模拟数字视频术语简介

模拟及数字视频术语简介 作者：mousie 一、前言 目前着手的一个项目中，要在可视楼宇对讲用户终端处加入电子相框功能。于是出现了2种输入视频，一为可视楼宇对讲的模拟视频信号，二为JPG格式图片解码后的数字信号。我公司目前用的TFT屏为模拟屏，而领导又偏向于尝试使用数字屏。于是乎，一堆术语出现在了我的面前，一时是无从下手……诉苦到此结束，面对芸芸术语，也只好从网上慢慢找资料，经过整理和我个人的理解，得此陋文。必有不详甚至错误之处，还望指出！  二、视频技术发展的两条不同路径 最早的成熟使用视频技术的应用就是电视机，后来PC机的显示终端则沿着自己的路径又发展出了一套术语和显示方式。我们先看如下一张表，有个层次概念。 发展路径 视频制式 视频传输格式 信号分量 视频带宽(MHz) 信号最大电平幅度(Vpp) 电视 NTSC CVBS CVBS 4.2*;6 1.221 S‐Video Y 4.2*;6 1 C 2.2‐4.2 0.836 480i/525i(SDTV) (标清电视) Y 6*;6.75 1 Cb/Cr 3*;3.3750.7 480P/525P(EDTV)(增强型清晰度) Y 12 1 Cb/Cr 6 0.7 PAL CVBS CVBS 5*;6 1.2335 S‐Video Y 5*;6 1 C 3.2‐5 0.885 576i/625i  Y 6*;6.75 1 Cb/Cr 3*;3.3750.7 576p/625p  Y 12 1 Cb/Cr 6 0.7 HDTV (高清电视) 720p/1080i  Y 30 1 Cb/Cr 15 0.7 1080p  Y 60 1 Cb/Cr 30 0.7 计算机 QVGA 320x240@60Hz RGB   VGA 640x480@60Hz RGB 12.6 1或0.7 SVGA 800x600@60Hz RGB 20 1或0.7 XGA 1024x768@60Hz RGB 32.5 1或0.7 SXGA 1280x1024@60HzRGB 54 1或0.7 UXGA 1600x1200@60HzRGB 81 1或0.7 UWXG1920x1200@60HzRGB 96.6 1或0.7 QXGA 2048x1536@60HzRGB    三、视频信号分量说明 1.RGB：红绿蓝光学三基色，彩色成像的基础。 2.Y：亮度信号。一个常用的亮度方程为Y=0.3R+0.59G+0.11B。Y就是黑白电视显示的    内容，只有灰度，没有颜色。 C：色差信号，分为U、V，也可记为Cb，Cr，只是不同场合使用习惯不同而已。 Cb = U = B‐Y = ‐0.3R‐0.59G+0.89B Cr = V = R‐Y = 0.7R‐0.59G‐0.11B 3.将RGB信号转换成YCbCr (YPbPr，YUV)方式传输可以得到如下的优势： 黑白电视和彩色电视兼容。 CbCr利用了大面积着色原理，信号带宽小，仅0‐1.3Mhz。 4.YCbCr的叫法多用于隔行显示终端的外部接口接入格式。 YPbPr的叫法多用于逐行显示终端的外部接口接入格式。 YUV的叫法多用于显示屏 视频驱动电路 到 液晶接口 的传输格式。 *注 YCbCr，YPbPr的叫法已经用乱了，但好的显示终端二者是共用的，没有区分。其历史根源及含义见下文。 5.HSync、VSync：水平同步(行同步)、垂直同步(场同步)信号。对图像显示位置的控制。 6.CVBS：复合视频信号。该信号中包含了 亮度信号(Y)、色差信号(UV)、复合消隐信号、复合同步信号。有了这些信号，经过后续电路处理，用YCbCr提取出RGB信号，用复合消隐信号和复合同步信号提取出HSync和VSync，控制画面的稳定显示。 7.FBAS：全电视信号。包含了复合视频信号(CVBS)和复合音频信号。 8.建议网上下载电视原理方面的书，先对模拟视频信号有充分了解，对日后数字视频的学习也十分有帮助  四、视频制式说明 1.NTSC/PAL：电视信号的制式。