老古董視頻接口CVBS，為什么煥發(fā)第二春？跟俄烏有關(guān)
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CVBS（Composite Video Baseband Signal，復(fù)合視頻基帶信號(hào)）是一種常見的模擬視頻接口，通常以黃色的RCA接口連接設(shè)備，用于傳輸復(fù)合視頻信號(hào)。CVBS傳輸?shù)男盘?hào)包括亮度（Y）、色度（C）和同步信號(hào)，并將這些信號(hào)混合在一起，通過一根同軸電纜傳輸。
CVBS的主要特點(diǎn)：
單線傳輸視頻：CVBS通過一根電纜傳輸全部視頻信息，簡(jiǎn)化了連接方式，但容易出現(xiàn)亮度和色度信號(hào)的串?dāng)_，導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量較低。
適用于標(biāo)清設(shè)備：CVBS通常用于標(biāo)清（SD）設(shè)備，典型分辨率為480i（NTSC制）或576i（PAL制），無法支持高清視頻。
簡(jiǎn)單易用的接口：通過黃色RCA接口傳輸視頻信號(hào)，紅色和白色RCA接口則傳輸左右聲道的音頻信號(hào)。
兼容性強(qiáng)：CVBS在老式電視、DVD播放器、攝像頭等設(shè)備中應(yīng)用廣泛，盡管其信號(hào)質(zhì)量相較于現(xiàn)代數(shù)字接口較差，但仍然在某些老式或特殊場(chǎng)景中有重要應(yīng)用。
常見的CVBS應(yīng)用：
模擬電視：CVBS是早期模擬電視的主要視頻輸入接口。
DVD/VCD播放器：大多數(shù)早期的光盤播放器使用CVBS接口。
監(jiān)控系統(tǒng)：老式監(jiān)控?cái)z像頭常使用CVBS接口傳輸視頻。
早期游戲機(jī)：許多老式游戲主機(jī)使用CVBS接口連接電視。
CVBS廣泛用于傳輸標(biāo)清視頻信號(hào)，雖然信號(hào)質(zhì)量受限，但其便捷性和兼容性使其在模擬信號(hào)傳輸時(shí)代占據(jù)了重要地位。在現(xiàn)代設(shè)備中，CVBS已經(jīng)逐漸被高清數(shù)字接口（如HDMI）所取代，但在特定老式設(shè)備中仍有應(yīng)用價(jià)值。
CVBS 是被廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)，也叫做基帶視頻或RCA視頻，是(美國(guó))國(guó)家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（NTSC）電視信號(hào)的傳統(tǒng)圖像數(shù)據(jù)傳輸方法，它以模擬波形來傳輸數(shù)據(jù)。復(fù)合視頻包含色差（色調(diào)和飽和度）和亮度（光亮）信息，并將它們同步在消隱脈沖中，用同一信號(hào)傳輸。
它是一個(gè)模擬電視節(jié)目（圖像）信號(hào)在與聲音信號(hào)結(jié)合，并調(diào)制到射頻載波之前的一種格式。在快速掃描的NTSC電視中，甚高頻（VHF）或超高頻（UHF）載波是復(fù)合視頻所使用的調(diào)制振幅，這時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)大約有6MHz寬。一些閉路電視系統(tǒng)使用同軸電纜近距離傳輸復(fù)合視頻，一些DVD播放器和視頻磁帶錄像機(jī)（VCR）通過拾音插座提供復(fù)合視頻輸入和輸出，這個(gè)插座也叫做RCA連接器。
復(fù)合視頻中，色差和亮度信息的干涉是不可避免的，特別是在信號(hào)微弱的時(shí)候。這就是為何遠(yuǎn)距離的使用VHF或UHF的NTSC電視臺(tái)用老舊的鞭形天線，“兔子耳朵”，或室外的“空中”經(jīng)常包含假的或上下?lián)u動(dòng)的顏色。CVBS是一種比較老的顯示方式，更準(zhǔn)確的說是第一代視頻顯示輸出方式（第二代是S-VIDEO，第三代是VGA，第四代是DVI,第五代是HDMI）。
