数字视频信号的传输
视频信号数字化传输关键技术解析
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不同信号传输方式对视频质量的影响
不同信号传输方式对视频质量的影响信号传输技术是视频传输中必不可少的一部分，它直接影响着视频传输的质量。
不同的信号传输方式会对视频质量产生不同程度的影响。
本文将介绍不同信号传输方式对视频质量的影响，并探讨了如何选择合适的信号传输方式以提高视频传输质量。
一、模拟信号传输方式1. CVBS传输方式CVBS（Composite Video Baseband Signal）模拟信号传输方式是一种较为传统的视频传输方式，通过将视频、音频、色度信号合并成一个信号，传输到电视机或者其他设备上。
由于该方式采用的是模拟信号传输方式，所以在传输过程中会受到信号干扰、衰减等问题的影响，同时信号的传输距离也比较有限。
因此，CVBS传输方式下，视频质量相对较差，画质不清晰，色彩不够鲜艳，而且对于长距离传输它的影响也比较大。
2. S-Video传输方式S-Video（Separated Video）传输方式是在CVBS基础上发展起来的一种信号传输方式，它将视频信号与色度信号分开传输。
由于信号的分离，S-Video传输方式下，视频画质相对较好，色彩更加鲜艳，但因为仍然是模拟信号传输方式，所以对于信号衰减、受干扰等问题影响仍然比较大。
二、数字信号传输方式1. HDMI传输方式HDMI（High-Definition Multimedia Interface）数字信号传输方式是一种高清晰度的视频传输方式，它将音频与视频信号在一个信号线上传输。
由于采用数字信号传输方式，所以信号在传输过程中免受干扰、衰减等问题影响，同时HDMI传输方式下，视频画质清晰，色彩鲜艳，具有更好的观感效果。
此外，HDMI传输方式还可以传输高清声音，提供更加逼真的听觉效果。
2. DVI传输方式DVI（Digital Visual Interface）传输方式也是一种数字信号传输方式，主要应用于计算机显示器的数字信号传输。
它采用数字方式传输视频信号，传输速度较快，画质清晰度高，但与HDMI传输方式相比，它不能传输音频信号。
LVDS技术在数字视频传输系统中的应用
LVDS技术在数字视频传输系统中的应用随着信息技术的发展，多媒体、虚拟现实以及网络技术对数字视频信号的带宽要求越来越大，数据传输的需求急剧增加。
包含丰富信息量的视频图像传输技术倍受关注。
传统的视频传输方法在速度、噪声、EMI／EMC、功耗、成本等方面存在很大的局限性。
因此，采用新的I／O接口技术来解决视频图像传输问题显得日益突出。
低电压差分信号传输技术简称LVDS(Low Voltage Differential Signal)技术具有高速、低成本的特性为解决视频传输这一瓶颈问题提供了可能。
LVDS技术核心是采用极低的电压摆幅高速差动传输数据，可以实现点对点或一点对多点的连接，远距离信号传输。
具有低功耗、低误码率、低串扰和低辐射等特点。
其传输介质可以是铜质的PCB连线，也可以是平衡电缆。
LVDS技术是种低摆幅的通用I／0标准，其低摆幅和低电流驱动输出实现低噪声和低功耗，解决物理层点对点传输的瓶颈问题，满足数据高速传输的要求。
将LVDS技术应用到数字视频传输系统中，通过合理的方案设计使系统能满足图像数据实时、稳定、高速传输的要求。
1 数字视频传输系统硬件设计数字视频传输系统由发送单元和接收单元组成，其功能组成框图见图1。
发送单元主要由FPGA、A ／D转换器、串行器和信号预加重缓冲器组成，主要完成模拟视频信号数字化和数字图像信息串行经驱动后发送给接收单元。
接收单元主要由LVDS均衡器、解串器和D／A组成，主要完成串行差分信号的解串，恢复成并行的数字信号信息，并将解串后的信号经D／A转换为模拟视频信号。
