《视频解密》中文版（第四版） 第五章 模拟视频接口
多年来，消费市场的基本视频应用所用视频信号是NTSC或PAL复合视频信号（图8.2和图8.13）。之前也尝试使用S-Video接口，但是直到最近，它还仅限于S-VHS VCRs和高端电视。
随着DVD播放机，数字机顶盒和DTV的出现，消费类市场重新产生了提高视频质量的需求。这些设备不仅仅提供高质量的复合和S-Video信号，某些设备也可以选择使用模拟R’G’B’或YPbPr视频。
使用模拟R’G’B’和YPbPr视频可以纠正NTSC/PAL编解码是的运动模糊度。这样，使画面变得清晰还降了低噪声，更多的色彩带宽被保留，提高了水平的解析度。
S-Video接口
RCA图像接口（消费类市场）或BNC接口（视频前端市场）传输的是复合NTSC或PAL视频信号，即亮度（Y）和色度（C）视频信号融合在一起。为了显示图像，电视机将分离Y和C视频信号。问题是，Y/C分离的过程总不能很好的分离Y和C信号，这将在第九章中讨论。
现在很多视频设备支持4针“S1”S-Video接口，如图5.1所示（母接头）。这种接口将亮度（Y）和色度（C）信号分离，去掉了电视中Y/C分离的操作。这样，图像将变得清晰并降低噪声。图9.2和9.2显示的是Y信号；图9.10和9.11现实的是C信号。
NTSC和PAL的VBI（垂直消影期）数据，在480i或576i的Y视频信号分量中，将在第八章中探讨。
“S2”版C信号增加了+5V直流参考电压，当宽屏（16:9）图像变形时用（水平方向消减25%）。16:9电视检测直流参考电压，并在水平方向宽展4:3图像至整个显示屏，使图像以正确的宽高比显示。“S3”版增加了+2.3V参考电平，用于信箱式播放设备。
扩展S-Video接口
PC市场，也是用S-Video接口，但使用的是7针S-Video接口，如图5.1所示，向后兼容4针接口。
制造商使用另外3个不同引脚。它们可以被用作IIC接口，+12V电源，复合NTSC/PAL视频信号（CVBS），或者模拟R’G’B’或YPbPr视频接口。
图5.1 S-Video接口和信号定义
SCART接口
在欧洲，所有消费类视频产品都支持1或2个21针SCART接口（也叫做Peritel，Peritelevision和Euroconnector）。这种连接器允许传输R’G’B’视频和S-Video视频；复合视频，模拟立体声可以通过一根线在设备之间传输。复合视频信号必须始终存在，因为它为模拟R’G’B’视频提供基本的视频时序。注意700mV R’G’B’视频信号没有消影和同步信息，如图5.4所示。
PAL VBI（垂直消影）数据可能存在于576i的复合视频信号中，将在第八章中体讨论。
对于特定功能的应用，有若干种SCART管教定义，如表5.1~5.3所示。详细的管脚定义如图5.2所示。在CENELEC EN 50049-1和IEC60933标准中定义了基本SCART连接器，包括信号电平。
图5.2 SCART连接器
| 引脚 |
功能 |
信号电平 |
阻抗 |
| 1 2 3 4 5 6 7 8
9 10 11 12 13 14 15 16
17 18 19 20 21 |
右声道输出 右声道输入 左/单声道输出 1，2，3，6引脚的地 7引脚的地 左/单声道输入 兰（或C）视频输入/输出 状态和宽高比输入/输出
11引脚地 数据2 绿视频输入/输出 数据1 15引脚地 16引脚地 红（或C）视频输入/输出 RGB控制输入/输出
19引脚地 20引脚地 复合（或Y）视频输出 复合（或Y）视频输入 8，10，12引脚地，机壳 |
0.5V rms 0.5V rms 0.5V rms
0.5V rms 0.7V（或0.3V burst） 9.5~12V=4:3视频源 4.5~7V=16:9视频源 0~2V=无视频源
0.7V
0.7V（或0.3V burst） 1~3V=RGB 0~0.4V=复合信号
1V 1V
|
<1K ohm >10K ohm <1K ohm
>10K ohm 75 ohms >10K ohm
75 ohms
75 ohms 75 ohms
75 ohms 75 ohms
|
注：
通常SCART1连接器支持复合视频和RGB视频，SCART2连接器支持复合视频和S-Video视频，SCART3连接器只支持复合视频信号。SCART连接器可能也被用于外部解码器或解扰器的视频回路。
RGB控制信号控制电式开关，位于复合和RGB输入信号之间，可以对视频甚至是内部电视节目加入文字，这使得尾部图文电视或者字幕等信息添加到当前电视节目。如果16引脚保持高电平，表示RGB信号存在，同步信号任然由复合视频引脚给出。有些设备（如DVD播放机）可能在SCART连接器上传输RGB信号，并一直保持16引脚高电平。
当一个视频源开始传输视频时，它将引脚8送+12V电源。这使得电视自动切换到SCART接口输入。当视频源停止传输视频时，引脚8编程0V，视频将会恢复。如果当前视频源是16:9格式的，那么引脚8的电平将只有6V，这使得电视自动切换到SCART接口输入，同时启用16:9的处理模式。
表5.1 SCART连接器及信号定义
标清电视（SDTV）RGB接口
一些标准清晰度（SDTV）消费类视频设备支持模拟R’G’B’视频接口。NTSC和PAL VBI数据可能存在于480i和576i的R’G’B’视频信号中，将在第八章中详细讨论。3个分量RCA图像接口（消费类市场）或BNC接口（视频前端和PC市场）被使用。
根据第四章的讨论可知，视频的水平和垂直时序依赖于所使用的视频标准。对于视频发送端，视频信号在连接器处应该具有75Ω±5%的阻抗；对于接收端，视频输入必须经过AC耦合，输入阻抗为75Ω±5%。三个视频分量信号必须保持同步，误差不超过±5ns。
同步信号可能只包含于绿色分量通道，所有三通道使用同一复合同步信号或者使用单独的水平和垂直同步信号。伽马校正系数使用1/0.45。
7.5 IRE 消影台阶电平
如图5.3所示，标称的有效视频幅度是714mV，包括7.5±2IRE消影台阶电平。286±6mV的复合同步信号可能存在于绿色通道（消费类市场），或同存于三个通道（视频前端类市场）。可能存在高达±1V的直流偏置电平。
模拟R’G’B’信号的产生
假设10比特D/A转换器产生的模拟电平信号幅度为0~1.305V（为匹配第九章中的NTSC/PAL编码有效电平），10比特YCbCr到R’G’B’的转换方程为：
为匹配第九章中NTSC/PAL系统的解码视频有效电平，R’G’B’10比特的标称范围是0~518。注意，负值的R’G’B’应该被支持。
为了实现7.5IRE消影台阶电平，在有效视频周期对数字的R’G’B’数据加上42，在消影期则加上0。
