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视频信号的分类和基本概念

一、模拟视频信号

　　根据三基色原理，在视频领域利用R（红）、G（绿）、B（蓝）三色不同比例的混合来表现丰富多采的现实世界。

首先，通过摄像机的光敏器件像CCD（电荷耦合器件），将光信号转换成RGB三路电信号；

其次，在电视机或监视器内部也使用RGB信号分别控制三支电子枪轰击荧光屏以产生影象。

这样，由于摄像机中原始信号和电视机、监视器中的最终信号都是RGB信号，因此直接使用RGB信号作为视频信号的传输和记录方式会获得极高的信号质量。

但这样做会极大地加宽视频带宽从而增加设备成本，且这也与现行黑白电视不兼容，因此，在实际应用中不这样做，而是按亮度方程Y=0.39R+0.5G+0.11B（PAL制）RGB信号转换成亮度信号Y和两个色差信号U（B-Y）、V（R-Y），形成YUV分量信号。

此种信号利用人眼对亮度细节分辨率高而对色度细节分辨率低的特点，对U、V信号带宽压缩。

U、V信号还可进一步合成一个色度信号C，进而形成Y/C记录方式。

由于记录时对C信号采取降频处理，因此也称彩色降频方式。

Y和C又可进一步形成复合视频（Composite），即彩色全电视信号，这种方式便于传输和电视信号的发射。

将RGB信号转换成YUV信号、Y/C信号直至composite信号的过程称为编码，逆过程则为解码。

由此可看出，由于转换步骤的多少，视频输出质量由YUV端口到Y/C端口到Composite端口依次降低。

因此，在视频捕捉或输出时选择合适的输入、输出端口可提高视频质量。

另外，还应提供同步信号以保证传送图象稳定再现。

　　视频影像是由一系列被称为帧的单个静止画面组成。

一般帧率在24-30帧/秒时，视频运动非常平滑，而低于15帧/秒时就会有停顿感。

NTSC：

国家电视标准委员会（NationalTelevisionStandardsCommitee）的缩写。

是中北美洲及日本通用的电视制式，与欧洲的PAL制式和法国的SECAM只是相对。

他的垂直分辨率有525线，帧速为30（29.97）FPS。

　　PAL：

逐行倒相（PhaseAlterationLine）的缩写，是中国及欧洲大多数国家通用的电视制式。

具有更高的垂直分辨率（625线），但是帧速相对慢于NTSC（25FPS）。

　　分量视频信号（SeparateVideo）：

将画面按三个颜色通道（RGB）分成红、绿和蓝（附加亮度信号）三个单独信号通道。

产生的画面质量较高，一般在广播级视频设备中被采用。

　　复合视频信号（CompositeVideo）：

将彩色信号、亮度信号和同步信号混合在一个信号通道内，在家用视频设备中被大量采用。

　　S-Video：

是一种信号质量更高的视频接口，它取消了信号叠加的方法，可有效避免一些无谓的质量损失。

它的功能是将RGB三原色和亮度进行分离处理。

　　YUV色彩系统：

YUV（亦称YCrCb）是被欧洲电视系统所采用的一种颜色编码方法（属于PAL）。

YUV主要用于优化彩色视频信号的传输，使其向后兼容老式黑白电视。

与RGB视频信号传输相比，它最大的优点在于只需占用极少的带宽（RGB要求三个独立的视频信号同时传输）。

其中“Y”表示明亮度（1uminance或Luma），也就是灰阶值；

而“U”和“V”表示的则是色度（ChrominanceChroma），作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。

