电视信号知识普及

电视信号知识普及1．什么是R，G，B？在几乎所有视频技术标准中，有一个重要的问题就是彩色信息的表述方法，也就是如何让显示设备还原出自然界的真实色彩。研究发现自然界景物的绝大部分的彩色光都能够分解成独立的红、绿、蓝三基色，即所谓的R、G、B三基色原理。(R/RED/红色，G/GREEN/绿色，B/BLUE/蓝色)随着电子与数字技术的发展，使我们可以用一个固定的数字或变量来表示世界上的任何一种颜色，而RGB只是众多颜色数字编码中的一种，采用这种编码方法，每种颜色都可以用三个变量来表示，即红色、绿色、蓝色的信号强度。要想记录及显示彩色图像，RGB编码是最常见的一种方案，我们身边能接触到的彩色显示设备几乎都是采用的这种方案，电视机，电脑显示器，液晶显示方式等等。这些设备不管之前输入的是什么信号，最终都转换成了RGB信号去激励CRT(显象管)或LCD(液晶板)来完成色彩的显示还原。2．彩色电视传送方式谈这个问题，是要大家对后面的问题先有个基本的认识。并将一些专用名词带出来1)什么是电视制式简单的说就是如何将R，G，B信号分解，传送和组合，接收再解调出R,G,B信号等流程中所使用的方式。2)什么是兼容性彩色电视制式自彩色电视问世以来，各国选用的彩色电视制式都不同，但都在研究如何实现与本国黑白电视的兼容问题(那年头是黑白电视的天下)，结果表明，兼容性彩色电视制式必须具备以下几个条件(和黑白电视)：[1]使用与黑白电视相同的带宽[2]相同的伴音与图象载频[3]相同的扫描频率与复合同步信号(H/VSYNC)[4]有一基本的亮度信息(Y),传送同一景物图像时，和黑白电视图像要相同[5]色度信息(C)用一个辅助信号传送，以便于在电视机中容易与亮度信息(Y)分开。[6]传送的色度信息(C)不能影响黑白电视的接收“Y”代表明亮度(Luminance或Luma)，也就是灰度值(明暗的变化)；色度(C)(Chrominance或Chroma)，作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。（简单地讲，就是把彩色信息加载到高的载频，黑白电视机接收信号时，原来的亮度信号照旧接收，色彩信号通过低通滤波器被过滤，从而兼容了黑白电视。亮色分离传输打这时候就来了。直到现在的DVD和HDTV传输，还是亮色分离。这一来时沿袭“传统”(不是很说得过去的说～)，二来也确实，亮色分离在表达同样信息量的时候，相对RGB占用的带宽要小）说白了，当时可是黑白电视的天下，不兼容黑白电视要想推广是很难的，如同现在手机的CDMA不兼容GSM的下场。当时黑白电视的主要标准是采用625行(H),50场(V)扫描制时，亮度信号带宽约6MHz,因此必须在6MHz带宽内同时传送亮度信息(Y)和色度信息(C)，否则无法实现兼容。于是各种兼容性彩色电视制式的大战开始了，最后三国诞生统领天下(跑题了)，那就是PAL,NTSC,SECAM，它们各有优缺点，谁都不能轻易将对手打败，但SECAM只有法国，前苏联等极少数国家使用，我们几乎接触不到，这里就只谈我们伟大祖国和欧洲大部分国家使用的PAL制和美国，日本及台湾使用的NTSC制.3)什么是NTSC制（NationalTelevisionStandardsCommittee，(美国)国家电视标准委员会制式）NTSC制是美国在1953年时研究出来的一种兼容性彩色电视制式，该制式从人眼的彩色视觉出发，对R,G,B信号进行重新组合，并采用了频谱间置以及正交平衡调幅，同步检波等技术。由于出道最早，它的缺点是传送过程中容易出现色调失真(偏色)。4)什么是PAL制（PhaseAlternatingLine，逐行倒相制式）1962年前联邦德国为了克服NTSC制容易出现色调失真的缺点，在NTSC制的基础上，研究出来PAL制这一种兼容性彩色电视制式，PAL制采用了逐行倒相等技术(逐行倒相，不是逐行扫描技术。这里的P是Phase相位的意思，不是Progress。