老古董視頻接口CVBS，為什么煥發(fā)第二春？跟俄烏有關(guān)

CVBS（Composite Video Baseband Signal，復合視頻基帶信號）是一種常見(jiàn)的模擬視頻接口，通常以黃色的RCA接口連接設備，用于傳輸復合視頻信號。CVBS傳輸的信號包括亮度（Y）、色度（C）和同步信號，并將這些信號混合在一起，通過(guò)一根同軸電纜傳輸。

CVBS的主要特點(diǎn)：

1. 單線(xiàn)傳輸視頻：CVBS通過(guò)一根電纜傳輸全部視頻信息，簡(jiǎn)化了連接方式，但容易出現亮度和色度信號的串擾，導致信號質(zhì)量較低。

2. 適用于標清設備：CVBS通常用于標清（SD）設備，典型分辨率為480i（NTSC制）或576i（PAL制），無(wú)法支持高清視頻。

3. 簡(jiǎn)單易用的接口：通過(guò)黃色RCA接口傳輸視頻信號，紅色和白色RCA接口則傳輸左右聲道的音頻信號。

4. 兼容性強：CVBS在老式電視、DVD播放器、攝像頭等設備中應用廣泛，盡管其信號質(zhì)量相較于現代數字接口較差，但仍然在某些老式或特殊場(chǎng)景中有重要應用。

常見(jiàn)的CVBS應用：

• 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：大多數早期的光盤(pán)播放器使用CVBS接口。

• 監控系統：老式監控攝像頭常使用CVBS接口傳輸視頻。

• 早期游戲機：許多老式游戲主機使用CVBS接口連接電視。

  
  

CVBS廣泛用于傳輸標清視頻信號，雖然信號質(zhì)量受限，但其便捷性和兼容性使其在模擬信號傳輸時(shí)代占據了重要地位。在現代設備中，CVBS已經(jīng)逐漸被高清數字接口（如HDMI）所取代，但在特定老式設備中仍有應用價(jià)值。

CVBS 是被廣泛使用的標準，也叫做基帶視頻或RCA視頻，是(美國)國家電視標準委員會(huì )（NTSC）電視信號的傳統圖像數據傳輸方法，它以模擬波形來(lái)傳輸數據。復合視頻包含色差（色調和飽和度）和亮度（光亮）信息，并將它們同步在消隱脈沖中，用同一信號傳輸。

它是一個(gè)模擬電視節目（圖像）信號在與聲音信號結合，并調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）載波是復合視頻所使用的調制振幅，這時(shí)產(chǎn)生的信號大約有6MHz寬。一些閉路電視系統使用同軸電纜近距離傳輸復合視頻，一些DVD播放器和視頻磁帶錄像機（VCR）通過(guò)拾音插座提供復合視頻輸入和輸出，這個(gè)插座也叫做RCA連接器。

復合視頻中，色差和亮度信息的干涉是不可避免的，特別是在信號微弱的時(shí)候。這就是為何遠距離的使用VHF或UHF的NTSC電視臺用老舊的鞭形天線(xiàn)，“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，更準確的說(shuō)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是復合視頻信號，是一種將亮度信號（Y）、色度信號（C）和同步信號混合在一起的模擬視頻格式。

• 功能：僅傳輸視頻信號，不包含音頻。常見(jiàn)于老式的模擬電視、VCR和一些視頻輸出設備。

• 接口：通常通過(guò)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，通常包括復合視頻（CVBS）和左右聲道音頻。

