剖析多媒体数字灯的视频接口

韩振雷

（山东理工大学，山东 淄博 255049）

剖析多媒体数字灯的视频接口

韩振雷

（山东理工大学，山东 淄博 255049）

除具有DMX512和支持Art-Net协议的TCP/IP网络接口外，多媒体数字灯还具有多种视频输入、输出接口。本文介绍这些接口及其对应的视频标准。

视频；接口；基色；分量；SDI；DVI

和普通电脑灯相比，除有类似的通信和控制接口外，数字灯还有多种视频接口，具有丰富的视频媒体功能，这是数字灯和普通电脑灯在功能上的最大区别。为了更好地驾驭数字灯的媒体功能，有必要对数字灯的各个视频接口及相关的视频标准作深入的了解。本文以BARCO公司的DML1200和DL.3两款数字灯为例进行介绍。

DML1200和DL.3数字灯面板上的接口有VGA输入接口、基色视频输入接口、分量视频输入接口、S-Video输入/输出接口、SDI/HDSDI输入/输出接口、DVI输入接口及DMX输入/输出接口、TCP/IP网络接口等。DMX和网络接口属于通信和控制接口，本文不予探讨。VGA、基色视频、分量视频、S-Video属于模拟视频接口，HD SDI、SDI和DVI属于数字视频接口。DML1200和DL.3数字灯上的主要视频和控制接口分别如图1和图2所示。每一个视频接口都对应一种具体的视频标准和格式。

1 基色视频

自然光通过摄像机镜头后，经棱镜系统分解为红绿蓝三路基色光，分别照射到三片成像器（CCD或CMOS）的光敏面上，经光电转换，就可以分别输出红（R）、绿（G）、蓝（B）三路模拟图像信号。R、G、B信号叫做基色图像信号，要想正常地完成图像的显示，还必须通过同步电路产生行同步脉冲（H）和场同步脉冲（V）。行、场同步脉冲的作用是保证图像在水平和垂直方向上的同步显示，如果没有同步脉冲，图像将得不到正常显示。R、G、B三个基色图像信号和H、V两个同步脉冲共同构成的信号模式叫做RGBHV基色视频。在电脑上，通常用显卡上的VGA接口输出基色视频信号，和具有VGA接口的显示设备相连，可以形成最高质量的图像还原。

VGA接口又叫D-Sub接口，共有15个针脚，传输基色视频时，只需要5个针脚，其中1、2、3针脚分别用来传输R、G、B基色图像信号，13和14针脚传输行、场同步脉冲。DL.3数字灯支持VGA输入模式，可以直接和媒体服务器上的VGA接口相连接。基色视频中的R、G、B、H、V等5个信号与VGA接口针脚的对应关系如图3所示。

在DML1200和DL.3数字灯上，基色视频中的R、G、B、H、V信号既可以用VGA接口传输，也可以分别用一个BNC端子来传输，其效果和用VGA接口是完全一样的。

2 分量视频

分量视频（Component Video）的全称是亮度和色差分量视频，包含一个亮度信号分量和两个色差信号分量。色差信号是在三个基色图像信号基础上产生的一种高品质信号类型，产生过程如下：

首先，需要产生由R、G、B三个基色信号共同决定的用以携带灰度图像信息的亮度信号。基色图像信号由亮度和色度两种能量形式构成，在能量一定的情况下，不同的颜色具有不同的亮色比例。我国PAL制视频系统所采用的亮度方程式是Y=0.30R+0.59G+0.11B，R、G、B三个基色信号所占的亮度比例分别是30%、59%和11%。通过串联分压电路分别对R、G、B三个基色信号衰减70%、41%和89%，然后将其汇聚于同一电路节点，即可得到由三个基色信号共同决定的总亮度信号，该信号携带着灰度图像的全部信息，用符号Y表示。

