老古董視頻接口CVBS，為什么煥發(fā)第二春？跟俄烏有關(guān)
加入技術(shù)交流群
CVBS（Composite Video Baseband Signal，復(fù)合視頻基帶信號）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。CVBS傳輸?shù)男盘柊炼龋╕）、色度（C）和同步信號，并將這些信號混合在一起，通過一根同軸電纜傳輸。
CVBS的主要特點：
單線傳輸視頻：CVBS通過一根電纜傳輸全部視頻信息，簡化了連接方式，但容易出現(xiàn)亮度和色度信號的串擾，導(dǎo)致信號質(zhì)量較低。
適用于標清設(shè)備：CVBS通常用于標清（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。
簡單易用的接口：通過黃色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。
兼容性強：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（NTSC）電視信號的傳統(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，用同一信號傳輸。
它是一個模擬電視節(jié)目（圖像）信號在與聲音信號結(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，這時產(chǎn)生的信號大約有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（VCR）通過拾音插座提供復(fù)合視頻輸入和輸出，這個插座也叫做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，特別是在信號微弱的時候。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，“兔子耳朵”，或室外的“空中”經(jīng)常包含假的或上下?lián)u動的顏色。CVBS是一種比較老的顯示方式，更準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，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(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）、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)中對這三個參量進行傳輸接收、處理和顯示，CVBS的視頻信號通道在這個過程中擔任著信號傳輸?shù)慕巧?。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(diào)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(yīng)用CVBS接口輸出視頻畫面時，使用示波器抓取一幀畫面中一行圖像的信號波形，注意圖中信號和圖像在時間軸上是對應(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應(yīng)信號波形的具體情況。
對圖中波形的各部分信號作出解釋：
①行同步：實現(xiàn)水平方向一行的同步掃描；
②黑電平：最低亮度對應(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：消隱電平不會高于黑電平，所以不會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：為了對色度信號進行正確的解調(diào)，接收端本機副載波的頻率和基準相位必須與發(fā)射端用來調(diào)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。
觀察這一行信號波形，因為亮度與電平幅度對應(yīng)，圖像中的前段是黑白柵格，所以波形上也對應(yīng)的是電平高低起伏變化；位于末尾的三段是彩色圖像，從信號波形上可以直觀的看到色度載波的幅值由小增大，對應(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(diào)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，再觀察行與行以及場與場之間的銜接以及信號特征。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掃描位置，這個沿Y軸負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，對應(yīng)行消隱期；橙色虛線表示掃描至一場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，這個過程稱為場掃描逆程，同樣這個過程中也是不顯示畫面的，對應(yīng)場消隱期。
下圖展示的是隔行掃描，紅色線是偶場，藍色線是奇場，兩場先后掃描后嵌套成完整畫面。
了解了一場掃描的過程之后，我們再看下面隔行掃描中奇、偶場消隱期的信號波形：
不論是奇場還是偶場都需要場逆程，因此都必然存在場消隱期給逆程提供時間，在消隱期中包括以下信號：前均衡脈沖、場同步脈沖、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，因為一旦掃描頻率或相位不同，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間造成圖像左右分裂；
收、發(fā)端掃描相位差半場時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、場同步脈沖，將場脈沖的寬度設(shè)定為行同步脈沖的2~3倍。觀察奇、偶場的行同步信號相位，可以發(fā)現(xiàn)行同步脈沖相位上相差1/2個行周期，這是因為兩場的掃描起點相差半行的原因，前后均衡脈沖的作用是使奇、偶場的場同步脈沖在時間上對齊，保證了兩場的時間間隔相同，它的寬度是行周期的1/2，可以消除掉兩場中行同步不對齊對場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消隱期間保持行同步，即使此時并不需要顯示圖像，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(shè)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(shù)值，注意輸出端的信號和地之間串聯(lián)75Ω電阻。此處僅說明使用示波器測試幾個應(yīng)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(shù)含義：該參數(shù)反映系統(tǒng)的幅度—頻率特性，理想狀態(tài)是幅度不受信號頻率的影響，保持一致，如果該參數(shù)有問題，會導(dǎo)致在畫面的不同位置上亮度重現(xiàn)出現(xiàn)錯誤，影響圖像的清晰度。
例二：亮度非線性失真
階梯波信號也常被稱為“灰階”，用于測試“亮度非線性失真”，從圖像上可以看到有從黑到白共11個不同的亮度，對應(yīng)到信號波形上有11個不同的電平，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(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，以及工作點設(shè)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(shù)的具體值，來評估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(qū)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(qū)的應(yīng)用差異：
1. CVBS (Composite Video Broadcast Signal)
概念：CVBS 是復(fù)合視頻信號，將亮度（Y）、色度（C）和同步信號混合在一起，通過一根線傳輸。
特點：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
接口：通常通過黃色的 RCA 接口傳輸。
應(yīng)用：在模擬電視時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，分離亮度（Y）和色度（C）信號進行傳輸。
特點：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、DVD 播放機等，特別在歐美市場使用。
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(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）與兩個色度差分量（U 和 V 或 Pb 和 Pr）分離出來進行傳輸。
特點：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、綠色和藍色三個獨立的顏色分量。
特點：RGB 信號質(zhì)量最高，因為它直接傳輸三原色，沒有進行顏色空間轉(zhuǎn)換。它是計算機顯示器、某些高端電視和視頻設(shè)備的首選。
接口：可以通過 VGA（計算機顯示器使用）或 SCART（歐洲常見的多功能接口）傳輸。
應(yīng)用：RGB 信號主要在計算機顯示器、游戲機、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。
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，可以同時傳輸音頻和視頻。RGB 信號質(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）視頻標準，其每秒傳輸 25 幀畫面，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，通過三根 RCA 線傳輸 YUV 信號，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：美國使用 NTSC（National Television System Committee）標準，每秒傳輸 30 幀畫面，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，提供接近高清的畫質(zhì)，應(yīng)用廣泛。
RGB：最原始的三原色信號，信號質(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。
YUV 色差分量 在美國廣泛使用，通過 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 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 在無人機圖傳系統(tǒng)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。
以下是它在無人機圖傳應(yīng)用中的幾項優(yōu)勢：
低延遲傳輸：
CVBS 作為模擬信號，具有非常低的傳輸延遲。這在無人機的實時控制和監(jiān)控中非常關(guān)鍵，尤其是在需要快速反應(yīng)的場景，如競速無人機（FPV racing）或?qū)崟r任務(wù)監(jiān)控。
與數(shù)字傳輸相比，模擬信號不需要復(fù)雜的編碼和解碼過程，這減少了延遲。
低帶寬需求：
CVBS 的帶寬需求相對較低，使其在長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。這對于無線環(huán)境復(fù)雜、干擾較大的無人機通信特別有利。
相比于高清數(shù)字視頻，CVBS信號對數(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 信號在無線傳輸時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，特別適合那些要求長距離、信號不穩(wěn)定的場景。
在一些低信號或噪聲環(huán)境下，CVBS信號比數(shù)字信號更容易恢復(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無人機市場。這種廣泛的兼容性讓使用者不需要額外采購或更換設(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^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。這對電池供電的無人機尤其重要，因為降低功耗有助于延長飛行時間。
簡易布線：
CVBS 只需要一根信號線就能傳輸視頻信號，且線材簡單、輕便，非常適合無人機這種對重量和體積有嚴格要求的應(yīng)用場景。
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、抗干擾強的場景下，它仍然是無人機圖傳系統(tǒng)中一個可行且具備性價比的選擇。
評論