使用YUV方式传输彩色视频信号，并规定了图像扫描的方式与频率等参数(如同步信号、消隐信号的使用等)。 2.NTSC：每秒60场，隔行显示每秒30帧(30副画面)，逐行显示则每秒60帧，主要用于美、日等国家与地区 3.PAL：每秒50场，隔行显示每秒25帧(25副画面)，逐行显示则每秒50帧。主要用于中、欧等国家与地区 4.SECAM：法国等少数国家用的电视制式，远没有NTSC，PAL制广泛。 5.QVGA‐QXGA：用过手机和电脑的人比较熟悉，QVGA在手机屏中算挺大的一个屏了，而我们熟知的800x600，1024x768的图像分辨率对应的是计算系统的SVGA和XGA。计算机系统的图像是直接传输RGB信号的，逐行显示，每秒60帧。   五、图像分辨率、显示器分辨率、清晰度 在这里讲几个概念，概念不清楚的话，去买显示器/电视机就容易被人忽悠了。 1.图像分辨率：原始图像的分辨率。对显示器而言，也就是输入信号的分辨率。 2.显示器分辨率：显示器自身的分辨率，该值是固定的。 3.清晰度：人对看到的图像的主观感受。受图像分辨率，显示器分辨率，背光亮度，环境亮度，电视机响应时间(对动态图像而言)等多种因素影响。买电视机时，一定要看高速动态图像，然后去感受视频的清晰度。 4.举几个例子来说明上述概念的关系。 如果用800x600像素点的照片(图像分辨率)，放在只有320x240的手机屏(显示器分辨率)上显示，你能看到的最大清晰度就是320x240(清晰度)，而且很可能比这还要小(图像缩小时有损耗)。 同样用800x600像素点的照片(图像分辨率)，放在高清电视(1080p)(显示器分辨率)上显示，你能看到的最大清晰度也仅仅是800x600(清晰度)，而且由于用了插值(为了放大图像)，其效果未必比在800x600像素点的显示器(显示器分辨率)上好。 再来，去商场买所谓高清电视，会发现放映多半是静态图像(图像分辨率和显示器分辨率都很高)，看的质量那叫一个好。这是因为对于静态图像，对显示器响应时间，隔行显示造成的图像拖影都有很好“屏蔽”作用。所以，买家在决定买该电视之前，一定要求销售放放 球类运动、赛马 等高速运动的画面。在看看图像质量(主观清晰度)，决定是否购买。高清电视对动态清晰度的考核有这么个参考意见“静态清晰度+运动图像拖尾时间”。 综上所述，不是说买了高清电视机就能看到高清电视了，如果接收的还是标清的电视信号，不过是在高清电视机上看标清质量的电视画面。当然，看高清DVD时，就能体会到高清电视机带来的视觉享受了。   六、视频终端外部接口及传输格式说明 1.RF接口：射频接口。天线和有线电视信号接入电视机的接口。传输的是全电视信号(FBAS)，由于复合程度最高，效果最差。             RF接口 ‐ 公口，传输线             RF接口 ‐ 母口，电视机端  F头 ‐ 有线电视工程用，图中为有线电视视频分配器和同轴电缆的连接  2.AV端子：传输音频信号的左右声道(一般为红白) 以及 模拟视频信号(黄色)。传输的视频信号为CVBS。声音效果可以，图像效果差，因为亮度信号、色差信号等是复合的。一般提供了多组AV端子输入，一路AV端子输出，统称为复合接口。DVD，数码相机等会有此类接口。  梅花座与梅花头(RCA) ‐ 显示器端 与 传输线  3.S端子：传输模拟视频信号。将亮度信号与色差信号分开传输，即一根线传输Y信号，另一根线传输C(UV复合)信号。图像质量会比AV端子有所提高。  S端子 ‐ 电脑主机端 与 传输线。 4Pin，1‐Y信号，1‐C信号，2‐接地  4.YPbPr接口：传输模拟视频信号。独立传输模拟的Y、Cb、Cr信号，没有隔行和逐行之分。在模拟电视系统中，该传输方式图像质量最好了。DVD会有该接口。  YPbPr接口：可见从左到由依次传输Y信号，Cb信号，Cr信号，左声道，右声道信号  5.BNC接口：同轴电缆卡环形接口。