1．1 FPCA(现场可编程门阵列)方案采用Actel公司推出的第二代基于Flash(闪存)的可编程器件ProASIC Plus系列中的APAl50。
该系列器件具ASIC(专用集成电路)的性能和FPGA的灵活性于一身，具有150 000个系统门．逻辑单元为6 144个，内嵌36 Kb的双端口SRAM和2个锁相环(PLL)内核，支持3．3 V、32 bit、50 MHz的PCI总线，系统外部性能达150 MHz，具有高密度、低功耗、非易失及可重复编程等特点。
数字信号数据的传输方式
数字信号数据的传输方式（1）基带传输。
基带传输是最基本的数据传输方式，即按数据波的原样，不包含任何调制，在数字通信的信道上直接传送数据。
基带传输不适于传输语言、图像等信息。
目前大部分微机局域网，包括控制局域网，都是采用基带传输方式的基带网。
基带网的特点是：信号按位流形式传输，整个系统不用调制解调器，降低了价格；传输介质较宽带网便宜；可以达到较高的数据传输速率（目前一般为10～100Mb/s ），但其传输距离一般不超过25km ，传输距离越长，质量越低；基带网中线路工作方式只能为半双工方式或单工方式。
基带传输时，通常对数字信号进行一定的编码，数据编码常用3种方法：非归零码NRZ 、曼彻斯特编码和差动曼彻斯特编码。
后两种编码不含直流分量，包含时钟脉冲，便于双方自同步，因此，得到了广泛的应用。
（2）频带传输。
频带传输是一种采用调制、解调技术的传输形式。
在发送端，采用调制手段，对数字信号进行某种变换，将代表数据的二进制“1”和“0”，变换成具有一定频带范围的模拟信号，以适应在模拟信道上传输；在接收端，通过解调手段进行相反变换，把模拟的调制信号复原为“1”或“0”。
常用的调制方法有：频率调制、振幅调制和相位调制。
具有调制、解调功能的装置称为调制解调器，即Modem 。
频带传输较复杂，传送距离较远，若通过市话系统配各Modem ，则传送距离可不受限制。
PLC 网一般范围有限，故PLC 网多采用基带传输。
（3）载波传输。
通信的最终目的是远距离传递信息。
虽然基带数字信号可以在传输距离不远的情况下直接传送，但如果要远距离传输时，特别是在无线或光纤信道上传输时，则必须经过调制将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。
为了使数字信号在有限带宽的高频信道中传输，必须对数字信号进行载波调制。
如同传输模拟信号时一样，传输数字信号时也有3种基本的调制方式：幅度键控、频移键控和相移键控。
它们分别对应于用载波（正弦波）的幅度、频率和相位来传递数字基带信号，可以看成是模拟线性调制和角度调制的特殊情况。
视频信号数字化传输关键技术解析
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视频信号的传输方式
视频信号的传输方式视频信号的传输方式监控系统中，视频信号的传输是整个系统非常重要的一环，也是广大工程商挺挠头的一件事，随着工程中监控设备价格的透明性和工程商竞争的加剧，信号传输部分的费用越来越受到大家的重视；目前，在监控系统中最常用的传输介质是同轴电缆、双绞线、光纤等方式，对于不同场合、不同的传输距离，怎样能保证传输质量、降低费用，根据多年的工程经验，在这里我们作一些介绍供参考。
