CVBS signal analog video signal

在咱們的電視天線信號線裏就只有兩跟線，中間有一根很粗的線，外圍包着一層的線，這是爲了防止外界信號的干擾。在這兩根線中一個是地線，一根是全電視信號線，外圍的是地線。

    作視頻處理很不免要接觸電視信號，瞭解全電視信號的原理。當咱們把電視的信號線接到示波器上看其波形時會發現其波形很亂，但老是有一些規律可循：每隔一段特別亂的波形以後有一個很小的低電平。在這其中，中間那些特別亂的波形其實就是有效像素電平的高低信號，那些很小的電平信號就是一些同步信號。

一、關於像素時鐘：大約在13.5MHz，由採樣定理得出的採樣信號爲27MHz，像素時鐘就是來同步像素有效信號的，每個像素時鐘來一個像素值；

二、關於行同步信號：顧名思義就是同步行掃描的信號，每行來一次，低電平有效（對於正電視信號而言），每來一次行同步信號就意味着本行掃描結束，新的一行就要開始了；

三、關於場同步信號：顧名思義就是同步場掃描的信號，每場來一次，低電平有效，每來一次就意味着本場掃描結束新的一場就要開始；

四、關於場、幀的概念：從屏幕上頭掃到下頭叫作一場，可是並不等同於一幀，一幀圖像是指可以組成完整畫面的圖像數據，在隔行掃描中一幀包括兩場：奇場和偶場；

五、關於CVBS波形電平的解析：（假設爲正電視信號）設最低電平爲0,最高電平爲1,在二者之間有一合理的分界值x，認爲x到1之間的爲像素值，將這個區間劃分爲256份（假設精度爲8位），每個值對應一個灰度值，其中x表明黑色，1表明白色，中間爲各級灰度。(一個電平就能夠表示一個256以內的數字，模擬電平)x如下的電平不是有效地像素值也能夠說是黑色(因此有的視頻四周有黑邊？)，那些同步信號就融合在其中，包括行同步信號和場同步信號，場同步信號比行同步信號要寬不少，具體的都有本身的時間長短定義，這樣才能保持發送和接收段信號的一致性，纔可以恢復原來的圖像；

六、關於奇偶場的概念；就是一幀分兩場掃描，先掃描奇場再掃描偶場，兩場組成一幀。

七、關於場消隱和行消隱：跟在場同步和行同步以後，當一行掃到屏幕的最右頭或者一場掃描到屏幕的最底端時，必須返回進行下一行或者下一場的掃描，可是又不能讓人眼看出來，所以就誕生的場消隱和行消隱信號，在此期間回掃器件，雖然也是在掃描可是看不出來就像隱藏的同樣。

8. 視頻信號電平

視頻信號電平定義了視頻信號不一樣部分的電平和範圍。用於定義視頻信號電平的組織是IRE（無線電工程師協會）。消隱電平對應0 IRE，白色電平對應+ 100 IRE。消隱電平是視頻信號的參考級別（一般爲0 V），以下面的圖6所示，若是對信號進行必定的設置，消隱電平和黑色電平是不一樣的。

圖6：視頻信號電平

對於NTSC而言，一般應用7.5 IRE設置，將黑色電平提升爲+ 7.5 IRE。對於PAL和SECAM，黑色電平與消隱電平一致，均爲0 IRE。

下表根據視頻格式顯示了不一樣的視頻信號電平。

視頻格式	同步電平	消隱電平	黑色電平	白色電平	峯值電平	突發幅值
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

模擬合成視頻信號使用75 Ω的輸出阻抗定義爲電壓源。當帶75 Ω阻抗的負載時，白色電平同步一般爲1 V_峯峯值。所以，無負載信號名義上爲2 V_峯峯值。

也就是140IRE = 1Vp-p

9. 理解複合視頻信號

複合視頻信號是全部須要生成視頻信號的成分組合在同一信號中的信號。構成複合信號的三個主要成分以下：

• 亮度信號——包含視頻圖像的強度（亮度或暗度）信息
• 色彩信號——包含視頻圖像的色彩信息
• 同步信號——控制在電視顯示屏等顯示器上信號的掃描

單色複合信號是由兩個成分組成的：亮度和同步。圖1顯示了這個信號（一般成爲Y信號）。

圖1：單色複合視頻信號（亮度從白過渡到黑）

 

色彩信號一般被稱爲C信號，在圖2中示出。

圖2：彩色條的色彩信息信號（包括顏色突發）

 

