1、视频处理、传输、显示学习日期： 2011-5-6目录第一章 三原色及显示器原理 .31.1 什么是三原色 .31.1.1 色彩的形成 .31.1.2 配色方程 .51.1.3 亮度方程 .51.2 什么是 CRT.51.2.1 电子枪是如何工作的 .51.2.2 画面是如何形成的 .61.2.3 显示器的扫描方式 .61.3 CRT 显示器工作原理 .61.3.1 显示器是如何显示图像的 .71.3.2 显示器常用的显示模式 .71.4 液晶显示器成像原理 .81.5 点阵 LED 显示原理 .11第二章 视频信号常用接口 .122.1 VGA 接口 .122.2 DVI 输入接口 .152.
2、3 HDMI 高清晰度多媒体接口 .192.4 标准视频输入（RCA）接口 .232.5 S 视频输入接口 .242.6 BNC 端口 .252.7 视频色差输入接口 .252.8 SDI 接口 .262.9 ASI 接口 .26第三章 彩色视频信号的处理及制式 .273.1 视频常用术语 .273.2 数字视频标准 .313.2.1 NTSC 制 .323.2.2 PAL 制 .333.2.3 SECAM 制式 .35第四章 电视机和录像机的输入输出信号 .364.1 电视机的输入输出信号 .364.2 录像机分类及输入输出信号 .374.3 电视信号数字化 .374.3.1 数字视频的采样
3、格式 .38第五章 视频矩阵基础 .385.1 视频矩阵 .385.1.1 视频矩阵的基本概念 .385.1.2 矩阵切换的原理与技术指标 .395.1.2 视频矩阵的分类 .405.2 数字视频矩阵 .405.2.1 数字视频矩阵的分类 .405.2.2 数字视频矩阵优势分析 .42第一章 三原色及显示器原理1.1 什么是三原色 红、绿、蓝颜色被称为三原色，各三原色相互独立，其中任一种基色是不能由另外两种基色混合而得到，但它们相互以不同的比例混合，就可以得到不同的颜色，例如大家都很熟悉的红色和绿色合成黄色。自然界的众多色彩中，人的眼睛对红、绿、蓝三种颜色反应最灵敏，而且它们的配色范围比较广，
4、用这三种颜色可以随意配出自然界中的大部分颜色，因此在 CRT 显示器中，选用红、绿、蓝三种颜色作为三原色，分别用 R、G 、B 三个字母来表示。1.1.1 色彩的形成在中学的物理课中我们可能做过棱镜的试验，白光通过棱镜后被分解成多种颜色逐渐过渡的色谱，颜色依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，这就是可见光谱。其中人眼对红、绿、蓝最为敏感，人的眼睛就像一个三色接收器的体系，大多数的颜色可以通过红、绿、蓝三色按照不同的比例合成产生。同样绝大多数单色光也可以分解成红绿蓝三种色光。这是色度学的最基本原理，即三基色原理。三种基色是相互独立的，任何一种基色都不能有其它两种颜色合成。红绿蓝是三基色，这三种颜色合
5、成的颜色范围最为广泛。红绿蓝三基色按照不同的比例相加合成混色称为相加混色。 红 绿黄白青品蓝红色+绿色= 黄色 绿色+蓝色=青色 红色+蓝色=品红 红色+绿色+蓝色=白色 黄色、青色、品红都是由两种及色相混合而成，所以它们又称相加二次色。另外：红色+青色= 白色 绿色+品红=白色 蓝色+黄色=白色 所以青色、黄色、品红分别又是红色、蓝色、绿色的补色。由于每个人的眼睛对于相同的单色的感受有不同，所以，如果我们用相同强度的三基色混合时，假设得到白光的强度为100%，这时候人的主观感受是，绿光最亮，红光次之，蓝光最弱。 除了相加混色法之外还有相减混色法。在白光照射下，青色颜料能吸收红色而反射青色，黄