一、同轴电缆传输（一）通过同轴电缆传输视频基带信号视频基带信号也就是通常讲的视频信号，它的带宽是0-6MHZ，一般来讲，信号频率越高，衰减越大，一般设计时只需考虑保证高频信号的幅度就能满足系统的要求，视频信号在5.8MHZ的衰减如下：SYV75-3 96编国标视频电缆衰减30dB/1000米, SYV75-5 96编国标视频电缆衰减19dB/1000米,，SYV75-7 96编国标视频电缆衰减13dB/1000米；如对图象质量要求很高，周围无干扰的情况下，75-3电缆只能传输100米，75-5传输160米，75-7传输230米；实际应用中，存在一些不确定的因素，如选择的摄像机不同、周围环境的干扰等，一般来讲，75-3电缆可以传输150米、75-5可以传输300米、75-7可以传输500米；对于传输更远距离，可以采用视频放大器（视频恢复器）等设备，对信号进行放大和补偿，可以传输2-3公里；另外，通过一根同轴电缆还可以实现视频信号和控制信号的共同传输，即同轴视控传输技术，下面简单介绍一下该技术：在监控系统中，需要传输的信号主要有两种，一个是图像信号，另一个是控制信号。
其中视频信号的流向是从前端的摄像机流向控制中心；而控制信号则是从控制中心流向前端的摄像机（包括镜头）、云台等受控对像；并且，流向前端的控制信号，一般又是通过设置在前端的解码器解码后再去控制摄像机和云台等受控对像的。
同轴视控传输技术是利用一根视频电缆便可同时传输来自摄象机的视频信号以及对云台、镜头的控制功能，这种传输方式节省材料和成本、施工方便、维修简单化，在系统扩展和改造时更具灵活性；同轴视控实现方法有两类：一是采用频率分割，即把控制信号调制在与视频信号不同的频率范围内，然后同视频信号复合在一起传送，再在现场做解调将两者区分开；由于采用频率分割技术，为了完全分割两个不同的频率，需要使用带通滤波器、带通陷波器和低通滤波器、低通陷波器，这样就影响了视频信号的传输效果；由于需将控制信号调制在视频信号频率的上方，频率越高，衰减越大，这样传输距离受到限制；另外方法是采用双调制的方式，将视频信号和控制信号调制在不同的频率点，和有线电视的原理一样，再在前、后端解调。
网络摄像头的视频传输方式
网络摄像头的视频传输方式随着科技的不断进步和互联网的快速发展，网络摄像头已经成为了我们日常生活中常见的一种智能设备。
网络摄像头不仅可以帮助我们实时监控家庭、办公室等地方，还可以用于远程会议、在线教育等各种场合。
而为了实现视频的传输，网络摄像头采用了多种传输方式。
本文将为您介绍几种常见的网络摄像头的视频传输方式。
一、有线传输方式有线传输是指网络摄像头通过连接网线进行视频信号的传输。
这种传输方式主要有两种：模拟有线传输和数字有线传输。
1. 模拟有线传输模拟有线传输是指网络摄像头将采集到的模拟视频信号通过连接AV线或BNC线等方式传输到显示设备。
这种传输方式主要应用于一些老旧型的网络摄像头，其传输距离较短，且画质较为模糊。
2. 数字有线传输数字有线传输是指网络摄像头通过连接网线将数字视频信号传输到显示设备。
最常用的数字有线传输方式是通过网线采用TCP/IP协议进行视频信号传输，例如常见的以太网传输方式。
这种传输方式具有传输距离远、画质清晰稳定等特点，是目前网络摄像头应用最广泛的一种传输方式。
二、无线传输方式除了有线传输方式，网络摄像头还可以采用无线传输方式进行视频信号的传输。
无线传输方式的优势在于不受距离限制，方便移动和布置。
1. Wi-Fi传输Wi-Fi传输是指网络摄像头通过连接Wi-Fi网络进行视频信号的传输。
用户只需将网络摄像头连接到无线路由器或者NVR（网络视频录像机）等设备，便可利用无线网络传输视频信号。
Wi-Fi传输方式适用于家庭、办公室等需要移动摄像头的场合，但传输距离受限于无线信号的范围。
2. 4G/5G传输4G/5G传输是指网络摄像头通过连接4G/5G移动网络进行视频信号的传输。
这种传输方式适用于需要在室外环境或者没有Wi-Fi覆盖区域使用网络摄像头的场合。
通过SIM卡或者移动热点等方式，网络摄像头可以直接使用移动网络实时传输视频信号。
三、云传输方式随着云计算技术的迅速发展，云传输方式也成为了一种常见的网络摄像头视频传输方式。
视频传输原理
视频传输原理视频传输是指将视频信号从一个地方传输到另一个地方的过程。