AV 和 CVBS 之間的關(guān)系
1. CVBS (Composite Video Broadcast Signal)
概念：CVBS是復(fù)合視頻信號(hào)，是一種將亮度信號(hào)（Y）、色度信號(hào)（C）和同步信號(hào)混合在一起的模擬視頻格式。
功能：僅傳輸視頻信號(hào)，不包含音頻。常見于老式的模擬電視、VCR和一些視頻輸出設(shè)備。
接口：通常通過黃色的RCA接口傳輸，連接到電視或顯示器。
2. AV (Audio Video)
概念：AV是指音頻和視頻信號(hào)的傳輸，涵蓋了視頻和音頻部分的集合。
功能：AV接口傳輸視頻和音頻信號(hào)，通常包括復(fù)合視頻（CVBS）和左右聲道音頻。
接口：典型的AV接口有三根RCA線：黃色（視頻，即CVBS信號(hào)）、白色（左聲道音頻）、紅色（右聲道音頻）。
電視的作用是重現(xiàn)景物的色彩效果。經(jīng)過研究彩色光的三個(gè)基本參量：亮度、色調(diào)、飽和度。想要還原色彩，就是要在電視系統(tǒng)中對(duì)這三個(gè)參量進(jìn)行傳輸接收、處理和顯示，CVBS的視頻信號(hào)通道在這個(gè)過程中擔(dān)任著信號(hào)傳輸?shù)慕巧Ｔ谝曨l信號(hào)中，電平的幅度包含了亮度信息，色度信號(hào)的相角包含了全部的色調(diào)信息和小部分飽和度信息，色度信號(hào)的振幅包含了另外的大部分飽和度信息。在DVD播放機(jī)應(yīng)用CVBS接口輸出視頻畫面時(shí)，使用示波器抓取一幀畫面中一行圖像的信號(hào)波形，注意圖中信號(hào)和圖像在時(shí)間軸上是對(duì)應(yīng)的，這樣我們可以看到畫面上的黑白柵格以及彩色圖像對(duì)應(yīng)信號(hào)波形的具體情況。
對(duì)圖中波形的各部分信號(hào)作出解釋：
①行同步：實(shí)現(xiàn)水平方向一行的同步掃描；
②黑電平：最低亮度對(duì)應(yīng)的電平，代表黑色，高于黑電平的亮度電平將被顯示在屏幕上；
③白電平：最高亮度對(duì)應(yīng)的電平，代表白色；
④灰電平：處于黑、白電平之間的電平幅度，在屏幕上顯示為亮度介于黑與白之間的灰色；
⑤消隱電平：消隱電平不會(huì)高于黑電平，所以不會(huì)顯示在電視屏幕上面。PAL制式的消隱電平和黑電平相同，NTSC制式的消隱電平低于黑電平；
⑥色同步：為了對(duì)色度信號(hào)進(jìn)行正確的解調(diào)，接收端本機(jī)副載波的頻率和基準(zhǔn)相位必須與發(fā)射端用來調(diào)制色差信號(hào)副載波頻率和相位嚴(yán)格一致；
⑦行消隱期：在一行信號(hào)中，行消隱期提供一行圖像掃描顯示完成后，到開始下一行掃描之前的間隙，作用是在行掃描的逆程期間使顯像管電子束截至，不在屏幕上顯示多余的圖像信息；
⑧完整一行信號(hào)。
觀察這一行信號(hào)波形，因?yàn)榱炼扰c電平幅度對(duì)應(yīng)，圖像中的前段是黑白柵格，所以波形上也對(duì)應(yīng)的是電平高低起伏變化；位于末尾的三段是彩色圖像，從信號(hào)波形上可以直觀的看到色度載波的幅值由小增大，對(duì)應(yīng)圖像的飽和度也由小增大，也就是我們常說的“顏色加深”。CVBS信號(hào)將亮度和色度信息疊加在一起傳輸，色度信號(hào)由色差信號(hào)（R-Y）和（B-Y）對(duì)頻率處于視頻通帶高端的副載波調(diào)制而形成，使亮度信號(hào)的主要能量分布在通帶的低端，而色度信號(hào)的主要能量分布在高端。
了解一行圖像的顯示和波形后，再觀察行與行以及場(chǎng)與場(chǎng)之間的銜接以及信號(hào)特征。下圖中黑色線表示一行顯示在屏幕上的圖像，沿Y軸正方向從左至右的掃描稱為行掃描正程；黃色虛線表示掃描正程后，電子槍需要返回到第二行其實(shí)掃描位置，這個(gè)沿Y軸負(fù)方向從右至左的掃描稱為行掃描逆程，掃描逆程是不顯示畫面的，對(duì)應(yīng)行消隱期；橙色虛線表示掃描至一場(chǎng)中最后一行的末尾之后，電子槍需要返回到第一行的起始掃描位置，這個(gè)過程稱為場(chǎng)掃描逆程，同樣這個(gè)過程中也是不顯示畫面的，對(duì)應(yīng)場(chǎng)消隱期。
