模拟视频的格式

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模拟视频的格式有三种:使用于北美、日本等地的NTSC制,使用于西欧、中国等地的PAL制以及使用于东欧、俄国等地的SECAM制。下面主要介绍国内应用广泛的PAL制视频信号的形成原理。
根据三基色原理,利用R(红)、G(绿)、B(蓝)三色不同比例的混合可以表示各种色彩。摄像机在拍摄时,通过光敏器件(如CCD:电荷耦合器件),将光信号转换为RGB三基色电信号。在电视机或监视器内部,最终也使用RGB信号分别控制三支电子枪发出的撞击荧光屏的电子流,使其发光产生影像。由于摄像机中的原始信号和电视机、监视器里的最终信号都是RGB信号,因此使用RGB信号作为视频信号的传输和记录方式无疑会有较高的图像质量。但在实际应用中往往不是这样,因为一则这会极大地加宽视频信号带宽,增加相关设备成本;二则这也与现行的黑白电视不兼容。为此三基色信号按一定比例组合成亮度(Y)和色度(U,V)信号,它们之间的关系如下:
为了使U、V和Y能在一个频带内传输,到达黑白/彩色视频信号接收兼容的目的,还需将这两个色度信号进行正交幅度调制。设U(t),V(t)为色度信号,Y(t)为亮度信号,则经调制后的两个色度信号分别为:
u(t)=U(t)sin(ωsct)
v(t)=V(t)Φ(t)cos(ωsct) (1.2)
式中:ωsc=2πfsc为色度信号的副载波角频率,Φ(t)是开关函数。由此产生的正交幅度调制的色度信号为:
c(t)=u(t)+v(t)=C(t)sin[ωsct+θ(t)] (1.3)
其中:θ(t)=Φ(t)tg-1[V(t)/U(t)]
C(t)=
 
Φ(t)为开关函数,如Φ(t)=1,可表示NTSC制的色度信号;如Φ(t)=+1(偶数行)或-1(奇数行),则可表示彩色副载波逐行倒相的PAL制色度信号。
在PAL制中,色度副载频fsc=283.75fh=4.43MHz,行频fh=15.625kHz,帧频=25Hz,场频=50Hz。而在NTSC制中,色度副载频fsc=227.50fh=3.589545MHz,行频fh=15.75kHz,帧频=30Hz,场频=60Hz。两种制式的图像宽高比皆为4∶3。
从视频信号的频谱上看,色度信号的副载波位于亮度信号频谱的高频端,见图1。这样,在亮度信号的高频部分间插经过正交调制的两个色度分量,形成彩色电视的基带信号,又称复合电视信号或全电视信号:
e(t)=Y(t)+c(t)= Y(t)+C(t)sin[ωsct+θ(t)] (1.4)
图1复合视频信号的频谱(PAL制)
应用复合视频主要是为了方便传输以及电视信号的发射。为了保证传送的图像能够稳定再现,实际的全电视信号还包括复合同步信号(包括行场同步、行场消隐)及色同步信号等。上面介绍的是彩色电视信号,黑白电视信号可以看作是彩色电视信号的特殊情况,条件就是此时的C(t)=0。
近来,许多视频设备除了复合视频输出外,还增加了S-video输出端子。S-video信号将亮度Y(t)和色度信号C(t)分两条线输出,免得将Y、C复合起来输出,然后输出到其他设备后又要进行Y、C分离。这样的一个反复过程是有损于图像质量的。
和电影一样,视频图像也是由一系列单个静止画面组成的,这些静止画面被称为帧。一般当帧频在每秒24~30帧之间时,视频图像的运动感觉就比较光滑连续,而低于每秒15帧,连续运动图像就会有动画感。我国的电视标准是PAL制,它规定每秒25帧,每帧有水平方向的625扫描行。由于采用了隔行扫描方式,625行扫描线分为奇数行和偶数行,这分别构成了每一帧的奇、偶两场。这样就形成了50场/s的场频,进一步减少了电视画面的闪烁感。
由于在每一帧中电子束都要自上而下地扫描,因此存在着电子束从屏幕右端到左端的行扫描逆程期和从屏幕右下角终点回到屏幕左上角起点的场扫描逆程期。在这期间被消隐的扫描行是不可能携带图像内容的,场扫描逆程期约占整个垂直扫描时间的8%。与此类似,在整个64μs的行扫描周期中,有效扫描时间(携带信息)约为52μs。
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