CVBS signal analog video signal

在咱们的电视天线信号线里就只有两跟线，中间有一根很粗的线，外围包着一层的线，这是为了防止外界信号的干扰。在这两根线中一个是地线，一根是全电视信号线，外围的是地线。

    作视频处理很不免要接触电视信号，了解全电视信号的原理。当咱们把电视的信号线接到示波器上看其波形时会发现其波形很乱，但老是有一些规律可循：每隔一段特别乱的波形以后有一个很小的低电平。在这其中，中间那些特别乱的波形其实就是有效像素电平的高低信号，那些很小的电平信号就是一些同步信号。

一、关于像素时钟：大约在13.5MHz，由采样定理得出的采样信号为27MHz，像素时钟就是来同步像素有效信号的，每个像素时钟来一个像素值；

二、关于行同步信号：顾名思义就是同步行扫描的信号，每行来一次，低电平有效（对于正电视信号而言），每来一次行同步信号就意味着本行扫描结束，新的一行就要开始了；

三、关于场同步信号：顾名思义就是同步场扫描的信号，每场来一次，低电平有效，每来一次就意味着本场扫描结束新的一场就要开始；

四、关于场、帧的概念：从屏幕上头扫到下头叫作一场，可是并不等同于一帧，一帧图像是指可以组成完整画面的图像数据，在隔行扫描中一帧包括两场：奇场和偶场；

五、关于CVBS波形电平的解析：（假设为正电视信号）设最低电平为0,最高电平为1,在二者之间有一合理的分界值x，认为x到1之间的为像素值，将这个区间划分为256份（假设精度为8位），每个值对应一个灰度值，其中x表明黑色，1表明白色，中间为各级灰度。(一个电平就能够表示一个256以内的数字，模拟电平)x如下的电平不是有效地像素值也能够说是黑色(因此有的视频四周有黑边？)，那些同步信号就融合在其中，包括行同步信号和场同步信号，场同步信号比行同步信号要宽不少，具体的都有本身的时间长短定义，这样才能保持发送和接收段信号的一致性，才可以恢复原来的图像；

六、关于奇偶场的概念；就是一帧分两场扫描，先扫描奇场再扫描偶场，两场组成一帧。

七、关于场消隐和行消隐：跟在场同步和行同步以后，当一行扫到屏幕的最右头或者一场扫描到屏幕的最底端时，必须返回进行下一行或者下一场的扫描，可是又不能让人眼看出来，所以就诞生的场消隐和行消隐信号，在此期间回扫器件，虽然也是在扫描可是看不出来就像隐藏的同样。

8. 视频信号电平

视频信号电平定义了视频信号不一样部分的电平和范围。用于定义视频信号电平的组织是IRE（无线电工程师协会）。消隐电平对应0 IRE，白色电平对应+ 100 IRE。消隐电平是视频信号的参考级别（一般为0 V），以下面的图6所示，若是对信号进行必定的设置，消隐电平和黑色电平是不一样的。

图6：视频信号电平

对于NTSC而言，一般应用7.5 IRE设置，将黑色电平提升为+ 7.5 IRE。对于PAL和SECAM，黑色电平与消隐电平一致，均为0 IRE。

下表根据视频格式显示了不一样的视频信号电平。

视频格式	同步电平	消隐电平	黑色电平	白色电平	峰值电平	突发幅值
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

模拟合成视频信号使用75 Ω的输出阻抗定义为电压源。当带75 Ω阻抗的负载时，白色电平同步一般为1 V_峰峰值。所以，无负载信号名义上为2 V_峰峰值。

也就是140IRE = 1Vp-p

9. 理解复合视频信号

复合视频信号是全部须要生成视频信号的成分组合在同一信号中的信号。构成复合信号的三个主要成分以下：

• 亮度信号——包含视频图像的强度（亮度或暗度）信息
• 色彩信号——包含视频图像的色彩信息
• 同步信号——控制在电视显示屏等显示器上信号的扫描

单色复合信号是由两个成分组成的：亮度和同步。图1显示了这个信号（一般成为Y信号）。

图1：单色复合视频信号（亮度从白过渡到黑）

 

色彩信号一般被称为C信号，在图2中示出。

图2：彩色条的色彩信息信号（包括颜色突发）

 

复合彩色视频信号一般成为彩色视频、消隐与同步（CVBS）信号示Y与C之和，如图3所示。

CVBS = Y + C

图3：彩色条的彩色复合视频信号

两个组成部分Y与C能够做为两个独立信号分开传输。这两个信号合称为Y/C或S视频。

10. 视频信号组成

复合视频信号的概念

在一个信号中包含了亮度信号、色度信号与同步信号（包括场同步、行同步信号及行场消隐信号） ，称为复合视频信号。 

又称为CVBS，表示Color，Video，Blanking，Sync，或者composite video baseband signal。

复合视频信号把亮度、色度与同步信号复合在一个信号通道上传输，也就是在传输前须要把色度信号与亮度信号“合成”在一个信号里，在传输后再将色度信号与亮度信号“分离”开来，送到显示电路处理。