在消影台阶电平加入后，R’G’B’信号被一消影信号钳位成升余弦形状，减缓了在视频信号的开始和结束阶段的信号突变。对于480i和576i系统，同步上升和下降时间为140±20ns；对于480p和576p系统，同步上升和下降时间为70±10ns。
在同步处理结束后，可能在R’G’B’数据中加入复合同步信息。16（存在同步）或240（无同步）被分配。同步上升和下降时间应该被处理以产生升余弦分布（16~240），减低同步信号的转换率。对于480i和576i系统，同步信号的上升和下降时间是140±20ns，水平同步脉冲为50%点处的宽度是4.7±0.1 。对于480p和576p系统，同步信号的上升和下降时间是70±10ns，水平同步脉冲为50%点处的宽度是2.33±0.05 。
基于这一点，我们得出带同步和消影的R’G’B’信息，如图5.3和表5.2所示。图5.3中小括号中的数字代表输出1.305V的10比特DAC输出数值。数字R’G’B’驱动3个10比特的DACs以产生模拟R’G’B’视频信号。
图5.3 SDTV模拟RGB电平 7.5IRE消影电平
由于DAC的采样-保持操作会产生（sinx）/x效应，所以视频信号可能需要进行[(sin x)/x]-1数字滤波来补偿。或者，由于没个DAC后面通常都存在一个模拟低通滤波器，也可以通过模拟滤波器进行校正。
模拟R’G’B’数字化
假设10比特A/D转换器输入电平为0~1.305V（为匹配第九章中NTSC/PAL系统的视频解码ADCs），10比特R’G’B’到YCbCr的转换方程为：
为匹配第九章中的NTSC/PAL解码系统的有效电平范围，10比特R’G’B’数字的正常范围为282~800。表5.2和图5.3所示是10比特R’G’B’的白、黑、消影、同步（可选）同步电平值。
0 IRE 消影台阶电平
如图5.4所示，标称的有效视频幅度是700mV，没有消影台阶电平。300±6mV的复合同步信号可能存在于绿色通道（消费类市场），或同存于三个通道（视频前端类市场）。可能存在高达±1V的直流偏置电平。
模拟R’G’B’信号的产生
假设10比特D/A转换器产生的模拟电平信号幅度为0~1.305V（为匹配第九章中的NTSC/PAL编码有效电平），10比特YCbCr到R’G’B’的转换方程为：
为匹配第九章中NTSC/PAL系统的解码视频有效电平，R’G’B’10比特的标称范围是0~548。注意，负值的R’G’B’应该被支持。
具有0 IRE消影电平的R’G’B’数据和具有7.5 IRE消影台阶电平的R’G’B’数据的处理过程一样。然而，在有效视频期间没有加入消影台阶电平，所以同步只是16~252，而不是16~240.
基于这一点，我们得出带同步和消影的R’G’B’信息，如图5.4和表5.2所示。图5.4中小括号中的数字代表输出1.305V的10比特DAC输出数值。数字R’G’B’驱动3个10比特的DACs以产生模拟R’G’B’视频信号。
模拟R’G’B’数字化
假设10比特A/D转换器输入电平为0~1.305V（为匹配第九章中NTSC/PAL系统的视频解码ADCs），10比特R’G’B’到YCbCr的转换方程为：
为匹配第九章中的NTSC/PAL解码系统的有效电平范围，10比特R’G’B’数字的正常范围为252~800。表5.2和图5.4所示是10比特R’G’B’的白、黑、消影、同步（可选）同步电平值。
图5.4 SDTV模拟RGB电平 0IRE消影电平
| 视频电平 |
7.5 IRE消影台阶电平 |
0 IRE消影台阶电平 |
| 白色 |
800 |
800 |
| 黑色 |
282 |
252 |
| 消影 |
240 |
252 |
| 同步 |
16 |
16 |
表5.2 SDTV 10比特R’G’B’数值
高清电视（HDTV）RGB接口
一些高清晰度（HDTV）消费类视频设备支持模拟R’G’B’视频接口。3个分量RCA图像接口（消费类市场）或BNC接口（视频前端和PC市场）被使用。
根据第四章的讨论可知，视频的水平和垂直时序依赖于所使用的视频标准。对于视频发送端，视频信号在连接器处应该具有75Ω±5%的阻抗；对于接收端，视频输入必须经过AC耦合，输入阻抗为75Ω±5%。三个视频分量信号必须保持同步，误差不超过±5ns。
同步信号可能只包含于绿色分量通道，所有三通道使用同一复合同步信号或者使用单独的水平和垂直同步信号。伽马校正系数使用1/0.45。
如图5.5所示，标称的有效视频幅度是700mV，没有消影台阶电平。300±6mV的复合同步信号可能存在于绿色通道（消费类市场），或同存于三个通道（视频前端类市场）。可能存在高达±1V的直流偏置电平。
模拟R’G’B’信号的产生
假设10比特D/A转换器产生的模拟电平信号幅度为0~1.305V（为匹配第九章中的NTSC/PAL编码有效电平），10比特YCbCr到R’G’B’的转换方程为：
为匹配第九章中NTSC/PAL系统的解码视频有效电平，R’G’B’10比特的标称范围是0~548。注意，负值的R’G’B’应该被支持。
在消影台阶电平加入后，R’G’B’信号被一消影信号钳位成升余弦形状，减缓了在视频信号的开始和结束阶段的信号突变。对于1080i和720p系统，同步上升和下降时间为54±20ns；对于1080p系统，同步上升和下降时间为27±10ns。
在同步处理结束后，可能在R’G’B’数据中加入复合同步信息。16（同步低），488（同步高）或252（无同步）被分配。同步上升和下降时间应该被处理以产生升余弦分布，减低同步信号的转换率。对于1080i系统，同步信号的上升和下降时间是54±20ns，水平同步脉冲为50%点处的宽度是593±40ns。对于720p系统，同步信号的上升和下降时间是54±10ns，水平同步脉冲为50%点处的宽度是539±40ns。对于1080p系统，同步信号的上升和下降时间是27±10ns，水平同步脉冲为50%点处的宽度是296±20ns。
基于这一点，我们得出带同步和消影的R’G’B’信息，如图5.5和表5.3所示。图5.5中小括号中的数字代表输出1.305V的10比特DAC输出数值。数字R’G’B’驱动3个10比特的DACs以产生模拟R’G’B’视频信号。
模拟R’G’B’数字化
假设10比特A/D转换器输入电平为0~1.305V（为匹配第九章中NTSC/PAL系统的视频解码ADCs），10比特R’G’B’到YCbCr的转换方程为：
为匹配第九章中的NTSC/PAL解码系统的有效电平范围，10比特R’G’B’数字的正常范围为252~800。表5.3和图5.5所示是10比特R’G’B’的白、黑、消影、同步（可选）同步电平值。
图5.5 HDTV模拟RGB电平 0IRE消影电平
| 视频电平 |
0 IRE消影台阶电平 |
