视频基本原理 -视频接口之 - 模拟分量接口

 

上文我们介绍模拟视频接口中支持基本的NTSC/PAL模拟视频信号的复合视频接口CVBS和S-Video 接口, 接下来我们介绍早期用于支持高清模拟视频输出的分量视频接口YPbPr。...



上文我们介绍模拟视频接口中支持基本的NTSC/PAL模拟视频信号的复合视频接口CVBS和S-Video 接口, 接下来我们介绍早期用于支持高清模拟视频输出的分量视频接口YPbPr。

三 分量视频接口Component video YPbPr

分量视频接口也叫色差分量视频接口(Component video),又叫3RCA。分量视频接口通常采用YPbPr和YCbCr两种标识。分量视频接口/色差端子是在S端子的基础上,把色度(C)信号里的蓝色差(Cb)、红色差(Cr)分开发送,其分辨率可达到600线以上,可以输入多种等级讯号,从最基本的480i到倍频扫描的480P,甚至720P视频基本原理 -视频接口之- S-Video 接口”。

随着高清视频的发展, 特别是MPEG-2 ,MPEG-4以及H.264视频压缩标准的成熟和数字高清晰度电视以及高清流媒体的发展,对高清视频外设和显示设备之间的互联提出了更高的要求,而要实现高清输出,两大高清电视接口----色差分量YPbPr和HDMI必不可少。色差分量输出接口已成为高清电视和支持HDTV的显卡的标志性接口,除了普通电视具有的AV和S端子接口外,高清电视一般增加了15针电脑VGA接口或数字电视分量Ypbpr接口,具有这两个接口的HDTV电视可以连接电脑、高清DVD和数字相机等数字设备,并可通过数字电视接收盒收看高画质的数字电视节目。

YPbPr接口,也叫色差分量接口(Component video),采用的是美国电子工业协会EIA-770.2a标准。在其发展过程中, 电视业界对其接口的标注也有一个发展的过程,早期,业界常采用YPbPr和YCbCr两种标识,前者表示逐行扫描色差输出,后者表示隔行扫描色差输出,一般利用3根信号线分别传送亮色和两路色差信号。这3组信号分别是,亮度以Y标注,以及从三原色信号中的两种——蓝色和红色——去掉亮度信号后的色彩差异信号,分别标注为Pb和Pr,或者Cb和Cr,在三条线的接头处分别用绿、蓝、红色进行区别。我们经常在投影机或高档影碟机上看到的,类似YUV、YCbCr、Y/B-Y/B-Y等等的接口标识,虽然标记方法与接头外形各有千秋,但都属于色差分量端口。



下面解释一下 YPbPr和YCbCr混淆的由来,早期DVD和VCD是隔行显示的,支持NTSC(480i)和PAL(576i)的分辨率输出, 视频接口使用CVBS和S-Video接口。但是随着用户对视频质量要求的提高,要求避免了因繁琐的传输过程所带来的图像失真,保障了色彩还原的更准确,所以很多DVD厂商和电视剧厂商推出了3RCA的分量接口。当时没有统一的标准来定义这个接口, 所以直接使用了CCIR601(ITU - R BT1601)和CCIR656(ITU - R BT1656)中定义的数字分量YUV和YCbCr的名字。(见上文“视频基本原理 --RGB to YUV&YCbCr”)。数字电视和DVD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)。因为DVD碟片上储存的图像的色彩空间就是YCbCr的,因此几乎所有具备分量输出的DVD机的分量端子都是标识为YCbCr(YUV),一切似乎合情合理,然而就此埋下了日后概念混淆的祸根。直到有一天逐行DVD出现了,厂家们对于如何标识逐行分量端子犯了难了,这时,美国标准YPbPr的出现,很多厂家们就用YPbPr表示逐行,而继续用YCbCr表示隔行,似乎完美的解决了这个问题。

所以当时市场上出现了以下三中标注方法:

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),如上面的图例。

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)。

但是,这违反了YPbPr标准,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。YPbPr美国标准仅仅是标识模拟视频分量接口,其支持525i,625i, 525p, 625p, 720i, 720p,1080i等,并没有区分逐行还是隔行。