• 接口：典型的AV接口有三根RCA線(xiàn)：黃色（視頻，即CVBS信號）、白色（左聲道音頻）、紅色（右聲道音頻）。

電視的作用是重現景物的色彩效果。經(jīng)過(guò)研究彩色光的三個(gè)基本參量：亮度、色調、飽和度。想要還原色彩，就是要在電視系統中對這三個(gè)參量進(jìn)行傳輸接收、處理和顯示，CVBS的視頻信號通道在這個(gè)過(guò)程中擔任著(zhù)信號傳輸的角色。在視頻信號中，電平的幅度包含了亮度信息，色度信號的相角包含了全部的色調信息和小部分飽和度信息，色度信號的振幅包含了另外的大部分飽和度信息。在DVD播放機應用CVBS接口輸出視頻畫(huà)面時(shí)，使用示波器抓取一幀畫(huà)面中一行圖像的信號波形，注意圖中信號和圖像在時(shí)間軸上是對應的，這樣我們可以看到畫(huà)面上的黑白柵格以及彩色圖像對應信號波形的具體情況。

對圖中波形的各部分信號作出解釋?zhuān)?br/>

①行同步：實(shí)現水平方向一行的同步掃描；

②黑電平：最低亮度對應的電平，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：最高亮度對應的電平，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：為了對色度信號進(jìn)行正確的解調，接收端本機副載波的頻率和基準相位必須與發(fā)射端用來(lái)調制色差信號副載波頻率和相位嚴格一致；

⑦行消隱期：在一行信號中，行消隱期提供一行圖像掃描顯示完成后，到開(kāi)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。

觀(guān)察這一行信號波形，因為亮度與電平幅度對應，圖像中的前段是黑白柵格，所以波形上也對應的是電平高低起伏變化；位于末尾的三段是彩色圖像，從信號波形上可以直觀(guān)的看到色度載波的幅值由小增大，對應圖像的飽和度也由小增大，也就是我們常說(shuō)的“顏色加深”。CVBS信號將亮度和色度信息疊加在一起傳輸，色度信號由色差信號（R-Y）和（B-Y）對頻率處于視頻通帶高端的副載波調制而形成，使亮度信號的主要能量分布在通帶的低端，而色度信號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(guān)察行與行以及場(chǎng)與場(chǎng)之間的銜接以及信號特征。下圖中黑色線(xiàn)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(chēng)為行掃描正程；黃色虛線(xiàn)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軸負方向從右至左的掃描稱(chēng)為行掃描逆程，掃描逆程是不顯示畫(huà)面的，對應行消隱期；橙色虛線(xiàn)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(guò)程稱(chēng)為場(chǎng)掃描逆程，同樣這個(gè)過(guò)程中也是不顯示畫(huà)面的，對應場(chǎng)消隱期。

下圖展示的是隔行掃描，紅色線(xiàn)是偶場(chǎng)，藍色線(xiàn)是奇場(chǎng)，兩場(chǎng)先后掃描后嵌套成完整畫(huà)面。

了解了一場(chǎng)掃描的過(guò)程之后，我們再看下面隔行掃描中奇、偶場(chǎng)消隱期的信號波形：

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：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中的收、發(fā)端同步掃描，因為一旦掃描頻率或相位不同，圖像將無(wú)法正常顯示，下圖展示相位不同步造成的后果：

1. 帶傳送圖像；

2. 收、發(fā)端掃描相位差半行時(shí)間造成圖像左右分裂；

3. 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，同步在電視系統中具有重要意義。為了區分行、場(chǎng)同步脈沖，將場(chǎng)脈沖的寬度設定為行同步脈沖的2~3倍。觀(guān)察奇、偶場(chǎng)的行同步信號相位，可以發(fā)現行同步脈沖相位上相差1/2個(gè)行周期，這是因為兩場(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)中行同步不對齊對場(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視頻信號測試

對于輸出設備，如：DVD或機頂盒，需要先播放制定的測試視頻，然后在CVBS輸出接口處使用示波器捕獲波形并計算參數值，注意輸出端的信號和地之間串聯(lián)75Ω電阻。此處僅說(shuō)明使用示波器測試幾個(gè)應用：

例一：增益/頻率特性

測試信號為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，計算公式：

其中：V0 為250kHz方波幅度，Vn為多波群信號V1~V6的峰峰值。

參數含義：該參數反映系統的幅度—頻率特性，理想狀態(tài)是幅度不受信號頻率的影響，保持一致，如果該參數有問(wèn)題，會(huì )導致在畫(huà)面的不同位置上亮度重現出現錯誤，影響圖像的清晰度。

