标清视频信号介绍

标清视频信号相关知识课程目的对标清视频信号有一个基本的认识对工作中遇到一些视频处理技术有一个了解对TI的数字视频解码芯片TVP5160有一个基本了解课程大纲本次课程的主要内容

三种清晰度的概念

CVBS信号

S-VIDEO信号 隔行与逐行 模拟与数字 色彩空间 工作遇到的视频处理技术

TVP5160三种清晰度的概念480i，576i——标准清晰度固定像素（非CRT）、具有4：3宽高比的消费类显示器对应720x480i或720x576i。对于16：9的宽高比，对应于960x480i或960x576i。480p，576p——增强清晰度

固定像素（非CRT）、具有4：3宽高比的消费类显示器对应

720x480p或720x576p。对于16：9的宽高比，对应于960x480pi或960x576p。720p，1080i——高清晰度

固定像素（非CRT）、具有16：9宽高比的消费类显示器对应1280x720p或1280x1080i。对于的宽高比，对应于960x480p或960x576p。视频信号的历史演变视频信号起初仅仅包含灰度（黑白）信息。在建立彩色广播电视系统的过程中，试图用模拟RGB来发送彩色视频。但是，这种技术占用的带宽是当时使用的灰度解决方案的3倍多，而且为了与黑白电视系统兼容，采用亮色分离技术。这种技术只用一个信号，而不是3个独立的信号，因此只需要与原来传输灰度视频信号相同的带宽。今天广泛使用的NTSC,PAL和SECAM视频标准就是建立在这种复合视频信号（CVBS）基础上的。CVBS（复合视频广播信号）信号CVBS(compositevideobroadcastsignal)复合视频中，包含色差和亮度信息，干涉是不可避免的，特别是在信号微弱的时候。需要显示设备对其进行亮/色分离和色度解码才能成像，这种先混合再分离的过程必然会造成色彩信号的损失，色度信号和亮度信号也会有很大的机会相互干扰从而影响最终输出的图像质量。两种物理接口，如下页图CVBS两种物理接口BNCRCAS_VIDEO信号S_Video接口用来传输Y/C信号S-video色差信号输入。分亮度信号Y和色度信号C。这种信号可以提高灰度图像的分辨率，减少亮色串扰的问题，有效提高图像解析度和主观感受。Y信号C信号S_VIDEO信号CVBS=Y+CY=YC=Ucosωt+s(t)VsinωtS(t)为开关函数，ω为副载波频率，将U，V信号调制加载到亮度信号Y上。黑白电视图象信号带宽约为6MHz，Y信号带宽约为4.43MHz,色度信号带宽约为1.3MHz。YPbPr/YCbCr接口YPbPr/CbCr端子用来输入亮度信号Y和色度信号Cb以及Cr。同步信号加载在Y信号上，可以传输高清信号格式。正文内容（二级）亮色分离图例正文内容（一级）正文内容（二级）行场消隐正文内容（一级）正文内容（二级）行场消隐正文内容（一级）正文内容（二级）三种模拟彩色电视系统相关参数比较正文内容（一级）正文内容（二级）二级内容项目符号逐行与隔行在电视发展的早期，采用“隔行显示”的技术来减少每幅图像所需发送的数据量。即先发送奇数行的数据，再发送偶数行的数据，每次发送的数据量为一幅图像数据量的一半。在隔行显示方式中，每个扫描线更新的频率只有同等情况下逐行显示方式的一半。为了避免由于过低的帧率而导致颜色对比显著的边缘出现闪烁，要限制扫描线之间的变化，在垂直方向上对图像进行了低通滤波。而逐行显示方式对线之间的变化就没有这种限制，因此，逐行显示方式能够提供更高分辨率（在垂直方向上）的没有闪烁的图像。隔行扫描的主要缺点光栅结构显得粗疏；有的图象能看到扫描线。垂直分辨率严重受损，大约只有水平分辨率的一半左右；画面有闪烁感；最重要的是偶场和奇场信号在时间上的同步性很难做到严格的一致，斜线会有锯齿感，会在画面上造成梳齿现象(又称羽状干扰或拉链效应)和行抖动，对于运动图像尤其如此。隔行、逐行扫描示意图正文内容（一级）正文内容（二级）二级内容项目符号电视隔行扫描效果示意图正文内容（一级）正文内容（二级）二级内容项目符号模拟与数字目前最常用的数字信号为RGB和YCbCr。 数字RGB是模拟RGB简单数字化后得到的版本。

