模拟电视信号介绍

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原创最新推荐文章于 2026-07-31 12:04:27 发布 5.4k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

机器视觉系统——视频信号了解和熟悉视频信号是了解机器视觉系统的关键，在机器视觉系统中使用的视频信号种类繁多，这就为摄像头和采集卡的配合、视频系统的设计和调试等带来很多问题。本章简要介绍视频信号的各种结构形式。视频信号分为黑/白和彩色的两大类，它们又都可以分为模拟和数字视频，其中，模拟视频又可分为标准和非标准视频，而数字视频又具有多种数据格式。标准视频信号的周期、间隔时间、幅度等都有明确的规定，这些规定是为了使摄像头和电视机连在一起时能严格地协同工作，它们又称作闭路电视CCTV（Closed Circuit Television）视阅读详情

第三节电视信号

一、模拟电视信号

模拟电视机的显像管采用红绿蓝三支电子枪，扫描显像屏，重现电视画面。R（红）、G（绿）、B（蓝）是我们常说的三基色，但是电视信号传输的时候却并不采用三基色传输，理由是：第一，三基色传输需要很大的带宽；第二，三基色传输与黑白电视无法兼容。因此实际上，传输的时候对信号加以变换。首选选出亮度信号Y，Y=0.39R+0.5G+0.11B，然后计算出两个色差信号U=B-Y，V=R-Y。由于对于画面细节启到决定作用的主要是亮度信号，而色彩信号作用不明显，因此可以对色差信号进行压缩。因此，最终传输的信号中，亮度信号Y占据信号重头，而两个色差信号给大大压缩了，这样总体的传输带宽受到了控制，而黑白电视也能够方便的抽取出黑白电视信号。

模拟电视信号具有三种不同标准——电视制式，包括：PAL（PhaseAlternate Line，逐行倒相），NTSC（NationalTelevision Standards Committee，美国全国电视标准委员会）和SECAM（SEquential Couleur AvecMemoire，顺序传送与存储彩色电视系统）。三种制式在技术细节上都有所不同，相互无法兼容。以下是三种制式的对照表：

	PAL-D	NTSC	SECAM
帧率（Hz）	25	30	25
每帧行数	625	525	625
亮度带宽（MHz）	6	4.2	6
彩色负载波（MHz）	4.43	3.58	4.25
色度带宽（MHz）	1.3U + 1.3V	1.3I + 0.6Q	>1U + >1V
声音负载波（MHz）	6.5	4.5	6.5
表1-5 电视制式对比

PAL制采用逐行倒像正交平衡调幅的技术，克服了NTSC制式容易色彩失真的缺点，被一部分英、德等西欧国家以及新加坡、中国、澳大利亚等国家采用。我国采用的电视制式为PAL-D。

二、模拟视频的数字化

模拟视频经过数字化，才能变成非线性编辑系统可以使用的素材。模拟视频数字化也称作视频采集，是非线性编辑的重要步骤之一。这个过程有三大步骤：采样、量化和编码。

数字视频文件可以被分为五大类：DVAVI、WindowsAVI、MOV、MPEG（VCD和DVD类）和流媒体文件。PC平台的非线性编辑系统大都使用AVI文件，MAC平台的则都大使用MOV文件。MPEG和流媒体文件形式不太合适非线性编辑工作，但却可以作为最终结果的保存形式。

三、数字视频基本属性

由于数字视频是由连续的数字图像组合而成，因此数字视频的画面尺寸和颜色深度概念和静止图片是完全相同的，同时数字视频也延续了模拟视频的概念：帧率和扫描。这些内容就不再累述了。

需要注意的一组相关概念是画面的宽高比和像素的宽高比（AspectRadio）。画面的宽高比就是画面的宽度与高度的比值。正如我们所知，一般电视机屏幕的宽高比都是4:3，而我们见到的画面尺寸的水平像素数量和垂直像素数量未必满足这样的要求，例如720*576，像素数比为4:3.2。如果你还想让电视机满屏显示的话，那么每个像素就不可以是正方形，它们必须在垂直方向略短一点。单个像素的宽度和高度的比值称为像素的宽高比。如果每个像素的水平宽度是垂直高度的1.0667倍，那么720*576个像素所组成的画面正好是4:3，这时候我们就称像素的宽高比为1.0667（即3.2:3）。

