劉愛學(xué) / 張 弩 / 李 澎 / 楊興宴(中國建筑設(shè)計院有限公司，北京 100044)

會議系統(tǒng)中常用視頻信號
——視頻信號的分類、傳輸以及在視頻系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉愛學(xué) / 張 弩 / 李 澎 / 楊興宴
(中國建筑設(shè)計院有限公司，北京 100044)

通過簡要概括會議系統(tǒng)的概念及組成，闡述了視頻系統(tǒng)中常用視頻信號的分類，并介紹了視頻系統(tǒng)中常用視頻信號的發(fā)展、特點(diǎn)、傳輸以及在視頻系統(tǒng)中的應(yīng)用。

會議系統(tǒng) 視頻系統(tǒng) 視頻信號 高清 標(biāo)清

0 引言

視頻技術(shù)的快速發(fā)展使會議不僅限于語言交流的形式，在人們的日常工作、教育培訓(xùn)、商務(wù)交流、政務(wù)會談等活動中，需要視頻系統(tǒng)中的多媒體設(shè)備播放一些圖片、流媒體、數(shù)據(jù)等作為輔助交流的重要方式，這使得視頻在會議系統(tǒng)中發(fā)揮的作用越來越突出。

1 視頻信號的發(fā)展

會議指的是有主題、有目的、有組織、人與人之間可進(jìn)行語言交流的一種活動，一般會根據(jù)主題進(jìn)行有目的的演說、提問、答疑、討論等會議環(huán)節(jié)，通過與會人員之間的交流、討論，發(fā)表意見、決策，最終達(dá)到解決問題的目的。

隨著科學(xué)技術(shù)的提高，社會信息量不斷增大，籌備和召開不同主題會議，借助會議活動進(jìn)行知識傳遞、信息傳播、技術(shù)溝通、關(guān)系協(xié)調(diào)等，已成為政務(wù)、商務(wù)、經(jīng)濟(jì)、文化及技術(shù)交流等活動的重要方式。

會議系統(tǒng)作為輔助會議進(jìn)行的必要措施，是擴(kuò)聲、會議討論、同聲傳譯、視頻、錄播、遠(yuǎn)程視頻會議、集中控制、會議燈光、會議管理、信息發(fā)布系統(tǒng)等組成的系統(tǒng)總稱，業(yè)內(nèi)稱之為音視頻系統(tǒng)集成。下文的描述中主要涉及視頻系統(tǒng)。

自上世紀(jì)80年代，視頻設(shè)備顯示技術(shù)飛速發(fā)展，由標(biāo)清(分辨率<1 280P×720P像素)發(fā)展到高清(分辨率>1 280P×720P像素)，再到目前主流的超高清(4K/分辨率 840×2 160 像素)，最近有些視頻設(shè)備廠商已推出了8K超高清(8K/分辨率 7 680×4 320像素)技術(shù)，可見視頻技術(shù)的發(fā)展勢頭特別迅猛。圖1列出了標(biāo)清、高清和4K 3種分辨率的圖片對比。

圖1 標(biāo)清、高清和4K不同分辨率圖片對比

視頻系統(tǒng)往往由多種視頻設(shè)備組成，如視頻的信號源設(shè)備(攝像機(jī)、DVD、電腦、手機(jī)等)、傳輸設(shè)備(雙絞線收發(fā)器、信號放大器、光纖收發(fā)器等)、切換設(shè)備(分配器、切換器、單一信號視頻矩陣、高清混合視頻矩陣、光纖視頻矩陣、雙絞線視頻矩陣等)、圖像處理設(shè)備(圖像拼接處理器、融合處理器等)、視頻顯示設(shè)備(LCD、LED、DLP、投影機(jī)等)等，不同視頻設(shè)備其信號的輸入、輸出格式也多種多樣。

2 視頻信號的分類

在會議系統(tǒng)中，視頻系統(tǒng)設(shè)計常見的視頻信號有S-Video、YUV、VGA、RGBHV、HD-SDI、HDMI、DVI等，這些視頻信號可以分為數(shù)字和模擬兩大類，其中HD-SDI、HDMI、DVI屬于數(shù)字信號，S-Video、YUV、VGA、RGBHV屬于模擬信號。而模擬又可以分為標(biāo)清模擬和高清模擬。

