YUV、SPDIF、S-Video、YCrCb、YPbPr、RGB、VGA、模拟信号、数字信号

YUV、SPDIF、S-Video、YCrCb、YPbPr、RGB、VGA、模拟信号、数字信号

2010-07-22 11:06

SPDIF 数字式的音频输出。 SPDIF是SONY、PHILIPS数字音频接口的简称。就传输方式而言，SPDIF分为输出（SPDIF OUT）和输入（SPDIF IN）两种。目前大多数的声卡芯片都能够支持SPDIF OUT，但我们需要注意，并不是每一种产品都会提供数码接口。而支持SPDIF IN的声卡芯片则相对少一些，如：EMU10K1、YMF-744和FM801-AU、CMI8738等。SPDIF IN在声卡上的典型应用就是CD SPDIF，但也并不是每一种支持SPDIF IN的声卡都提供这个接口。就传输载体而言，SPDIF又分为同轴和光纤两种，其实他们可传输的信号是相同的，只不过是载体不同，接口和连线外观也有差异。但光信号传输是今后流行的趋势，其主要优势在于无需考虑接口电平及阻抗问题，接口灵活且抗干扰能力更强。通过SPDIF接口传输数码声音信号已经成为了新一代PCI声卡普遍拥有的特点。 a、SPDIF是传输通道       首先需要特别解释的是，大家不要以为使用SPDIF传输AC-3信号就是AC-3解码，目前民用声卡中还没有一款产品能够支持硬件等级的Dolby Digital解码，SPDIF在此时的功能主要是把数字AC-3信号从声卡传输到解码器。而那些六声道产品都是模拟5.1和软件解码的产物。 b、数字音箱与数字声卡的关系       其次大家可能对依靠同轴SPDIF OUT连接数字式音箱从而实现纯数字音频回放的具体原理不太清楚，接下来笔者为大家简要介绍一下。前面我们就提到过，声卡的数字模拟转换工作是交给 CODEC芯片来完成的。但是我们的电脑机箱内依然存在着严重的电磁波，D/A、A/D转换仍然会受到比较严重的信号干扰。许多专业音频录音卡普遍采用将 CODEC外置的做法，把数摸转换部分以及各类外部接口等单独做成一个外置盒，以提高音质。但是这样做的直接后果便是成本大幅度提高，在家用多媒体市场肯定是曲高和寡的。那到底有没有价廉物美的办法呢？一些音箱厂家就想出了把D/A转换工作从声卡上转移到音箱上的方案，数字式多媒体音箱也就应运而生了， CREATIVE的FPS2000 Digital、Sound Works 2.1Digital就属于这种类型。这种方案的基本原理就是声音信号不经过声卡CODEC芯片的转换处理，直接以PCM格式，使用声卡上的同轴 SPDIF OUT，以纯数字方式传输到数字音箱中，通过音箱内置的D/A转换器解码，随后放大输出。这样干扰减小了，信噪比自然有所提高。然而目前主要不足之处在于，眼下部分数字音箱的D/A转换单元、放大器、扬声器素质不高，造成数字式传输的优势不能被完美的表现出来。 c、唱片数字式播放的问题 色差输出 色差信号y,r-y,b-y信号一般通称为y, cr,cb; 习惯上y,cr,cb为数字(pcm)的色差信号，模拟的色差信号则称y,pr,pb，所以我们常在dvd player的内部看到y,cr,cb而在dvd player的外部看到色差输出标示为y,pr,pb或yuv；yuv则是在欧洲电视系统pal中的色差信号的通称，包含数字及模拟的色差信号都称 yuv，所以当您看到yuv时您就要联想到它是pal系统中的y,r-y,b-y信号，它可能是数字（pcm）的yuv，也可能是模拟的yuv 电视信号都是YUV的。。。 : : 最初的电视信号是黑白的，后来有彩色的， : : 所以黑白的电视机只用接收Y信号。 : : 彩色的就接收了Y亮度信号以后，还要接收色度信号UV。 : : 另外在计算机上，你看得大多数播放器也都是解码成yuv显示的。大多是YUY2格式的。 : : 如果你的显卡支持yuv的overlay模式的显示的话，那么就解码成相应的yuv格式显示。 : : 如果不行，再转成rgb显示 S-Video S-Video具体英文全称叫Separate Video，为了达到更好的视频效果，人们开始探求一种更快捷优秀、清晰度更高的视频传输方式，这就是当前如日中天的S-Video(也称二分量视频接口)，Separate Video 的意义就是将Video 信号分开传送，也就是在AV接口的基础上将色度信号C和亮度信号Y进行分离，再分别以不同的通道进行传输，它出现并发展于上世纪90年代后期通常采用标准的4 芯(不含音效) 或者扩展的7 芯( 含音效)。