将亮度信号Y倒相180°，然后分别和B、R基色信号相加，即可得到蓝色差信号B-Y和红色差信号R-Y（绿色差信号G-Y的信息包含在B-Y和R-Y之中，不用重复产生）。B-Y、R-Y两个色差信号携带着图像的全部色度信息，决定着色彩的色调和饱和度。Y、B-Y、R-Y三个信号组成的视频模式叫做分量视频，其中Y为亮度分量，B-Y为蓝色差分量，R-Y为红色差分量。由基色视频信号产生分量视频的简化电路如图4所示。

分量视频具有与基色视频十分接近的信号品质，其标识符号众多，常用的有Y/B-Y/R-Y、Y/Pb/Pr、Y/Cb/Cr及Y/U/V等，Y/Pb/Pr用于逐行扫描，Y/Cb/Cr用于隔行扫描。DL.3数字灯不支持分量视频，DML1200数字灯支持分量视频，其标识符号为Y/Pb/Pr，与R、G、B、H、V基色视频共用端口，参见图1。

3 分离视频

S-Video即分离视频（Separate-Video或Super-Video）。将分量视频中的两个色差进行必要的幅度和频带压缩后，再分别对其平衡调幅，即可形成包含全部色度信息的总色度信号。总色度信号通常用符号C表示，与亮度信号Y分别用一个信道平行传输，这样的信号模式即分离视频。理论上，分离视频的品质低于基色视频和分量视频，但因其占用的信道少，传输距离远，用一根带屏蔽层的双芯电缆即可完成信号的传输，所以，也获得了极为广泛的应用。分离视频所用的接口俗称S端子，标识符号为S-VIDEO或Y/C，是DL.3数字灯支持且常用的一种信号模式。图5是将分量视频转换为分离视频的原理框图。

4 SDI/HDSDI

SDI（Serial Digital Interface）意为串行数字接口，由SMPTE组织制定，可以传输8位及10位的非压缩基带数字视频信号，传输速度从270 Mbps到2.970 Gbps不等。SDI数字视频采用75Ω同轴电缆和BNC接口传输，信号传输品质高，连线方便，易于控制，是专业广播领域的通用数字视频接口标准。

根据适应的数据码率不同，SDI有SD-SDI和HD-SDI两种接口标准，SD（Standard-Definition）标准用于标清电视，HD（High-Definition）标准用于高清电视。不管是标清还是高清，都有隔行和逐行之分，隔行用interlace的首字母“i”表示，逐行用progressive的首字母“p”表示。SDI的子标准众多，部分标准及其技术规格和适用对象如表1所示。

全世界范围内共有三种电视制式：NTSC制、PAL制和SECAM制，北美、日韩等国家采用NTSC制，我国和西欧大多数国家采用PAL制，法国使用SECAM制。各制式之间不但色差信号的编码方式不同，而且分辨率也不尽相同。

对于标清数字电视，PAL制的分辨率为720×576，576i表示隔行扫描的PAL制标清，576p表示逐行扫描的PAL制标清。NTSC制的分辨率为720×480，480i表示隔行扫描的NTSC制标清，480p表示逐行扫描的NTSC制标清。

高清数字电视不再有制式之分，其分辨率标准有三种：720p、1080i和1080p。720p是逐行扫描标准，分辨率为1 280×720，1080i是隔行扫描标准，分辨率为1 440×1 080或1 920×1 080（不同分辨率的像素宽高比不同），1080p是最高规格的高清标准，也是逐行扫描，分辨率为1920×1080，号称是全高清（Full-HD）。

下面对表1中的5个SDI标准进行简单解释：

（1）SMPTE 259M SDI标准用于传输隔行扫描的NTSC和PAL制标清视频，兼容270 Mbps和360 Mbps两种数据流，其中以270 Mbps最为常用，完全可以满足分量视频格式的隔行标清非压缩数据流的传输。360 Mbps 的码率标准适用于分量视频格式的16:9宽屏隔行标清电视。

（2）SMPTE 344M标准采用两个SD-SDI接口进行信号传输，所以接口速率为270 Mbps×2=540 Mbps，用于传输逐行扫描的NTSC和PAL制分量标清视频。由于SMPTE 259M标准下的单SD-SDI接口完全可以满足逐行分量标清信号的数据速率，因此，SMPTE 344M标准极少采用。