複合彩色視頻信號一般成爲彩色視頻、消隱與同步（CVBS）信號示Y與C之和，如圖3所示。

CVBS = Y + C

圖3：彩色條的彩色複合視頻信號

兩個組成部分Y與C能夠做爲兩個獨立信號分開傳輸。這兩個信號合稱爲Y/C或S視頻。

10. 視頻信號組成

複合視頻信號的概念

在一個信號中包含了亮度信號、色度信號與同步信號（包括場同步、行同步信號及行場消隱信號） ，稱爲複合視頻信號。 

又稱爲CVBS，表示Color，Video，Blanking，Sync，或者composite video baseband signal。

複合視頻信號把亮度、色度與同步信號複合在一個信號通道上傳輸，也就是在傳輸前須要把色度信號與亮度信號「合成」在一個信號裏，在傳輸後再將色度信號與亮度信號「分離」開來，送到顯示電路處理。

在色度信號與亮度信號的「合成」與「分離」過程當中，由於亮度信號與色度信號之間的相互干擾以及複合視頻信號自己帶寬的限制等，影響了圖像的質量。複合視頻信號，沒有象射頻電視廣播信號那樣通過調製、音/視頻混合/分離、放大、檢波、解調等過程，傳輸的圖像質量，相對射頻電視廣播信號要好一些，但相對其它視頻信號，傳輸的圖像質量是比較差的，水平分辨率通常可達 350-450 線。

在複合視頻信號的波形中，亮度與同步信號加在一塊兒，稱爲亮度信號Y(Luminance，Luma)。色調與色飽和度經過必定的轉換，轉換成色差信號，而後調製在色副載波上，已調色差信號即爲色度信號C (Chrominance，Chroma)。色度信號的相位表明色相，即顏色，其幅度表明色飽和度。

單一水平視頻行信號由水平同步信號、後沿、活動象素場以及前沿組成，其中，水平同步，後沿，前沿，組成水平消隱，如圖4所示。

 

圖4：視頻信號組成

 

水平同步（HSYNC）信號表示每條新的視頻行的開始。其後是後沿，用來做爲從浮地（交流耦合）視頻信號去除直流份量的參考電平。這是經過單色信號的鉗制間隔實現的。對於合成彩色信號，鉗制發生在水平同步脈衝中，因爲大部分後沿用於色彩突發，它提供了信號色彩成分解碼信息(色彩突發通常有10個色副載波週期，接收端根據它的頻率、相位生成與發送端U、V色副載波同頻同相的sin波，再對Fu、+-Fv作同步解調獲得U、V)。 色彩信息能夠包含在單色視頻信號中。複合色彩信號包含標準單色信號（RS-170或CCIR），並加入瞭如下成分： 色彩突發：位於後沿，這是提供後續色彩信息相位和幅值參考的高頻場。 色彩信號：這是實際的色彩信息。它由兩個以色彩突發頻率調製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一個象素的色彩內容。

VBI:場消隱間隔：

視頻信號的另外一方面是垂直同步（VSYNC）脈衝。這其實是在場之間發生的脈衝序列，用於通知顯示器，完成垂直重跟蹤，準備掃描下一場。在每一個場中都有幾行是不包含活動視頻信息的。有些只包含HSYNC脈衝，而其餘包含均衡與VSYNC脈衝序列。這些脈衝是在早期的廣播電視中定義的，因此從那之後構成了標準的一部分，雖然以後的硬件技術可以避免部分附加脈衝的使用。在圖5中給出了複合RS-170交叉信號，其中包括垂直同步脈衝，爲了簡單起見，下面給出了一個6行幀：

 

圖5：VSYNC脈衝

應當理解對於從模擬相機獲得的圖片，其垂直尺寸（以象素爲單位）是由幀接收器對水平視頻行採樣的速率所決定的。而這個速率是由垂直行速率合相機的體系結構所決定的。相機CCD陣列的結構決定了每一個象素的大小。爲了不圖像失真，您必須對水平方向，以必定速率進行採樣，將水平的活動視頻場分割爲正確的象素點數。下面是RS-170標準的實例：

感興趣參數：

• 行/幀數：525（其中包括用於顯示的485線；其他是每兩個場之間的VSYNC行）
• 行頻率：15.734 kHz
• 行持續時間：63.556微秒
• 活動水平持續時間：52.66微秒
• 活動象素/行數：640

如今，咱們能夠進行一些計算：

• 象素時鐘頻率（每一個象素達到幀接收器的頻率）：
  640象素/行 / 52.66 e-6 秒/行 = 12.15 e6 象素/行（12.15 MHz）
• 活動視頻的象素行長度 + 定時信息（稱爲HCOUNT）：
  63.556 e-6 秒 * 12.15 e6 象素/秒 = 772 象素/行
• 幀率：
  15.734 e3 行/秒 / 525 行/幀 = 30 幀/秒