郁闷，英文里面也没提到“逐”这个字啊，干嘛这样翻译)，避免将整个色度信号的倒相处理，解决了偏色问题，但解调方法也变的复杂起来。3．什么是复合同步信号(H/VSYNC)（H:Horizon，水平。V:Vertical垂直）要想电视等设备显示出一幅完整的图像(都是由一个个的像数点组成)，只有R,G,B信号是不够的，你还得告诉电视这个像数点该在屏幕的什么位置显示。显示何种颜色是由R,G,B信号决定，该在屏幕的那里显示就是由行场同步信号(H/VSYNC)决定的。为了大家比较好理解，这里就不谈具体原理，简单的说一个像数点的在水平方向的位置是有行同步信号(H)决定的，垂直方向的位置由场同步信号(V)决定，同时行场同步信号还决定画面的垂直分解率和一秒内所显示的帧数。将行同步信号和场同步信号复合在一起成为一个信号就称复合同步信号，不同的电视制式(PAL,NTSC)的行场同步信号(H/VSYNC)是不同的，但相对是固定的。如常见的中国PAL-D(H:15625Hz/V:50Hz)日本NTSC3.58(H:15750Hz/V:60Hz)4．什么是分解率电视的清晰度既分解率一般用垂直方向和水平方向的分解率来表示。垂直分解率与行扫描数(H)密切相关。扫描行数越多越清晰(行同步信号频率越高)、分解率就越高。我国电视(PAL制)图像的垂直分解率为575行或称575线(行同步信号频率15625Hz)。但这只是一个理论值，实际分解率与扫描的有效区间和扫描方式有关，我国的电视接收机实际垂直分解率低于400线。（分解力是一个主观指标，垂直分解力衡量电视机在水平方向上最多能显示多少黑白交错的线。实际测试可以通过标准侧视图来看。这种图的线密度沿垂直或水平方向增加，我们会看到其摩尔纹，最后密度最高处变成灰色，黑白融合。我们在有人穿花格子衬衫的镜头上经常看到摩尔纹）水平方向的分解率或像素数是由电视信号的上限频率决定的。最复杂的电视图像莫过于黑白方块交错排列的棋盘格图案，根据这种图案，加上我国目前规定的电视图像信号(PAL制)的标称频带宽度为6MHz，可以推出理论上我国电视信号的水平分解率约630线。NTSC制的水平分解率理论上约525线(频带宽度为4.5MHz)，垂直分解率理论上约为580行(行同步信号频率15750Hz)（看到了吧，理论上PAL要比NTSC先进！不容易偏色，分解力也高）5．什么是全电视信号全电视信号定义为包括亮度(Y)和色度(C)与复合同步信号(H/V)以及伴音信号的单路模拟信号。由于有色度信号(关系到是用那种电视制式编码的)的存在，所以全电视信号是分电视制式(PAL,NTSC)的。6．什么是复合视频信号(AV)复合视频(CompositeVideo)信号也就是从全电视信号中分离出伴音后的视频信号，这时的色度信号还是间插在亮度信号的高端。由于复合视频的亮度和色度是间插在一起的，在信号重放时很难恢复完全一致的色彩。由于受后面亮度(Y)和色度(C)分离电路性能的影响，其信号带宽较窄，一般只有水平分解率240线~350线左右的分解率。由于视频信号中已不包含伴音，故一般还有音频端口以便同步传输伴音。有时复合式视频接口也称为AV(AudioVideo)口。7.什么是S－Video信号S－Video是一种两分量的视频信号，它把复合视频信号中的亮度和色度信号分成两路独立的模拟信号，用两路导线分别传输的视频信号。这种信号不仅其亮度和色度都具有较宽的带宽，而且由于亮度和色度分开传输，可以减少其互相干扰，水平分解率可达420线。与复合视频信号相比，S－Video可以更好地重现色彩。8．什么是色差信号或分量信号(Y,Cr,Cb/Y,Pr,Pb)“Y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。“C色度”则定义了颜色的两个方面——色调与饱和度，也就是说C色度通过相应电视制式的解码方式解调出Cr和Cb两路信号。其中，Cr反映了RGB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，此即所谓的色差信号，也就是我们常说的分量信号(Y、R-Y、B-Y)。