“亮度”是通过RGB输入信号来创建的，方法是将RGB信号的特定部分叠加到一起。

“色度”则定义了颜色的两个方面—-色调与饱和度，分别用Cr和Cb来表示。

其中，Cr反映了Cb输入信号红色部分与RGB信号亮度值之间的差异。

而Cb反映的是RGB输入信号蓝色部分与RGB信号亮度值之间的差异。

二、数字视频信号

　　数字视频就是先用摄像机之类的视频捕捉设备，将外界影像的颜色和亮度信息转变为电信号，再记录到储存介质（如录像带）。

如果用示波器来观看未投影的模拟电信号，看起来就像脑电波的扫描图像，由一些连续锯齿状的山峰和山谷组成。

为了存储视觉信息，模拟视频信号的山峰和山谷必须通过数字/模拟（D/A）转换器来转变为数字的“0”或“1”。

这个转变过程就是我们所说的视频捕捉（或采集过程）。

如果要在电视机上观看数字视频，则需要一个从数字到模拟的转换器将二进制信息解码成模拟信号，才能进行播放。

1、LVDS

　　低压差分信号传输（LVDS）是一种满足当今高性能数据传输应用的新型技术。

由于其可使系统供电电压低至2V，因此它还能满足未来应用的需要。

此技术基于ANSI/TIA/EIA-644LVDS接口标准。

　　LVDS技术拥有330mV的低压差分信号（250mVMINabd450mVMAX）和快速过渡时间。

这可以让产品达到自100Mbps至超过1Gbps的高数据速率。

此外，这种低压摆幅可以降低功耗消散，同时具备差分传输的优点。

　　LVDS技术用于简单的线路驱动器和接收器物理层器件以及比较复杂的接口通信芯片组。

通道链路芯片组多路复用和解多路复用慢速TTL信号线路以提供窄式高速低功耗LVDS接口。

这些芯片组可以大幅节省系统的电缆和连接器成本，并且可以减少连接器所占面积所需的物理空间。

　　LVDS解决方案为设计人员解决高速I/O接口问题提供了新选择。

LVDS为当今和未来的高带宽数据传输应用提供毫瓦每千兆位的方案。

2、CameraLink

　　CameraLink的标准是由数家工业摄影机及影像卡大厂共同制定出来的,标准的本身是基于ChannelLink的特性,并定义出标准的接头也就是讯号线也标准化了,让Camera及影像卡的讯号传输更简单化了,同时定义出基本架构（BaseConfiguration）,中阶架构（Medium　　Configuration）,及完整架构（FullConfiguration）的讯号接脚规范以及传输数据量。

　　它是连接数字照相机和图像采集卡的新标准，提供了超高的图像传送速度，并且同时提供4根数字照相机的控制线。

由于CameraLink的高性能、低成本以及其连接的便利性，迅速得到大多数字照相机及图像采集卡的生产商的支持。

是连接数字照相机和图像采集卡的新标准，提供了超高的图像传送速度，并且同时提供4根数字照相机的控制线。

3、1394

4、USB

5、千兆网

视频信号的产生从摄影机端开始，透过一个影像传输系统至中央控制室。

在闭路电视系统中，信号称为合成视频，而这合成视频信号振幅之峰值为1伏特（1V）。

下列为视频信号结构之组成部份：

视频信号:

　　当影像的光源落在CCD摄影机之晶片上时，其像素即产生电量作用，而这作用与落在晶片上的光线多少有相对关系，越多的光将会产生越大的电流，此电流可从晶片上读出并转变成视频信号。

而晶片读取资料的方式是依晶片种类的不同而有所差异。

像素光线数量越大，视频信号的峰值将相对增大，在合成视频信号中，最大峰值是0.7伏特。

换句话说，白色或明亮的图片部分将有0.7伏特的信号强度，而黑色或者黑暗的部分则有0伏特的信号。

水平（行）同步信号:

　　一个影像图框是由线组成的，在NTSC的标准中，每图框为525条线，而PAL标准为每图框有625条线。

而在线上的每一个点，都反映视频信号的强度。

在每一条线的末端，加入了一个水平同步脉波，通知摄影机和其他闭路电视的电子装置，准备结束此一图框或图场并让他们准备起始下一个图框或图场。

脉波的持续时程决定于电子装置收到下一条图线的时间，而这个脉波的峰值为0.3伏特。

垂直（场）同步信号:

　　视频图像是由图框所组成，NTSC的标准为每秒30个图框，而PAL彩色电视系统的标准为每秒25个图框。

闭路电视系统为避免画面闪动现象，将这个视频图框分成2个不同图场，称为奇图场和偶图场；

这两个图场在摄影机点分离后，会在监视器端结合，通称图场结合或交错扫瞄。

　　在每一个图框或图场的终端，增加了一个垂直同步脉波，藉以通知摄影机和其他闭路电视的电子装置，准备结束此一图框或图场，并让他们准备起始下一个图框或者图场。

脉波的持续时程决定于电子装置收到下一个图场的时间，而这个脉波的峰值为0.3伏特。

当此峰值加上视频信号之峰值时，其总峰值为1伏特。