在现代社会中，视频传输已经成为了人们日常生活和工作中不可或缺的一部分。
无论是在家庭娱乐、监控安防、教育培训还是远程会议等领域，视频传输都起着至关重要的作用。
本文将从视频传输的原理入手，介绍视频传输的基本概念、技术原理和常见的传输方式。
视频传输的基本概念是指通过某种媒介将视频信号从一个地方传输到另一个地方。
视频信号是由图像和声音组成的，传输视频信号需要考虑到图像和声音的传输方式和质量。
视频传输的基本原理是将视频信号转换成数字信号或模拟信号，通过某种传输媒介传输到接收端，再将数字信号或模拟信号转换成可显示的视频信号。
视频传输的质量受到很多因素的影响，如传输距离、传输媒介、传输速率、信号干扰等。
视频传输的技术原理主要包括模拟传输和数字传输两种方式。
模拟传输是指将视频信号转换成模拟信号进行传输，其优点是传输距离远、成本低，但受到干扰影响大，信号质量较差。
数字传输是指将视频信号转换成数字信号进行传输，其优点是抗干扰能力强、信号质量好，但传输距离有限，成本较高。
在实际应用中，根据传输距离、传输质量和成本等因素，可以选择合适的传输方式。
常见的视频传输方式包括有线传输和无线传输两种。
有线传输是指通过网线、同轴电缆等有线媒介进行视频传输，其优点是传输稳定、质量高，适用于长距离传输。
无线传输是指通过无线电波进行视频传输，其优点是灵活方便、适用于移动设备，但受到信号干扰和传输距离限制。
在实际应用中，根据需求和环境可以选择合适的传输方式。
总的来说，视频传输是通过某种媒介将视频信号从一个地方传输到另一个地方的过程。
视频传输的基本原理是将视频信号转换成数字信号或模拟信号进行传输，再将数字信号或模拟信号转换成可显示的视频信号。
视频传输的技术原理主要包括模拟传输和数字传输两种方式，常见的传输方式包括有线传输和无线传输两种。
在实际应用中，需要根据传输距离、传输质量、成本等因素选择合适的传输方式，以满足实际需求。
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数字视频信号的传输刘怀林数字视音频的大潮已经向我们涌来。
数字小岛、数字视音频中心、数字转播车已陆续在我国不少电视台出现。
甚至数字播出与发射已不再是纸上谈兵。
数字化及计算机化将引起电视技术领域的极大变革。
本文将从一个非常小的侧面谈一下这个数字大潮。
因为数字视频信号的传输在系统设计与安装中是不可缺少的一环。
目前，设备间、系统间的数字视频信号的传输多使用串行信号。
其接口为SDI（Serial Digital Interface）。
这是因为该方式较简单易行。
传送距离较远。
因此本文所谈的数字信号的传输实质上就是串行数字视频信号的传输。
数字视频信号的传输在某种意义上讲与模拟信号相似。
分为同轴电缆传送，三同轴传送和光纤传送三种。
但由于两者信号有着本质的不同。
所以其处理手法上有着很大的区别。
一、同轴电缆传送在数字环境中，设备间、系统之间的数字视频信号的传送多采用同轴电缆，其接口为SDI。
它由三部分组成。
如图1所示。
1、串行数据发送：串行数据发送电路的主要功能是：将数字视频并行信号变成串行信号，通过扰频（scrambler）和NRZI（NonreturntoZeroInverfed）编码，可限制信号的直流成份，前者还有利于接收端回收时钟信号。
图2是其示意图：我们知道，数字分量并行数据率为27MB/秒，10比特。
当变成串行数据时，27MHZ10倍频成为270MHZ时钟。
在并──串移位寄存器的输出端就变成了270Mb/s的串行数据。
2、电缆和连接器目前模拟环境下使用的高质量视频电缆可以运行于数字系统。
模拟环境下的视频电缆从直流到10MHZ都呈现很低的阻抗。
这在数字领域也是需要的。
但由于串行数字信号频率很高，这种电缆传输对数字视频信号将有明显的衰减。
