常见视频信号传输特性及转换深度分析

1. 分量视频(Component Signal)

摄像机的光学系统将景像的光束分解为三种基本的彩色：红色、绿色和蓝色。感光器材再把三种单色图像转换成分离的电信号。为了识别图像的左边沿和顶部，电信号中附加有同步信息。显示终端与摄像机的同步信息可以附加在绿色通道上，有时也附加在所有的三个通道，甚至另作为一个或两个独立的通道进行传输，下面是几种常见的同步信号附加模式和表示方法：

- RGsB：同步信号附加在绿色通道，三根75Ω同轴电缆传输。

- RsGsBs：同步信号附加在红、绿、蓝三个通道，三根75Ω同轴电缆传输。

- RGBS：同步信号作为一个独立通道，四根75Ω同轴电缆传输。

- RGBHV：同步信号作为行、场二个独立通道，五根75Ω同轴电缆传输。

RGB分量视频可以产生从摄像机到显示终端的高质量图像，但传输这样的信号至少需要三个独立通道分别处理，使信号具有相同的增益、直流偏置、时间延迟和频率响应，分量视频的传输特性如下：

- 传输介质：3-5根带屏蔽的同轴电缆

- 传输阻抗：75- 常用接头：3-5×BNC接头

- 接线标准：红色=红基色(R)信号线，绿色=绿基色(G)信号线，蓝色=蓝基色(B)信号线，黑色=行同步(H)信号线，黄色=场同步(V)信号线，公共地＝屏蔽网线(见附图VP-03)

2. 复合视频(Composite-Video)

由于分量视频信号各个通道间的增益不等或直流偏置的误差，会使终端显示的彩色产生细微的变化。同时，可能由于多条传输电缆的长度误差或者采用了不同的传输路径，这将会使彩色信号产生定时偏离，导致图像边缘模糊不清，严重时甚至出现多个分离的图像。

插入NTSC或PAL编解码器使视频信号易于处理而且是沿单线传输，这就是复合视频。复合视频格式是折中解决长距离传输的方式，色度和亮度共享4.2MHz(NTSC)或5.0-5.5MHz(PAL)的频率带宽，互相之间有比较大的串扰，所以还是要考虑频率响应和定时问题，应当避免使用多级编解码器，复合视频的传输特性如下：

- 传输介质：单根带屏蔽的同轴电缆

- 传输阻抗：75- 常用接头：BNC接头、莲花(RCA)接头

- 接线标准：插针=同轴信号线，外壳公共地＝屏蔽网线(见附图VP-01)

3. 色差信号(Y,R-Y,B-Y)

对视频信号进行处理而传输图像时，RGB分量视频的方式并不是带宽利用率最高的方法，原因是三个分量信号均需要相同的带宽。

人类视觉对亮度细节变化的感受比彩色的变化更加灵敏，因此我们可以将整个带宽用于亮度信息，把剩余可用带宽用于色差信息，以提高信号的带宽利用率。

将视频信号分量处理为亮度和色差信号，可以减少应当传输的信息量。用一个全带宽亮度通道(Y)表示视频信号的亮度细节，两个色差通道(R-Y和B-Y)的带宽限制在亮度带宽的大约一半，仍可提供足够的彩色信息。采用这种方法，可以通过简单的线性矩阵实现RGB与Y,R-Y,B-Y的转换。色差通道的带宽限制在线性矩阵之后实现，将色差信号恢复为RGB分量视频显示时，亮度细节按全带宽得以恢复，而彩色细节会限制在可以接受的范围内。

色差信号也有多种不同的格式，有着不同的应用范围，在普遍使用的复合PAL、SECAM和NTSC制式中，编码系数是各不相同的，见下表：

4. 数字视频(SDI)

数字视频也有多种不同的格式，而且应用在不同的范围，这里指的是“串行数字视频”(Signal-Digital Interface)，一般简写为SDI接口。

伽马校正后RGB信号在线性矩阵中变换为一个亮度分量Y和两个色度Pb、Pr。由于人眼视觉对亮度细节变化的感受比彩色的变化更加灵敏，因此亮度信号Y以较高的带宽(SDTV为5.5MHz)通过传输系统。亮度信号经过低通滤波后抽样频率为13.5MHz，在A/D转换器中产生了10 bit的13.5MB/s码流；两路色度信号经过同样的过程后，在A/D转换器中产生了两路10 bit的6.75MB/s码流，三个视频通道经复用形成27MB/s的10 bit并行数据码流(Y,Cb,Cr)。

27MB/s的10 bit并行数据码流送到移位寄存器(串化器)，加入时钟和加扰，按照电视规范形成了270Mb/s的串行数据码流(SDI)。

5. 视频格式的转换

视频的不同格式决定了信号在亮度、色度、对比度、锐度、清晰度、最高分辨率等各个方面的表现。从上述对各种视频格式的分析可以知道，视频高清晰度质量的级别大致可以进行如右的排序(由高往低)：

其中，目前最高级别的当选DVI数字视频信号，但存在只能短距离传输的缺点(有效距离约5米)，SDI数字视频具备可以编辑和更长距离传输的优点，RGBHV与VGA其实属于统一档次的信号，只是由于信号的组成分量不同而有两种称呼，S-Video比起Video(复合视频的简称)在亮度利用率上有明显的提升，并有效消除了色彩蠕动现象，射频格式是最低级的信号，仅在监控和公共电视的范围应用。

工程应用中经常会面临很多信号格式的转换过程，这些不同格式的信号转换需要遵循那些规则？最终会产生什么效果的影响？一般认为：

低级别格式向高级别格式转换有比较明显的质量提升，比如早期的倍频扫描器或四倍频扫描器，还有目前流行的智能视频调节器，都是Video-RGBHV(复合视频-分量视频)的转换处理，对于提高信号的质量有很明显的改善。因为这些产品均使用了多比特数字技术，确保信号质量(清晰度、亮度、信噪比)可以进行高度还原。

DVI数字视频通常会转换成SDI或RGBHV，转换后原始信号的清晰度有所损失，但使DVI信号实现了长距离传输；VGA信号转换成RGBHV实际效果并没有得到提升，因为二者同等级别，但解决了VGA信号的同步通用匹配问题，而且能够进行更长距离的传输。

高级别格式向低级别格式(比如VGA转Video)转换的过程，无论对原始信号的任何方面，包括亮度、色度、色彩、对比度、锐度、清晰度、最高分辨率都会造成严重的损失，这种转换没有任何的意义，但早期具备一定的使用价值，比如：把电脑的VGA信号转换成Video进行磁带录像、电视机电视墙显示，或者在视像会议中用于“抓图”传输。