在我们的电视天线信号线中,只有两条跟线,中间有一条粗线,周围有一层线,以防止外部信号的干扰。这两条线中的一条是地线,一条是全电视信号线,外围是地线。
视频处理不可避免地不可避免地要接触电视信号,了解全电视信号的原理。当我们将电视信号线连接到示波器波形时,我们会发现它的波形非常混乱,但总有一些规则可以遵循:每次在一个特别混乱的波形之后,有一个非常小的低电平。其中,中间特别混乱的波形实际上是有效像素电平的高低信号,而非常小的电平信号是一些同步信号。
1.像素时钟:13.5MHz,由采样定理得出的采样信号为27MHz,像素时钟来同步像素的有效信号,每个像素时钟来一个像素值;
2.行同步信号:顾名思义,是同步行扫描的信号。每行一次,低电平有效(对于正电视信号)。每次行同步信号意味着行扫描结束,新行即将开始;
3.关于场地同步信号:顾名思义,它是同步场扫描的信号。每场比赛来一次,低电平有效。每次来一次,都意味着新扫描结束时开始;
4于场、帧的概念:从屏幕上到下扫描称为场景,但不等于一帧,一帧图像是指可以形成完整图像的图像数据,在隔行扫描中一帧包括两个: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之间是像素值,这个区间分为256个(假设精度为8位),每个值对应一个灰度值,其中x代表黑色,1代表白色,中间是各级灰度。(一个电平可以表示256以内的数字,模拟电平)x以下电平不是有效的像素值,也可以说是黑色的。这些同步信号集成在其中,包括行同步信号和场同步信号。场同步信号比行同步信号宽得多。具体时间长度有自己的定义,以保持发送和接收段信号的一致性,恢复原始图像;
6.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,两场形成一帧。
7.关于场消隐和行消隐:与场同步和行同步后,当一行扫到屏幕的右头或底部时,必须返回下一行或下一行进行扫描,但无法让人看到。因此,场消隐和行消隐信号应运而生。在此期间,虽然回扫器件也在扫描,但看不到像隐藏一样。
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,对应白色电平 100 IRE。消隐电平是视频信号的参考级别(通常为0 V),如下图6所示,如果设置信号,消隐电平与黑色电平不同。
对于NTSC一般应用7.5 IRE将黑色电平提高到设置 7.5 IRE。对于PAL和SECAM,黑色电平与消隐电平一致,均为0 IRE。
下根据视频格式显示不同的视频信号电平。
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阻抗负载时,白色电平同步通常为1 V峰峰值。所以名义上没有负载信号是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在同一信号中生成视频信号组合的信号。复合信号的三个主要成分如下:
- 亮度信号——信息包含视频图像的强度(亮度或暗度)
- 色彩信号——色彩信息包含视频图像
- 同步信号——扫描控制在电视显示屏等显示器上的信号
单色复合信号由两种成分组成:亮度和同步。图1显示了这个信号(通常是Y信号))。
颜色信号通常被称为C信号,图2中显示。
复合彩色视频信号通常成为彩色视频,隐藏与同步(CVBS)信号示Y与C之和,如图3所示。
CVBS = Y C
Y和两个组成部分C两个独立信号可以单独传输。这两个信号合称Y/C或S视频。
10. 视频信号组成
复合视频信号的概念
亮度信号、色度信号和同步信号(包括场同步、行同步信号和市场消隐信号)包含在一个信号中,称为复合视频信号。
又称为CVBS,表示Color,Video,Blanking,Sync,或者composite video baseband signal。
复合视频信号在信号通道上传输亮度、色度和同步信号,即色度信号和亮度信号需要在信号中合成,然后将色度信号与亮度信号分离到显示电路处理。
在色度信号与亮度信号的合成与分离过程中,由于亮度信号与色度信号的相互干扰和复合视频信号本身带宽的限制,图像质量受到影响。复合视频信号在调制、音频/视频混合/分离、放大、检波、解调等过程中传输的图像质量不如射频电视广播信号,但与其他视频信号相比,传输的图像质量相对较差,一般可以达到水平分辨率350-450线。
亮度与同步信号结合在复合视频信号的波形中,称为亮度信号Y(Luminance,Luma)。色调和色饱和度通过一定的转换转换为色差信号,然后调制在色副载波上。色差信号是色度信号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。
单级视频行信号由水平同步信号、后沿、活动象素场和前沿组成,其中水平同步、后沿、前沿组成,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: |
VBI:场消隐间隔:
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
11. 不同的视频格式
以下表格描述了常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
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
对于所有的PAL和NTSC格式而言,。
对于所有的SECAM格式,两个彩色成分使用两个不同的子载波频率进行频率调制,之后顺序分步在不同的视频行上。SECAM格式不需要彩色突发信号。
13. 隔行扫描概念
所有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。
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
扫描得到的活动视频图像总是具有4/3的尺寸比例(水平/垂直),它与视频格式无关。彩色复合视频信号表明扫描过程要求在每行的左侧和右侧需要一些附加空间,在活动视频图像场的顶部和底部也同样如此。这个额外的空间包含同步信号、彩色突发以及其他例如ITS等格式特定的信息,这并不是活动视频图像的一部分。大约所有行的90%以及每行的80%都能够传送活动图像信息。如下表所示,精确的数值依赖于视频格式。
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 |
活动行代表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。同样,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
假设以下条件满足,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:
- 电视能够显示整条线,而不仅仅是活动图像部分。
- 电视并非将两个场进行隔行扫描得到完整的图像帧,而是对整个帧逐行扫描。
扫描从代表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之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。
大多数行从水平同步脉冲开始,随后是色彩突发模式信号。之后的活动图像(或ITS)显示强度变化,其中较高的信号电平代表更高的亮度。 |
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,等参阅之前的视频信号小节。
水平同步脉冲一般是简单的负脉冲,这些脉冲电平低于亮度信号电平。但是,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同的。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。
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是一个灰度图像,由于它代表了原始NTSC视频波形的强度图。色彩信息嵌入到这个波形中,还没有进行编码。
您可以看到左边的信号色彩突发。点状模式代表了正弦节拍的强度图,构成色彩突发波形。在解码之后,色彩突发看上去像是单色的表面(如果在电视显示器上可见)。