音视频输入输出信号格式与接口

音视频输入\输出信号格式与接口

一、视频信号类型及接口

我们在《音视频系统工程基础》课程中已经对音视频系统中各类常见信号接口的知识进行了学习，接下来，我们对各类信号，尤其是视频信号进行比较分析。在实际的工程技术中，随着视频清晰度的不断提高，从早期的RF信号开始，经历了AV、S-video、YCbCr\YPbPr、VGA、DVI、HDMI等各种信号类型。

1. RF：电视机上的TV接口又称RF射频输入接口，这是最早在电视机上出现的接口，用于接收从天线接收到的电视信号，目前在有线电视领域也是一个常用的接口。RF信号是视频信号(CVBS)和音频信号(Audio)混合编码生成的一种高频调制信号(RF)，采用同轴电缆传输，由于音视频信号之间相互干扰较大，它的视频清晰度是视频信号中最低的，但采用75Ω阻抗的线材减少了阻抗不匹配和信号反射对于图像的影响，适合于长距离传输。

2. Video：这类接口通常与音频接口（Audio）一起称为AV接口，又称RCA 接口（俗称莲花头），AV信号是对RF信号的改进，也是最常见的音视频连接方式。一般来说，传输AV信号用三根信号线，传输Video信号的线头接口用黄色表示，音频信号分为左右声道分别用红色和白色表示。AV信号的改进之处在于将视频信号和音频信号分离传输，在成像方面很大程度避免了视频与音频相互干扰对画质的影响，但由于Video信号依旧是将亮度信号和色度信号进行混合传输，因此，也称Composite复合视频端口，需要在终端显示设备上需要进行对亮度和色度的分离，色度、亮度的相互干扰以及分离过程造成的信号损失使得画面并不是特别出色，水平清晰度在300电视线左右。目前，AV接口广泛用于电视与DVD连接，也是每台电视必备的接口之一。

3. S-video：称为S端子，是Super-Video(超级视频信号)或

Separate-Video(分离视频信号)的简称。S-video接口分别用两条75欧的同轴电缆传输模拟视频信号，一条电缆传送亮度信号，另一条电缆传送色度信号。

S-video与Video不同的是将亮度和色度信号分开传输，减少了影像在“分离”、“合成”转换过程中的信号损失，降低了设备内信号干扰而产生的图像失真，能够有效的提高画质的清晰程度。S端子支持设备最大显示分辨率为1024*768，常

见的S-video接口有三种：4针、7针和9针。目前，电视机、影碟机、投影机等设备配接的都是4针插头，而实际上是一种五芯接口，由两路亮度信号（亮度信号和亮度信号接地）、两路色度信号（色度信号和色度信号接地）和一路公共屏蔽地线共五条芯线组成，使用时要注意插入的方向和位置，以免弄弯针头。

4. YCbCr\YPbPr：YCbCr\YPbPr指分量信号（Component）也称色差信号，实质上是将S-video的色度信号再分解为色差Cr、Cb，这样就避免了两路色差混合编码和分离的过程。

一般利用三根信号线将视频信号分离成亮度（Y）信号和两路色差信号（去掉亮度信号后的色彩差异信号Cb、Cr）进行传输，在三条线的接头处分别用绿、蓝、红色进行区别，这三条线如果相互之间插错了，可能会显示不出画面或是显示出奇怪的色彩，其所还原的信号质量比Video和S-video好。色差分为逐行和隔行显示， YCbCr表示的是隔行，YPbPr表示则是逐行，如果电视只有YCbCr分量端子的话，则说明电视不能支持逐行分量，用YPbPr分量端子的话则支持逐行和隔行两种分量。目前档次较高的电视一般拥有2组或3组分量接口，而稍差一些的电视可能只有一组隔行，色差分量信号在DVD、PS2、XBOX、NGC等视频设备上都可以使用。

5. RGBHV信号：将视频信号分解为“R、G、B、H、V”五种信号，利用三基色原理对图像进行编码，即红、绿、蓝三种视频信号外加行（黑色）、场（黄色）同步信号，分别使用五根BNC线进行传输。除此之外，RGsB、RsGsBs、RGBs均是常见传输模式。

