视频信号基础常识
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视频信号的DG(微分增益),DP(微分相位),S/N(信噪比)DG(微分增益):在PAL制电视信号中,彩色信号是调制在频率为4.43MHz的色副载波上,而色副载波又是迭加在亮度信号上的,色副载波的幅度决定彩色信号的饱和度。
视频信号的DG失真是指系统的增益特性随输入信号的电平而变化。
通俗的说,由于亮度消隐电平变到白电平时,在视频通道输出端产生色度信号幅度的变化,这样,在亮的部分和暗的部分,其彩色饱和度,色调(尤其是饱和度)均有不同的变化。
DP(微分相位):在PAL制电视信号中,彩色信号是调制在频率为4.43MHz的色副载波上,而色副载波又是迭加在亮度信号上的,色副载波的相位决定彩色信号的色调。
视频信号的DG失真是指上系统的相移特性随输入视频信号而变化。
传输线路上的相移量随不同亮度电平而变化,则色同步和色副载波之间相移就起变化,于是画面亮的部分和暗的部分的色调就不同S/N(信噪比):在电视信号传输中,常用信号功率的峰峰值和噪声的有效值之比表示其值。
当调制波形是模拟信号时,则检波后信号电平随信号频率的增高而降低,表现为非线形失真,使基波的谐波分量增加,从而影响到DG(微分增益),DP(微分相位)。
DG微分增益不满足要求。
色度信号的幅度在不同的亮度电平上发生了变化,色度信号的幅度变化导致色饱和度发生变化。
这样,在屏幕的亮度发生变化时,图像的色饱和度也要发生变化,亮电平时的红色在睛电平时可能变为浅红或深红,造成图像失真。
DP 微分相位不满足要求。
色度信号的相位在不同的亮度电平上发生了变化,色度信号相位变化导致色彩发生变化。
这样,在亮度电平发生变化时,图像的颜色也要发生变化,造成失真。
视频通道的失真测量分析安全优质播出是电视技术人员的中心任务。
优质的意义就是向广大观众提供最低失真的图像和声音。
也就是说要尽可能地减少传输过程中的失真和干扰。
我们进行测量的目的就是在于定量确定系统和系统各环节引入的失真、干扰,进而确定其产生的原因,提出解决的办法。
一、视频信号的结构与使用•图象采集卡是对模拟视频信号采样并作A/D转换而成为数字信号的,为了获得正确的数字信号,对模拟视频信号有一个大概的了解是十分重要的,尤其在一些特殊的应用领域,例如:•实时处理•多路视频输入•非标准视频采集•立体视觉•序列图象分析•运动图象•等都对摄象机的同步连接;多路切换;图象处理与视频信号的同步配合;图象窗口的选择;亮度与对比度的调节有着特殊的要求,为了满足这些要求,把视频信号的结构了解清楚后,会对用户很快构成并调试好自己的图象处理系统;设计好自己的软件;充分提高CPU处理图象的效率等带来很大的好处1-1、视频信号的概述•视频信号最初是用于广播电视的,也就是说是要经过传输,尤其是无线传输而送到观众接收机上,由于图象的信息量是如此巨大,如果不对视频信号作一定的处理,就会占据无线通讯很宽的宝贵频带,为此对全电视信号在清晰度、闪烁性、叠加彩色后的与黑白图象的兼容性、所占用的带宽等方方面面作了精心的权衡与安排,研究设计出目前的黑白/彩色全电视信号标准。
例如隔行扫描就是考虑到带宽、抗闪烁、清晰度等方面而巧妙设计的;PAL或NTSC的彩色图象制式就是考虑到人眼对颜色的着色特性,与原黑白视频的兼容性,在不影响黑白灰度信息的前提下,而将彩色信息调制后插入黑白全电视信号频谱的缝隙之中的。
而所谓的不影响仅仅是理论上的,由于技术上的局限性,在接收端将黑白信息与彩色信息分离时,在大多数情况下会大大影响黑白信息的分辨率。
视频信号的这些特性在广播电视中带来了巨大的好处,但在图象处理的使用场合又会带来很大的不便与缺陷。
