視頻信號的分類和基本概念
閱讀：11585發布時間：2011-5-26
本文將針對視頻圖像這一領域作一個概括的介紹，希望對大家進一步了解視頻技術方面的知識有所幫助。下面先對一些視頻技術名詞作一下簡單解釋。
視頻信號的分類和基本概念
一、模擬視頻信號
根據三基色原理，在視頻領域利用R（紅）、G（綠）、B（藍）三色不同比例的混合來表現豐富多彩的現實世界。首先，通過攝像機的光敏器件像CCD（電荷耦合器件），將光信號轉換成RGB三路電信號；其次，在電視機或監視器內部也使用RGB信號分別控制三支電子槍轟擊熒光屏以產生影像。這樣，由于攝像機中原始信號和電視機、監視器中的zui終信號都是RGB信號，因此直接使用RGB信號作為視頻信號的傳輸和記錄方式會獲得*的信號質量。但這樣做會極大地加寬視頻帶寬從而增加設備成本，且這也與現行黑白電視不兼容，因此，在實際應用中不這樣做，而是按亮度方程Y=0.39R+0.5G+0.11B（PAL制）RGB信號轉換成亮度信號Y和兩個色差信號U（B-Y）、V（R-Y），形成YUV分量信號。
此種信號利用人眼對亮度細節分辨率高而對色度細節分辨率低的特點，對U、號帶寬壓縮。U、號還可進一步合成一個色度信號C，進而形成Y/C記錄方式。由于記錄時對C信號采取降頻處理，因此也稱彩色降頻方式。Y和C又可進一步形成復合視頻（Composite），即彩色全電視信號，這種方式便于傳輸和電視信號的發射。將RGB信號轉換成YU號、Y/C信號直至composite信號的過程稱為編碼，逆過程則為解碼。由此可看出，由于轉換步驟的多少，視頻輸出質量由YUV端口到Y/C端口到Composite端口依次降低。因此，在視頻捕捉或輸出時選擇合適的輸入、輸出端口可提高視頻質量。另外，還應提供同步信號以保證傳送圖像穩定再現。
視頻影像是由一系列被稱為幀的單個靜止畫面組成。一般幀率在24-30幀/秒時，視頻運動非常平滑，而低于15幀/秒時就會有停頓感。
NTSC：國家電視標準委員會（NationalevisionStandardsCommittee）的縮寫。是中北美洲及日本通用的電視制式，與歐洲的PAL制式和法國的SECAM只是相對。他的垂直分辨率有525線，幀速為30（29.97）FPS。
PAL：逐行倒相（PhaseAlterationLine）的縮寫，是中國及歐洲大多數國家通用的電視制式。具有更高的垂直分辨率（625線），但是幀速相對慢于NTSC（25FPS）。
RGB分量視頻（SeparateVideo）：將畫面按三個顏色通道（RGB）分成紅、綠和藍（附加亮度信號）三個單獨信號通道。產生的畫面質量較高，一般在廣播級視頻設備中被采用。
復合視頻信號（CompositeVideo）：將彩色信號、亮度信號和同步信號混合在一個信號通道內，在家用視頻設備中被大量采用。
S-Video：是一種信號質量更高的視頻接口，它取消了信號疊加的方法，可有效避免一些無謂的質量損失。它的功能是將RGB三原色和亮度進行分離處理。
YUV色彩系統：YUV（亦稱YCrCb）是被歐洲電視系統所采用的一種顏色編碼方法（屬于PAL）。YUV主要用于優化彩色視頻信號的傳輸，使其向后兼容老式黑白電視。與RGB視頻信號傳輸相比，它zui大的優點在于只需占用極少的帶寬（RGB要求三個獨立的視頻信號同時傳輸）。其中“Y”表示明亮度（1uminance或Luma），也就是灰階值；而“U”和“V”表示的則是色度（ChrominanceChroma），作用是描述影像色彩及飽和度，用于像素的顏色。“亮度”是通過RGB輸入信號來創建的，方法是將RGB信號的特定部分疊加到一起。“色度”則定義了顏色的兩個方面—-色調與飽和度，分別用Cr和Cb來表示。其中，Cr反映了Cb輸入信號紅色部分與RGB信號亮度值之間的差異。而Cb反映的是RGB輸入信號藍色部分與RGB信號亮度值之間的差異。
二、數字視頻信號