“高清“是由“High Definition”翻譯而來，在視頻系統(tǒng)中簡稱HD，直譯為“高分辨率”，是指分辨率>1 280P×720P像素的格式。一般高清的衡量標(biāo)準(zhǔn)有兩方面，視頻垂直分辨率超過720P(逐行掃描)，或者是視頻垂直分辨率超過1 080i(隔行掃描)像素，顯示比例為16∶9。由于VGA的寬屏擴(kuò)展格式和RGBHV 可以傳輸高清視頻信號，故屬于高清模擬視頻信號?！皹?biāo)清“是由“Standard Definition”翻譯而來，在視頻系統(tǒng)中簡稱SD，直譯為“標(biāo)準(zhǔn)分辨率”，指的是分辨率<1 280P×720P像素的格式，標(biāo)清的衡量標(biāo)準(zhǔn)(即顯示比例)為4∶3。由于S-Video、YUV不能傳輸高清視頻信號，故屬于標(biāo)清模擬信號格式(視頻信號分類見表1)。

表1 視頻信號分類

2.1標(biāo)清模擬視頻信號

S-Video 被稱為s端子、Video、AV或二分量接口，是“Separate Video”單詞的縮寫。S-Video是日本研發(fā)的一種視頻信號規(guī)格，S為“SEPARATE”，是分離的意思，S-Video是一種沒有經(jīng)過調(diào)制、放大、檢波、解調(diào)等處理的信號，屬于混合視頻信號，其保真度較高，是1990年至1999年期間通用標(biāo)準(zhǔn)，有9針、7針和4針三種規(guī)格，圖像清晰度在眾多視頻接口規(guī)格中屬于比較差的，但是在視頻系統(tǒng)設(shè)備中屬于比較普遍的接口?，F(xiàn)在的視頻設(shè)備(如攝像機(jī)、液晶電視和DVD機(jī)等)仍使用此接口，然而在視頻系統(tǒng)工程設(shè)計、施工中此接口已很少使用。

YUV亦稱為分量、色差和3RCA，是應(yīng)用在電視系統(tǒng)中的顏色編碼方法，屬于歐洲的標(biāo)準(zhǔn)。YUV是在S-Video技術(shù)的基礎(chǔ)之上，將亮度信號、藍(lán)色差和紅色差單獨(dú)發(fā)送，從而避免了3個信號之間的串?dāng)_，使畫面質(zhì)量更好。YPbPr(逐行掃描色差輸出)和YCbCr(隔行掃描色差輸出)是分量視頻接口通用的兩種標(biāo)識。在視頻系統(tǒng)設(shè)備中具有YUV接口的設(shè)備有DVD、液晶電視、機(jī)頂盒等，但目前高清視頻接口應(yīng)用比較普遍，故在視頻系統(tǒng)工程設(shè)計和施工中已很少使用此接口。

2.2高清模擬視頻信號

VGA也叫D-Sub，是“Video Graphics Array”的縮寫，是20世紀(jì)80年代末由IBM研發(fā)的一種視頻模擬信號格式，主要用于電腦顯示器，VGA可以傳輸紅、綠、藍(lán)3種顏色的模擬信號以及水平和垂直的同步信號，因其具有分辨率較高、顯示速度極快、顏色豐富等優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)時被生產(chǎn)顯示器的廠商廣泛使用。VGA接口是一種D型接口，連接方式為 15pin非對稱分布，共有15針，分成3排，每排5個孔。在2014年之前是顯卡上應(yīng)用最為廣泛的接口類型，但2014年相關(guān)部門出臺了停止生產(chǎn)VGA接口的規(guī)定，現(xiàn)在正是一個過渡期，所以，目前在市場上還能見到有VGA接口的設(shè)備。VGA擴(kuò)展接口的規(guī)格和應(yīng)用詳見表2。

表2 VGA擴(kuò)展接口的規(guī)格和應(yīng)用

RGBHV屬于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，也被稱為5BNC，它是由代表紅色(Red)的縮寫“R”、代表綠色(Green)的縮寫“G”、代表藍(lán)色(Blue)的縮寫“B”3個顏色通道以及行(HS)和場(VS)同步信號組成的，其原理是靠3原色的變化，顏色之間的疊加呈現(xiàn)出不同的顏色模式，這種接口是視頻系統(tǒng)中比較普通且應(yīng)用較多的接口之一。