| 白色 |
800 |
| 同步-高 |
488 |
| 黑色 |
252 |
| 消影 |
252 |
| 同步-低 |
16 |
表5.3 HDTV 10比特R’G’B’数值
版权保护
到目前，高清模拟接口还没有防拷贝技术出现。出于这些原因，一些标准和数字版权（DRM）管理是禁止视频输出或者允许输出“受限图像”来实现的。“受限图像”的有效视频最大尺寸是960×540p，虽然视频的总采样点数不变，视频时序也没变（比如：1280×720p或1920×1080i）。
标清电视（SDTV）YPbPr接口
一些标准清晰度（SDTV）消费类视频设备支持模拟YPbPr视频接口。NTSC和PAL VBI数据可能存在于480i和576i的R’G’B’视频信号中，将在第八章中详细讨论。3个分量RCA图像接口（消费类市场）或BNC接口（视频前端和PC市场）被使用。
根据第四章的讨论可知，视频的水平和垂直时序依赖于所使用的视频标准。对于视频发送端，视频信号在连接器处应该具有75Ω±5%的阻抗；对于接收端，视频输入必须经过AC耦合，输入阻抗为75Ω±5%。三个视频分量信号必须保持同步，误差不超过±5ns。
同步信号可能只包含于绿色分量通道，所有三通道使用同一复合同步信号或者使用单独的水平和垂直同步信号。伽马校正系数使用1/0.45。
如图5.6和5.7所示，标称的有效视频幅度是700mV，无消影台阶电平。Pb和Pr幅值的峰-峰电平为700mV。300±6mV的复合同步信号可能存在于Y通道（消费类市场），或同存于三个通道（视频前端类市场）。可能存在高达±1V的直流偏置电平。100%和75%饱和度的YPbPr彩条数值如表5.4和5.5所示。
图5.6 EIA-770.2 SDTV模拟YPbPr电平 同步信号位于Y分量
图5.7 EIA-770.2 SDTV模拟YPbPr电平 同步信号位于YPbPr
|
|
白 |
黄 |
青 |
绿 |
品红 |
红 |
兰 |
黑 |
|
| Y |
IRE |
100 |
88.6 |
70.1 |
58.7 |
41.3 |
29.9 |
11.4 |
0 |
| mV |
700 |
620 |
491 |
411 |
289 |
209 |
80 |
0 |
|
| Pb |
IRE |
0 |
-50 |
16.8 |
-33.1 |
33.1 |
-16.8 |
50 |
0 |
| mV |
0 |
-350 |
118 |
-232 |
232 |
-118 |
350 |
0 |
|
| Pr |
IRE |
0 |
8.1 |
-50 |
-41.8 |
41.8 |
50 |
-8.1 |
0 |
| mV |
0 |
57 |
-350 |
-293 |
293 |
350 |
-57 |
0 |
|
| Y |
64~940 |
940 |
840 |
678 |
578 |
426 |
326 |
164 |
64 |
| Cb |
64~960 |
512 |
64 |
663 |
215 |
809 |
361 |
960 |
512 |
| Cr |
64~960 |
512 |
585 |
64 |
137 |
887 |
960 |
439 |
512 |
表5.4 EIA-770.2 SDTV YPbPr和YCbCr100%饱和度彩条数值 YPbPr数值和消影电平相关
|
|
白 |
黄 |
青 |
绿 |
品红 |
红 |
兰 |
黑 |
|
| Y |
IRE |
75 |
66.5 |
52.6 |
44 |
31 |
22.4 |
8.6 |
0 |
| mV |
525 |
465 |
368 |
308 |
217 |
157 |
60 |
0 |
|
| Pb |
IRE |
0 |
-37.5 |
12.6 |
-24.9 |
24.9 |
-12.6 |
37.5 |
0 |
| mV |
0 |
-262 |
88 |
-174 |
174 |
-88 |
262 |
0 |
|
| Pr |
IRE |
0 |
6.1 |
-37.5 |
-31.4 |
31.4 |
37.5 |
-6.1 |
0 |
| mV |
0 |
43 |
-262 |
-220 |
220 |
262 |
-43 |
0 |
|
| Y |
64~940 |
721 |
646 |
525 |
450 |
335 |
260 |
139 |
64 |
| Cb |
64~960 |
512 |
176 |
625 |
289 |
735 |
399 |
848 |
512 |
| Cr |
64~960 |
512 |
567 |
176 |
231 |
793 |
848 |
457 |
512 |
表5.5 EIA-770.2 SDTV YPbPr和YCbCr75%饱和度彩条数值 YPbPr数值和消影电平相关
模拟YPbPr信号的产生
假设10比特D/A转换器产生的模拟电平信号幅度为0~1.305V（为匹配第九章中的NTSC/PAL编码有效电平），10比特YCbCr到YPbPr的转换方程为：
为匹配第九章中NTSC/PAL系统的解码视频有效电平，Y信号10比特的标称范围是0~548。Pb和Pr信号10比特标称范围是0~±274。注意，负值的R’G’B’应该被支持。
在消影台阶电平加入后，YPbPr信号被一消影信号钳位成升余弦形状，减缓了在视频信号的开始和结束阶段的信号突变。对于480i和576i系统，同步上升和下降时间为140±20ns；对于480p和576p系统，同步上升和下降时间为70±10ns。
在同步处理结束后，可能在Y数据中加入复合同步信息。16（存在同步）或252（无同步）被分配。同步上升和下降时间应该被处理以产生升余弦分布（16~252），减低同步信号的转换率。
在同步处理结束后，可能在PbPr数据中也加入复合同步信息。276（存在同步）或512（无同步）被分配。同步上升和下降时间应该被处理以产生升余弦分布（276~512），减低同步信号的转换率。
对于480i和576i系统，同步信号的上升和下降时间是140±20ns，水平同步脉冲为50%点处的宽度是4.7±0.1 。对于480p和576p系统，同步信号的上升和下降时间是70±10ns，水平同步脉冲为50%点处的宽度是2.33±0.05 。
基于这一点，我们得出带同步和消影的YPbPr信息，如图5.6，5.7和表5.6所示。图5.6和5.7中小括号中的数字代表输出1.305V的10比特DAC输出数值。数字YPbPr驱动3个10比特的DACs以产生模拟YPbPr视频信号。
| 视频电平 |
Y |
PbPr |
| 白色 |
800 |
512 |
| 黑色 |
252 |
512 |
| 消影 |