下圖展示的是隔行掃描，紅色線是偶場(chǎng)，藍(lán)色線是奇場(chǎng)，兩場(chǎng)先后掃描后嵌套成完整畫面。
了解了一場(chǎng)掃描的過程之后，我們?cè)倏聪旅娓粜袙呙柚衅妗⑴紙?chǎng)消隱期的信號(hào)波形：
不論是奇場(chǎng)還是偶場(chǎng)都需要場(chǎng)逆程，因此都必然存在場(chǎng)消隱期給逆程提供時(shí)間，在消隱期中包括以下信號(hào)：前均衡脈沖、場(chǎng)同步脈沖、后均衡脈沖、行同步脈沖。同步脈沖存在的意義是使電視系統(tǒng)中的收、發(fā)端同步掃描，因?yàn)橐坏呙桀l率或相位不同，圖像將無法正常顯示，下圖展示相位不同步造成的后果：
帶傳送圖像；
收、發(fā)端掃描相位差半行時(shí)間造成圖像左右分裂；
收、發(fā)端掃描相位差半場(chǎng)時(shí)間造成圖像上下分裂。
因此，同步在電視系統(tǒng)中具有重要意義。為了區(qū)分行、場(chǎng)同步脈沖，將場(chǎng)脈沖的寬度設(shè)定為行同步脈沖的2~3倍。觀察奇、偶場(chǎng)的行同步信號(hào)相位，可以發(fā)現(xiàn)行同步脈沖相位上相差1/2個(gè)行周期，這是因?yàn)閮蓤?chǎng)的掃描起點(diǎn)相差半行的原因，前后均衡脈沖的作用是使奇、偶場(chǎng)的場(chǎng)同步脈沖在時(shí)間上對(duì)齊，保證了兩場(chǎng)的時(shí)間間隔相同，它的寬度是行周期的1/2，可以消除掉兩場(chǎng)中行同步不對(duì)齊對(duì)場(chǎng)同步脈沖相位的影響。后均衡脈沖之后的行同步脈沖是在場(chǎng)消隱期間保持行同步，即使此時(shí)并不需要顯示圖像，但收、發(fā)端的相位仍然需要同步。
二、CVBS視頻信號(hào)測(cè)試
對(duì)于輸出設(shè)備，如：DVD或機(jī)頂盒，需要先播放制定的測(cè)試視頻，然后在CVBS輸出接口處使用示波器捕獲波形并計(jì)算參數(shù)值，注意輸出端的信號(hào)和地之間串聯(lián)75Ω電阻。此處僅說明使用示波器測(cè)試幾個(gè)應(yīng)用：
例一：增益/頻率特性
測(cè)試信號(hào)為250kHz方波與多波群，多波群頻率從小到大分別為：0.5MHz、1.5MHz、2.5MHz、4.0MHz、4.8MHz和5.8MHz，計(jì)算公式：
其中：V0 為250kHz方波幅度，Vn為多波群信號(hào)V1~V6的峰峰值。
參數(shù)含義：該參數(shù)反映系統(tǒng)的幅度—頻率特性，理想狀態(tài)是幅度不受信號(hào)頻率的影響，保持一致，如果該參數(shù)有問題，會(huì)導(dǎo)致在畫面的不同位置上亮度重現(xiàn)出現(xiàn)錯(cuò)誤，影響圖像的清晰度。
例二：亮度非線性失真
階梯波信號(hào)也常被稱為“灰階”，用于測(cè)試“亮度非線性失真”，從圖像上可以看到有從黑到白共11個(gè)不同的亮度，對(duì)應(yīng)到信號(hào)波形上有11個(gè)不同的電平，以U0 表示黑電平，U1~U10表示后面的各階梯電平，△U1~△U10 分別為各階梯電平差，即：△U1=U1－U0、△U2=U2－U1以此列推，計(jì)算公式：
其中：△Umax和△Umin分別為△U1~△U10中的最大值和最小值。
參數(shù)含義：亮度非線性失真的值越小越好，理想狀態(tài)是各階電平幅度相等，即從黑到白亮度均勻分布。如果信號(hào)中階梯數(shù)量減少，則圖像失去部分灰度，層次減少，分辨率降低，產(chǎn)生色飽和度失真（由于色度信號(hào)是疊加在亮度信號(hào)上）；如果信號(hào)中各階梯幅度不等，則圖像灰度變化不均勻，產(chǎn)生視覺上的亮度失真。出現(xiàn)以上問題的原因通常是元器件的非線性，以及工作點(diǎn)設(shè)置不對(duì)。
對(duì)于CVBS視頻信號(hào)的測(cè)試，需要示波器具有“視頻觸發(fā)”功能，從而精確觸發(fā)到某一行的信號(hào)，得到各參數(shù)的具體值，來評(píng)估CVBS的信號(hào)質(zhì)量。