2.3數(shù)字高清視頻信號

SDI是“serial digital interface”的縮寫，翻譯過來是“數(shù)字分量串行接口”，那么HD-SDI就是高清數(shù)字分量串行接口。這種信號格式具有圖像實(shí)時傳輸無延遲、不損失、不失真等特點(diǎn)，屬于廣播電視級別的接口，在安防系統(tǒng)中使用也較多。

HDMI是“High Definition Multimedia Interface”的縮寫，是數(shù)字高清多媒體視頻接口、兼容視頻和音頻同步傳輸?shù)慕涌冢琀DMI數(shù)據(jù)傳輸速度最高為2.25Gbps，具有HDCP防盜版、防復(fù)制的保護(hù)技術(shù)(HDCP為HDMI接口強(qiáng)制功能)，在2002年被正式發(fā)布使用，當(dāng)時的版本為HDMI的1.0版本，目前HDMI已發(fā)展至2.0版本，詳見表3。

表3 HDMI接口從1.0至2.0版本的區(qū)別

DVI是“Digital Video Interface”的縮寫簡稱，即數(shù)字視頻接口。在20世紀(jì)90年代末由惠普、IBM、英特爾、康柏等組成的工作組共同推出的接口標(biāo)準(zhǔn),對接口的規(guī)格、電氣及技術(shù)指標(biāo)、編碼與時鐘方式、數(shù)據(jù)格式和傳輸?shù)戎贫艘?guī)范要求，與之前的電腦顯卡主流輸出接口VGA相比，具有全部使用數(shù)字傳輸、傳輸數(shù)據(jù)無干擾、圖像更清晰等特點(diǎn)。另外，DVI接口還取得了一個突破性創(chuàng)新， DVI接口具有監(jiān)測熱插拔功能，即插即用，同時還具有HDCP功能(為DVI接口選項(xiàng)功能)。DVI接口有3種類型5種規(guī)格，是國際開放的接口標(biāo)準(zhǔn)，在視頻系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用在電腦、電視、投影機(jī)、LCD和DLP等設(shè)備上，詳見表4。

表4 DVI接口的3種類型5種規(guī)格

3 視頻信號的傳輸

在視頻系統(tǒng)中，信號源和顯示設(shè)備終端的接口格式往往包含多種，在設(shè)計時要考慮到不同格式視頻信號的傳輸距離、線纜規(guī)格、與之匹配管徑等問題。標(biāo)清的視頻信號傳輸距離若超出視頻信號本身的傳輸距離會造成視頻效果差、畫面模糊不清；但是數(shù)字信號則不然，它具有“懸崖效應(yīng)”，一旦超出視頻線纜本身的傳輸距離，視頻信號就會中斷。目前HDMI成品線和DVI成品線最遠(yuǎn)可以傳輸40m，超過此距離需要使用雙絞線傳輸器或光纖傳輸器。

3.1標(biāo)清模擬視頻信號的傳輸

S-Video顯示設(shè)備的分辨率為1 024P×768P像素，S-Video有9針、7針和4針三種規(guī)格，S-Video的圖像畫面質(zhì)量受所選用線纜規(guī)格的影響, 以4針 S-Video 為例，單根線纜傳輸距離5～30m,使用同軸電纜可以傳輸60～100m。S-Video屬于模擬視頻接口，當(dāng)此接口與數(shù)字顯示設(shè)備連接時，需要進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)數(shù)字的操作，從而使信噪比降低。

YUV分量視頻接口被普遍應(yīng)用在電視行業(yè)，如機(jī)頂盒、DVD播放機(jī)、液晶電視等設(shè)備都具有此接口。在視頻系統(tǒng)中，傳輸YUV的線纜一般選用 SYV75-3mm2，傳輸距離為50m左右。

3.2高清模擬視頻信號的傳輸

VGA數(shù)據(jù)線是用來連接VGA接口設(shè)備的線纜，長度有1.5m、3m、5m、10m、20m、30m、50m不等(如果所采用的電纜較粗，則可以傳輸50m左右)。在視頻系統(tǒng)工程中，視頻信號的傳輸距離往往需要幾百米，甚至更遠(yuǎn)。如將一個高層辦公樓各會議室的音視頻系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)、互通，那么視頻線纜將跨層敷設(shè)，如何用只傳輸50m的VGA線進(jìn)行長距離傳輸，這也是前幾年工程設(shè)計中經(jīng)常遇到的難題，后來，一些視頻廠家陸續(xù)研發(fā)了VGA遠(yuǎn)距離傳輸設(shè)備，如長線驅(qū)動器、雙絞線收發(fā)器、光纖收發(fā)器等，解決了VGA遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯栴}。