例二：亮度非線(xiàn)性失真

階梯波信號也常被稱(chēng)為“灰階”，用于測試“亮度非線(xiàn)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，對應到信號波形上有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，計算公式：

其中：△Umax和△Umin分別為△U1~△U10中的最大值和最小值。

參數含義：亮度非線(xiàn)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。如果信號中階梯數量減少，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（由于色度信號是疊加在亮度信號上）；如果信號中各階梯幅度不等，則圖像灰度變化不均勻，產(chǎn)生視覺(jué)上的亮度失真。出現以上問(wèn)題的原因通常是元器件的非線(xiàn)性，以及工作點(diǎn)設置不對。

對于CVBS視頻信號的測試，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，得到各參數的具體值，來(lái)評估CVBS的信號質(zhì)量。

CVBS、S端子（S-Video）、YUV、RGB、色差分量等都是與視頻信號傳輸相關(guān)的概念，但它們在信號處理方式、區域使用、以及傳輸質(zhì)量上各不相同。讓我們詳細分析它們的關(guān)系以及歐洲和美國地區的應用差異：

1. CVBS (Composite Video Broadcast Signal)

• 概念：CVBS 是復合視頻信號，將亮度（Y）、色度（C）和同步信號混合在一起，通過(guò)一根線(xiàn)傳輸。

• 特點(diǎn)：傳輸的是模擬視頻信號，由于亮度和色度混合傳輸，信號質(zhì)量較差，容易產(chǎn)生干擾。

• 接口：通常通過(guò)黃色的 RCA 接口傳輸。

• 應用：在模擬電視時(shí)代廣泛使用于歐洲和美國。

2. S-端子 (S-Video)

• 概念：S-Video 是“Separate Video”的縮寫(xiě)，分離亮度（Y）和色度（C）信號進(jìn)行傳輸。

• 特點(diǎn)：相比 CVBS，S-Video 提供了更好的視頻質(zhì)量，因為它將亮度和色度信號分離，減少了信號之間的干擾。

• 接口：常見(jiàn)的接口為 4 針 DIN 接口。

• 應用：廣泛用于家用視頻設備，如錄像機、DVD 播放機等，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。色差信號分量是將原始 RGB 信號轉換成 YUV 形式，并通過(guò)三條線(xiàn)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(lái)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，幾乎接近數字信號的質(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(xiàn)，分別為綠色（Y）、藍色（Pb/U）、紅色（Pr/V）。

• 應用：色差分量接口在 DVD 播放器、高清電視等設備上很常見(jiàn)，在美國的家庭視頻設備上廣泛使用。

4. RGB（Red, Green, Blue）

• 概念：RGB 是最基礎的顏色模型，分別傳輸紅色、綠色和藍色三個(gè)獨立的顏色分量。

• 特點(diǎn)：RGB 信號質(zhì)量最高，因為它直接傳輸三原色，沒(méi)有進(jìn)行顏色空間轉換。它是計算機顯示器、某些高端電視和視頻設備的首選。

• 接口：可以通過(guò) VGA（計算機顯示器使用）或 SCART（歐洲常見(jiàn)的多功能接口）傳輸。

• 應用：RGB 信號主要在計算機顯示器、游戲機、專(zhuān)業(yè)視頻設備上使用。在歐洲的 SCART 接口中可以傳輸 RGB 信號。

5. 歐洲 vs 美國的使用差異

• 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，是一種多功能接口，可以同時(shí)傳輸音頻和視頻。RGB 信號質(zhì)量非常高，常用于高清設備。

• PAL 制式：歐洲普遍使用 PAL（Phase Alternating Line）視頻標準，其每秒傳輸 25 幀畫(huà)面，適合 50Hz 的電源頻率。

• 美國：

• 色差分量（YUV）傳輸：美國則更普遍使用色差分量接口，通過(guò)三根 RCA 線(xiàn)傳輸 YUV 信號，這種方式在 DVD 播放器、電視和投影儀等設備上很常見(jiàn)。