（3）SMPTE 292M标准用于传输非压缩的分量高清数字视频，数据码率是1.485 Gbps，简称1.5 G。

（4）SMPTE 372M用于更高分辨率颜色需求更高的全高清电视，支持10 bit量化、4:2:2采样和1080P逐行扫描。为了满足高达2.970 Gbps 的数据流量，采用两个HD-SDI 接口并行地传输非压缩的分量基带数据，其中一个接口专门用来传输亮度信号，另一个接口用来传输蓝色差和红色差数据。因此，SMPTE 372M标准对应的接口名称是Dual Link HD-SDI（双链接HD-SDI）。

表1 常用SDI标准及其技术规格和适用对象

表2 数字电视的扫描标准及其技术规格

（5）SMPTE 424M标准支持的数据码率是2.970 Gbps，因此，以3G-SDI作为其接口名称。3G-SDI是SMPTE于2006年6月发布的一种高速率接口标准，和Dual Link HD-SDI标准的技术规格和应用领域是完全一样的，都可以用来传输非压缩全高清数据流，但3G-SDI只用一个传输接口，这是其优势所在。

由此可知，HD-SDI是SDI的众多标准之一种，可支持更高的数据传输速率，适于高清数字电视的信号传输，而SDI则有两层含义，一层含义是泛指数字视频的一种工业标准，另一层含义是当作为接口的标识名称时，是SD-SDI的简称，严格说来是指此接口和设备只能支持标清数字视频。DML1200数字灯既支持标清数字视频，也支持高清数字视频，而DL.3数字灯只支持标清数字视频。

电视制式不同，其帧频和场频也不同。PAL制的帧频是25 Hz，通过隔行扫描，可将一帧变为两场，因此场频为50 Hz（逐行扫描的PAL制电视，帧频是25 Hz，不再有场频的概念）。NTSC制的帧频是30 Hz（精确值为29.97 Hz），采用隔行扫描，其场频为60 Hz（精确值为59.94 Hz）。帧频和场频只与电视制式有关，与标清或高清无关。

将场频或帧频附加字母“i”或“p”，是另一种表示数字电视制式及其相关技术规格的常用方式，列于表2，供灯光工作者涉及到视频应用时参考。

5 DVI

DVI（Digital Visual Interface）数字视频接口，是1999年由众多世界知名IT企业制定的一种工业标准。DVI接口分为两种类型，一种是DVI-D接口，只能传输数字视频，另一种是DVI-I接口，可兼容模拟视频和数字视频。DVI有DVI 1.0和DVI 2.0两种标准，DVI 1.0采用单一链路的“单通道”模式传输数据，最大数据传输速率为1.65 Gbps，每秒钟可传输165 M个像素，支持1 600×1 200的UXGA分辨率。DVI 2.0标准采用“双通道”传输数据，所有技术规格是DVI 1.0标准的2倍，但目前还基本没有得到显示设备的支持。

DML1200数字灯的DVI接口符合DVI 1.0标准，支持HDCP（High-bandwidth Digital Content Protection）高带宽数字内容版权保护协议，支持垂直24 Hz～75 Hz和水平20 Hz～90 kHz 的超宽范围扫描频率，采用DVI-I接口（但并不支持模拟信号），在1 600×1 200的UXGA分辨率下，可通过不长于8 m的专用电缆与具有同样接口的信源设备相连接。

（注：本文部分参考资料来自http://www.barco.com）

The Analysis of the Video Interfaces of the Multimedia Digital Lights

HAN Zhen-lei
(Shandong University of Technology, Zibo Shandong 255049, China)

In addition to the DMX512 and TCP / IP network interface that supports Art-Net protocol, the multimedia digital light also has a variety of video input and output interfaces.These interfaces and their corresponding video standards are introduced in the article.

video; interface; cardinal color; component; SDI; DVI

（编辑 张 淼）