视频格式及接口

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模拟信号格式

 

Wiki这样描述：“The color video signal is a linear combination of the luminance of the picture, and a modulated subcarrier carries the chrominance or color information, a combination of hue and saturation。”。也就是说，所谓的彩色模拟电视，实际上是有黑白画面再经过“着色”来实现的（chrominance是色度信息，简称C；luminance是亮度信息，简称Y）。其中的颜色又是有RGB(red,green,blue)三种基本色来构成。所以，看起来，传输一个彩色的模拟电视信号，是需要有4路模拟信号需要传输的（每一种变量都有相应的传感器来采集，包括感光，感应红色，感应蓝色，感应绿色；再加上声音信号的话，是有5路信号的）。事实上，电视系统中传输时，只使用一根线缆来传输这些信号，也叫Composite Video，这也就是下面这些标准存在的意义所在；而同样的，下面三种电视系统最大的差别也在加载色彩信息的机制有不同。

 

PAL

PAL, 是Phase Alternating Line的缩写。PAL是为了解决NTSC格式信号情况下色度会有丢失的情况而制定的彩色电视传输协议。PAL是正宗德国造。

PAL使用QAM（quadrature amplitude modulation）来携带色度信息。它增加了一路子载波（4.43361875 MHz），将红色信号和蓝色信号作为QAM的两路基带信号，从而实现色度信息在原有黑白线缆上的传输。需要解释下关于这个载波频率的选择，也可以发现一点我们需要的信息。wiki这样解释“The 4.43361875 MHz frequency of the colour carrier is a result of 283.75 colour clock cycles per line plus a 25 Hz offset to avoid interferences. Since the line frequency (number of lines per second) is 15625 Hz (625 lines × 50 Hz ÷ 2), the colour carrier frequency calculates as follows: 4.43361875 MHz = 283.75 × 15625 Hz + 25 Hz.”这个50 Hz是播放时更新画面的频率，也就是实际播放帧率为50帧每秒。为什么是50 Hz？又涉及一个叫Interlaced video的概念。这种技术是把每一帧画面重复一次，从而25帧的视频信号，被放出了50帧的效果；可以看出，如果线缆和设备都很给力的话，我们的模拟彩色电视已经相当清晰了，只可惜，模拟的设备没那么好做。

另外，值得一提的是wiki另外有这样的描述：“The term PAL is often used informally and somewhat imprecisely to refer to the 625-line/50 Hz (576i) television system in general, to differentiate from the 525-line/60 Hz (480i) system generally used with NTSC.”从描述中可以看到，实际实现中，使用PAL就意味着这个电视节目是625线，而NTSC就意味着电视节目是480线的。这也就是我们常说的模拟电视的清晰度。同时，一个猜测，传统的模拟电视信号传输设备也是按这两种清晰度来设计，那么，这里将会是模拟视频信号的瓶颈所在。

我国大陆使用PAL-D的模拟彩色电视协议。

 

NTSC

NTSC, 是National Television System Committee的缩写。这个是最早的彩色电视协议，不过是出现在南美，可能这也是会出现其它两个欧洲协议的原因之一。

NTSC使用和PAL同样的调制技术来添加色度信息。但是它携带色度信息的子载波频率为3.579545 MHz，另外，它和PAL的最大不同还在于对色度信息的处理是不一样的，具体可以查阅wiki，解释有点烦。

NTSC传输30帧/s的视频信号，实际画面更新频率为60Hz。又是“马屁股决定铁轨宽度”的案例，我们使用的液晶显示器的更新频率也多是60 Hz的。当然，现在一些精力过剩的液晶厂商也在生产一些更高频率的显示器，但是，那也得等到其它硬件都跟上才有用武之地啊。

 

SECAM

SECAM，是法语Séquentiel couleur à mémoire的缩写，wiki解释是"Sequential Color with Memory"。SECAM的出现，据说同样也是为了弥补NTSC的不足。但是SECAM采取的方式和前两个不同，它在原来黑白电视的基础上，增加了额外的一路信号（使用FM调制），来传输色度信息。那么，它是怎样用一个FM来带两路颜色信号呢？不得不说，他们这个设计比较巧妙，系统中使用了一个模拟的延时电路来传输前一刻发送的颜色信息，这样就实现了两种色彩的同时播放，这也是它名字中sequential和memory的含义。但是。。。看起来好复杂的感觉，实现起来怎么样就不知道了。

反正就是没在安防摄像机里看到过着个词，就是这个样子。据说也还有在使用。

 

其它接口或传输机制

这里的其它接口，有上面三种传输方式最大的不同就是，上面三种都是将Y和C在同一根线上传输，即Composite Video，而其它的方式多是Component Video。Component Video使用较多的有Seprate Video（S-Video）、YPbPr和RGB。其中，S-Video就是我们常说的S端子，YPbPr就是常说的S端子，RGB则正是我们电视显示器VGA接口所传输的信号（VGA上还有其它信号）。