CVBS、S端子（S-Video）、YUV、RGB、色差分量等都是與視頻信號(hào)傳輸相關(guān)的概念，但它們?cè)谛盘?hào)處理方式、區(qū)域使用、以及傳輸質(zhì)量上各不相同。讓我們?cè)敿?xì)分析它們的關(guān)系以及歐洲和美國(guó)地區(qū)的應(yīng)用差異：
1. CVBS (Composite Video Broadcast Signal)
概念：CVBS 是復(fù)合視頻信號(hào)，將亮度（Y）、色度（C）和同步信號(hào)混合在一起，通過一根線傳輸。
特點(diǎn)：傳輸?shù)氖?span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">模擬視頻信號(hào)
接口：通常通過黃色的 RCA 接口傳輸。
應(yīng)用：在模擬電視時(shí)代廣泛使用于歐洲和美國(guó)。
2. S-端子 (S-Video)
概念：S-Video 是“Separate Video”的縮寫，分離亮度（Y）和色度（C）信號(hào)進(jìn)行傳輸。
特點(diǎn)：相比 CVBS，S-Video 提供了更好的視頻質(zhì)量，因?yàn)樗鼘⒘炼群蜕刃盘?hào)分離，減少了信號(hào)之間的干擾。
接口：常見的接口為 4 針 DIN 接口。
應(yīng)用：廣泛用于家用視頻設(shè)備，如錄像機(jī)、DVD 播放機(jī)等，特別在歐美市場(chǎng)使用。
3. YUV（Y, U, V） 和 色差分量
概念：
YUV 是一種色彩編碼格式，Y 表示亮度（Luma），U 和 V 表示色度（Chrominance）差異分量。色差信號(hào)分量是將原始 RGB 信號(hào)轉(zhuǎn)換成 YUV 形式，并通過三條線傳輸。
色差分量視頻（Component Video）是指將亮度（Y）與兩個(gè)色度差分量（U 和 V 或 Pb 和 Pr）分離出來進(jìn)行傳輸。
特點(diǎn)：色差分量傳輸可以提供高質(zhì)量的模擬視頻，幾乎接近數(shù)字信號(hào)的質(zhì)量。相比 CVBS 或 S-Video，它保留了更多的原始圖像信息。
接口：典型的接口是三根 RCA 線，分別為綠色（Y）、藍(lán)色（Pb/U）、紅色（Pr/V）。
應(yīng)用：色差分量接口在 DVD 播放器、高清電視等設(shè)備上很常見，在美國(guó)的家庭視頻設(shè)備上廣泛使用。
4. RGB（Red, Green, Blue）
概念：RGB 是最基礎(chǔ)的顏色模型，分別傳輸紅色、綠色和藍(lán)色三個(gè)獨(dú)立的顏色分量。
特點(diǎn)：RGB 信號(hào)質(zhì)量最高，因?yàn)樗苯觽鬏斎?，沒有進(jìn)行顏色空間轉(zhuǎn)換。它是計(jì)算機(jī)顯示器、某些高端電視和視頻設(shè)備的首選。
接口：可以通過 VGA（計(jì)算機(jī)顯示器使用）或 SCART（歐洲常見的多功能接口）傳輸。
應(yīng)用：RGB 信號(hào)主要在計(jì)算機(jī)顯示器、游戲機(jī)、專業(yè)視頻設(shè)備上使用。在歐洲的 SCART 接口中可以傳輸 RGB 信號(hào)。
5. 歐洲 vs 美國(guó)的使用差異
歐洲：
RGB 三原色傳輸：歐洲廣泛使用 SCART 接口，它可以傳輸 RGB 信號(hào)，是一種多功能接口，可以同時(shí)傳輸音頻和視頻。RGB 信號(hào)質(zhì)量非常高，常用于高清設(shè)備。
PAL 制式：歐洲普遍使用 PAL（Phase Alternating Line）視頻標(biāo)準(zhǔn)，其每秒傳輸 25 幀畫面，適合 50Hz 的電源頻率。
美國(guó)：
色差分量（YUV）傳輸：美國(guó)則更普遍使用色差分量接口，通過三根 RCA 線傳輸 YUV 信號(hào)，這種方式在 DVD 播放器、電視和投影儀等設(shè)備上很常見。