9.如何得到R,G,B信号如果您认真的阅读了上面5，6，7，8的说明，就可以发现(5)-(6)-(7)-(8)是一个信号的流程，之前曾提到R,G,B信号才是我们最终需要的信号，有了分量信号(Y、R-Y、B-Y),如何变成RGB信号呢？原来当初为了兼容黑白电视，Y亮度信号是将R,G,B信号按一定的比例的相加所得到的。这里就简单化，我们就认为Y=R+G+B{事实上R:G:B=0.3:0.59:0.11}（省略得够厉害，请老记0.3、0.6、0.1的红绿蓝比例公式，同样的光功率，人对绿光感觉敏感一些，所以权重比较大，有0.59），这样只要把Y、R-Y、B-Y三路信号送到一个运算矩阵中进行简单的运算就能得到R,G,B信号了。它们的关系是：Y+(R-Y)=RY+(B-Y)=BY-(B-Y)-(R-Y)=-B-R+Y=-B-R+R+G+B=G(Y=R+G+B)10.各种外部输入端子与电视信号流程的关系来张图说明一下，(这里采用的日本NTSC3.58电视制式的解码流程的原因一个是PAL制的解码太复杂，容易让大家发蒙，二来是我们手头上的游戏机大部分都是NTSC制.为了方便大家理解，省去了行场同步部分)问题篇11．接着谈谈最近大家比较敏感的隔行扫描与逐行扫描的问题老样子，先从一些基础知识谈起大家可能都知道，为了获得活动的图像，电影和电视是都是把若干幅静止的画面快速地连续播放，我们就会觉得这些画面上的物体是在连续地运动着。我们将每一幅“静止”的画面称为一“帧(frame)”，电影是24帧／秒、PAL制电视是25帧／秒，NTSC制是30帧／秒。前面曾提到电视的每帧画面又是由若干条水平方向的扫描线组成的、PAL制为625行／帧，NTSC制为525行／帧。如果这一帧画面中所有的行是从上到下一行接一行地连续完成的，或者说扫描顷序是1、2、3……525，我们就称这种扫描方式为逐行扫描。但是实际上，以PAL为例(NTSC制也类似)，要想在行频15625Hz/场频50Hz的情况下每秒钟扫描出50幅625行的画面是不可能的，(换算公式略)，于是电视的一帧完整画面是需要由两遍扫描来完成，第一遍只扫描奇数行，即第l、3、5……525行。第二遍扫描则只扫描偶数行，即第2、4、6……524行。这种扫描方式就是隔行扫描。要想逐行扫描行频就的翻倍成31.5Khz，但电视受需兼容黑白电视的制式影响行频是不能改变的。一幅只含奇数行或偶数行的画面称为一“场(field)”。因此，PAL制电视的实际扫描频率是50场／秒。NTSC制为60场／秒。隔行扫描的两个场虽然是一先一后地出现在屏幕上(都是不完整的画面)。但由于变换速度很快，我们会觉得是看到了一幅完整的画面。（隔行就这样被遗传下来，标准高清就是1080i，而不是1080p。我的个人观点是如果用相同带宽传输动态视频信号，亮色分离传送的隔行信号优于RGB分离传输的逐行信号。那么后者R、G、B分离的逐行信号有什么用？对了，前期记录啊！数字电影就是走这个规格）12.隔行扫描的主要缺点是：1)光栅结构显得粗疏；有的图象能看到扫描线。2)垂直分辨率严重受损，大约只有水平分辨率的一半左右(350线)；3)画面有闪烁感；4)最重要的是会在画面上造成梳齿现象(又称羽状干扰或拉链效应)和行抖动。13．为什么要采用逐行扫描很简单，逐行扫描克服以上隔行扫描的缺点14．现在那些设备是输出隔行扫描和逐行扫描在我们常见的设备设备中，普通广播电视接收机、录像机、大部分视频摄像机、VCD、LD等全都是隔行扫描的，新一代数字电视机则将是逐行扫描的，当前的电脑显示器(包括LCD)几乎全部都是逐行扫描的。这里应该特别指出的是：事实上DVD本质是隔行扫描的，在制定DVD规范的时候是按照隔行扫描的要求而设计的。DVD影碟上的视频图像是以隔行扫描的格式存贮的，这一点必须牢牢记住，有关逐行扫描DVD（是DVD碟机，不是碟片。只有实用逐行影像源如24fpsFilm通