RGsB：同步信号附加在绿色通道，使用三根同轴电缆进行传输；

RsGsBs：同步信号附加在红、绿、蓝三个通道，使用三根同轴电缆进行传输；

RGBs: 同步信号作为一个独立通道，使用四根同轴电缆进行传输；

RGBHV：同步信号作为行、场两个独立通道，使用五根同轴电缆进行传输

6. VGA：VGA信号是一种模拟视频信号，VGA（Video Graphics Array）接口，也叫D-Sub接口。VGA接口是一种D型接口，上面共有15针，分成三排，每排五个，常用于电脑显卡的输出接口，是电脑主机与显示器之间的桥梁，负责向显示器输出相应的图像信号，是一种模拟接口。由于传统的CRT模拟显示设备无法直接接收并显示电脑CPU处理的数字信号，计算机内部以数字方式生成的显示图像信息，被显卡中的数字/模拟转换器（D/A转换转变为R、G、Ｂ三原色信号和行、场同步信号并通过显卡的VGA接口输出到模拟显示器以获得视频画面（VGA接口的制作），在数模转换过程中会造成画质的失真。VGA接口是显卡上应用最为广泛的接口类型，目前大多数计算机与外部显示设备之间都是通过模拟VGA接口连接，在不少低端产品中，VGA接口也常用于连接LCD、DLP等数字显示设备，但在显示设备中需配置相应的Ａ/Ｄ（模拟/数字）转换器，将模拟信号转变为数字信号方能接收，这样，在经过Ｄ/Ａ和Ａ/Ｄ2次转换后，图像细节的损失就更大了。）

VGA信号的组成分为五种：RGBHV，分别是红、绿、蓝三原色和行、场同步信号。VGA传输距离非常短，在实际工程中为了传输更远的距离，人们把VGA线拆开，将RGBHV五种信号分离出来，分别用五根同轴电缆传输，这种传输方式叫RGB传输，习惯上这种信号也叫RGB信号，在本质上RGB和VGA是没有太大区别。

7. DVI接口：DVI（Digital Visual Interface，18针连接头）接口广泛应用于电脑和数字电视领域，与VGA接口不同的是，DVI采用全数字传输方式，是一种数字化接口，采用DVI接口可以将计算机产生的数字信号不加转换地直接传输到LCD等数字显示设备中，避免了通过模拟传输方式（如色差端子、RGBHV端子、VGA端子等模拟传输方式）传输信号的过程中的数字-模拟转换过程，提高了图像显示质量，但有效传输距离仅有5m左右。

8. HDMI接口：HDMI（High Definition Multimedia），中文的意思是高清晰度多媒体接口，与DVI接口一样采用全数字传输方式，不同的是，HDMI接口不但可以提供全数字的视频信号，而且还可以同时传输音频，而数字化的传输不会像射频那样出现视频与音频干扰导致画质不佳的情况。HDMI接口可提供高达5Gbps的数据传输带宽，最远可传输15米，传送无压缩的音频信号及高分辨率

视频信号，支持同时传输一个1080p的视频和一个8声道的音频信号，能有效解决系统连线杂乱的问题。

9. SDI接口

SDI是一种数字视频格式，用于广播级视频传输，通常使用75欧的BNC端子、带屏蔽的同轴电缆进行设备的连接，电缆最大有效长度为250m，最高传输速率为270Mbps。

二、音频信号接口类型

1. Audio：传输Audio信号通常采用RCA接口，又称非平衡式接口或莲花接口。RCA端子采用同轴传输信号（BNC）的方式，中轴用来传输信号，外沿一圈的接触层用来接地，也可以用来传输数字音频信号和模拟视频信号。RCA音频端子一般成对地用不同颜色标注：右声道用红色（R）；左声道用黑色或白色(L)。在5.1及以上声道中，中置和环绕声道连接线也会用其他的颜色标注来方便接线，但整个系统中，无论哪种颜色的RCA接头，在电气性能上都是一样的。