NTSC 制式：美國(guó)使用 NTSC（National Television System Committee）標(biāo)準(zhǔn)，每秒傳輸 30 幀畫面，適合 60Hz 的電源頻率。
各信號(hào)的比較：
CVBS：質(zhì)量最差，視頻信號(hào)混合在一起傳輸，容易受到干擾。
S-端子：質(zhì)量稍好，亮度和色度信號(hào)分離，減少了干擾。
YUV（色差分量）：亮度與色度完全分離，提供接近高清的畫質(zhì)，應(yīng)用廣泛。
RGB：最原始的三原色信號(hào)，信號(hào)質(zhì)量最高。
總結(jié)：
CVBS 是最基礎(chǔ)的視頻傳輸格式，逐漸被淘汰。
S-端子 提供稍好的視頻質(zhì)量，但仍是模擬信號(hào)。
YUV 色差分量 在美國(guó)廣泛使用，通過 RCA 接口傳輸高質(zhì)量視頻信號(hào)。
RGB 是最高質(zhì)量的視頻傳輸方式，主要在歐洲通過 SCART 接口使用。
FPV模擬圖傳，CVBS第二春
本來模擬視頻接口都要被淘汰了。但是隨著FPV的模擬圖傳的需求，讓CVBS恢復(fù)第二春。CVBS 在無人機(jī)圖傳系統(tǒng)中的輸入有一些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，盡管它是較老的模擬視頻接口。
以下是它在無人機(jī)圖傳應(yīng)用中的幾項(xiàng)優(yōu)勢(shì)：
低延遲傳輸：
CVBS 作為模擬信號(hào)，具有非常低的傳輸延遲。這在無人機(jī)的實(shí)時(shí)控制和監(jiān)控中非常關(guān)鍵，尤其是在需要快速反應(yīng)的場(chǎng)景，如競(jìng)速無人機(jī)（FPV racing）或?qū)崟r(shí)任務(wù)監(jiān)控。
與數(shù)字傳輸相比，模擬信號(hào)不需要復(fù)雜的編碼和解碼過程，這減少了延遲。
低帶寬需求：
CVBS 的帶寬需求相對(duì)較低，使其在長(zhǎng)距離傳輸或信號(hào)傳輸質(zhì)量較差的環(huán)境下依然能維持可靠性。這對(duì)于無線環(huán)境復(fù)雜、干擾較大的無人機(jī)通信特別有利。
相比于高清數(shù)字視頻，CVBS信號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)鏈路要求較低，可以使用現(xiàn)有的無線電系統(tǒng)，降低成本和復(fù)雜性。
抗干擾性和可靠性：
CVBS 信號(hào)在無線傳輸時(shí)具有較好的抗干擾性。盡管其圖像質(zhì)量較低，但傳輸?shù)姆€(wěn)定性強(qiáng)，特別適合那些要求長(zhǎng)距離、信號(hào)不穩(wěn)定的場(chǎng)景。
在一些低信號(hào)或噪聲環(huán)境下，CVBS信號(hào)比數(shù)字信號(hào)更容易恢復(fù)，從而提供穩(wěn)定的圖傳效果。
廣泛的設(shè)備兼容性：
許多現(xiàn)有的模擬攝像頭、圖傳設(shè)備和顯示器仍然支持CVBS接口，尤其在傳統(tǒng)的FPV無人機(jī)市場(chǎng)。這種廣泛的兼容性讓使用者不需要額外采購(gòu)或更換設(shè)備，降低了成本。
在某些預(yù)算有限或?qū)σ曨l質(zhì)量要求不高的場(chǎng)景下，使用 CVBS 可以最大化設(shè)備的兼容性和使用壽命。
功耗低：
CVBS 傳輸?shù)墓南鄬?duì)較低，特別是在發(fā)射端和接收端的編碼和解碼需求較少的情況下。這對(duì)電池供電的無人機(jī)尤其重要，因?yàn)榻档凸挠兄谘娱L(zhǎng)飛行時(shí)間。
簡(jiǎn)易布線：
CVBS 只需要一根信號(hào)線就能傳輸視頻信號(hào)，且線材簡(jiǎn)單、輕便，非常適合無人機(jī)這種對(duì)重量和體積有嚴(yán)格要求的應(yīng)用場(chǎng)景。
盡管 CVBS 在分辨率和圖像質(zhì)量上無法與 HDMI、SDI 等現(xiàn)代接口相比，但在需要低延遲、低帶寬、抗干擾強(qiáng)的場(chǎng)景下，它仍然是無人機(jī)圖傳系統(tǒng)中一個(gè)可行且具備性價(jià)比的選擇。
評(píng)論