252 |
512 |
| 同步 |
16 |
276 |
表5.6 SDTV 10比特YPbPr数值
模拟YPbPr数字化
假设10比特A/D转换器输入电平为0~1.305V（为匹配第九章中NTSC/PAL系统的视频解码ADCs），10比特YPbPr到YCbCr的转换方程为：
为匹配第九章中的NTSC/PAL解码系统的有效电平范围，10比特 Y数字的正常范围为252~800。表5.6，图5.6和5.7所示是10比特R’G’B’的白、黑、消影、同步（可选）同步电平值。
480p系统的VBI数据
CGMS
EIA/CEA-805，IEC 61880-2和EIA-JCPR-1204-1在480p视频系统的的41行定义了CGMS（复制生成管理系统）数据。CGMS数据的波形如图5.8所示。
图5.8 EIA/CEA-805,IEC 61880-2和EIA-JCPR-1204-1定义的480p的41行CGMS数据时序
使用27MHz（帧频59.94Hz）或27.027MHz（帧频60Hz）采样时钟。每数据位占26个时钟周期，即963±30ns，最大上升和下降时间宽度为50ns。逻辑“1”的幅度是70±10 IRE，逻辑“0”的幅度是0±5 IRE。
2数据位起始位于0H后156时钟周期，即约5.778 后。它有一个‘1’跟随一个‘0’组成。
6数据位的头标志跟随在起始位后面，定义了有效负载数据的特性，如表5.7所示。紧随这些数据后面的是最后的包含服务数据的数据包，并使用不值一包数据。它有一个关联的有效负载全部为“0”的数据组成。ECCI是一个服务数据，它可能使用不止一个数据包，因为这样，需要使用一个结束信息。
| H0 |
H1 |
宽高比 |
图像显示格式 |
| 0 |
0 |
4:3 |
正常 |
| 0 |
1 |
16:9 |
正常 |
| 1 |
0 |
4:3 |
盒式播出设备 |
| 1 |
1 |
保留 |
保留 |
| H2 |
H3 |
H4 |
H5 |
服务名称 |
| 0 |
0 |
0 |
0 |
CGMS |
| 0 |
0 |
0 |
1 |
扩展拷贝控制信息（ECCI） |
| 0 |
0 |
1 |
0 |
保留 |
| … |
||||
| 1 |
1 |
1 |
0 |
|
| 1 |
1 |
1 |
1 |
信息结束（默认没有版权信息） |
表5.7 EIA-805，IEC 61880-2和EIA-J CPR-1204-1头格式
14数据位的CGMS负载数据如表5.8所示。14数据位全“1”的ECCI负载数据现在被“保留”。
| D0 |
D1 |
D2 |
D3 |
D4 |
D5 |
D6 |
D7 |
D8 |
D9 |
D10 |
D11 |
D12 |
D13 |
| CGMS |
CGMS |
APS |
APS |
ABS |
0 |
0 |
0 |
CRC = x6+x+1 |
|||||
D0~D1：CGMS定义
00 不受约束的拷贝允许
01 不能再考呗（已经有一次拷贝操作）
10 允许一次拷贝
11 不允许拷贝
D2~D3：模拟保护服务（当D0和D1都为“1”时才有效）
00 无著作权伪同步脉冲
01 有著作权伪同步脉冲，彩色条纹关闭
10 有著作权伪同步脉冲，2线彩色条纹打开
11 有著作权伪同步脉冲，4线彩色条纹打开
D4：模拟视频源比特
0 非模拟预录包介质
1 模拟预录包介质
表5.7 EIA-805，IEC 61880-2和EIA-J CPR-1204-1CGMS负载格式
576p系统的VBI数据
CGMS
IEC62375在576p视频系统的的43行定义了CGMS（复制生成管理系统）WSS（宽屏信号）数据。数据的波形如图5.9所示。这个标准允许增强的WSS 16:9电视按照它们的宽高比播放节目。
图5.9 IEC 62375定义的576p视频系统的43行CGMS数据时序
数据定时
CGMS和WSS数据一般位于43行，如图5.9所示。然而，为了视频编辑，数据可能会位于43~47的任何一行。
时钟频率为10MHz（±1kHz）。信号波形应该是一个正弦平方脉冲，在100±10ns处具有半振幅幅度。信号的振幅为500mV±5%。
NRZ数据比特产生于两相码调制器，这样在10MHz时，一个数据周期包含6个单元。
数据内容
WSS数据包含一个run-in码，一个起始码和14比特数据，如表5.9所示。
Run-In
在10MHz频率下run-in包含29个元素，如表5.9所示。
起始码
在10MHz频率下起始码包含24个元素，如表5.9所示。
第一组数据
第一组数据包括4比特数据。在10MHz频率下每比特位包含6个元素。b0是LSB
表5.9列举出了数据比特的顺序和使用。表5.10列举出了各数字对应的不同宽高比（a=1.33，1.56或1.78）的视频有效行数。
宽高比标号指示不同的宽高比(a)范围的有效视频行为：
4:3 527~576
14:9 463~526
16:9 405~462
>16:9 <405
| Run-in |
10MHz频率下29个元素 |
1 1111 0001 1100 0111 0001 1100 0111 （1F1C 71C7H） |
| 起始码 |
10MHz频率下24个元素 |
0001 1110 0011 1100 0001 1111 （1E 3C1FH） |
| 组1（宽高比） |
10MHz频率下24个元素 “0”= 000 111 “1”= 111 000 |
b0，b1，b2，b3 |
| 组2（增强服务） |
10MHz频率下24个元素 “0”= 000 111 “1”= 111 000 |
b4，b5，b6，b7 （b4，b5，b6，b7=“0”保留） |
| 组3（字幕） |
10MHz频率下18个元素 “0”= 000 111 “1”= 111 000 |
b8，b9，b10 （b8=“0”保留） |
| 组4（保留） |
10MHz频率下18个元素 “0”= 000 111 “1”= 111 000 |
b11，b12，b13 |
| b3，b2，b1，b0 |
宽高比 |
格式 |
在4:3显示屏的位置 |
有效行数 |
最少的要求 |
| 1000 |
4:3 |
全格式 |
─ |
576 |
条件1 |
| 0001 |
14:9 |
信箱播出盒 |
中部 |
504 |
条件2 |
| 0010 |
14:9 |
信箱播出盒 |
顶部 |
504 |
条件2 |
| 1011 |
16:9 |
信箱播出盒 |
中部 |
430 |
条件3 |
| 0100 |
16:9 |
信箱播出盒 |
顶部 |
430 |
条件3 |
| 1101 |
>16:9 |
信箱播出盒 |
中部 |
─ |