6、色颜料吸收蓝色而反射黄色，品红颜料吸收绿色而反射品红。也就是：白色-红色= 青色白色-绿色= 品红白色-蓝色= 黄色 另外，如果把青色和黄色两种颜料混合，在白光照射下，由于颜料吸收了红色和蓝色，而反射了绿色，对于颜料的混合我们表示如下： 颜料(黄色+ 青色)=白色-红色-蓝色= 绿色 颜料(品红+ 青色)=白色-红色-绿色= 蓝色 颜料(黄色+ 品红)=白色-绿色-蓝色= 红色 以上的都是相减混色,相减混色就是以吸收三基色比例不同而形成不同的颜色的。所以有把青色、品红、黄色称为颜料三基色。颜料三基色的混色在绘画、印刷中得到广泛应用。在颜料三基色中，红绿蓝三色被称为相减二次色或颜料二次色。在相减
7、二次色中有：(青色+ 黄色+品红)=白色- 红色- 蓝色-绿色=黑色1.1.2 配色方程配色方程：F=RR+GG+BBR、G、B 为三色系数 ;R、G、B为基色单位。1.1.3 亮度方程亮度方程：Y=0.3R+0.59G+0.11B1.2 什么是 CRT CRT 显示器 (学名为“阴极射线显像管”)是就是这样一种装置，它主要由电子枪(Electron gun)、偏转线圈(Deflection coils)、荫罩(Shadow mask)、荧光粉层(phosphor)和玻璃外壳五部分组成。其中我们印象最深的肯定是玻璃外壳，也可以叫做荧光屏，因为它的内表面可以显示丰富的色彩图像和清晰的文字。CRT
8、 显示器是怎样将三原色原理用在其中的呢？当然，并不是直接将这三原色画在荧光屏上，而是用电子束来进行控制和表现的。 1.2.1 电子枪是如何工作的 这首先有赖于荧光粉层，在荧光屏上涂满了按一定方式紧密排列的红、绿、蓝三种颜色的荧光粉点或荧光粉条，称为荧光粉单元，相邻的红、绿、蓝荧光粉单元各一个为一组，学名称之为像素。每个像素中都拥有红、绿、蓝(R、G 、B) 三原色，根据我们刚才所说的三原色理论，这就有了形成千变万化色彩的基础。然而，怎样把这三原色混合成丰富的色彩呢？ 电子枪(Electron gun)工作原理是由灯丝加热阴极，阴极发射电子，然后在加速极电场的作用下，经聚焦极聚成很细的电子束，在
9、阳极高压作用下，获得巨大的能量，以极高的速度去轰击荧光粉层。这些电子束轰击的目标就是荧光屏上的三原色。为此，电子枪发射的电子束不是一束，而是三束，它们分别受电脑显卡 R、 G、 B 三个基色视频信号电压的控制，去轰击各自的荧光粉单元。受到高速电子束的激发，这些荧光粉单元分别发出强弱不同的红、绿、蓝三种光。根据空间混色法(将三个基色光同时照射同一表面相邻很近的三个点上进行混色的方法)产生丰富的色彩，这种方法利用人们眼睛在超过一定距离后分辨力不高的特性，产生与直接混色法相同的效果。用这种方法可以产生不同色彩的像素，而大量的不同色彩的像素可以组成一张漂亮的画面，而不断变换的画面就成为可动的图像。很显
10、然，像素越多，图像越清晰、细腻，也就更逼真。1.2.2 画面是如何形成的 原理是利用了人们眼睛的视觉残留特性和荧光粉的余辉作用，这就是我们即使只有一支电子枪，只要我们的三支电子束可以足够快地向所有排列整齐的像素进行激发，我们还是可以看到一幅完整的图像的。要形成非常高速的扫描动作，我们还需要偏转线圈(Deflection coils)的帮助，通过它，我们可以使显像管内的电子束以一定的顺序，周期性地轰击每个像素，使每个像素都发光，而且只要这个周期足够短，也就是说对某个像素而言电子束的轰击频率足够高，我们就会看到一幅完整的图像。我们把这种电子束有规律的周期性运动叫扫描运动。 1.2.3 显示器的扫描