带S-Video接口的视频设备( 譬如模拟视频采集/ 编辑卡电视机和准专业级监视器电视卡/电视盒及视频投影设备等) 当前已经比较普遍，同AV 接口相比由于它不再进行Y/C混合传输，因此也就无需再进行亮色分离和解码工作，而且由于使用各自独立的传输通道在很大程度上避免了视频设备内信号串扰而产生的图像失真，极大提高了图像的清晰度，但S-Video 仍要将两路色差信号(Cr Cb)混合为一路色度信号C，进行传输然后再在显示设备内解码为Cb 和Cr 进行处理，这样多少仍会带来一定信号损失而产生失真(这种失真很小但在严格的广播级视频设备下进行测试时仍能发现) ，而且由于Cr Cb 的混合导致色度信号的带宽也有一定的限制，所以S -Video 虽然已经比较优秀但离完美还相去甚远，S-Video虽不是最好的，但考虑到目前的市场状况和综合成本等其它因素，它还是应用最普遍的视频接口。 YUV 电视传输用的名词,一个亮度信号（Y），两个色差信号（U分量、V分量） YUV（亦称YCrCb）是被欧洲电视系统所采用的一种颜色编码方法（属于PAL）。YUV主要用于优化彩色视频信号的传输，使其向后兼容老式黑白电视。与RGB视频信号传输相比，它最大的优点在于只需占用极少的带宽（RGB要求三个独立的视频信号同时传输）。其中“Y”表示明亮度（Luminance或 Luma），也就是灰阶值；而“U”和“V”表示的则是色度（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。“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。“色度”则定义了颜色的两个方面—色调与饱和度，分别用Cr和CB 来表示。其中，Cr反映了GB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信号亮度值之同的差异。 在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄像机或彩色CCD（点耦合器件）摄像机，它把摄得的彩色图像信号，经分色、分别放大校正得到RGB，再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y和两个色差信号R-Y、B-Y，最后发送端将亮度和色差三个信号分别进行编码，用同一信道发送出去。这就是我们常用的YUV色彩空间。 YUV (YCrCb)和4:2:2, 4:1:1, 4:2:0 是指亮度信号Y和红/蓝色差信号的抽样格式. 在dv中, ntsc是4:1:1, pal采用4:2:0. 注意, 4:2:0并非蓝色差信号采样为0,而是和4:1:1相比,在水平方向上提高1倍色差采样频率,在垂直方向上以Cr/Cb间隔的方式减小一半色差采样. YUV信号指的是彩色视频模拟信号的一种表达方式。 我们知道，彩色信号可以用三基色表达或都说合成，YUV信号其实就是一种三基色的表达方式。 其中，Y是亮度信号，这应该是个基带信号；U和V信号如楼主所说是红信号里减去亮度信号得到的色度信号，以及蓝信号里减去亮度信号得到的色度信号。U和V不是基带信号，它俩是被正交调制了的。 通过运算，YUV三分量可以还原出R（红），G（绿），B（兰）。 至于HD（高清） YUV，我想是和SD（标清） YUV 相对面而言的。 谈YPbPr、YCbCr 关于分量接口的问题一再被网友提起，尽管过去已经有过多次的讨论。问题的关键在于分量接口的标识一再被一些厂商误用，导致普通消费者在判别上的糊涂和混淆。 一、目前市场的现状 目前市场上大致有三种表示方法： 1、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。 2、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处（输入）。 3、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出（输入）。 