条件4 |
| 1110 |
14:9 |
全格式 |
中部 |
576 |
─ |
| 0111 |
16:9 |
全格式（变形） |
─ |
576 |
─ |
表5.9 IEC 62375 组1（宽高比）数据位分布和使用
为了允许自动选择显示模式，1个16:9的接收器应该至少支持以下需求：
条件1：4:3宽高比的图片应该显示在屏幕中部，两边用黑条纹填充。
条件2：14:9宽高比的图片应该显示在屏幕中部，两边用黑条纹填充。或者，在水平方向图片使用8%的几何变换误差，视频也可以全屏显示。
条件3：16:9宽高比的图片应该使用满宽度显示。
条件4：对于宽高比>16:9图片显示使用条件3显示方法或使用图像缩放达到全高显示的目的。
第三组数据
第三组数据包括3比特的字幕信息，在10MHz频率下每比特位包含6个元素。b8是LSB
b10，b0：开放式字幕
00 无
01 位于有效图像内部
10 位于有效图像外部
11 保留
第四组数据
第四组数据包括3比特的环绕声音和版权信息，在10MHz频率下每比特位包含6个元素。b11是LSB
b11：环绕声音
0 无
1 有
b12：版权
0 无版权声明或不清楚
1 有版权声明
b13：
0 不限制拷贝
1 限制拷贝
高清电视YPbPr接口
一些高清晰度（HDTV）消费类视频设备支持模拟YPbPr视频接口。3个分量RCA图像接口（消费类市场）或BNC接口（视频前端和PC市场）被使用。
根据第四章的讨论可知，视频的水平和垂直时序依赖于所使用的视频标准。对于视频发送端，视频信号在连接器处应该具有75Ω±5%的阻抗；对于接收端，视频输入必须经过AC耦合，输入阻抗为75Ω±5%。三个视频分量信号必须保持同步，误差不超过±5ns。
对于消费类产品，复合同步信号可能只包含于绿色分量通道。对于前端视频应用，所有三通道使用同一复合同步信号。伽马校正系数使用1/0.45。
如图5.10和5.11所示，Y分量的标称的有效视频信号幅度是700mV，无消影台阶电平。Pb和Pr幅值的峰-峰电平为700mV。300±6mV的复合同步信号可能存在于Y通道（消费类市场），或同存于三个通道（视频前端类市场）。可能存在高达±1V的直流偏置电平。100%和75%饱和度的YPbPr彩条数值如表5.11和5.12所示。
模拟YPbPr信号的产生
假设10比特D/A转换器产生的模拟电平信号幅度为0~1.305V（为匹配第九章中的NTSC/PAL编码有效电平），10比特YCbCr到YPbPr的转换方程为：
为匹配第九章中NTSC/PAL系统的解码视频有效电平，Y信号10比特的标称范围是0~548。Pb和Pr信号10比特标称范围是0~±274。注意，负值的R’G’B’应该被支持。
在消影台阶电平加入后，YPbPr信号被一消影信号钳位成升余弦形状，减缓了在视频信号的开始和结束阶段的信号突变。对于1080i和720p系统，同步上升和下降时间为54±20ns；对于1080p系统，同步上升和下降时间为27±10ns。
在同步处理结束后，可能在Y数据中加入复合同步信息。16（同步低），488（同步高）或252（无同步）被分配。同步上升和下降时间应该被处理以产生升余弦分布，减低同步信号的转换率。
在同步处理结束后，可能在PbPr数据中也加入复合同步信息。276（存在同步）或512（无同步）被分配。同步上升和下降时间应该被处理以产生升余弦分布（276~512），减低同步信号的转换率。
对于1080i系统，同步信号的上升和下降时间是54±20ns，水平同步脉冲为50%点处的宽度是593±40ns。对于720p系统，同步信号的上升和下降时间是54±20ns ，水平同步脉冲为50%点处的宽度是539±40ns。对于1080p系统，同步信号的上升和下降时间是27±10ns ，水平同步脉冲为50%点处的宽度是296±20ns。
图5.10 EIA-770.3 HDTV模拟YPbPr电平 同步信号位于Y分量
图5.11 SMTPE 274M和296M HDTV模拟YPbPr电平 同步信号位于YPbPr
|
|
白 |
黄 |
青 |
绿 |
品红 |
红 |
兰 |
黑 |
|
| Y |
IRE |
100 |
92.8 |
78.7 |
71.5 |
28.5 |
21.3 |
7.2 |
0 |
| mV |
700 |
650 |
551 |
501 |
200 |
149 |
50 |
0 |
|
| Pb |
IRE |
0 |
-50 |
11.4 |
-38.5 |
38.5 |
-11.4 |
50 |
0 |
| mV |
0 |
-350 |
80 |
-270 |
270 |
-80 |
350 |
0 |
|
| Pr |
IRE |
0 |
4.6 |
-50 |
-45.4 |
45.4 |
50 |
-4.6 |
0 |
| mV |
0 |
32 |
-350 |
-318 |
318 |
350 |
-32 |
0 |
|
| Y |
64~940 |
940 |
877 |
753 |
690 |
314 |
251 |
127 |
64 |
| Cb |
64~960 |
512 |
64 |
614 |
167 |
857 |
410 |
960 |
512 |
| Cr |
64~960 |
512 |
553 |
64 |
106 |
918 |
960 |
471 |
512 |
表5.11 EIA-770.3 HDTV YPbPr和YCbCr100%饱和度彩条数值 YPbPr数值和消影电平相关
|
|
白 |
黄 |
青 |
绿 |
品红 |
红 |
兰 |
黑 |
|
| Y |
IRE |
75 |
69.5 |
59 |
53.7 |
21.3 |
16 |
5.4 |
0 |
| mV |
525 |
487 |
413 |
376 |
149 |
112 |
38 |
0 |
|
| Pb |
IRE |
0 |
-37.5 |
8.6 |
-28.9 |
28.9 |
-8.6 |
37.5 |
0 |
| mV |
0 |
-263 |
60 |
-202 |
202 |
-60 |
263 |
0 |
|
| Pr |
IRE |
0 |
3.5 |
-37.5 |
-34 |
34 |
37.5 |
-3.5 |
0 |
| mV |
0 |
24 |
-263 |
-238 |
238 |
263 |
-24 |
0 |
|
| Y |
64~940 |
721 |
674 |
581 |
534 |
251 |
204 |
111 |
64 |
| Cb |
64~960 |
512 |
176 |
589 |
253 |
771 |
435 |
848 |
512 |
| Cr |
