CVBS视频信号解析1
2019年02月27日
在我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。
做视频处理很难免要接触电视信号,了解全电视信号的原理。当我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,但总是有一些规律可循:每隔一段特别乱的波形之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。
1、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,每一个像素时钟来一个像素值;
2、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;
3、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;
4、关于场、帧的概念:从屏幕上头扫到下头叫做一场,但是并不等同于一帧,一帧图像是指能够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;
5、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,在两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),每一个值对应一个灰度值,其中x代表黑色,1代表白色,中间为各级灰度。(一个电平就可以表示一个256之内的数字,模拟电平)x以下的电平不是有效地像素值也可以说是黑色,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很多,具体的都有自己的时间长短定义,这样才能保持发送和接收段信号的一致性,才能够恢复原来的图像;
6、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。
7、关于场消隐和行消隐:跟在场同步和行同步之后,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,但是又不能让人眼看出来,因此就诞生的场消隐和行消隐信号,在此期间回扫器件,虽然也是在扫描但是看不出来就像隐藏的一样。
8. 视频信号电平
视频信号电平定义了视频信号不同部分的电平和范围。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(通常为0 V),如下面的图6所示,如果对信号进行一定的设置,消隐电平和黑色电平是不同的。
对于NTSC而言,通常应用7.5 IRE设置,将黑色电平提高为+ 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同的视频信号电平。
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,白色电平同步通常为1 V峰峰值。因此,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
复合视频信号是所有需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如下:
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(通常成为Y信号)。
色彩信号通常被称为C信号,在图2中示出。
复合彩色视频信号通常成为彩色视频、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可以作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,也就是在传输前需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”过程中,因为亮度信号与色度信号之间的相互干扰以及复合视频信号本身带宽的限制等,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经过调制、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,水平分辨率一般可达 350-450 线。
在复合视频信号的波形中,亮度与同步信号加在一起,称为亮度信号Y(Luminance,Luma)。色调与色饱和度通过一定的转换,转换成色差信号,然后调制在色副载波上,已调色差信号即为色度信号C (Chrominance,Chroma)。色度信号的相位代表色相,即颜色,其幅度代表色饱和度。
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。
水平同步(HSYNC)信号表示每条新的视频行的开始。其后是后沿,用来作为从浮地(交流耦合)视频信号去除直流分量的参考电平。这是通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,由于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。
色彩信息可以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),并加入了以下成分:
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个象素的色彩内容。
视频信号的另一方面是垂直同步(VSYNC)脉冲。这实际上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,而其他包含均衡与VSYNC脉冲序列。这些脉冲是在早期的广播电视中定义的,所以从那以后构成了标准的一部分,虽然之后的硬件技术能够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:
应当理解对于从模拟相机得到的图片,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个象素的大小。为了避免图像失真,您必须对水平方向,以一定速率进行采样,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;其余是每两个场之间的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
现在,我们可以进行一些计算:
象素时钟频率(每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