主要用于连接高端家庭影院产品以及专业视频设备。传输的信号无规定，可以用一个BNC传输CVBS信号，也可以用多个BNC分别传输YUV信号。讲白了，它只是个接口，一种结构。  BNC接口‐接触非常良好的一种接口  6.VGA接口：又称D‐Sub。电脑显示器使用的视频模拟信号传输接口。针孔很多，其实就是分别传输RGB信号，垂直、水平同步信号，地等。  电脑显示器后面的VGA接口。  7.DVI接口：传输数字视频信号。目前好点的显卡和电视机都有用的。自此我们可以发现电视机和PC机这两条路在数字化后趋向于融合。目前市面上既是电视机又是电脑显示终端的设备也越来越多。常见的有如下两种，我接触到的都是DVI‐I  DVI‐D只能传输数字视频信号   DVI‐I可传输数字视频信号，兼容模拟信号。  8.HDMI接口：传输全数字视频和音频的接口。  HDMI接口 – 我没有接触使用过。   七、再谈YCbCr和YPbPr 1.目前市场上大致有三种表示方法： 隔行分量端子和逐行分量端子分开设置。在这种情况下，根据说明书，用YCbCr表示隔行分量端子，用YPbPr表示逐行分量端子。 隔行分量端子和逐行分量端子共用，端子标识为YPbPr/YCbCr，根据说明书，无论隔行分量信号还是逐行分量信号都是从这个端口输入/输出。 隔行分量端子和逐行分量端子共用，端子标识为YPbPr。根据说明书，无论隔行分量还是逐行分量都是从此端口输入/输出。(按照YCbCr，YPbPr的原意，只有这个是对的)。  2.混乱的原因：从文章的“三  视频信号分量说明” 中可以看出，整个YUV(YCbCr)色彩空间的公式里并没有涉及到YPbPr。当逐行DVD机还没有出现以前，几乎所有具备分量输出的DVD机的分量端子都是标识为YCbCr！因为DVD碟片上储存的图像的色彩空间就是YCbCr的，一切似乎都很合情合理，然而就此埋下了日后概念混淆的祸根。然而有一天，逐行DVD机出现了，厂家们对如何标识逐行分量端子犯难了。他们终于在美国市场看见了一种标识为YPbPr的端子，好比在汪洋大海中捞起了一根救命稻草，于是就有了YPbPr表示逐行，YCbCr表示隔行的标识混乱。  3.拨乱反正：数字电视的YUV(YCbCr)色彩空间是由ITU（国际电信联盟）规定的，但是分量接口尤其是模拟分量接口并没有国际统一的标准，目前最为常见的是日本的D端子、欧洲的SCART端子和美国的三线端子。我国目前采用的是美国的三线端子，这个端子是由美国EIA（电子工业协会）标准EIA‐770.2a规定的，按照这个标准，下到480i，上到720p的信号都是采用这个端子传输，而且并没有隔行、逐行的分别。其实日本的D端子和欧洲的SCART端子也是不分隔行逐行的。所以YPbPr表示的仅仅是模拟视频分量接口，而且仅仅是美国的标准。YCbCr用在接口上时，真正的含义是数字视频的接口，这是国际通用的标准。  4.何去何从？当HDTV走向我们的时候，分量端子的混乱更加明显了，因为HDTV使用的也是YPbPr，而我国的HDTV的格式又是1080i的（隔行），显然厂商自己都不能继续沿用YPbPr是逐行分量端子的错误做法了。厂商免不了一番忽悠，普通消费者免不了一番疑惑。   八、模拟视频数字化编码  1.YUV 4:1:1 ‐ 每个像素点保存一个8bit的Y值，每2x2个点保存一个U值和V值)。 2.YUV 4:2:2  ‐ 每个像素点保存一个8bit的Y值，一个4bit的U值，以及一个4bit的V值。即每个像素占用2byte。 3.RGB 5:6:5  ‐ 使用16位(2byte)表示一个像素，这16位中的5位用于R，6位用于G，5位用于B。 4.RGB 8:8:8  ‐ 使用3byte表示一个像素，RGB各占用一个byte。 5.ITU‐R BT.601(前CCIR‐601)  ‐  BT.601规定了对视频信号进行数字化编码的方法。建议将YU