四、时间基准（Timebase）

无论是模拟视频还是数字视频，都可以拆分为一系列的连续静止图片。时间基准指定了活动视频单位时间的帧数量，其单位是fps（每秒帧数）。目前常用时间基准有四种：

（1）24fps，画格电影使用的标准

（2）25fps，PAL和SECAM制式电视标准

（3）29.97fps，NTSC制式电视真实标准

（4）30fps，NTSC制式电视近似标准

编辑影片需要选择时间基准，其目的是为了能与拍摄和播放设备同步。只有摄录编播过程中，个个环节的时间基准相同，才能保证最终播放的速度和真实世界是相同的。举个例子来说，以25fps拍摄的影片，如果使用24fps的速度播放，影片就会变长4.17%，片中人物动作自然也变慢了；反之若以30fps的速度播放，影片就会缩短16.7%，片中人物动作自然也变快了很多。

需要注意一下NTSC制式，上文提到它有两种标准，29.97fps和30fps，究竟是怎么回事呢？早在黑白电视时代，NTSC标准已经规定了其时间基准为29.97fps，为了兼容旧的设备，目前NTSC的广播设备仍然保持这一标准。不过29.97fps实在是个麻烦的数值，目前的电子计数设备很难控制这样的数字，但1秒钟到了的时候，第30帧还没到来，第30帧到达的时候，又超过了1秒的计数。所以在不少时候还要用到近似标准30fps每秒，例如计算机制作的NTSC动画，电影胶卷转录成的NTSC像带。不过电视台广播的NTSC信号可是标准的29.97fps信号，因此30fps的节目会有0.1%得变长，不要小看这个0.1%的速度变化，它对于制作过程中配音对口型都可能是严重的问题。怎样才能统一29.97fps和30fps呢？下文介绍的SMPTE时间码给出了解决方案。

中国大陆使用PAL制电视制式标准，PAL制电视节目的25fps标准比较稳定。

时间码（Timecode）是影片的时间标尺，是影片时间基准的具体表现之一。SMPTE时间码标准最为常见，SMPTE是美国电影电视工程师协会（Society of Motion Picture and TelevisionEngineers）的缩写，泛指由该协会制定的一些标准。

SMPTE时间码，采用“小时：分钟：秒：帧”的格式表示所处影片中的位置。不同的时间码也就是表示由“帧”到“秒”的进制不同，例如25fps Timecode表示帧计数从0到24，逢25帧进1秒。需要注意得是时间码只是时间刻度标记，它既不能改变影片的总帧数（影片长度），也不能改变影片的播放速度，好比用尺来量身高，无论选择英制的尺还是公制的尺，甚至刻度错误的尺，被测者的真实身高是不会随着尺而改变的。

SMPTE时间码也有四种规格：

（1）24fps Timecode

（2）25fps Timecode

（3）30fps Drop-Frame Timecode

（4）30fps Non Drop-Frame Timecode

接着研究一下什么是Drop-Frame。正如上文所说，NTSC制式具有两种时间基准：29.97fps和30fps。若有一段以29.97fps拍摄的MTV需要在非编系统中对台词口型应该怎么办呢？目前的计算机尚无法精确到1帧以下，唯一的办法就是选择在计数的时候“作弊”。Drop-Frame的作用就是在时间码计数过程中跳过某些码，从而减少时间码与真实片长的差距。具体的做法是，每分钟跳过2格（从XX：XX：59：28跳过XX：XX：59：29和XX：XY：00：00直接跳到XX：XY：00：01），但是每逢0、10、20、30、40、50分不跳格。这样我们可以计算出，每小时时间码一共跳过108格，正好等于1小时长度的29.97fps格式的节目比1小时长度的30fps格式的节目少的帧数，从而弥补了误差。需要注意的是Drop-Frame并非丢弃真的画面，而是让计数器偷偷多走几格，因此不会引起画面抖动，而MTV的唱词也可以和画面对起来了。最后需要说明的是29.97fps只是一个近似小数，因此每24个小时30fps Drop-Frame模式仍然有3帧左右的误差，不过这么小的误差对大多数影片制作来说已经无关大碍了。