11、方式 通常实现扫描的方式很多，如直线式扫描，圆形扫描，螺旋扫描等等。其中，直线式扫描又可分为逐行扫描和隔行扫描两种，相信大家都经常听到，事实上，在 CRT 显示系统中两种都有采用。逐行扫描是电子束在屏幕上一行紧接一行从左到右的扫描方式，是比较先进的一种方式。而隔行扫描中，一张图像的扫描不是在一个场周期中完成的，而是由两个场周期完成的。在前一个场周期扫描所有奇数行，称为奇数场扫描，在后一个场周期扫描所有偶数行，称为偶数场扫描。无论是逐行扫描还是隔行扫描，为了完成对整个屏幕的扫描，扫描线并不是完全水平的，而是稍微倾斜的，为此电子束既要作水平方向的运动，又要作垂直方向的运动。前者形成一行的扫描，称为
12、行扫描，后者形成一幅画面的扫描，称为场扫描。 有了扫描，就可以形成画面，然而在扫描的过程中，怎样可以保证三支电子束准确击中每一个像素呢？这就要借助于荫罩(Shadow mask)，它的位置大概在荧光屏后面(从荧光屏正面看) 约 10mm 处，厚度约为 0.15mm 的薄金属障板，它上面有很多小孔或细槽，它们和同一组的荧光粉单元即像素相对应。三支电子束经过小孔或细槽后只能击中同一像素中的对应荧光粉单元，因此能够保证彩色的纯正和正确的会聚，所以我们才可以看到清晰的图像。 至于画面的连续感，则是由场扫描的速度来决定的，场扫描越快，形成的单一图像越多，画面就越流畅。而每秒钟可以进行多少次场扫描通常是衡
13、量画面质量的标准，我们通常用帧频或场频( 单位为 Hz，赫兹)来表示，帧频越大，图像越有连续感。我们知道，24Hz 场频是保证对图像活动内容的连续感觉，48Hz 场频是保证图像显示没有闪烁的感觉，这两个条件同时满足，才能显示效果良好的图像。其实，这就跟动画片的形成原理是相似的，一张张的图片快速闪过人的眼睛，就形成连续的画面，就变成动画。1.3 CRT 显示器工作原理 单色显示器的单色显像管只能显示一种颜色，但可有灰度等级，也就是亮度层次，如对于黑白显像管，除了可以显示黑色和白色外，还可以显示黑色同白色之间的各级灰色。由于电子束的强弱是受电脑显示卡送来的视频信号控制的，电子束强，像素发的光就亮一
14、些；电子束弱，像素发的光就暗一些，因此每个像素发光的亮暗程度是不同的。这样，大量的亮暗程度不同的像素聚合在一起就会形成一幅图像或文字。 1.3.1 显示器是如何显示图像的 无论是单色显示器或者是彩色显示器，其工作原理大概是相同的，电脑里面有一块板卡和显示器相连接，那就是显示卡，它主要接受 CPU 的控制和送来的信息进行加工处理。显示卡在主机外部有个接口，通过电缆和显示器相连。显示卡把主机以二进制输出的数字信息变为显示器能够处理的视频信号、同时再加入行频、场频同步信号或其它控制信号，然后通过数据线转送到 CRT 显示器的内部电路中，这主要包括场扫描电路、行扫描电路、视频放大及显像管附属电路、显示
15、器电源电路。其中场扫描电路和行扫描电路是控制电子枪扫描荧光屏像素的形式，保证准确击中每一个像素。而视频放大及显像管附属电路主要是用于对视频信息进行再加工以形成图像，至于显示器的电源电路，就是提供显示器稳定的电源供应的设备。这样，由显示卡送过来的数据经过处理，再由显示器中的电子枪(Electron gun)、偏转线圈(Deflection coils)、荫罩 (Shadow mask)、荧光粉层(phosphor)和荧光屏来显示出图像或者文本，这就是我们在显示器中看到的画面形成的全过程。1.3.2 显示器常用的显示模式彩色显示器分为 CGA,EGA,VGA,SVGA,TVGA,XGA 等 VGA
