原创 模拟视频技术和应用（一）

模拟视频信号已经应用了几十年，至今仍在使用。最原始且最常见的通用视频标准包括了NTSC（美国国家电视系统委员会）以及PAL（逐行倒相制式）。其它的现代消费模拟视频传输系统包括了S-Video、分量视频(Component Video)、专业G'B'R'视频以及计算机R'G'B'系统。本文将探讨部分模拟视频信号的需求，并讨论它们之间有何相似点和差别以及如何简化此类视频系统的模拟输入/输出设计。

全部数字化尚未实现

现代的视频系统通常同时在前端及后端采用数字化处理。这是由于此类系统确实拥有较好的灵活性，并具有相应的低成本及集成特性，因而数字化产品更吸引消费者。既然如此，那么为什么不简单的将所有相互连接的视频都放到数字域处理呢？

数字视频传输以串行数字视频（SDV或SDI）的形式推广了若干年，但由于成本问题，应用主要局限于专业广播系统。新近的数字传输系统包括了DVI以及HDMI。此类系统得到较好的普及，特别是针对于高端系统。

在2006年的国际消费电子展上，“年代久远”的模拟视频传输系统——分量视频——仍被视为最主要的机顶盒与显示器互连方式。同时，许多“低成本”的视频系统虽然缺乏高端特性，但仍广泛应用于世界范围。在某些地区，价格仍然是约束消费者购买能力的最重要因素，大多数的居民无法承受HDTV的价格。因此传统的CVBS及S-Video将继续服役至若干年之后。

视频的命名法及背景

视频的色彩信息通过线性化的（三原色）红、绿及蓝(RGB)分量获取。由于CRT显示技术的限制，此类基本的色彩信息需要采用非线性的形式（即所谓的伽玛矫正[gamma-corrected color]）进行处理。为了区分真RGB以及非线性的伽玛修正RGB，人们采用了R'G'B'。

由于全部三个信号需求较大带宽，因此传统的消费视频无法使用R'G'B'。为了降低带宽、成本，并解决延迟及现今的运行功耗等问题，R'G'B'信号在算法上进行了处理，从而造就了不同形式的视频信号。

最为重要的信号是亮度（brightness，或称之为光亮度[luminance]）。国际照明委员会(CIE)所规定的真实亮度(Y)的解析度应通过线性化的RGB得到。由于在RGB中加入了非线性的成分(Gamma)，亮度将无法保持真实性。因此，针对所有的视频系统，人们采用了光亮度（luma Y'）并在技术上严格的定义。

类似的，由于采用了非线性化的R'G'B'术语，色浓度(chroma，C')的称谓也取代了原本的色度(chrominance)——亦称为色彩信息，由色调及饱和度组成。色彩所具有的不同信号P'B、P'R、R' ?C Y'以及B' ?C Y'同样参照此方式表示非线性化的伽玛修正信号。其它的术语包括了U、V、I以及Q，但一般不作标刻记号，因为此类术语仅作为数学方程式的符号而没有用于CIE色彩空间。尽管如此，仍然有观点认为这些术语也应具有标刻记号，因为它们同样基于非线性化的元素。图1所示的简化RGB信号流展示了此类视频术语创建的方式，但忽略了某些元素，例如同步信息。

图1 ?C消费接口的通用RGB视频信号流

模拟视频传输——CVBS及S-Video

最初的NTSC及PAL系统所采用的单线传输系统通常称为合成视频基带信号，即CVBS。一般来说，此类系统的带宽限制低于6MHz。但需要注意，SMPTE（运动图像及电视工程师协会）的170M标准在技术上并没有以任何方式对亮度通道的带宽进行限制，仅是针对色度或色彩不同的信号进行了限制。尽管如此，由于射频传输的需要，绝大多数系统还是把带宽限制在4.2MHz。

CVBS信号最为重要的电压电平需求包括了-40 IRE（?C286mV用于NTSC以及?C300mV用于PAL）同步信号以及+100 IRE（714mV用于NTSC以及700mV用于PAL）视频信号。此类电平可在标准间细微的变化，但其所示的值仍分别代表了此类信号的一般电压。

事实上CVBS信号在这个140 IRE的区间，具有75%的色彩饱和度。但是，许多人都忽略了色彩可达到100%的饱和度。从而使得CVBS信号有可能达到的值分别为NTSC：286mV + 935mV =1.221Vpp，PAL：300mV + 933.5mV = 1.2335Vpp。该电压值高于其它标准的视频信号，一旦忽略，将有可能导致潜在的视频信号削波失真。

CVBS信号最大的问题之一在于亮度与色度信号的组合。由于此类信号可能占据相同的频谱，因此，很难将信号彼此分离却不显露人为处理的痕迹。这就是存在众多相异的视频解码（其专业术语诸如2D、3D、3D自适应等）的梳状滤波器。但即使是采取了诸如此类的技术，在试图分离两个视频信号时，人为处理的痕迹仍然有可能，或是确实存在。

消除此问题的最好办法是在最开始就不将亮度信号与色度信号合并。S-Video正是如此，且可生成比CVBS更优良的图像。S-Video的带宽与CVBS极为相似，通常低于6MHz。使用S-Video的唯一缺点是必须采用两条传输线