由于SDI接收端设有自动电缆均衡，另外串行数字信号对这种衰减不敏感。
因此现在使用的优质电缆原则上可用于数字环境。
为了更好地传输数字视频信号。
电缆厂家已生产出专门为串行数字信号设计的新的低耗泡沫介质电缆。
比目前电缆更细、更柔软，并且对数字信号有更好的电特性。
如Belden1505A。
有关连接器，直至目前，视频电缆采用BNC连接器。
阻抗为50欧姆。
而同轴电缆阻抗为75欧姆。
这种看上去不合理的现象为什么能保持至今呢？其主要原因是在视频信号所涉及的频率率上。
这种失配并不产生什么问题。
但在数字视频信号频率很高的情况下会不会引起脉冲畸变或比特率误差呢？经测试表明，只要接收端输入阻抗看上去为75欧姆。
这种50欧姆连接器所引起的失配是可以忽略的。
只要设备输入输出返回损耗（returnloss）好于15DB。
使用50欧姆BNC连接器是没有什么问题的。
其示意图如图3所示。
3、接收端经过电缆传送之后，在接收设备的输入端便是SDI接收。
它有两种形式，一种是再锁定接收。
如图4所示，一种是不要锁定的接收。
不管使用哪种形式，自动均衡是需要的。
因为数字信号在电缆传输中不但幅度受到衰减，而且波形也会失真。
频率越高，其传输距离会越短。
一般来说，发送端数字信号电平为800mvp-p，对于270Mb/s的数字分量串行信号来说，经过220米电缆之后，其幅度已下降到30mv，脉冲波形变成了类似于正弦波的形状。
经过自动均衡之后，脉冲幅度与波形得到明显改善。
通过PLL（相位锁定环路）之后，使时钟信号获得再生，并且经恢复电路之后，其输出信号又是原来的串行方波信号了。
作为短距离传送，可以不用PLL电路，但对于远距离传送，具有自动均衡和再锁定功能的接收是必要的。
4、数字信号传输中的突变效应我们很熟悉模拟信号在电缆中的传输，电缆对信号的影响有两个方面：幅度与频响。
随着电缆长度的增加，幅度和高频特性随之逐渐下降，它对图像的影响是渐进的。
电缆对数字信号的影响与模拟信号不一样。
它不是渐进，而是突变。
只要接收端可以恢复原来的数据，则信号质量不受任何衰减，即是说，200米的电缆与250米的电缆，其传输数字信号的质量是一样的，但逐渐增加到某个长度时，视频信号重现质量突然恶化，有时电缆长度之差仅几米，其图像可从完好变为完全没有。
这种数字视频传送中特有的现象叫突变效应（cliffeffect）。
这在设计和使用中要引起注意。
二、三同轴电缆传送在摄像机头与CCU（摄像机控制单元）之间有视频信号、控制信号、同步信号和电源等。
这种多信号传送，一般使用多芯电缆。
在模拟信号传输中，摄像机头与CCU间的多信号传送多使用多芯电缆，只有距离远时才考虑三同轴传送。
因为前者价格便宜，在数字摄像机两者的传输中，有的使用三同轴，有的使用光纤，几乎没有多芯电缆传送的。
下面以日立数字摄像机SK-2600为例，看一看三同轴是怎样传送数字信号的。
我们知道，模拟信号的三同轴传送采用频率调制，使不同信号调制在不同频率上，在数字信号的三同轴传送中，传送距离与传输信号的速率有看密切的关系，由于摄像机与CCU的实际距离一般在300米以内。
这样，在目前技术条件下均衡器能适应的最高传输率为360Mb/s，这种300米距离及最高传输率360Mb/s就确定下来了。
在三同轴传送的信号中，不仅有摄像机送到CCU的主视频信号，还有CCU至摄像机的返送信号。
刚才讲过，数字分量串行数据率高达270Mb/s，要想同时传送两路无压缩数字视频信号是不可能的（最高传输率360Mb/s），所以这种双向传输只能保证摄像机至CCU的主视频信号的高质量传送，而返送信号采用实时压缩方式（M-JPEG）。
图5显示了三同轴双向传输的基本原则，它是采用时基压缩（TimeBaseCompression）方式来解决数字视频信号的双向传输。
时基压缩已不是什么新东西，它早在电视中应用。