16、 的英文全称是 Video Graphic Array，即显示绘图阵列。VGA 支持在 640X480 的较高分辨率下同时显示 16 种色彩或 256 种灰度，同时在 320X240 分辨率下可以同时显示 256 种颜色.肉眼对颜色的敏感远大于分辨率，所以即使分辨率较低图像依然生动鲜明。VGA 由于良好的性能迅速开始流行，厂商们纷纷在 VGA 基础上加以扩充，如将显存提高至 1M 并使其支持更高分辨率如800X600 或 1024X768，这些扩充的模式就称之为 VESA（ Video Electronics Standards Association，视频电子标准协会）的 Super VGA
17、 模式，简称 SVGA，现在的显卡和显示器都支持 SVGA 模式。不管是 VGA 还是 SVGA，使用的连线都是 15 针的梯形插头，传输模拟信号。典型的 IBM 指标是： CVGA 为 320200 和 8 色，EGA 为 640350 和 16 色，VGA为 640480，SVGA 为 800600、XGA1024768、 SXGA12801024 和 TVGA16001200 等。目前的显示都采用 VGA 以上的显示模式，它们的同屏彩色数可在16、256、16K、32K、64K、 16M （所谓真彩色）直到 4G 中选择。显示规格 显示分辨率CGA 640X200MGA 720X350E
18、GA 640X350MCGA 640X480VGA 640X480SVGA 800X600XGA 1024X768SXGA 1280X1024WXGA 1280X800WXGA+ 1280X854WXSGA+ 1366X768SXGA+ 1400X1050UXGA 1600X1200WSXGA+ 1680X1050WUXGA 1920X1200QXGA 2048X1536QSXGAW 2560X1600QSXGA 2560X2048QUXGAW 3400X24001.4 液晶显示器成像原理液晶显示器,即 LCD（Liquid Crystal DIS）显示器是以电流刺激液晶分子的方式产生点、线、
19、面配合背部灯管构成画面。和传统的阴极射线管（CRT）显示器相比，它的体积小，节省空间；不产生高温，属于低耗电产品；辐射低，由于显示原理不同，和 CRT 显示器相比它产生的辐射可以忽略不计；画面柔和，画面不会闪烁，降低眼睛的疲劳。液晶面板的成像原理TN 型面板材用的液晶分子示意图光线穿过液晶层旋转 90 度的光学示意图首先,液晶本身并不具备任何颜色，也不会发光，常温下只是粘糊糊的半液体罢了。液晶的分子很像一根木棒，当给液晶施以一定电压时，它的分子会旋转一定角度。这种特性非常有用，它能让光线改变原来的方向，即横向的光射入液晶后，会改变 90 度出来，液晶显示器的显示基础就在这里。另外，对液晶施入的电压不同，液晶分子的旋转角度也会不同，利用这条性质可以起到控制光线强度的作用。一个完整的液晶显示器示意图液晶面板的结构很像汉堡包，液晶夹在两个相互呈 90 度角的偏光板中间，偏光板和百叶窗结构类似，都只能允许一个方向的光线进入。光线从后面的背光板射入，先经过第一层偏光板，偏光板只让一个方向的光线进入，然后光线经过液晶层，偏转 90 度后，正好能通过第 2 层偏光板，不过这还不算完。彩色滤光膜示意图由于液晶本身没有色彩，所以人们在液晶射出的方向增加了一层彩色滤光膜，薄膜上有很多红、绿、蓝三原色像素。光线受液晶分子的控制，透过每个像素的光线强度也不同，三原色通过混合才得到我们所需要的色彩。
