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(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)：

1. 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。

2. 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。

3. 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)。

4. 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?。在視頻信號(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?、偶?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：

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(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)，由于亮度和色度混合傳輸，信號(hào)質(zhì)量較差，容易產(chǎn)生干擾。

• 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瑳]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)：

1. 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。