以上的标识中只有第三种情况是正确的，1和2都是错误的。但是为什么厂商会犯这样的错误，而且还在继续呢？我们将分析造成这种错误的原因，为了理解的方便，我们先简要介绍一下数字电视的色彩空间。 二、数字电视的色彩空间 数字电视的色彩空间和计算机不同，不是RGB空间，而是采用一个亮度信号(Y)和两个色差信号(R-Y、B-Y)的YUV空间或者叫YCbCr空间。数字电视采用YUV(YCbCr)色彩空间的原因主要就是为了减少数据储存空间和数据传输带宽，同时又能非常方便的兼容黑白电视(R-Y和B-Y信号为零)。 YUV(YCbCr)空间和RGB空间可以相互转换，转换公式如下： Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B Cb = - 0.1687 R - 0.3313 G + 0.5 B + 128 Cr = 0.5 R - 0.4187 G - 0.0813 B + 128 反过来也可以： R = Y + 1.402 (Cr-128) G = Y - 0.34414 (Cb-128) - 0.71414 (Cr-128) B = Y + 1.772 (Cb-128) 从以上可以看出，整个YUV(YCbCr)色彩空间并没有涉及到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。就好像有些厂商喜欢别出心裁的将S端子标识为Y/C端子一样，YCbCr的标识一直使用的没有丝毫的问题，直到有一天，逐行DVD机出现了，厂家们对如何标识逐行分量端子翻了难了。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，于是就有了本文一开始所描述的标识混乱。 三、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，D端子的D1到D5的标识不同只是告诉使用者这个机器只能输出（输入）某一个格式以下的信号（譬如D4就表示支持720p及以下格式）。 所以，YCbCr表示的是数字电视（视频）的色彩空间及数字接口，这是国际通用的标准。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（包括采用美国标准的其他国家）。 YCbCr 正如几何上用坐标空间来描述坐标集合, 色彩空间用数学方式来描述颜色集合。常见的3 个基本色彩模型是 RGB , CMYK和YUV。 YCbCr 则是在世界数字组织视频标准研制过程中作为ITU - R BT1601 建议的一部分, 其实是YUV经过缩放和偏移的翻版。其中Y与YUV 中的Y含义一致, Cb , Cr 同样都指色彩, 只是在表示方法上不同而已。在YUV 家族中, YCbCr 是在计算机系统中应用最多的成员, 其应用领域很广泛,JPEG、MPEG均采用此格式。一般人们所讲的YUV大多是指YCbCr。YCbCr 有许多取样格式, 如4∶4∶4 , 4∶2∶2 , 4∶1∶1 和4∶2∶0。 YPbPr YPbPr是将模拟的Y、PB、PR信号分开，使用三条线缆来独立传输，保障了色彩还原的准确性。 YPbPr接口可以看做是S端子的扩展，与S端子相比，要多传输PB、PR两种信号，避免了两路色差混合解码并再次分离的过程，也保持了色度通道的最大带宽，只需要经过反矩阵解码电路就可以还原为RGB三原色信号而成像，这就最大限度地缩短了视频源到显示器成像之间的视频信号通道，避免了因繁琐的传输过程所带来的图像失真，保障了色彩还原的准确，目前几乎所有大屏幕电视都支持色差输入。 YCbCr表示隔行分量端子 RGB(Red, Green, Blue)     颜色＝R(红色的百分比)＋G(绿色的百分比)＋B(蓝色的百分比)  当三基色等量相加时，得到白色；等量的红绿相加而蓝为0值时得到黄色；等量的红蓝相加而绿为0时得到品红色；等量的绿蓝相加而红为0时得到青色。所以称青色、品红和黄色为相加二次色。红色+青色=绿色+品红=兰色+黄色=白色。称青色、品红和黄色分别是红、绿、蓝三色的补色。一幅彩色图象可以看成由许许多多的点组成的。图象中的单个点称为象素(pixel)，每个象素都有一个值，称为象素值，它表示特定颜色的强度。一个象素值往往用R、G、B三个分量表示。