64~960 |
512 |
543 |
176 |
207 |
817 |
848 |
481 |
512 |
表5.5 EIA-770.3 HDTV YPbPr和YCbCr75%饱和度彩条数值 YPbPr数值和消影电平相关
基于这一点，我们得出带同步和消影的YPbPr信息，如图5.10，5.11和表5.13所示。图5.10和5.11代表输出1.305V的10比特DAC输出数值。数字YPbPr驱动3个10比特的DACs以产生模拟YPbPr视频信号。
| 视频电平 |
Y |
PbPr |
| 白色 |
800 |
512 |
| 同步-高 |
488 |
748 |
| 黑色 |
252 |
512 |
| 消影 |
252 |
512 |
| 同步-低 |
16 |
276 |
表5.13 HDTV 10比特YPbPr数值
模拟YPbPr数字化
假设10比特A/D转换器输入电平为0~1.305V（为匹配第九章中NTSC/PAL系统的视频解码ADCs），10比特YPbPr到YCbCr的转换方程为：
为匹配第九章中的NTSC/PAL解码系统的有效电平范围，10比特 Y数字的正常范围为252~800。表5.13，图5.10和5.11所示是10比特R’G’B’的白、黑、消影、同步（可选）同步电平值。
720p系统的VBI数据
CGMS
EIA/CEA-805和EIA-JCPR-1204-1在720p视频系统的的24行定义了CGMS（复制生成管理系统）数据。CGMS数据的波形如图5.12所示。
图5.12 EIA/CEA-805和EIA-JCPR-1204-1定义的720p的24行CGMS数据时序
使用74.176MHz（帧频59.94Hz）或74.25MHz（帧频60Hz）采样时钟。每数据位占58个时钟周期，即782±30ns，最大上升和下降时间宽度为50ns。逻辑“1”的幅度是70±10 IRE，逻辑“0”的幅度是0±5 IRE。
2数据位起始位于0H后232时钟周期，即约3.128 后。它有一个‘1’跟随一个‘0’组成。
6数据位的头数据和14比特的CGMS负载数据格式和480p系统一样，在本章前面已经讨论过了。
1080i系统的VBI数据
CGMS
EIA/CEA-805和EIA-JCPR-1204-2在1080i视频系统的的19和582行定义了CGMS（复制生成管理系统）数据。CGMS数据的波形如图5.13所示。
图5.13 EIA/CEA-805和EIA-JCPR-1204-2定义的1080i的24和582行CGMS数据时序
使用74.176MHz（帧频59.94Hz）或74.25MHz（帧频60Hz）采样时钟。每数据位占77个时钟周期，即1038±30ns，最大上升和下降时间宽度为50ns。逻辑“1”的幅度是70±10 IRE，逻辑“0”的幅度是0±5 IRE。
2数据位起始位于0H后308时钟周期，即约4.152 后。它有一个‘1’跟随一个‘0’组成。
6数据位的头数据和14比特的CGMS负载数据格式和480p系统一样，在本章前面已经讨论过了。
版权保护
到目前，高清模拟接口还没有防拷贝技术出现。出于这些原因，一些标准和数字版权（DRM）管理是禁止视频输出或者允许输出“受限图像”来实现的。“受限图像”的有效视频最大尺寸是960×540p，虽然视频的总采样点数不变，视频时序也没变（比如：1280×720p或1920×1080i）。
D型连接接口
在日本，香港和新加坡，一种个14引脚的D型（母）连接器（EIA-J CP4120，EIA-J RC-5237定义的标准接口）被选择用于一些高端的消费类设备。它被用于传输EIA 770.2或EIA770.3定义的模拟YPbPr隔行或逐行扫描视频信号。
D型连接器包含5条连接引脚，为D1，D2，D3，D4和D5，每个管脚指示相应的视频格式，如表5.14所示。图5.14是连接器外观图，表5.15是管脚定义。
3行信号（行1、2、3）指示YPbPr视频频源的分辨率和帧频，如表5.16所示。
|
|
480i |
480p |
720p |
1080i |
1080p |
| D1 |
√ |
|
|
|
|
| D2 |
√ |
√ |
|
|
|
| D3 |
√ |
√ |
|
√ |
|
| D4 |
√ |
√ |
√ |
√ |
|
| D5 |
√ |
√ |
√ |
√ |
√ |
表5.14 D型连接器支持的视频格式
图5.14 D型连接器
| 引脚 |
功能 |
信号电平 |
阻抗 |
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 |
Y Y地 Pb Pb地 Pr Pr地 保留1 行1 行2 保留2 行3 地-探测脚 保留3 探测脚 |
0.700V+sync
±0.350V
±0.350V
0V，2.2V或5V1 0V，2.2V或5V1
0V，2.2V或5V1
0V-探针输入2 |
75欧姆
75欧姆
75欧姆
10K±3K欧姆 10K±3K欧姆
10K±3K欧姆
>100K欧姆 |
注：1、2.2V的精度为2.2V±0.8V。5V的精度为5V±1.5V
2、在设备内部，引脚12连接到地，引脚14通过一个电阻上来的5V。在每个D型连接器内部，引脚12和14短接。
表5.15 D型连接器引脚描述
| 分辨率 |
刷新率 |
行1：扫描行 |
行2：刷新率 |
行3：宽高比 |
色度和参考白 |
色度空间方程 |
伽玛校正 |
Y分量同步幅度 |
|
| 1920×1080 |
60i |
5V |
0V |
5V |
EIA-770.3 |
EIA-770.3 |
EIA-770.3 |
±0.300V3 |
|
| 50i2 |
5V |
2.2V |
5V |
||||||
| 30p |
5V |
2.2V |
5V |
||||||
| 25p2 |
5V |
2.2V |
5V |
||||||
| 24p2 |
5V |
2.2V |
5V |
||||||
| 24sF2 |
5V |
2.2V |
5V |
||||||
| 1280×720 |
60p |
2.2V |
5V |
5V |
|||||
| 50p2 |
2.2V |
2.2V |
5V |
||||||
| 30p |
2.2V |
2.2V |
5V |
||||||
| 25p2 |
2.2V |
2.2V |
5V |
||||||
| 24p2 |
2.2V |
2.2V |
5V |
||||||
| 640×480 |
60p2 |
0V |
5V |
0V |
EIA-770.2 |
EIA-770.2 |
EIA-770.2 |
-0.300V3 |
|
| 720×480 |
16:9(sq) |