下图是中国国标中对分量视频接口YPbPr支持的视频扫描格式和分辨率的规定。



所以,严格来说,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。

YPbPr的接口使用屏蔽性能良好的同轴电缆,可以用BNC头,也可以使用普通莲花头作为接口标准。





如果配上立体声的音频线, 则是一组五根RCA接口的电缆。如下图,左起绿、蓝、红三条为色差分量接口,右起白、红两条为音频接口。



色差输出(YPbPr)端口将模拟的Y、PB、PR信号分开,其模拟分量视频信号波形图如下图所示。





对于480i,576i,480P,576P格式的模拟分量视频信号,亮度信号(Y)和色差信号(B-Y,R-Y)用公式表示如下:

Ø  Y=0.299R+0.587G+0.114B

Ø  B-Y=-0.299R-0.587G+0.886B

Ø  R-Y=0.701R-0.587G-0.114B

Y为亮度信号,它的幅度值范围在消隐电平0V到视频幅度峰值电平700mV之间。黑白电平基准比为0。它还包含了一个负的幅值为300mV同步脉冲,作为Y、PB 、PR信号中唯一的同步基准。

PB信号为B-Y的幅度值除以一个比例系数:

PB =(B-Y)/1.772

通过以上变换以后,PB信号就在以消隐电平(即0V)为中心,最大峰值为±350mV的范围内。PB信号是有正负极性的视频信号,符合上图所示的同步要求。PB在箝位期内的直流电平是参考黑电平,电平值为0V。

PR信号为R-Y的幅度值除以一个比例系数:

PR =(R-Y)/1.402

通过以上变换以后,PR信号就在以消隐电平(即0V)为中心,最大峰值为±350mV的范围内。PR信号是有正负极性的视频信号,符合如上图所示的同步要求。PR在箝位期内的直流电平是参考黑电平,电平值为0V。

在场消隐期之外的每个扫描行都可以分为有效行程期和行消隐期。对于Y信号而言,行消隐期包括一个负的行同步脉冲,其余部分处于消隐电平位置,可以用于信号的直流箝位。下表给出了480I/576I/576P三种格式的视频信号行扫描时间规格,波形如下图所示。



而对于1080i、720P格式的模拟分量视频信号.亮度信号(Y)和色差信号(B-Y,R-Y)用公式表示如下:

ü Y=0.2126R+0.7152G+0.0722B

ü B-Y=-0.2126R-0.7152G+0.9278B

ü R-Y=0.7874R-0.7152G-0.0722B

Y为亮度信号,它的幅度值范围在消隐电平0V到视频幅度峰值电平700mV之间。黑白电平基准比为0。它还包含了一个负的幅值为300mV同步脉冲,作为YPB PR信号中唯一的同步基准。

PB信号为B-Y的幅度值除以一个比例系数:

PB=(B-Y)/1.8556

通过以上变换以后,PB信号就在以消隐电平(即0V)为中心,最大峰值为±350mV的范围内。PB信号是有正负极性的视频信号,符合同步要求。PB在箝位期内的直流电平是参考黑电平,电平值为0V。

PR信号: PR信号为R-Y的幅度值除以一个比例系数:

PR =(R-Y)/1.5748

通过以上变换以后,PR信号就在以消隐电平(即0V)为中心,最大峰值为±350mV的范围内。PR信号是有正负极性的视频信号,符合同步要求。PR在箝位期内的直流电平是参考黑电平,电平值为0V。

上述色空间转换的具体分析, 可以参考“视频基本原理 --RGB to YUV&YCbCr”, “视频基本原理 - BT601和BT656”, “视频基本原理 - BT709和BT1120”。

所以,综上所述,从下图可以清楚的看到 CVBS, S-Video和YPbPr端口信号的来源和不同之处。



如果需要支持 YPbPr的分量输入到数字视频输出 (YUV 24bit模式或者BT656和者BT1120),可以选择 ADI公司的 AD988X,ADV7441以及ADV784X系列解码芯片。

如果需要从数字视频信号到模拟YPbPr输出,则可以选择ADI公司的ADV739X和ADV734X系列芯片。详细资料以及设计可以搜索ADI网站。

关于视频接口的基础知识,可以参考前文

视频基本原理 -视频接口综述”,

视频基本原理 -视频接口之- CVBS接口”,

"视频基本原理 -视频接口之- S-Video 接口”。



关于AD转换电路的基本知识, 可以点击文末左下角阅读原文链接阅读。

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