1-2、黑白全电视信号及采集•摄象机获取图象形成视频信号是用扫描的方式逐行顺序进行的,从景物的左上角开始扫描第一行,然后向下移动扫描第二行,直至这场扫描完312行(PAL制),到第313行的一半时,这一场结束,形成了一幅奇场图象;从图象的最上部中间开始第313行的后半部扫描,见图一,开始第二场即偶场的扫描,第二场的每一行夹在第一场的相邻行中间,直至625行结束,第二场图象结束,形成了一幅偶场图象,同时相邻行由奇场和偶场图象交叉形成了一帧图象。
1.1信号的基础知识1.1.1模拟RGB信号(ARGB)1.1.1.1 定义RGB模拟基色视频信号是具有相同带宽,经过伽马校正的红、绿、蓝原色信号。
信号中包含同步脉冲信号和行场消隐信号。
R、G、B信号同步产生并携带同时生成的图像信息。
1.1.1.2 信号通道RGB信号接口的三个分离通道用于传输特定的信号,如表1-1所示。
表1-1 视频信号通道当使用复合RGB信号时,至少在绿通道上加载同步信号;也可以将同步信号与RGB信号分离传输。
1.1.1.3信号接口时序图ARGB信号具有多种变种形式, RGB信号既可以与同步信号分离,又可以与同步信号复合。
前者是最简单的RGBHV信号,后者目前最常见的是在绿通道上加载同步信号,也称RGsB信号,同步信号加载于绿色数据通道上,有时G也称其为SoG信号,表示其加载上了同步信号。
1)RGB信号与同步信号分离时(RGBHV)a) RGB信号:700mVp-p, 正极性,75 ;b) 行同步信号(HS):300mVp-p,TTL电平,负极性,高阻;c) 场同步信号(VS):300mVp-p,TTL电平,负极性,高阻。
图1.1 1280×720p,50Hz的时序参数,图中省略了R、G、B相关颜色信号。
1280表示水平方向上的有效像素值,720表示垂直高度上的有效扫描行数,p表示是逐行扫描信号,不需要进行去隔行处理了(i表示隔行扫描信号),50Hz表示的是场频。
在实际的信号时序格式中,除了有效的扫描值外,为了信号消隐和同步的需要,通常还附加有许多信号前肩( Front porch)、后肩(back porch)、前(上)界(Front/Top Border)、后(下)界(Back(Bottom)Border)以及行同步信号(Hor Blank Time)、场同步信号(Ver Blank Time)等。
图1.1 1280×720p,50Hz的时序参数(分离同步信号)图片来自参考文献12)RGB信号与同步信号复合时(通常在绿通道上加载同步信号):a) 复合同步信号其波形见图1.2;b) RGB信号:700mVp-p,正极性,75 ;c) 复合同步信号:±300mV。
数字视频信号基础(白皮书)目录引言...................................................................................... - 2 -DVI –Digital Visual Interface ................................... - 4 -HDMI –High Definition Multimedia Interface ... - 6 -DisplayPort ....................................................................... - 8 -SDI –Serial Digital Interface .................................. - 10 -数字视频信号解析.......................................................... - 11 -保持数字信号的完整性 ................................................. - 13 -延长数字视频信号传输距离的解决方案.................... - 15 -数字内容保护(Digital Content Protection) ........... - 16 -内容提要数字视频信号在AV行业内日趋普及。