數字視頻就是先用攝像機之類的視頻捕捉設備，將外界影像的顏色和亮度信息轉變為電信號，再記錄到儲存介質（如錄像帶）。如果用示波器來觀看未投影的模擬電信號，看起來就像腦電波的掃描圖像，由一些連續鋸齒狀的山峰和山谷組成。
為了存儲視覺信息，模擬視頻信號的山峰和山谷必須通過模擬/數字（A/D）轉換器來轉變為數字的“0”或“1”。這個轉變過程就是我們所說的視頻捕捉（或采集過程）。如果要在電視機上觀看數字視頻，則需要一個從數字到模擬的轉換器將二進制信息解碼成模擬信號，才能進行播放。
1、LVDS
低壓差分信號傳輸（LVDS）是一種滿足當今高性能數據傳輸應用的新型技術。由于其可使系統供電電壓低至2V，因此它還能滿足未來應用的需要。此技術基于ANSI/TIA/EIA-644LVDS接口標準。
LVDS技術擁有330mV的低壓差分信號（250mVMINabd450mVMAX）和快速過渡時間。這可以讓產品達到自100Mbps至超過1Gbps的高數據速率。此外，這種低壓擺幅可以降低功耗消散，同時具備差分傳輸的優點。
LVDS技術用于簡單的線路驅動器和接收器物理層器件以及比較復雜的接口通信芯片組。通道鏈路芯片組多路復用和解多路復用慢速TTL信號線路以提供窄式高速低功耗LVDS接口。這些芯片組可以大幅節省系統的電纜和連接器成本，并且可以減少連接器所占面積所需的物理空間。
LVDS解決方案為設計人員解決高速I/O接口問題提供了新選擇。LVDS為當今和未來的高帶寬數據傳輸應用提供毫瓦每千兆位的方案。
2、CameraLink
CameraLink的標準是由數家工業攝影機及影像卡大廠共同制定出來的,標準的本身是基于ChannelLink的特性,并定義出標準的接頭也就是訊號線也標準化了,讓Camera及影像卡的訊號傳輸更簡單化了,同時定義出基本架構（BaseConfiguration）,中階架構（MediumConfiguration）,及完整架構（FullConfiguration）的訊號接腳規范以及傳輸數據量。
它是連接攝像頭和圖像采集卡的新標準，提供了超高的圖像傳送速度，并且同時提供4根攝像頭的控制線。由于CameraLink的高性能、低成本以及其連接的便利性，迅速得到大多攝像頭及圖像采集卡的生產商的支持。是連接攝像頭和圖像采集卡的新標準，提供了超高的圖像傳送速度，并且同時提供4根攝像頭的控制線。
3、1394（暫略）
4、USB（暫略）
5、千兆網（暫略）
在閉路電視系統中，視頻信號的產生從攝影機端開始，透過一個影像傳輸系統至*控制室。信號稱為合成視頻，而這合成視頻信號振幅之峰值為1伏特（1V）。下列為視頻信號結構之組成部份：
視頻信號:
當影像的光源落在CCD攝影機之晶片上時，其像素即產生電量作用，而這作用與落在晶片上的光線多少有相對關系，越多的光將會產生越大的電流，此電流可從晶片上讀出并轉變成視頻信號。而晶片讀取資料的方式是依晶片種類的不同而有所差異。像素光線數量越大，視頻信號的峰值將相對增大，在合成視頻信號中，zui大峰值是0.7伏特。換句話說，白色或明亮的圖片部分將有0.7伏特的信號強度，而黑色或者黑暗的部分則有0伏特的信號。
水平（行）同步信號:
一個影像圖框是由線組成的，在NTSC的標準中，每圖框為525條線，而PAL標準為每圖框有625條線。而在線上的每一個點，都反映視頻信號的強度。在每一條線的末端，加入了一個水平同步脈波，通知攝影機和其他閉路電視的電子裝置，準備結束此一圖框或圖場并讓他們準備起始下一個圖框或圖場。脈波的持續時程決定于電子裝置收到下一條圖線的時間，而這個脈波的峰值為0.3伏特。
垂直（場）同步信號:
視頻圖像是由圖框所組成，NTSC的標準為每秒30個圖框，而PAL彩色電視系統的標準為每秒25個圖框。閉路電視系統為避免畫面閃動現象，將這個視頻圖框分成2個不同圖場，稱為奇圖場和偶圖場；這兩個圖場在攝影機點分離后，會在監視器端結合，通稱圖場結合或交錯掃瞄。