Seprate Video主要是为了解决Y信号和C信号在同一线缆上传输时存在的相互干扰问题，所以，也只是简单的把Y信号和C信号用两根线来传输。这样消除干扰，传输效果自然要好一些。S-Video传输的线缆通常使用Din-connector线缆或是一对BNC接头的同轴线。

YPbPr是由RGB信号计算而来的。三根线中，Y信号同样是亮度信号，而Pb则是Blue-Y，Pr则是Red-Y。这主要是因为存在关系式 Y = 0.2126 R + 0.7152 G + 0.0722 B，如此，Green信号和Y差异不大，只需传输两外两个与Y的差异，就可以较好恢复色彩。YPbPr信号可以用RCA接头线缆，或者3跟BNC接头同轴线来传。

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数字视频信号

 

 

从数据源头看，数字系统提供的数据本质上都是01序列，这与模拟系统使用不同channel来携带多个变量有这巨大区别。半导体器件大量应用之后，不管在硬件规模还是硬件复杂程度上，01序列的传输相对比多个subcarrier的传输都要容易一些。

数字视频根据其清晰度，又分为高清视频（HDTV）和标清视频（SDTV）。这两个概念本身没有明确的划分，但是也有一些模糊的区分。事实上，1280x720（720P），interlaced1920x1080（1080i），1920x1080（1080P）等等这些通常都有可能会被称作是HDTV；而更低分辨率的，比如640x480（NTSC等效的分辨率），720x480（NTSC，16：9），720x576(PAL等效的分辨率)这些通常被成为标清电视。实际使用中，电视服务提供商都有通过降低分辨率来节约带宽和降低运营难度，所以，所谓的高清、标清都是“缩水”后的结果。

另外，用于传输的数字数据，很多都是经过压缩的。其中使用范围较广的数字视频格式有ITU制定的H.261, H.263, H.264（MPEG-4的一部粉）等压缩编码，此外还有微软的WMV和苹果的Quick-Time等。ITU的这几种格式都是为数字视频通话设计，同时H.264目前也被广泛应用于数字电视、IPTV、网络视频等。

由于数字视频数据都是01序列，那么，数字视频传输只需要传输系统提供一个可靠的数字传输通道（当然，延迟和包的错序也是蛮要紧的传输因素），视频数据就可以进行传输。目前应用中，有以下几种数字视频的传输机制比较广受关注。

 

数字电视

当然，数字电视还是在原有的模拟电视网络中传输，比如使用同轴线、卫星、微波等媒介。

数字电视系统与模拟电视系统相比，除了更容易传输高质量画面外，还节省了很大一部分的频谱资源。有很多地区都将电脑系统进行了数字化升级，并且利用节省的频率资源提供一些其他的服务。

数字电视的协议先后出现和被采用过的有:Advanced Television System Committee (ATSC),igital Video Broadcasting-Terrestrial (DVB-T),Terrestrial Integrated Services Digital Broadcasting (ISDB-T),Digital Terrestrial Multimedia Broadcasting (DTMB).我国的数字电视使用的是DTMB数字电视系统。

 

IPTV

随着Internet的普及和网络带宽的提高，近年来，IPTV又成为运营商和内容提供商追逐的新宠。

IPTV是基于TCP/IP（IP，Internet Portocal）的一种组网方式，视频数据在TCP/IP构建的稳定通道中传输。这种电视网络基本不依赖于物理网络，只需要接入Internet即可。IPTV在IP层有用到IGMP snooping协议，对视频流进行指定范围内传输；在更高层则较多采用UDP和RTP协议。

至于Internet的接入，通过底层Ethernet、ADSL和xPon等网络则是比较流行的方式。根据接入网络的不同，有可能接到家里设备线缆有可能会是电力线、双绞线、电话线、无线或者是光纤。

还有其它一些基于TCP/IP的传输系统，他们原理与IPTV类似，不在赘述。

一些VOD的实现也类似于IPTV，但也有蛮多结合了IP网络和模拟技术的VOD系统。

 

其它数字视频接口

这些接口一般是用来进行设备间连接，而不是远距离的视频传输。所以，这些接口中较大一部分是直接传输未经压缩的视频信息，比如HDMI，DVI，YCbCr等。

其中HDMI和DVI接口大家都比较熟悉，不再赘述。需要提一下的是，DVI也是可以配置传输模拟信号的，或者是模拟、数字一起传，这个和我们普遍认识的有点不一样。

YCbCr是YPbPr的数字版，只不过是一个传输数字信号，一个传输模拟信号。但是YCbCr的计算过程貌似要稍微复杂那么一点点。它同样是使用RCA线缆，万能的RCA线缆啊。