数字视频信号基础Word下载.docx

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每次DAC和ADC的转换过程中，都会给视频信号带来一些错误和失真。

通过采用全数字传输系统，无需经过ADC和DAC电路，从而避免这类失真和错误的出现。

参见图1。

采用数字信号传输系统时，数字接收器的电路只需要判断出所收到信号中每个数据位的“高”或“低”状态，便可以完整地复原所传输的信号。

这和模拟传输方式不同，在模拟传输链路中，每一级放大都会带来附加噪声，使信号劣化，因而不可能将视频信号完完全全地复原出来。

采用模拟传输方式时，良好的系统设计可以让原始信号得到比较真实的还原，但是这种还原的结果永远不可能和原始信号完全一致。

而采用数字传输方式时，就可以做到完全一致的信号还原。

参见图2。

因此，数字传输方式能够极大地抑制噪声，最大限度地保证视频信号传输和复制的完整性。

视频信号源和显示设备之间，有很多标准的数字信号传输格式，其中包括：

●DVI–DigitalVisualInterface（数字图像接口）

●HDMI–HighDefinitionMultimediaInterface（高清多媒体接口）

●DisplayPort（显示端口）

●SDI–SerialDigitalInterface（串行数字接口）

其中有些标准，比如SDI，已经固定沿用了很多年了；

而另外一些，比如HDMI和DisplayPort，则是相对较新的标准，并且其版本标准目前仍在不断升级改良中。

因此，目前尚无法断定这些格式中哪一个能够最终成为专业AV领域的标准格式。

每种格式都有其自身技术优势和特性，能够满足AV领域内某些特定方面的集成要求。

下面我们分别介绍一下这些格式。

DVI–DigitalVisualInterface

DVI和HDMI是基于一个通用的视频信号架构，叫做TMDS，即Transition-MinimizedDifferentialSignaling（最小化传输差分信号）。

一个DVITMDS连接中包括三个串行数据通道，分别用于传输红、绿、蓝色彩数据，此外还有第四个通道，用来传输像素速率时钟信号（pixelrateclock），从而给三个色彩通道提供同步时基。

每个DVI连接都可以看成是一个数字化的RGB光栅（raster），支持每种颜色8bit深度以及类似模拟RGB信号的消隐间隔。

水平和垂直同步信息位于TMDS的蓝色数据线路上。

所有的TMDS数据和时钟线路都是差分线路，也就是平衡传输方式，通过DVI线缆中的双绞线进行传输。

为了支持不同的分辨率，在DVI接口的规格标准中，每个插头内提供了一到两个视频连接，也就是通常所说的单链（singlelink）或双链（duallink）。

单链DVI的最大像素速率为165MHz，相当于4.95Gbps，这远高于WUXGA1920*1200或HDTV1080p/60的要求，每种颜色深度为8bit。

采用双链DVI可以获得更高的分辨率和更大的色彩深度，双链DVI最高可以达到330MHz的像素速率和3840*2400的分辨率。

DVI接口的规格标准中，还提供了另外两条用于通信的线路，它们在实现设备之间的DVI信号传输方面有着重要的作用。

参见表1。

DDC（DisplayDataChannel，显示数据通道）是一个串行连接，用于EDID和HDCP通信。

HPD（HotPlugDetect，热插拔检测）针脚用于进行带电插拔的检测，例如，电脑可以通过这个针脚，来检测显示器的连接与否，无需人工干预。

DVI接口标准规定了两种类型的插头：

一种是标准的DVI-D插头，另一种是同时可以传输模拟RGBHV信号的DVI-I插头。

DVI是一种免版税（royalty-free）标准，有DDWG（DigitalDisplayWorkingGroup，数字显示工作组）制定。

自从1999年4月发布该DVI标准的1.0版以后，未曾出现过后续版本。

HDMI–HighDefinitionMultimediaInterface

HDMI格式继承了DVI中的TMDS视频信号形式，并将TMDS扩展加入了数字音频和控制信息。

HDMI接口将高清视频、音频和控制信息整合在一个紧凑的插头里，因而在消费类AV市场上获得很大成功。

参见表2。

最常见的HDMI接插件是19针的A型HDMI插头，其中包含单个TMDS连接，外加DDC和HPD线路。

它还带有一个5V的供电线。

另外，HDMI插头中还整合了CEC（ConsumerElectronicsControl，消费类电子产品控制）线路，用于AV系统中多个设备之间的集成控制。

目前的CEC控制协议还仅限于同一厂家产品间的私有协议。

但是所有CEC协议均采用统一的标准，而且各厂家之间已经开始联合开发制定一个统一的标准控制协议。

HDMI插头还有其它类型：

B型插头计划支持双链HDMI，但尚未正式启用；

C型是一款微型化的插头，设计用于消费类摄像机等便携设备。

HDMI规格标准和许可是由HDMILicensing.LLC.公司统一管理的。

和DVI不同，HDMI标准历经了多次版本修订演变。

1.0版的HDMI规格标准发布于2002年6月。

目前的标准是HDMI1.3,发布于2006年8月。

和之前的版本相比，HDMI1.3中最大TMDS单链时钟速率倍增至340MHz，相当于10.2Gbps，参见表3。

HDMI1.3的带宽增加，是它可以支持16bit的色彩深度，也就是所谓的深色（DeepColor），支持扩展色彩空间，支持最新的蓝光光盘的高分辨率环绕立体声，视频分辨率最高可达WQXGA2560*1600。