11. 不一樣的視頻格式

如下表格描述了經常使用標準模擬視頻格式的一些特徵：

NTSC：美國國家電視標準委員會

PAL：逐行倒相

SECAM: Systeme Electronic Pour Coleur Avec Memoire

格式	應用國家和地區	模式	信號名稱	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）、澳大利亞、非洲與南美洲部分地區	單色	CCIR	25	405	10,125	768x576
		彩色	PAL Color	25	625	15,625
SECAM	法國、東歐、俄羅斯、中東與非洲部分地區	單色		25	819	20,475	N/A
		彩色		25	625	15,625

12. 彩色編碼

對於全部的PAL和NTSC格式而言，編碼是基於正交調幅（QAM）概念的，其中將兩個彩色成分經過象限幅度調製以後，合併在一塊兒。調製必須通過解碼，所以跟蹤絕對相位須要對彩色信息進行解碼。稱爲彩色突發的參考信號被插入到每行的開始處，它位於水平同步脈衝以後（參閱上述圖3與圖4）。

對於全部的SECAM格式，兩個彩色成分使用兩個不一樣的子載波頻率進行頻率調製，以後順序分步在不一樣的視頻行上。SECAM格式不須要彩色突發信號。

13. 隔行掃描概念

全部複合視頻系統使用隔行掃描技術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

模擬視頻信號包含控制掃描從左到右逐行以及從上到下逐場進行掃描。控制逐行掃描的脈衝稱爲水平同步脈衝（H-Sync）。控制垂直掃描的脈衝稱爲垂直同步脈衝（V-Sync）。

兩個交叉場合成一個完整幀。第一個場稱爲奇數場，對視頻圖像的奇數行進行掃描。第二個場稱爲偶數場，對視頻圖像的偶數行進行掃描。整個過程對每幀進行重複。

7. 活動圖像

掃描獲得的活動視頻圖像老是具備4/3的尺寸比例（水平/垂直），它與視頻格式無關。彩色複合視頻信號代表掃描過程要求在每行的左側和右側須要一些附加空間，在活動視頻圖像場的頂部和底部也一樣如此。這個額外的空間包含同步信號、彩色突發以及其餘例如ITS等格式特定的信息，這並非活動視頻圖像的一部分。大約全部行的90％以及每行的80％都可以傳送活動圖像信息。以下表所示，精確的數值依賴於視頻格式。

視頻格式	行/幀	活動行	幀速率	行持續時間	活動行持續時間
NTSC	525	480/486	29.97 幀/秒	63.55 µs	52.2 µs
PAL/SECAM	625	576	25.00 幀/秒	64.00 µs	52.0 µs

活動行表明了實際用於傳送圖像和信息的行數。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。一樣，在每行中，只有在活動行序列中才傳送圖像信息，這比整行的持續時間短。舉例而言，在NTSC中，63.55 µs中只有52.2µs是活動行持續時間。幀速率是掃描速度。

8. 灰度圖像和提取線譜輪廓

假設如下條件知足，下一小節中的完整NTSC幀掃描圖像對在電視屏幕上可能出現的視頻顯示進行了模擬：

• 電視可以顯示整條線，而不只僅是活動圖像部分。
• 電視並不是將兩個場進行隔行掃描獲得完整的圖像幀，而是對整個幀逐行掃描。

掃描從表明偶數場垂直同步模式的幾行開始掃描（從上到下逐行）。在偶數場的垂直同步模式以後插入可選的測試信號（ITS）。最後顯示實際的奇數場活動圖像。

這個過程對偶數場重複，構成完整的幀。

 

說明：大多數行從水平同步脈衝開始，隨後是色彩突發模式信號。以後的活動圖像（或ITS）顯示強度變化，其中較高的信號電平表明更高的亮度。

位於圖8和圖9底部的提取譜線輪廓顯示了從偶數場提取的活動視頻信號行。關於視頻電平的更多信息，等參閱以前的視頻信號小節。

水平同步脈衝通常是簡單的負脈衝，這些脈衝電平低於亮度信號電平。可是，垂直同步信號由分步在多行上的脈衝序列構成，脈衝序列對於奇數場和偶數場而言是不一樣的。圖8和圖9顯示了用於兩種場和三種主要視頻格式的垂直同步模式。

圖8：用於NTSC的場消隱與同步信號


圖9：用於PAL和SECAM的場消隱與同步信號

9. 完整的NTSC幀掃描

圖10顯示了對構成完整NTSC幀的525行進行掃描的結果。

圖10：完整的NTSC幀掃描

圖10是一個灰度圖像，因爲它表明了原始NTSC視頻波形的強度圖。色彩信息嵌入到這個波形中，尚未進行編碼。

您能夠看到左邊的信號色彩突發。點狀模式表明了正弦節拍的強度圖，構成色彩突發波形。在解碼以後，色彩突發看上去像是單色的表面（若是在電視顯示器上可見）。

 

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