如SONYBetacam的时分复用方式使R-Y、B-Y共用一条磁迹。
两者本质上是一样的。
表1是三同轴传送的数据率分配表。
表1三同轴传送数据率分配从中可以看出，主视频信号具有最高的图像质量。
但为了减少数据量，采取了两项措施：把R.G.B信号变换成Y、R-Y、B-Y；将行、场消隐期间的数据不予传送。
返送视频由于是供寻像器监看的信号，其视频质量可差一些，因而可采用8bit量化（主视频信号为10bit量化），并采用实时数据率压缩和行、场消隐数据不予传送等措施。
由于音频和CPU数据量很小，不采用压缩方式。
时基压缩，或者说时分复用是双向传输360Mb/s串行数据的关键，为了保证安全有效地传输，数据以25行的周期进行打包（packet）。
图6是数据打包的方式为了在电缆长度1000米最坏情况下不使双向信号传输发生冲突，在包内设置了保险空间（guardspace），其长度为10μs，在包的开头插入15μs长的preamble数据，以保证PLL电路进行锁定，音频和CPU 数据集中在一起，以行频速率插进到视频信号之中。
三、光纤传输当传送距离远时，数字视频信号的传送也和模拟信号一样采用光纤传输，光纤传输具有非常高的带宽，损耗低，噪波与失真小等优点，作为高数据率数字视频信号，它不受幅度畸变的影响，而且对噪波也极不敏感。
光纤传输的一个突出优点是低损耗。
举一个例子：通常光纤传输使用红外波长（1310nm），其光纤的衰减为1公里1/4分贝。
换句话说，传送1公里后，其信号仍为原来的94%，这是远距离传送使用光纤的主要原因。
目前模拟视频信号的传送仍然使用光纤。
其调制方法有两种，一种是密度调制（IM：IntensiveModulation）。
一种是频率调制（FM：FreguencyModulation）。
IM调制，实质上是利用视频信号直接调制发光设备的发光功率。
但由于激光的非线性会导致视频幅度的畸变。
因而很少采用。
在FM系统中，首先视频信号对VCO进行频率调制。
VCO（压控振荡器）的输出再调制发射器件。
这种方法可避免通道非线性对视频线性的影响。
但由于系统调制系数（modulationindex）对脉冲抖动，激光澡波和反射有影响，因而也对模拟信号的性能有所损害。
为此模拟传送系统采取各种措施以减小这种损害。
现在还是回到数字信号传送话题。
由于数字串行视频数据率高，可不可以直接传送数字视频呢？换句话说，是否直接将数字串行信号转换成光纤信号呢？如果行，就可避免解串、编解码、再锁定等处理。
因为如果两者通道编码方式不一样，上述处理是不可避免的。
这个问题已得到解决。
那就是SMPTE的一个工作组推出了传送数字串行视频的光纤传输标准──297M。
该文件对发送、接收和连接器等都作了相应的规定。
表2和表3是发送和接收有关指标的说明。
表2光纤发送端输出信号指标注：SM：singlemode单模MM：multimode多模表3光纤接收输入信号指标1、光纤发送和接收数字信号经BNC同轴电缆送至光纤发送电路，发送电路的输出使用SC/PC型连接器，连至单模或多模光纤。
光纤的接收输入端是SC/PC型连接器。
其输出经BNC同轴连接器送出SMPTE259M串行数字视频信号。
光纤发送与接收示意图如图7所示。
2、具有A/D和D/A变换的光纤传送。
如果视频输入为模拟信号，则系统必须经A/D变换器变换成4：2：2数字分量信号，在接收端，它或许再经D/A变换器变换成模拟信号。
这种光纤传输系统示意图如图8所示。
作为数字视频，这里讲的是SMPTE259M规定的4：2：2串行数字分量信号，这也是电视设备间，系统间传送的标准信号了，根据传送的距离和实际需要，可以采用同轴电缆。
三同轴电缆和光纤传送等方式，这给厂商或用户在设计或安装一个系统之前要有一个全面的考虑。
另外，压缩视频信号的传输不在本文范围之列。
注：此文曾在《世界广播电视》1998年第1期上发表过。