YCbCr基本上是模拟YPbPr的数字化版本，这种格式由DVD和数字电视所采用。色彩空间常见的3个基本色彩模型是RGB,

CMYK和YUVYUV是PAL和SECAM模拟彩色电视制式采用的颜色空间。Y代表亮度，uv代表色差。在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄影机或彩色CCD摄影机进行取像，然后把取得的彩色图像信号经分色、分别放大校正后得到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（即U）、B－Y（即V），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。YCbCr与RGB的相互转换Y=0.299R+0.587G+0.114B

Cb=0.564(B-Y) Cr=0.713(R-Y) R=Y+1.402Cr G=Y-0.344Cb-0.714Cr B=Y+1.772CbYCbCrYCbCr

是ITUBT601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。采样格式人的肉眼对视频的Y分量更敏感，因此在通过对色度分量进行子采样来减少色度分量后，肉眼将察觉不到的图像质量的变化。4:2:0表示每4个像素有4个亮度分量，2个色度分量(YYYYCbCr)，仅采样奇数扫描线，是便携式视频设备(MPEG-4)以及电视会议(H.263)最常用格式；4：2：2表示每4个像素有4个亮度分量，4个色度分量(YYYYCbCrCbCr)，是DVD、数字电视、HDTV以及其它消费类视频设备的最常用格式；v4：4：4表示全像素点阵(YYYYCbCrCbCrCbCrCbCr)，用于高质量视频应用、演播室以及专业视频产品。梳状滤波器正文内容（一级）正文内容（二级）梳状滤波器视频信号的“频谱交错”，将色度信号的频谱移动半行频（fH/2）的奇数倍，使色度信号的频谱与亮度信号的频谱错开（为了与黑白电视兼容，不能移动亮度信号的频谱）。实现方法是：选择一个合适的载频fSC