60p |
0V |
5V |
5V |
||||
| 16:9(sq) |
60i |
0V |
0V |
5V |
|||||
| 16:9(lb) |
60i |
0V |
0V |
2.2V |
|||||
| 4:3 |
60i |
0V |
0V |
0V |
|||||
注：1、60p，60i，30p和24p刷新率包括59.94p，59.94i，29.97p和23.976p刷新率
2、设备不是部分而是完全支持EIAJ CP-4120规范。
3、和消影点评有关
表5.16 D型连接器多种视频格式的行信号电平
其他前端视频模拟接口
表5.17和5.18列举了其他常用的模拟分量视频格式。垂直和水平时序跟525行（M）NTSC和625行（B，D，G，H，I）PAL视频一样。100%和75%饱和度的彩条数值如表5.19~5.22所示。SMPTE，EBU N10，625行Betacam录像机及625行MII录像机和SDTV YPbPr的值相同。
| 格式 |
输出信号 |
信号幅度（电压） |
注释 |
| SMPTE，EBU N10 |
Y |
+0.700 |
0% setup on Y 100% 饱和度 三条线 = (Y+sync), (R–Y), (B–Y) |
| sync |
-0.300 |
||
| R’-Y，B’-Y |
±0.350 |
||
| 525-行 Betacam1 |
Y |
+0.714 |
7.5% setup on Y only 100% 饱和度 三条线 = (Y+sync), (R–Y), (B–Y) |
| sync |
-0.286 |
||
| R’-Y，B’-Y |
±0.467 |
||
| 625-行 Betacam1 |
Y |
+0.700 |
0% setup on Y 100% 饱和度 三条线 = (Y+sync), (R–Y), (B–Y) |
| sync |
-0.300 |
||
| R’-Y，B’-Y |
±0.350 |
||
| 525-行 MII2 |
Y |
+0.700 |
7.5% setup on Y only 100% 饱和度 三条线 = (Y+sync), (R–Y), (B–Y) |
| sync |
-0.300 |
||
| R’-Y，B’-Y |
±0.324 |
||
| 625-行 MII2 |
Y |
+0.700 |
0% setup on Y 100% 饱和度 三条线 = (Y+sync), (R–Y), (B–Y) |
| sync |
-0.300 |
||
| R’-Y，B’-Y |
±0.350 |
注：1、索尼公司商标。
2、松下公司商标。
表5.17 普通 视频前端模拟分量视频格式
| 格式 |
输出信号 |
信号幅度（电压） |
注释 |
| SMPTE，EBU N10 |
G’，B’，R’ |
+0.700 |
0%setup on G’, B’, and R’ 100% 饱和度 三条线= (G’ + sync), B’, R’ |
| sync |
-0.300 |
||
| NTSC（setup） |
G’，B’，R’ |
+0.714 |
7.5%setup on G’, B’, and R’ 100% 饱和度 三条线= (G’ + sync), B’, R’ |
| sync |
-0.286 |
||
| NTSC（setup） |
G’，B’，R’ |
+0.714 |
0%setup on G’, B’, and R’ 100% 饱和度 三条线= (G’ + sync), B’, R’ |
| sync |
-0.286 |
||
| MII1 |
G’，B’，R’ |
+0.700 |
7.5%setup on G’, B’, and R’ 100% 饱和度 三条线= (G’ + sync), B’, R’ |
| sync |
-0.300 |
注：1、松下公司商标
表5.18 普通视频前端设备 RGB模拟视频格式
|
|
白 |
黄 |
青 |
绿 |
品红 |
红 |
兰 |
黑 |
|
| Y |
IRE |
100 |
89.5 |
72.3 |
61.8 |
45.7 |
35.2 |
18.0 |
7.5 |
| mV |
714 |
639 |
517 |
441 |
326 |
251 |
129 |
54 |
|
| B’-Y |
IRE |
0 |
-65.3 |
22.0 |
-43.3 |
43.3 |
-22.0 |
65.3 |
0 |
| mV |
0 |
-466 |
157 |
-309 |
309 |
-157 |
466 |
0 |
|
| R’-Y |
IRE |
0 |
10.6 |
-65.3 |
-54.7 |
54.7 |
65.3 |
-10.6 |
0 |
| mV |
0 |
76 |
-466 |
-391 |
391 |
466 |
-76 |
0 |
|
表5.19 525行Betacam 100%饱和度彩条，值跟消影电平相关
|
|
白 |
黄 |
青 |
绿 |
品红 |
红 |
兰 |
黑 |
|
| Y |
IRE |
76.9 |
69.0 |
56.1 |
48.2 |
36.2 |
28.2 |
15.4 |
7.5 |
| mV |
549 |
492 |
401 |
344 |
258 |
202 |
110 |
54 |
|
| B’-Y |
IRE |
0 |
-49.0 |
16.5 |
-32.5 |
32.5 |
-16.5 |
49.0 |
0 |
| mV |
0 |
-350 |
118 |
-232 |
232 |
-118 |
350 |
0 |
|
| R’-Y |
IRE |
0 |
8.0 |
-49.0 |
-41.0 |
41.0 |
49.0 |
-8.0 |
0 |
| mV |
0 |
57 |
-350 |
-293 |
293 |
350 |
-57 |
0 |
|
表5.20 525行Betacam 75%饱和度彩条，值跟消影电平相关
|
|
白 |
黄 |
青 |
绿 |
品红 |
红 |
兰 |
黑 |
|
| Y |
IRE |
100 |
89.5 |
72.3 |
61.8 |
45.7 |
35.2 |
18.0 |
7.5 |
| mV |
700 |
626 |
506 |
433 |
320 |
246 |
126 |
53 |
|
| B’-Y |
IRE |
0 |
-46.3 |
15.6 |
-30.6 |
30.6 |
-15.6 |
46.3 |
0 |
| mV |
0 |
-324 |
109 |
-214 |
214 |
