【實作實驗室】看懂類比視訊 CVBS 的同步訊號

作者:實作派

類比視訊訊號又稱為 CVBS(Composite Video Baseband Signal),它的每一條掃描線,只有一部分會顯示在螢幕上,也就是 active video,在 active video 之前則稱為 Horizontal Blanking,顧名思義這段區間不會顯示在螢幕上(這段的波形則稱為 H sync,它具有讓電視同步的作用,能穩定水平畫面),這部分可參考【實作實驗室】AV 端子訊號解析,原來 Composite Video 訊號長這樣

H sync 水平同步訊號

我們先標註一些 video 波形的專有名詞,請看下圖:

H sync in CVBS(圖片來源:實作派提供)

上圖中標註 Sync Tip 的波形就是水平同步(Horizontal Sync)訊號,它用來讓電視知道哪裡是掃描線的開頭,正確的說法是 H sync 的負緣處為掃描線的開頭。示波器會以這裡為觸發點,電視機也會以這裡作為掃描線的起點。

V sync 垂直同步訊號

每張畫面都是一條條的掃描線組成,但電視總需要知道誰是第一條,因此 CVBS 利用每個畫面的前 9 條掃描線來作為判斷畫面開頭的依據,這 9 條掃描線有固定的形狀,足以讓電視辨認。

NTSC 的垂直同步訊號(圖片來源:實作派提供)

色彩訊號

在 H sync 右邊有大約 8~10 個 cycle 的弦波稱為 color burst,它的中文名稱叫做繫色訊號,只是我從來沒聽人說過中文,大家都直接稱呼 color burst,以 NTSC 的 color burst 的來說,頻率是 3.579545 MHz,以 PAL 系統來說,color burst 的頻率是 4.43361875 MHz,用來作為 active video 色彩訊號的比較基準,意思是說後面 active video 區段的波形,只要頻率與 color burst 相同,電視就認定是色彩訊號,並且會比對 burst 與 active video 的相位,而比對之後的相位差就是彩色訊號,所以顏色訊號是用相位的角度 0~360度來觀察。

你可能已經想到,是否有可能畫面本身的明暗間隔,轉化成掃描線的訊號時,頻率剛好就落在 color burst 的範圍內,造成誤判為顏色訊號。沒錯,的確有這種可能,因此在類比電視系統中,若拍攝直條紋的衣服,就非常容易出現色偏。

色偏現象

下面兩張圖都是同一個 PAL 系統測試畫面,差別只是用色差輸出與 CVBS 輸出,由於 CVBS 是將輝度 Luma 與色彩訊號 Chroma 合併在一起,所以當畫面本身的輝度訊號頻率落在 4.43 MHz 時,就會被解釋成彩色,於是就如下面第二張圖出現色偏,這種現象相信各位在某些早期的電視上都看過,若劇中人穿的是直條紋襯衫,他的衣服就會出現若有似無的彩虹現象,也就是色偏。

色差輸出(圖片來源:Comparison of video signal quality

CVBS 輸出,有色偏(圖片來源:Comparison of video signal quality

輝度訊號的準位

輝度又稱為亮度 Luminance,在 active video 內,以美國 NTSC 規格來說,它把最高電壓的白色定義為 100 IRE,最低的同步訊號準位定義為 -40 IRE,而 NTSC 訊號最高到最低必須橫跨 1 Vpp,所以 1 IRE=1/140 V=7.14 mV。

這裡要注意的是,雖然白色是 100 IRE,但黑色 Black 可不是 0 IRE,黑色它定義為 7.5 IRE,所以也稱為基礎準位 Pedestal。

那 0 IRE 是什麼?它定義為 Blank 空白。當然,無論是 Black 還是 Blank 在畫面上的顯示都為黑色,但意義上卻有所不同。

有了上面的說明,我把 video DAC 的 datasheet 貼上來,大家看看是不是有好懂一些,這個 chip 的暫存器有上百個,我只列兩項給各位參考。

(圖片來源:摘自 Analog Device 的 ADV7390_7391_7392_7393.pdf

至於彩色訊號的組成比較複雜,請各位參閱影音訊號-大解密-AV端子/色差端子/S端子/VGA/HDMI

(本文經同意轉載自實作派電子實驗室原文連結;責任編輯:賴佩萱)

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