（色度副载波），将色度信号调制在这个副载波上，即可将色度信号的频谱搬移到合适位置上。梳状滤波器是在保证图像细节的情况下解决视频信号亮色互窜的唯一方法，其内部有许多按一定频率间隔相同排列的通带和阻带，只让某些特定频率范围的信号通过，因为其特性曲线象梳子一样，故称之为梳状滤波器（CombFiltering）梳状滤波器梳状滤波器一般由延时、加法器、减法器、带通滤波器组成3D梳状滤波器3D梳状滤波器，基于帧缓存技术，能够从空间（2D）、时间（第三维方向）将每组画面的亮度及色度信号精确地分离，有效消除影响信号中的杂波、斑点、色彩重叠现象，使画面更加清晰。梳状滤波器实际效果正文内容（一级）正文内容（二级）去隔行De-interlaceDe-interlace就是通过一定的算法对隔行信号进行运算处理，通过插值的方式变隔行信号为逐行信号，消除行间抖动以及锯齿效应。目前De－interlace也有2D和3D的区别，2D的De-interlace是基于line-buffer的行间插值运算达到去隔行的目的，3D的则是通过frame-buffer进行场间运算进行插值达到去隔行的目的。去隔行3-2Pull-Down技术一种比较特殊的De-interlace技术。由于电影胶片是采用一秒钟24帧来拍摄的，在制成VCD/DVD的时候，首先将24帧转换成30帧，然后一帧再分成奇偶两场送给电视机等显示设备。这种格式称为filmmode。目前的电视机系统中，一般的3DDe-interlace技术都包含了3-2pull-down处理功能，而2D的De-interlace技术由于是基于行缓存的就无法支持该功能。去隔行3-2Pull-Down主观感受正文内容（一级）正文内容（二级）最佳连接方法HDMI（数字YCbCr）HDMI（数字RGB）模拟YPbPr模拟RGB模拟S-Video模拟复合视频（CVBS）(仅限在YCbCr颜色空间，非RGB颜色空间，因为大多数消费类产品都是在YCbCr颜色空间进行数字视频处理的。)对于图像质量来讲，颜色空间转换要优先于A/D，D/A转换。TVP5160特色功能TVP5160，提供先进的2D和3D梳状滤波、基于时间的修正(TBC)、3D降噪、中频(IF)补偿和480p(逐行)视频等功能，以改进图像质量。支持全球3大广播标准，PAL、NTSC及SECAM制式，并且能够自动检测和自动切换。同时支持多种接入方式，如复合视频（CVBS）、S-Video、分量视频(YPbPr）及SCART。采用128引脚，TQFP（超薄四方扁平）封装，功耗仅为115mW。TVP5160特色功能自适应2D-5线梳状滤波器现在大多数视频解码器都提供二维(2D)梳状滤波器进行视频解码，每次只能进行几行的视频信息处理。2D梳状滤波器可针对目前许多消费类应用实现足够高的影像质量。TVP5160不仅具备有2D滤波，还有3D滤波。3D梳状滤波三维(3D)自适应梳状滤波器，可处理多个视频“帧”的视频，生成更加清晰锐利的影像。大多数3D梳状滤波器实施均仅支持NTSC广播标准，TVP5160是全球率先支持PAL制式的产品之一。对于3D处理，视频解码器要求使用外接4MB的SDRAM内存。TVP5160特色功能中频(IF)补偿通过校正电视调谐器形成的影像边沿的色彩失真来进一步改善影像。3D降噪3D降噪减少了随机或间断性出现的视频失真，如较弱广播信号、不清洁或较差VCR录像带相关的“噪声”。基于时间的修正TBC时基校正，降低影像未对准出现的抖动现象，改善视频质量。TVP5160特色功能480p及576p视频TVP5160还支持480p及576p等更高质量的视频标准，使电视可显示DVD画质的逐行视频。SCART快速切换TVP5160支持欧洲消费类产品所需的SCART快速切换TVP5160特色功能可编程架构及专有算法TVP5160的可编程架构及专有算法可同时支持自适应2D与3D梳状滤波、时基校正、降噪以及IF补偿视频处理等功能。当前许多视频解码器产品，如果运行3D梳状滤波功能，则必须关闭3D降噪功能。而TVP5160的可编程架构及专有算法则可同时支持自适应2D与3D梳状滤波、时基校正、降噪以及IF补偿视频处理等功能。TVP5160特色功能可配置组合的多种输入TVP516支持复合视频（CVBS）、S-Video、分量视频(YPbPr）及SCART可配置组合的多种输入。能够自动检测复合视频或S视频输入上的NTSC、PAL及SECAM制式，并在它们之间自动进行切换。2个11bit，60MSPS的A/D转换，具有钳位和AGC功能。该产品可输出ITU-RBT.601（16/20位）与ITU-RBT.656（8/10位）YCbCr格式。5160逻辑框图TVP5160功能模块模拟处理和A/D转换提供12个模拟输入接口，选择信源，钳位，放大，A/D转换，调节增益和补偿，输出数字化的视频信号。同时支持一个模拟信号输出。12个模拟视频输入通过两个模拟通道接入。可以通过IIC（地址00h）控制内部模拟视频开关。12个模拟视频信号输入可以配制成四中组合形式：12个复合视频输入，4个S-Video和2个CVBS,3个YPbPr和3个CVBS，2个YPbPr和2个S-Video和2CVBSTVP5160功能模块模拟处理和A/D转换12个模拟视频输入通过两个模拟通道接入。可以通过IIC（地址00h）控制内部模拟视频开关。12个模拟视频信号输入可以配制成四中组合形式：12个复合视频输入，4个S-Video和2个CVBS,3个YPbPr和3个CVBS，2个YPbPr和2个S-Video和2CVBSTVP5160功能模块模拟处理和A/D转换模拟输入钳位电路。能够自动把交流耦合信号钳制在一个固定电平上。自动增益控制。两个通道各有一个可编程增益放大器（PGAs），是输入信号的电平在A/D转换器编码范围。增益振幅控制地址74h，增益速度和延迟地址78h和79h。模拟视频输出。任何一个模拟输入都可以在模拟视频输出脚输出。A/D转换器。2个11bit，60MSPS（每秒60兆采样率）的A/D转换器TVP5160功能模块模拟处理和A/D转换TVP5160功能模块数字视频处理接收数字化后的CVBS和S-Video信号，转换为YCbCr，同时产生行场同步信号、奇偶场指示信号、场消隐信号、数据有效信号。可以配置成两种格式化输出：外同步20-bit4:2:2或者嵌入式同步10-bit4:2:2。12个模拟视频输入通过两个模拟通道接入。可以通过IIC（地址00h）控制内部模拟视频开关。12个模拟视频信号输入可以配制成四中组合形式：12个复合视频输入，4个S-Video和2个CVBS,3个YPbPr和3个CVBS，2个YPbPr和2个S-Video和2CVBSTVP5160功能模块数字视频处理两倍抽取滤波。所有输入信号有一个54M过采样（13.5x4=54）,A/D转化器输出经过一个抽取滤波器，降低一倍像素数据。提高信噪比。综合处理器。