在色度信号与亮度信号的“合成”与“分离”过程当中，由于亮度信号与色度信号之间的相互干扰以及复合视频信号自己带宽的限制等，影响了图像的质量。复合视频信号，没有象射频电视广播信号那样通过调制、音/视频混合/分离、放大、检波、解调等过程，传输的图像质量，相对射频电视广播信号要好一些，但相对其它视频信号，传输的图像质量是比较差的，水平分辨率通常可达 350-450 线。

在复合视频信号的波形中，亮度与同步信号加在一块儿，称为亮度信号Y(Luminance，Luma)。色调与色饱和度经过必定的转换，转换成色差信号，而后调制在色副载波上，已调色差信号即为色度信号C (Chrominance，Chroma)。色度信号的相位表明色相，即颜色，其幅度表明色饱和度。

单一水平视频行信号由水平同步信号、后沿、活动象素场以及前沿组成，其中，水平同步，后沿，前沿，组成水平消隐，如图4所示。

 

图4：视频信号组成

 

水平同步（HSYNC）信号表示每条新的视频行的开始。其后是后沿，用来做为从浮地（交流耦合）视频信号去除直流份量的参考电平。这是经过单色信号的钳制间隔实现的。对于合成彩色信号，钳制发生在水平同步脉冲中，因为大部分后沿用于色彩突发，它提供了信号色彩成分解码信息(色彩突发通常有10个色副载波周期，接收端根据它的频率、相位生成与发送端U、V色副载波同频同相的sin波，再对Fu、+-Fv作同步解调获得U、V)。 色彩信息能够包含在单色视频信号中。复合色彩信号包含标准单色信号（RS-170或CCIR），并加入了如下成分： 色彩突发：位于后沿，这是提供后续色彩信息相位和幅值参考的高频场。 色彩信号：这是实际的色彩信息。它由两个以色彩突发频率调制到载波的象限成分组成。这些组成部分的相位和幅值决定了每一个象素的色彩内容。

VBI:场消隐间隔：

视频信号的另外一方面是垂直同步（VSYNC）脉冲。这其实是在场之间发生的脉冲序列，用于通知显示器，完成垂直重跟踪，准备扫描下一场。在每一个场中都有几行是不包含活动视频信息的。有些只包含HSYNC脉冲，而其余包含均衡与VSYNC脉冲序列。这些脉冲是在早期的广播电视中定义的，因此从那之后构成了标准的一部分，虽然以后的硬件技术可以避免部分附加脉冲的使用。在图5中给出了复合RS-170交叉信号，其中包括垂直同步脉冲，为了简单起见，下面给出了一个6行帧：

 

图5：VSYNC脉冲

应当理解对于从模拟相机获得的图片，其垂直尺寸（以象素为单位）是由帧接收器对水平视频行采样的速率所决定的。而这个速率是由垂直行速率合相机的体系结构所决定的。相机CCD阵列的结构决定了每一个象素的大小。为了不图像失真，您必须对水平方向，以必定速率进行采样，将水平的活动视频场分割为正确的象素点数。下面是RS-170标准的实例：

感兴趣参数：

• 行/帧数：525（其中包括用于显示的485线；其他是每两个场之间的VSYNC行）
• 行频率：15.734 kHz
• 行持续时间：63.556微秒
• 活动水平持续时间：52.66微秒
• 活动象素/行数：640

如今，咱们能够进行一些计算：

• 象素时钟频率（每一个象素达到帧接收器的频率）：
  640象素/行 / 52.66 e-6 秒/行 = 12.15 e6 象素/行（12.15 MHz）
• 活动视频的象素行长度 + 定时信息（称为HCOUNT）：
  63.556 e-6 秒 * 12.15 e6 象素/秒 = 772 象素/行
• 帧率：
  15.734 e3 行/秒 / 525 行/帧 = 30 帧/秒

11. 不一样的视频格式

如下表格描述了经常使用标准模拟视频格式的一些特征：

NTSC：美国国家电视标准委员会

PAL：逐行倒相

SECAM: Systeme Electronic Pour Coleur Avec Memoire

格式	应用国家和地区	模式	信号名称	帧速率，扫描速度（帧/秒）	垂直分辨率	行速率（线/秒）	图像尺寸（宽×高）象素
NTSC	北美洲、中美洲、日本	单色	RS-170	30	525	15,750	640x480
		彩色	NTSC Color	29.97	525	15,734
PAL	欧洲（除法国）、澳大利亚、非洲与南美洲部分地区	单色	CCIR	25	405	10,125	768x576
		彩色	PAL Color	25	625	15,625
SECAM	法国、东欧、俄罗斯、中东与非洲部分地区	单色		25	819	20,475	N/A
		彩色		25	625	15,625