-109 |
324 |
0 |
|
| R’-Y |
IRE |
0 |
7.5 |
-46.3 |
-38.7 |
38.7 |
-6.3 |
-7.5 |
0 |
| mV |
0 |
53 |
-324 |
-271 |
271 |
324 |
-53 |
0 |
|
表5.21 525行MII100%饱和度彩条，值跟消影电平相关
|
|
白 |
黄 |
青 |
绿 |
品红 |
红 |
兰 |
黑 |
|
| Y |
IRE |
76.9 |
69.0 |
56.1 |
48.2 |
36.2 |
28.2 |
15.4 |
7.5 |
| mV |
538 |
483 |
393 |
338 |
253 |
198 |
108 |
53 |
|
| B’-Y |
IRE |
0 |
-34.7 |
11.7 |
-23.0 |
23.0 |
-11.7 |
34.7 |
0 |
| mV |
0 |
-243 |
82 |
-161 |
161 |
-82 |
243 |
0 |
|
| R’-Y |
IRE |
0 |
5.6 |
-34.7 |
-29.0 |
29.0 |
34.7 |
-5.6 |
0 |
| mV |
0 |
39 |
-243 |
-203 |
203 |
243 |
-39 |
0 |
|
表5.22 525行MII 75%饱和度彩条，值跟消影电平相关
VGA视频接口
表5.23和图5.15所示的是应用于计算机和一些消费类器件15引脚的VGA连接器，传输的是模拟RGB信号。模拟RGB信号不包含同步信息和消影台阶电平，如图5.4所示。
图5.15 15引脚VGA D型母连接器
| 引脚 |
功能 |
信号电平 |
阻抗 |
| 1 |
红 |
0.7v |
75 ohms |
| 2 |
绿 |
0.7v |
75 ohms |
| 3 |
兰 |
0.7v |
75 ohms |
| 4 |
地 |
|
|
| 5 |
地 |
|
|
| 6 |
地-红 |
|
|
| 7 |
地-绿 |
|
|
| 8 |
地-兰 |
|
|
| 9 |
电源+5V |
|
|
| 10 |
地-水平同步 |
|
|
| 11 |
地-垂直同步 |
|
|
| 12 |
DDC SDA（数据） |
≥2.4v |
|
| 13 |
HSYNC（水平同步） |
≥2.4v |
|
| 14 |
VSYNC（垂直同步） |
≥2.4v |
|
| 15 |
DDC SCL（时钟） |
≥2.4v |
|
注：1、DDC = Display Data Channel，显示数据通道
表5.23 VGA连接器信号定义
参考资料
1. EIA–770.1, Analog 525-Line Component Video Interface—Three Channels, November 2001.
2. EIA–770.2, Standard Definition TV Analog Component Video Interface, November 2001.
3. EIA–770.3, High Definition TV Analog Component Video Interface, November 2001.
4. EIA/CEA–805, Data Services on the Component Video Interfaces, October 2000.
5. EIA-J CPR–1204–1, Transfer Method of Video ID Information using Vertical Blanking Interval (525P System), March 1998.
6. EIA-J CPR–1204–2, Transfer Method of Video ID Information using Vertical Blanking Interval (720P, 1125I System), January 2000.
7. EIA-J CP–4120, Interface Between Digital Tuner and Television Receiver Using D-Connector, January 2000.
8. IEC 60993–1, Audio, Video and Audiovisual Systems—Interconnections and Matching Values—Part 1: 21-pin Connector for Video Systems, Application No. 1, April 1988.
9. IEC 61880–2, Video Systems (525/60)—Video and Accompanied Data Using the Vertical Blanking Interval—Part 2: 525 Progressive Scan System, September 2002.
10. IEC 62375, Video Systems (625/50 Progressive)—Video and Accompanied Data Using the Vertical Blanking Interval—Analog Interface, February 2004.
11. ITU-R BT.709–5, 2002, Parameter Values for the HDTV Standards for Production and International Programme Exchange.
12. SMPTE 253M–1998, Television—Three-Channel RGB Analog Video Interface.
13. SMPTE 274M–2003, Television—1920 1080 Image Sample Structure, Digital Representation and Digital Timing Reference Sequences for Multiple Picture Rates.
14. SMPTE 293M–2003, Television—720 483 Active Line at 59.94-Hz Progressive Scan Production—Digital Representation.
15. SMPTE RP-160–1997, Three-Channel Parallel Analog Component High-Definition Video Interface.