各類視頻格式的視頻信號(hào)測(cè)量與發(fā)生基礎(chǔ)理論知識(shí)

本教程是NI 信號(hào)發(fā)生器教程 和高速數(shù)字化儀教程 系列的一部分。 這個(gè)系列中的每個(gè)教程都將解釋理論并給出應(yīng)用實(shí)例，教授常見測(cè)量應(yīng)用的一個(gè)主題。本教程討論了視頻信號(hào)測(cè)量與發(fā)生的基礎(chǔ)。

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1. 理解復(fù)合視頻信號(hào)

復(fù)合視頻信號(hào)是所有需要生成視頻信號(hào)的成分組合在同一信號(hào)中的信號(hào)。構(gòu)成復(fù)合信號(hào)的三個(gè)主要成分如下：

亮度信號(hào)——包含視頻圖像的強(qiáng)度（亮度或暗度）信息
色彩信號(hào)——包含視頻圖像的色彩信息
同步信號(hào)——控制在電視顯示屏等顯示器上信號(hào)的掃描

單色復(fù)合信號(hào)是由兩個(gè)成分組成的：亮度和同步。圖1顯示了這個(gè)信號(hào)（通常成為Y信號(hào)）。

圖1：?jiǎn)紊珡?fù)合視頻信號(hào)（亮度從白過渡到黑）

色彩信號(hào)通常被稱為C信號(hào)，在圖2中示出。

圖2：彩色條的色彩信息信號(hào)（包括顏色突發(fā)）

復(fù)合彩色視頻信號(hào)通常成為彩色視頻、消隱與同步（CVBS）信號(hào)示Y與C之和，如圖3所示。

CVBS = Y + C

圖3：彩色條的彩色復(fù)合視頻信號(hào)

兩個(gè)組成部分Y與C可以作為兩個(gè)獨(dú)立信號(hào)分開傳輸。這兩個(gè)信號(hào)合稱為Y/C或S視頻。

2. 視頻信號(hào)組成

單一水平視頻行信號(hào)由水平同步信號(hào)、后沿、活動(dòng)象素場(chǎng)以及前沿組成，如圖4所示。

圖4：視頻信號(hào)組成

水平同步（HSYNC）信號(hào)示每條新的視頻行的開始。其后是后沿，用來作為從浮地（交流耦合）視頻信號(hào)去除直流分量的參考電平。這是通過單色信號(hào)的鉗制間隔實(shí)現(xiàn)的，它出現(xiàn)在后沿中。對(duì)于合成彩色信號(hào)，鉗制發(fā)生在水平同步脈沖中，由于大部分后沿用于色彩突發(fā)，它提供了信號(hào)色彩成分解碼信息。在MAX幫助中，視頻信號(hào)的所有設(shè)置參數(shù)都有較清楚的描述。

色彩信息可以包含在單色視頻信號(hào)中。復(fù)合色彩信號(hào)包含標(biāo)準(zhǔn)單色信號(hào)（RS-170或CCIR），并加入了以下成分：

色彩突發(fā)：位于后沿，這是提供后續(xù)色彩信息相位和幅值參考的高頻場(chǎng)。
色彩信號(hào)：這是實(shí)際的色彩信息。它由兩個(gè)以色彩突發(fā)頻率調(diào)制到載波的象限成分組成。這些組成部分的相位和幅值決定了每個(gè)象素的色彩內(nèi)容。

視頻信號(hào)的另一方面是垂直同步（VSYNC）脈沖。這實(shí)際上是在場(chǎng)之間發(fā)生的脈沖序列，用于通知顯示器，完成垂直重跟蹤，準(zhǔn)備掃描下一場(chǎng)。在每個(gè)場(chǎng)中都有幾行是不包含活動(dòng)視頻信息的。有些只包含HSYNC脈沖，而其他包含均衡與VSYNC脈沖序列。這些脈沖是在早期的廣播電視中定義的，所以從那以后構(gòu)成了標(biāo)準(zhǔn)的一部分，雖然之后的硬件技術(shù)能夠避免部分附加脈沖的使用。在圖5中給出了復(fù)合RS-170交叉信號(hào)，其中包括垂直同步脈沖，為了簡(jiǎn)單起見，下面給出了一個(gè)6行幀：

圖5：VSYNC脈沖

應(yīng)當(dāng)理解對(duì)于從模擬相機(jī)得到的圖片，其垂直尺寸（以象素為單位）是由幀接收器對(duì)水平視頻行采樣的速率所決定的。而這個(gè)速率是由垂直行速率合相機(jī)的體系結(jié)構(gòu)所決定的。相機(jī)CCD陣列的結(jié)構(gòu)決定了每個(gè)象素的大小。為了避免圖像失真，您必須對(duì)水平方向，以一定速率進(jìn)行采樣，將水平的活動(dòng)視頻場(chǎng)分割為正確的象素點(diǎn)數(shù)。下面是RS-170標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)例：

感興趣參數(shù)：

行/幀數(shù)：525（其中包括用于顯示的485線；其余是每?jī)蓚€(gè)場(chǎng)之間的VSYNC行）
行頻率：15.734 kHz
行持續(xù)時(shí)間：63.556微秒
活動(dòng)水平持續(xù)時(shí)間：52.66微秒
活動(dòng)象素/行數(shù)：640
現(xiàn)在，我們可以進(jìn)行一些計(jì)算：

象素時(shí)鐘頻率（每個(gè)象素達(dá)到幀接收器的頻率）：
640象素/行 / 52.66 e-6 秒/行 = 12.15 e6 象素/行（12.15 MHz）
活動(dòng)視頻的象素行長(zhǎng)度 + 定時(shí)信息（稱為HCOUNT）：
63.556 e-6 秒 * 12.15 e6 象素/秒 = 772 象素/行
幀率：
15.734 e3 行/秒 / 525 行/幀 = 30 幀/秒