12. 彩色编码

对于全部的PAL和NTSC格式而言，编码是基于正交调幅（QAM）概念的，其中将两个彩色成分经过象限幅度调制以后，合并在一块儿。调制必须通过解码，所以跟踪绝对相位须要对彩色信息进行解码。称为彩色突发的参考信号被插入到每行的开始处，它位于水平同步脉冲以后（参阅上述图3与图4）。

对于全部的SECAM格式，两个彩色成分使用两个不一样的子载波频率进行频率调制，以后顺序分步在不一样的视频行上。SECAM格式不须要彩色突发信号。

13. 隔行扫描概念

全部复合视频系统使用隔行扫描技术在电视屏幕上显示视频图像。图7显示了隔行扫描概念。

图7：电视屏幕上的隔行扫描

模拟视频信号包含控制扫描从左到右逐行以及从上到下逐场进行扫描。控制逐行扫描的脉冲称为水平同步脉冲（H-Sync）。控制垂直扫描的脉冲称为垂直同步脉冲（V-Sync）。

两个交叉场合成一个完整帧。第一个场称为奇数场，对视频图像的奇数行进行扫描。第二个场称为偶数场，对视频图像的偶数行进行扫描。整个过程对每帧进行重复。

7. 活动图像

扫描获得的活动视频图像老是具备4/3的尺寸比例（水平/垂直），它与视频格式无关。彩色复合视频信号代表扫描过程要求在每行的左侧和右侧须要一些附加空间，在活动视频图像场的顶部和底部也一样如此。这个额外的空间包含同步信号、彩色突发以及其余例如ITS等格式特定的信息，这并非活动视频图像的一部分。大约全部行的90％以及每行的80％都可以传送活动图像信息。以下表所示，精确的数值依赖于视频格式。

视频格式	行/帧	活动行	帧速率	行持续时间	活动行持续时间
NTSC	525	480/486	29.97 帧/秒	63.55 µs	52.2 µs
PAL/SECAM	625	576	25.00 帧/秒	64.00 µs	52.0 µs

活动行表明了实际用于传送图像和信息的行数。举例而言，在NTSC中，每帧的525行中只有480行是传送图像信息的。一样，在每行中，只有在活动行序列中才传送图像信息，这比整行的持续时间短。举例而言，在NTSC中，63.55 µs中只有52.2µs是活动行持续时间。帧速率是扫描速度。

8. 灰度图像和提取线谱轮廓

假设如下条件知足，下一小节中的完整NTSC帧扫描图像对在电视屏幕上可能出现的视频显示进行了模拟：

• 电视可以显示整条线，而不只仅是活动图像部分。
• 电视并不是将两个场进行隔行扫描获得完整的图像帧，而是对整个帧逐行扫描。

扫描从表明偶数场垂直同步模式的几行开始扫描（从上到下逐行）。在偶数场的垂直同步模式以后插入可选的测试信号（ITS）。最后显示实际的奇数场活动图像。

这个过程对偶数场重复，构成完整的帧。

 

说明：大多数行从水平同步脉冲开始，随后是色彩突发模式信号。以后的活动图像（或ITS）显示强度变化，其中较高的信号电平表明更高的亮度。

位于图8和图9底部的提取谱线轮廓显示了从偶数场提取的活动视频信号行。关于视频电平的更多信息，等参阅以前的视频信号小节。

水平同步脉冲通常是简单的负脉冲，这些脉冲电平低于亮度信号电平。可是，垂直同步信号由分步在多行上的脉冲序列构成，脉冲序列对于奇数场和偶数场而言是不一样的。图8和图9显示了用于两种场和三种主要视频格式的垂直同步模式。

图8：用于NTSC的场消隐与同步信号


图9：用于PAL和SECAM的场消隐与同步信号

9. 完整的NTSC帧扫描

图10显示了对构成完整NTSC帧的525行进行扫描的结果。

图10：完整的NTSC帧扫描

图10是一个灰度图像，因为它表明了原始NTSC视频波形的强度图。色彩信息嵌入到这个波形中，尚未进行编码。

您能够看到左边的信号色彩突发。点状模式表明了正弦节拍的强度图，构成色彩突发波形。在解码以后，色彩突发看上去像是单色的表面（若是在电视显示器上可见）。

 

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