇数行(依次扫描1、3、5…行),而第二场(偶数场)只扫描
偶数行(依次扫描2、4、6…行),通过两场扫描完成原来一帧图像扫描的行数,由于人眼具有视觉暂留效
应,因此看在眼中时仍是一幅完整的图象,这就是隔行扫描。TSC制节目共525行扫描线,每秒60场图
像,表示为60i或525i,如果是逐行扫描的,就称作60P或525P。PAL制节目为625行,每秒50场图像,
表示为50i或625i,逐行则称为50P或625P。记住,这是针对CRT电视机的。
以上的表示方法,不仅代表了CRT电视的扫描格式,也代表摄像机拍摄的图像的格式。因为电
视系统最初都是隔行扫描系统的,因此对应TSC和PAL制电视节目的摄象机,也全部是隔行扫描的,就是
说凡是电视摄象机拍摄的TSCPAL制节目,全部是隔行扫描信号,分别表示为52560i和62550i。记住,
这是针对电视摄象机的。
DMD
DMD可以简单描述成为一个半导体光开关。
每一个镜片可以通断一个象素的光。铰链结构允许镜片在两个状态之间倾斜,+10度为
“开”。-10度为“关”,当镜片不工作时,它们处于0度“停泊”状态。
各单光成为时间上的混(图像)光(电信号转换为光信号)
CVBS-复合视频广播信号
中文解释:复合视频广播信号或复合视频消隐和同步。
CVBS是将模拟的亮度信号和度信号混合在一起,使用一根线来进行传输。
CVBS 是被广泛使用的标准,也叫做基带视频或RCA视频,是全国电视系统委员会(TSC)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。复合视频包含差(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。
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CVBS信号
在快速扫描的TSC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,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TFS电视台用老旧的鞭形天线,“兔子耳朵”,或世外的“空中”经常包含假的或上下摇动
的颜。
复合视频信号通常是在一个标准格式,如PAL制式, SECAM制式或TSC 。
对于大多数的家庭应用,一个RCA端口通常是用来连接的复合视频信号,而BC连接器是用于专业应用软
件。 大多数模拟家庭录像设备记录的信号在综合格式和一个复合视频接口用于连接录像机磁带播放机,游
戏机或DVD播放器的电视。
附:信号的传输设备
1、VCD机、VHS录像机(CVBS设备)
因为这些信号源记录的就是CVBS信号,因此用一根线来把CVBS信号从信号源传输到显示设
备就可以了。即使VCD机具有S端子输出,由于信号记录的是CVBS信号,输出的S端子信号也只是VCD机
本身将记录的CVBS信号解码成YC信号而已,这和直接将CVBS信号传输给显示设备,有显示设备来将CVBS
信号解码成YC信号没有本质区别。
因此对于VCD机和VHS录像机来说,传输CVBS信号就可以保证最好的图像质量。
2、S-VHS录像机(YC设备)
由于S-VHS录像机记录的是YC信号,如果采用CVBS传输,S-VHS录像机就需要先把YC
信号合成成CVBS信号,然后有显示设备再将CVBS信号解码成YC信号。如此的转换必然降低图像质量。
因此对于S-VHS录像机来说,S端子(YC)就可以保证最好的图像质量。
3、DVD机(差设备)
DVD碟记录的是YPbPr信号数字化后再编码的MPEG2信号。在模拟时代,DVD机将MPEG2解
码得到数字差信号,然后通过数模变换器得到YPbPr信号或者VGA信号。因此,对DVD机来说,最好的
输出信号就是YPbPr信号或者VGA信号。使用这两种信号来传输,就可以保证得到最好的图像。


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常用视频信号接口与处理方法总结

发布时间:2022-03-29 21:31:07
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