1.3版的HDMI同时加入了HDCP（High-bandwidthDigitalContentProtection，高带宽数字内容保护技术）,这是一个数字版权管理方案，可以防止对数字音视频内容的非法复制。

再往后一个版本的HDMI1.4最近刚刚发布预告，其具体参数规格目前已经可以采用了。

参见表4。

DisplayPort

DisplayPort是一个连接信号源和显示器的免版税的数字接口，用于PC设备厂家代替HDMI接口的低成本形式。

DisplayPort采用不同于TMDS的另一种数字视频传输架构，因而无法直接和HDMI以及DVI兼容。

但是，20针的DisplayPort插头具有类似HDMIA型和C型插头的特性，因而也可以用来传输HDMI信号，从而使设备能够支持HDMI。

参见表5。

比如，如果某个视频源设备仅带有一个DisplayPort插座，但是该设备本身具备输出HDMI信号的能力，那么就可以通过一个DisplayPort转HDMI的适配器，来连接带有HDMI接口的显示设备。

这种特殊的DisplayPort接插件，被称为“双模”（dual-mode）或“多模”（multi-mode），它们会用一个特殊的符号来标识此类接插件：

DisplayPort中的视频和音频信号通过四条差分线路传输，每条线路运行在1.62Gbps或2.7Gbps的速率下，因而整体的最大数据速率可以达到10.8Gbps。

和HDMI1.3版本一样，DisplayPort也能够支持深色（DeepColor）、多通道高解析音频、以及超出WUXGA1920*1200和HDTV1080p/60的图像分辨率。

DisplayPort接口具有一个差分AUX（辅助）通道，用来进行EDID通信，功能类似于HDMI接口中的DDC通道。

除此之外，DisplayPort也包含了一种和HDCP类似的数字版权管理，叫做DPCP（DisplayPortContentProtection，即DisplayPort内容保护）。

除了零注册费的版本之外，DisplayPort还计划通过统一设备的内部和外部连接，比如一个笔记本电脑的主板和显示器之间的连接，来进一步降低成本耗费。

VESA（VideoElectronicsStandardsAssociation，视频电子标准协会）在2006年发布了DisplayPort的最初标准。

最近的一个版本是1.1a，发布于2008年1月。

SDI–SerialDigitalInterface

SDI是由SMPET（SocietyofMotionPictureandTelevisionEngineers，电影电视工程师协会）指定的一套视频标准，通过标准的RG59或RG6同轴线缆来串行传输视频和音频。

参见表6。

SDI的规范中包含了从270Mbps到2.97Gbps的多种链路速率，主要用于专业广播和视频制作设备，其次也用在现场活动、租赁和舞台演出、医疗影像、数字电影、以及远程呈现（telepresence）中的摄像机和录像设备等。

基于SDI视频架构在AV信号分配中呈增长趋势，这主要是由于它所用线缆价格低廉、便于连接、并且HD-SDI和3G-SDI信号的最远传输距离可以达到330英尺（100米）。

SDI是一种严格的串行单向传输协议，可以用于传输视频、音频，以及诸如时间和数据标记或GPS坐标等元数据，不带有其它辅助通信功能。

数字视频信号解析

数字视频信号和传统模拟视频信号相比有着明显的不同，比如在指标特性和对整个传输链路的时基要求等方面。

而以前模拟信号中的一些非常熟悉的术语，比如电平、峰值，也被数字信号领域的均衡（equalization）、抖动（jetter）和重计时（reclock）等所取代。

数字信号的调节、修正要求也跟模拟信号不同，这在进行数字化AV系统设计之前必须有所了解。

所有标准的数字信号格式，包括SDI、DVI、HDMI以及DisplayPort，都是同步信号（synchronous），也就是说，同步数字信号的值只会在某个参考信号（即时钟信号）所规定的特定时间间隔内才会发生改变。

数字视频信号的本质是二进制（binary）的，信号或者是高电平，或者是低电平，并在两种状态之间迅速切换。

参见图3。

数字信号从低到高的变化时间称为上升时间（risetime），而从高到低变化的时间称为跌落时间（falltime）。

信号电平的高低之间的差值，叫做信号摆幅（signalswing）。

变化之间所允许的最小时间间隔，叫做时钟周期（clockperiod）。

由于数字信号是二进制的，所以它本身非常稳定，因为接收机只需要在每个时钟周期内判断出信号电平是高还是低，就可以把原始信号完整地复原出来。

但是，当信号摆幅下降时，或者当时基不够精确时，这种复原的难度就会增大。

线缆衰减、线缆分布电容、阻抗失配、噪声耦合、串扰等问题，都会导致上升和跌落时间、信号摆幅、以及时基精确性的劣化。

对信号劣化程度的定量分析非常重要，这样才能对信号的完整性标准进行界定。

如果信号的劣化程度过于严重，使接收器无法在正确的时基内判断信号的高低值，那么接收机输出的信号就毫无意义，造成信号丢失，也就是所谓的陡壁效应（cliffeffect）。

这和模拟传输不同，信号变差的时候，模拟传输中的接收机的输出信号也会随之劣化，但是仍然可以看到图像。

时基错误的一个主要原