视频信号测量与发生基础

1. 理解复合视频信号

复合视频信号是所有需要生成视频信号的成分组合在同一信号中的信号。构成复合信号的三个主要成分如下：

• 亮度信号——包含视频图像的强度（亮度或暗度）信息
• 色彩信号——包含视频图像的色彩信息
• 同步信号——控制在电视显示屏等显示器上信号的扫描

单色复合信号是由两个成分组成的：亮度和同步。图1显示了这个信号（通常成为Y信号）。

图1：单色复合视频信号（亮度从白过渡到黑）

色彩信号通常被称为C信号，在图2中示出。

图2：彩色条的色彩信息信号（包括颜色突发）

复合彩色视频信号通常成为彩色视频、消隐与同步（CVBS）信号示Y与C之和，如图3所示。

CVBS = Y + C

图3：彩色条的彩色复合视频信号

两个组成部分Y与C可以作为两个独立信号分开传输。这两个信号合称为Y/C或S视频。

2. 视频信号组成

单一水平视频行信号由水平同步信号、后沿、活动象素场以及前沿组成，如图4所示。

图4：视频信号组成

水平同步（HSYNC）信号示每条新的视频行的开始。其后是后沿，用来作为从浮地（交流耦合）视频信号去除直流分量的参考电平。这是通过单色信号的钳制间隔实现的，它出现在后沿中。对于合成彩色信号，钳制发生在水平同步脉冲中，由于大部分后沿用于色彩突发，它提供了信号色彩成分解码信息。在MAX帮助中，视频信号的所有设置参数都有较清楚的描述。 色彩信息可以包含在单色视频信号中。复合色彩信号包含标准单色信号（RS-170或CCIR），并加入了以下成分： 色彩突发：位于后沿，这是提供后续色彩信息相位和幅值参考的高频场。 色彩信号：这是实际的色彩信息。它由两个以色彩突发频率调制到载波的象限成分组成。这些组成部分的相位和幅值决定了每个象素的色彩内容。

视频信号的另一方面是垂直同步（VSYNC）脉冲。这实际上是在场之间发生的脉冲序列，用于通知显示器，完成垂直重跟踪，准备扫描下一场。在每个场中都有几行是不包含活动视频信息的。有些只包含HSYNC脉冲，而其他包含均衡与VSYNC脉冲序列。这些脉冲是在早期的广播电视中定义的，所以从那以后构成了标准的一部分，虽然之后的硬件技术能够避免部分附加脉冲的使用。在图5中给出了复合RS-170交叉信号，其中包括垂直同步脉冲，为了简单起见，下面给出了一个6行帧：

图5：VSYNC脉冲

应当理解对于从模拟相机得到的图片，其垂直尺寸（以象素为单位）是由帧接收器对水平视频行采样的速率所决定的。而这个速率是由垂直行速率合相机的体系结构所决定的。相机CCD阵列的结构决定了每个象素的大小。为了避免图像失真，您必须对水平方向，以一定速率进行采样，将水平的活动视频场分割为正确的象素点数。下面是RS-170标准的实例：

感兴趣参数：

• 行/帧数：525（其中包括用于显示的485线；其余是每两个场之间的VSYNC行）
• 行频率：15.734 kHz
• 行持续时间：63.556微秒
• 活动水平持续时间：52.66微秒
• 活动象素/行数：640

现在，我们可以进行一些计算：

• 象素时钟频率（每个象素达到帧接收器的频率）：
  640象素/行 / 52.66 e-6 秒/行 = 12.15 e6 象素/行（12.15 MHz）
• 活动视频的象素行长度 + 定时信息（称为HCOUNT）：
  63.556 e-6 秒 * 12.15 e6 象素/秒 = 772 象素/行
• 帧率：
  15.734 e3 行/秒 / 525 行/帧 = 30 帧/秒

3. 不同的视频格式

以下表格描述了常用标准模拟视频格式的一些特征：

NTSC：美国国家电视标准委员会

PAL：逐行倒相

SECAM: Systeme Electronic Pour Coleur Avec Memoire

格式	应用国家和地区	模式	信号名称	帧速率，扫描速度（帧/秒）	垂直分辨率	行速率（线/秒）	图像尺寸（宽×高）象素
NTSC	北美洲、中美洲、日本	单色	RS-170	30	525	15,750	640x480
		彩色	NTSC Color	29.97	525	15,734
PAL	欧洲（除法国）、澳大利亚、非洲与南美洲部分地区	单色	CCIR	25	405	10,125	768x576
		彩色	PAL Color	25	625	15,625
SECAM	法国、东欧、俄罗斯、中东与非洲部分地区	单色		25	819	20,475	N/A
		彩色		25	625	15,625

4. 彩色编码

对于所有的PAL和NTSC格式而言，编码是基于正交调幅（QAM）概念的，其中将两个彩色成分通过象限幅度调制之后，合并在一起。调制必须经过解码，因此跟踪绝对相位需要对彩色信息进行解码。称为彩色突发的参考信号被插入到每行的开始处，它位于水平同步脉冲之后（参阅上述图3与图4）。

对于所有的SECAM格式，两个彩色成分使用两个不同的子载波频率进行频率调制，之后顺序分步在不同的视频行上。SECAM格式不需要彩色突发信号。

5. 视频信号电平

视频信号电平定义了视频信号不同部分的电平和范围。用于定义视频信号电平的组织是IRE（无线电工程师协