2. TRS（6.35mm）,俗称“大三芯”，音频设备连接插头，用于非平衡立体声信号的传输，此时功能与RCA插头一样，也可用于平衡信号的传输，类同XLR 接头。

3. XLR卡侬头

XLR称为“卡侬接头”、“平衡端子”、“麦克风插头”，用于平衡立体声信号的传输，是一种三线的连接端子，三根导线分别是正极（高端）、负极（低端）和屏蔽（接地）。一般来讲应用在专业或广播电视领域，XLR端子的优势在于平衡线性传输信号，这样可以在长距离传送音频信号时大大减少电子系统在工作时由于电磁、射频干扰而产生的噪音和哼声，但在消费类家用电器中，XLR传输的优势并不非常明显。

4. 微型3.5mm音频接头

CD播放机、MP3播放机、计算机电脑声卡均使用微型音频插孔用于音频立体声信号的输入\输出。在音频系统应用中，经常会需要将微型接口的音频输出（例如计算机声卡音频输出）转换成RCA左右两路音频信号用于后级设备的输入端（例如功率放大器或调音台）。

三、其它接口

1. IEEE1394接口

IEEE1394接口，中文译名是火线接口，支持外部设备热插拔，可为外部设备提供电源，典型数据传输速率为400Mbps，目前改进型的1394接口传输速率可达到800Mbps，常用于计算机与数字摄像机、视频录像机以及其他“创作型”音视频器材的连接。

2. BNC接口（Bayonet Nut Connector）

BNC是同轴电缆接口，也称Q9接头，用75欧同轴电缆连接。

3. USB接口

USB的中文意思是通用串行总线（Universal Serial Bus），是一种计算机及周边设备（数码相机、数字摄像机、MP3播放机、移动硬盘、键盘\鼠标、打印机等）之间的“即插即用”接口。USB网络连接线有两种规格，一种只是USB 文件传输电缆(data-link)；而另一种带有网卡功能的USB网络适配电缆

（net-link），通过USB端口到USB HUB，提供了更快更便捷的方法建立计算机网络，取代了以往的网卡。我们知道通常电脑上的USB口是主口(Host)，它只能与连接在USB从口上的设备通讯，如键盘、鼠标、扫描仪等。而电脑间的通讯，通常使用以太网(Ethernet)或并/串口。通过专用的USB控制芯片，可以在两台具备USB主口的设备间实现点对点通讯，在外观上，两种线差别不大。

目前在市场上销售的USB连接线或U盘大多数为USB 1.1标准的，高速方式的传输速率为12Mbps，低速方式的传输速率为1.5Mbps。USB2.0规范是由USB1.1规范演变而来的，它的传输速率达到了480Mbps，足以满足大多数外设的速率要

求。但是usb2.0目前也分为两个版本。full SPEED（全速版），其实就是usb1.1版本；high SPEED（高速版）才是真正的2.0接口。

4. RJ-45接口

RJ-45接口是以太网最为常用的接口，RJ-45是一个常用名称，使用由国际性的接插件标准定义的8个位置（8针）的模块化插头，其制作规范我们将在第八章中进行详细说明。

5. RS232接口

RS232是一种在计算机和连接设备之间进行低速通信的接口，大多为9针插头，最大传输速率为20Kbps，线缆最长15m。同类接口还存在RS422、RS485，几种接头间可以相互转换。

四、视频格式的转换

不同格式的视频信号在亮度、色度、对比度、清晰度和分辨率等各个方面有所不同，按清晰度质量级别从高到低对各类视频格式进行排序，依次是DVI、RGBHV（VGA）、HDTV、SDI、Y-Pb-Pr、S-Video、Video、RF。一般来说，高级别格式向低级别格式转换，会造成信号的损失，没有太大意义，但在特殊情况下可以使用，例如将DVI信号转换成SDI或RGBHV信号，虽然损失了清晰度，但可以实现长距离传输；低级别格式通过倍频、信号调节等信号处理设备可以向高级别格式转换，能产生较为明显的质量提升。目前，可以在市场上购置到各类信号接口间的转换器和适配线缆，实现多种视频格式的互换。