它和传统的模拟视频信号相比有很多不同,比如性能指标以及对整个信号链路的时基要求等。
本文对数字视频信号的基础知识以及常见的数字视频信号进行了简要的介绍。
同时,还介绍了如何利用眼图来对数字视频信号的完整性进行直观的量化,以及设计数字AV系统时数字视频信号修整功能的重要性。
引言目前的视频市场中,高分辨率的等离子和LCD平板显示器,以及LCD和DLP投影机占据了绝大部分市场份额。
视频信号基础知识(三)VGA视频信号1. VGA显示原理VGA(Video Graphics Array)作为一种标准的显示接口得到了广泛的应用。
VGA在任何时刻都必须工作在某一显示模式下,其显示模式分为字符显示模式和图形显示模式,而在应用中讨论的都是图形显示模式。
VGA的图形模式分为三类:CGA,EGA兼容的图形模式;标准VGA图形模式;VGA扩展图形模式,后两种图形模式统称为VGA图形模式。
文中基于标准VGA模式来实现。
工业标准的VGA显示模式为:640×480×16×60。
常见的彩色显示器一般由阴极射线管(CRT)构成,彩色由GRB(Green Red Blue)基色组成。
显示采用逐行扫描的方式解决,阴极射线枪发出电子束打在涂有荧光粉的荧光屏上,产生GRB基色,合成一个彩色像素。
扫描从屏幕的左上方开始,从左到右,从上到下,逐行扫描,每扫完一行,电子束回到屏幕的左边下一行的起始位置,在这期间,CRT、对电子束进行消隐,每行结束时,用行同步信号进行行同步;扫描完所有行,用场同步信号进行场同步,并使扫描回到屏幕的左上方,同时进行场消隐,并预备进行下一次的扫描。
VGA显示控制器控制 CRT显示图象的过程如图1所示。
2. VGA信号时序图2所示是计算机VGA(640×480,60 Hz)图像格式的信号时序图。
图2中,V_sync为场同步信号,场周期TVSYNC=16.683 ms,每场有525行,其中480行为有效显示行,45行为场消隐期。
场同步信号Vs中每场有1个脉冲,该脉冲的低电平宽度tWV=63μs(2行)。
场消隐期包括场同步时间tWH、场消隐前肩tHV(13行)、场消隐后肩tVH(30行),共45行。
行周期THSYNC=31.78μs,每显示行包括 800点。
其中,640点为有效显示区,160点为行消隐期(非显示区)。
行同步信号Hs中每行有一个脉冲,该脉冲的低电平宽度tWV=3.81 μs(即96个DCK);行消隐期包括行同步时间tWH,行消隐前肩tHC(19个DCLK)和行消隐后肩tCH(45个DCLK),共160个点时钟。
各种视频信号格式及端子介绍
RF/AV/SVIDEO/YUV/VGA/RGB/RGBS/DVI/HDMI/
视频信号是我们接触最多的显示信号,但您并不一定对各种视频信号有所了解。
因为国内用到的视频信号格式和端子非常有限,一般就是复合视频和S端子,稍高级一些的就是色差及VGA。
对于那些经常接触国外电器和二手设备的朋友,就会遇到各种希奇古怪的信号端子,我们也经常接到读者这方面的提问。
请读者注意:我们这
里所说的视频信号并不是严格意义上的带宽只有5MHz的视频信
号,而是泛指能作为输入输出的显示信号。
本文试图把常用视频
信号做一简单叙述,有不全和不对的地方请读者朋友指出。
一、各种视频信号
复合视频信号(Video)
复合视频信号是我们日常生活中最为常见的视频信号,它在
一个传输信号中包含了亮度、色度和同步信号。
由于彩色编码的
不同,复合视频又有PAL、NTSV、SECAM制式之分。
复合视频信号本身的带宽只有5MHz (NTSC制式带宽仅4.5MHz),中间又加了彩色副载波信号(NTSC制为3.58MHz,PAL 和SECAM制为4.43MHz),正好落在亮度信号带宽之内,占去了一部分亮度信号,又造成
