我一直想知道只有 1 条线(信号和地线)如何使整个彩色图像出现在充满数千像素的屏幕上。这些信号究竟是如何工作的,哪些特征使电视显示不同的东西?
模拟视频信号如何工作
我以前在松下的机上娱乐系统上工作过,所以我对这类东西有点了解。此描述在技术上不会 100% 准确(某些命名可能有点偏离),但我正在尝试编写它以便任何人都能理解它。希望这个解释能帮助...
它背后的“魔力”可以是以下事物的组合:信号幅度、频率和调制。不同类型的电视和信号的工作方式不同。这就是为什么如果旧电视只有一个模拟调谐器,就必须有一个转换器盒来接受新的数字信号。但这实际上只是描述了数据在信号中的呈现方式。基本上,每个像素的颜色数据逐行、逐个像素地发送到电视,电视每秒用新数据刷新屏幕很多次。尽管视频实际上只是屏幕上正在更新的大量静止图像,但它们的变化速度足以让我们将它们感知为移动,因此有旧术语“运动图像”。
看看Wikipedia中用于测试视频系统的典型“彩条”信号。
图片本身被分成像素的“线”。每个屏幕都有这么多列和这么多行,构成了屏幕的总分辨率。这张图片中的每种颜色都分布在同一行的许多像素上。随附的示波器波形有助于描述此处发生的情况(此图像来自Tektronix):
此图像显示了两行像素的数据。每行都以“同步脉冲”开始,以对齐屏幕和信号。该脉冲(波形的负部分)后面是行的每个像素的数据。这实际上是一个模拟视频:像素数据由信号的幅度和相位表示。您可以将各种颜色视为具有不同最大和最小电压的模拟电压。当一行完成时,另一个同步脉冲发出下一行开始的信号。视频信号和屏幕需要具有匹配的分辨率(每行的像素数)。如果有多余的数据,则将其丢弃。如果没有足够的数据,像素共享数据(使图片块状)。
为了澄清有关颜色信号的一点细节,像素的亮度(亮度)由信号的幅度决定;而色度(色调)由色度副载波信号的相位决定。
数字信号有点不同,因为信号是 HI 或 LO。HI 的值可能因系统而异。这有不同的工作方式。有时,已知位数的数据构成一个数据包,承载所有像素数据(类似于网络通信)。另一种方法是将信号的时间设置为 HI 与 LO 的时间,以表示不同的像素值。这就是红外电视遥控器的工作方式,尽管它们发送的是“控制代码”而不是像素信息。
可以想象,这一切都发生得非常非常快。美国的普通电视每秒更新(屏幕刷新)60 次 (60Hz),或隔行扫描视频为 30Hz。尽管现代和高清电视通常会更频繁地刷新(高于 240Hz)。这个刷新率的意思是,整个屏幕的每一个像素每秒都会更新这么多次。它刷新得越多,画面中的细节就越多,尤其是当视频中有很多快速移动的图像时(如追逐序列)。
不同的电视频道(AIR 或 Cable)以相同的方式传送到电视,只是基频不同。电视调谐器将选择这些基本频率之一进行显示(选择频道),并将根据基本载波内的调制频率更新像素。代表像素颜色数据的频率比屏幕的实际刷新率要快得多,因为每个像素数据每秒必须更新很多次,而且正如您所说,有数千个像素。
由于人类只能听到 20Hz 到 20kHz 频谱上的声音,因此声音数据可以很容易地添加到视频顶部的信号中并被电视过滤掉,尽管对于“高清声音”,声音信号是通过一根单独的电线连接到电视以适应所有数据。
要真正了解发生了什么,您必须了解信号频率、幅度、时分、调制和频谱分析。但我希望这种解释可以解释一些......
所有模拟电视标准(NTSC、PAL、SECAM 等)都是一个主题的变体,涉及时分复用(同步和视频信息)和频分复用(亮度、色度和声音)的仔细混合。
此处涉及的细节太多,但网络上有很多很好的参考资料,从关于NTSC的 Wikipedia 文章开始。