RGBHV信號的傳輸距離根據(jù)線徑不同而不等，如果采用RGBHV75-2mm2×5可傳輸30～50m，采用RGBHV75-3mm2×5可傳輸50～70m。如果根據(jù)使用需求，需要傳輸更遠(yuǎn)的距離，可以采用雙絞線傳輸器，最遠(yuǎn)可以傳輸100m，采用光纖傳輸器，可以傳輸1.7km。

3.3數(shù)字高清視頻信號的傳輸

HD-SDI視頻信號使用專用線傳輸可以保證較好的視頻顯示效果，但是專用線往往成本較高，在實(shí)際項(xiàng)目中，如果全部采用專用的SDI線將增加建設(shè)成本。在以往項(xiàng)目工程中，普遍采用同軸線進(jìn)行HD-SDI 信號傳輸 ，接口使用單BNC，效果較好。HD-SDI屬于廣電級別設(shè)備常用接口，在會議系統(tǒng)中使用較少。

單根HDMI線的理論傳輸距離是7～8m，超高質(zhì)量數(shù)字信號HDMI 支持5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸率，最遠(yuǎn)可傳輸15m，目前，市場上已有能傳輸40m的成品線，但是，此類線比較粗，且是固定接頭，不適于穿管，在施工項(xiàng)目中使用具有一定的局限性。隨著視頻技術(shù)的發(fā)展，一些視頻產(chǎn)品廠商陸續(xù)生產(chǎn)出了一些長距離傳輸設(shè)備，如果傳輸距離<100m，可以選擇雙絞線傳輸器；如果傳輸距離>100m，可以選擇光纖傳輸器，最遠(yuǎn)可以傳輸1.7km。

DVI接口有3種類型5種規(guī)格，DVI-I和DVI-D在視頻系統(tǒng)中應(yīng)用較多，前者能兼容模擬和數(shù)字信號,可以通過線纜與VGA進(jìn)行轉(zhuǎn)換，后者只能接收高清數(shù)字信號,與VGA進(jìn)行轉(zhuǎn)換時必須通過有源轉(zhuǎn)換設(shè)備，且傳輸距離比較短，一般在 7～8m。目前市面上也有一些DVI的成品線，最遠(yuǎn)可以傳輸40m，由于DVI接頭較大，不能穿管，一些廠家生產(chǎn)出了可以卸載的接頭，從而解決了成品線穿管的問題。

4 視頻信號在視頻系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著視頻信號從高清1 080P到4K高清、8K高清的發(fā)展，一些模擬信號將被淘汰，目前視頻系統(tǒng)中使用比較多的視頻信號格式為 HDMI 和DVI，傳輸線纜多為雙絞線和光纖。

視頻系統(tǒng)中使用較多的設(shè)備(如攝像機(jī)、DVD機(jī)、高清錄像機(jī)、投影機(jī)、液晶電視等)都具有HDMI的接口。

在以數(shù)字信號為主流的當(dāng)今，DVI與HDMI兩個接口的畫質(zhì)無明顯區(qū)別，但是隨著HDMI接口的發(fā)展，與DVI接口相比，其能提供更多的功能，又因HDMI同時能傳輸音頻信號，在未來會議系統(tǒng)中的使用會越來越多。

5 結(jié)束語

本文總結(jié)了視頻系統(tǒng)中常見視頻信號的幾種格式，對視頻格式進(jìn)行分類，并介紹了視頻系統(tǒng)中常用視頻信號的發(fā)展、特點(diǎn)、傳輸以及在視頻系統(tǒng)中的應(yīng)用，如有不足之處，敬請讀者給予指正。

[1] GB 50799-2012 電子會議系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[2] GB 50200-94 有線電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國計劃出版社，1994.

[3] GB 50314-2015 智能建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京：中國計劃出版社，2015.

[4] GB 50464-2008 視頻顯示系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國計劃出版社，2008.

CommonlyUsedVideoSignalintheConferenceSystem——ClassificationandTransmissionoftheVideoSignal,anditsApplicationintheVideoSystem

Liu Aixue / Zhang Nu / Li Peng / Yang Xingyan

The concept and the composition of the conference system are briefly summarized, the classification, the development, character, transmission and application of video signal in the video system are introduced.

conference system, video system, video signal, high definition, standard definition