亮度和色度的相互干扰,使得复合视频成为最差的视频信
号。
复合视频信号一般用RCA插头连接,就是通常说的莲
花插头,见图1。
欧洲也用SCART接口,老式的视频设备
也有用BNC插头连接。
S视频信号(S-Video)
S视频信号俗称S端子信
号,它同时传送两路信号:亮度
信号Y和色度信号C。
由于将亮
度和色度分离,所以图象质量优
于复合视频信号,色度对亮度的
串扰现象也消失。
由于S视频信
号亮度带宽没有改变,色度信号仍须解调,所以其图象质
量的提高是有限的,但肯定解决了亮色串扰,消除图象的
爬行现象。
S端子用四芯插头,见图2。
欧洲也用SCART
插头,老式的视频设备也有用两个BNC插头连接,计算机
显卡也有用七芯插头,其外形与S端子一样,只是又包含
了复合视频信号。
隔行色差信号(Y、Cr、Cb)
色差信号也叫分量信号(Component Video),同时传送三路信号:Y是亮度信号,只包含黑白图象信息;Cr是R-Y信号,即红色信号与亮度信号的差;Cb是B-Y信号,即蓝色信号与亮度信号的差。
色差信号实际也是亮色分离信号,与S端子不同的是色度信号不用解调,之所以用R-Y和B-Y是要避免传输G绿信号,因为G信号占据色度信号的59%,不利于数据压缩,用R-Y和B-Y通过矩阵运算同样可以得到G信号。
由于VCD和DVD用的MPEG1和MPEG2数字压缩信号就是用色差信号编码的,所以色差信号图象质量大大提高,完全优于S视频信号。
色差信号用RCA插头,用绿、红、蓝标识,绿代表Y信号,见图3。
逐行色差信号(Y、Pr、Pb)
逐行色差信号含义与逐行色差信号相同,只是对应的是逐行扫描信号,包含在Y里的行同步信号频率为31KHz,而前述的几种视频信号行频只有15KHz。
逐行色差信号须配具有逐行显示功能的设备,图象质量高于隔行色差信号,主要表现在图象更稳定。
逐行色差所用端子与隔行色差相同,只是C换成P。
RGB信号
我们知道图象中的各种色彩都是由R、G、B三基色组成,显象管电子枪是R、G、B三枪组成,投影机三片液晶板也是R、G、B三色。
R、G、B三路信号中,行、场的同步信号加在G信号中,RGB信号的带宽可以到几十兆,只要显示设备能兼容。
所以RGB信号又优于色差信号,是最好最直接的显示信号。
RGB信号同样也分为逐行和隔行,逐行信号要优于隔行信号。
RGB信号所用端子为RCA插头,欧洲用SCART插头,老式设备用BNC插头。
RGB+S信号
此信号就是在前述的RGB信号基础上,把加在G信号中的同步信号拿出来,再加一个复合同步信号,共四路信号传输。
复合同步信号中包含了水平同步和垂直同步信号。
此信号在老式设备中用的较多,一般用BNC插头。
RGB+Hs、Vs信号
这个信号是在上述信号基础上把复合同步信号分成水平同步信号和垂直同步信号,在老式三枪投影机用的较多,一般用BNC插头。
现在17寸以上的高端显示器也此输入端子。
电脑显示用的15针D型VGA插座,就是这5根线起作用。
老式的EGA和CGA显示器行频只有15KHz,用的是9针D型接口。
现代视听设备逐行扫描的RGB+Hs、Vs信号是以VGA 端子输出的,是视频信号的最高级,与电脑640×480分辨率是兼容的。
二、各种视频信号接口及定义
SCART端子定义
SCART接口见图4。
不同信号有不同的定义,有的设备虽然只有一个SCART口,但通过菜单设置可以定义不同的功能。
表1、2、3分别表示SCART口做复合视频、S视频、RGB 信号的定义。
四针和七针S端子
定义四针接口比较常见,七针接口常用在显卡上,见图5和表4。
VGA接口
定义15针VGA接口及定义见图6及表5,9针EGA、CGA接口及定义见图7及表6。
8针多功能接口
这种接口多用在SONY老式投影设备上。
其接口及定义见图8和表7。
10针多功能接口。