对于标准VGA(Video graphics array)适配卡的16种标准颜色，在Windows中，用代码0—15表示。在表中，代码1—6表示的颜色比较暗，它们是用最大光强值的一半产生的颜色；9—15是用最大光强值产生的。 电视机和计算机显示器使用的阴极射线管CRT(cathode ray tube)是一个有源物体。CRT使用3个电子枪分别产生红(Red)、绿(Green)和蓝(Blue)三种波长的光，并以各种不同的相对强度综合起来产生颜色，组合这三种光波以产生特定颜色称为相加混色，称为RGB相加模型。相加混色是计算机应用中定义颜色的基本方法。从理论上讲，任何一种颜色都可用三种基本颜色按不同的比例混合得到。三种颜色的光强越强，到达我们眼睛的光就越多，它们的比例不同，我们看到的颜色也就不同，没有光到达眼睛，就是一片漆黑。当三基色按不同强度相加时，总的光强增强，并可得到任何一种颜色。某一种颜色和这三种颜色之间的关系可用下面的式子来描述： VGA接口就是显卡上输出模拟信号的接口，VGA（Video Graphics Array）接口，也叫D-Sub接口。虽然液晶显示器可以直接接收数字信号，但很多低端产品为了与VGA接口显卡相匹配，因而采用VGA接口。VGA接口是一种D型接口，上面共有15针空，分成三排，每排五个。VGA接口是显卡上应用最为广泛的接口类型，绝大多数的显卡都带有此种接口。 目前大多数计算机与外部显示设备之间都是通过模拟VGA接口连接，计算机内部以数字方式生成的显示图像信息，被显卡中的数字/模拟转换器转变为R、G、B 三原色信号和行、场同步信号，信号通过电缆传输到显示设备中。对于模拟显示设备，如模拟CRT显示器，信号被直接送到相应的处理电路，驱动控制显像管生成图像。而对于LCD、DLP等数字显示设备，显示设备中需配置相应的A/D（模拟/数字）转换器，将模拟信号转变为数字信号。在经过D/A和A/D2次转换后，不可避免地造成了一些图像细节的损失。VGA接口应用于CRT显示器无可厚非，但用于连接液晶之类的显示设备，则转换过程的图像损失会使显示效果略微下降。 需要一根VGA电缆，两面的接口要是一样的，因为电视的VGA接口和显卡的VGA接口是一样的 显卡所处理的信息最终都要输出到显示器上，显卡的输出接口就是电脑与显示器之间的桥梁，它负责向显示器输出相应的图像信号。CRT显示器因为设计制造上的原因，只能接受模拟信号输入，这就需要显卡能输入模拟信号。VGA接口就是显卡上输出模拟信号的接口，VGA （Video Graphics Array）接口，也叫D-Sub接口。虽然液晶显示器可以直接接收数字信号，但很多低端产品为了与VGA接口显卡相匹配，因而采用VGA接口。VGA接口是一种D型接口，上面共有15针空，分成三排，每排五个。VGA接口是显卡上应用最为广泛的接口类型，绝大多数的显卡都带有此种接口。 wxga WXGA：全称是Wide Extended Graphics Array，相当于1280×800（16：10）像素；其它以此类推。 笔记本的屏幕分很多种，XGA是目前应用最广的一种屏幕，一般支持1024*768，不想字体太小的话这种分辨率已经足够了。WXGA是XGA的宽屏版本，主要是采用1280*800的分辨率，相对于XGA来说视角要宽一些。 现在的本本屏幕分有很多种，而XGA和WXGA就是经常可以看到的两种产品，还有一些像SXGA的是超高分辨率的屏幕，一般是比较高端的笔记本才采用的，UVGA是是屏幕中最贵的一种，同时也是提供分辨率最高的一种，少数超高端的大屏幕笔记本会采用此款。 在宽屏方面，不少读者会发现有以16：10和15：10切割的屏幕，前者称为WXGA屏幕，在宽屏中比较常见，而采用15：10切割的屏幕称为WXGA+，另外还有一款超高分辨率的宽屏幕称之为WUXGA，成本太高的显示屏自然是比较少机器用的。 而看一个显示屏的好坏除了看它能提供的分辨率外，还要看看屏幕本身的亮度，像现在有一些屏幕是能够提供200nits的亮度的，有一些以色彩饱满为亮点的炫丽屏等等，或者是认为对人的视角有较舒适效果的广视角宽屏，这些屏幕其本身的优点是不可否认的，但在另一方面上也存在着弊端，像高亮度的屏幕会由于亮度的增加而加大对电力的消耗引起电池使用时间的缩短，宽屏笔记本的屏幕使机身长度偏大而在移动上比较不好保护，所以读者在选购时就要根据自己的需要做出取舍了。