• NTSC 制式：美國使用 NTSC（National Television System Committee）標準，每秒傳輸 30 幀畫(huà)面，適合 60Hz 的電源頻率。

各信號的比較：

• CVBS：質(zhì)量最差，視頻信號混合在一起傳輸，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(huà)質(zhì)，應用廣泛。

• RGB：最原始的三原色信號，信號質(zhì)量最高。

總結：

• CVBS 是最基礎的視頻傳輸格式，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。

• YUV 色差分量 在美國廣泛使用，通過(guò) RCA 接口傳輸高質(zhì)量視頻信號。

• RGB 是最高質(zhì)量的視頻傳輸方式，主要在歐洲通過(guò) SCART 接口使用。

FPV模擬圖傳，CVBS第二春

本來(lái)模擬視頻接口都要被淘汰了。但是隨著(zhù)FPV的模擬圖傳的需求，讓CVBS恢復第二春。CVBS 在無(wú)人機圖傳系統中的輸入有一些獨特的優(yōu)勢，盡管它是較老的模擬視頻接口。

以下是它在無(wú)人機圖傳應用中的幾項優(yōu)勢：

1. 低延遲傳輸：

• CVBS 作為模擬信號，具有非常低的傳輸延遲。這在無(wú)人機的實(shí)時(shí)控制和監控中非常關(guān)鍵，尤其是在需要快速反應的場(chǎng)景，如競速無(wú)人機（FPV racing）或實(shí)時(shí)任務(wù)監控。

• 與數字傳輸相比，模擬信號不需要復雜的編碼和解碼過(guò)程，這減少了延遲。

• 低帶寬需求：

• CVBS 的帶寬需求相對較低，使其在長(cháng)距離傳輸或信號傳輸質(zhì)量較差的環(huán)境下依然能維持可靠性。這對于無(wú)線(xiàn)環(huán)境復雜、干擾較大的無(wú)人機通信特別有利。

• 相比于高清數字視頻，CVBS信號對數據鏈路要求較低，可以使用現有的無(wú)線(xiàn)電系統，降低成本和復雜性。

• 抗干擾性和可靠性：

• CVBS 信號在無(wú)線(xiàn)傳輸時(shí)具有較好的抗干擾性。盡管其圖像質(zhì)量較低，但傳輸的穩定性強，特別適合那些要求長(cháng)距離、信號不穩定的場(chǎng)景。

• 在一些低信號或噪聲環(huán)境下，CVBS信號比數字信號更容易恢復，從而提供穩定的圖傳效果。

• 廣泛的設備兼容性：

• 許多現有的模擬攝像頭、圖傳設備和顯示器仍然支持CVBS接口，尤其在傳統的FPV無(wú)人機市場(chǎng)。這種廣泛的兼容性讓使用者不需要額外采購或更換設備，降低了成本。

• 在某些預算有限或對視頻質(zhì)量要求不高的場(chǎng)景下，使用 CVBS 可以最大化設備的兼容性和使用壽命。

• 功耗低：

• CVBS 傳輸的功耗相對較低，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。這對電池供電的無(wú)人機尤其重要，因為降低功耗有助于延長(cháng)飛行時(shí)間。

• 簡(jiǎn)易布線(xiàn)：

• CVBS 只需要一根信號線(xiàn)就能傳輸視頻信號，且線(xiàn)材簡(jiǎn)單、輕便，非常適合無(wú)人機這種對重量和體積有嚴格要求的應用場(chǎng)景。

盡管 CVBS 在分辨率和圖像質(zhì)量上無(wú)法與 HDMI、SDI 等現代接口相比，但在需要低延遲、低帶寬、抗干擾強的場(chǎng)景下，它仍然是無(wú)人機圖傳系統中一個(gè)可行且具備性?xún)r(jià)比的選擇。