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第7章 多媒体视频处理技术


电视盒
7.1.2 模拟视频标准
为了便于模拟视频的处理、传输和存储,国际上形成了相关的模拟视频 标准------ 广播视频标准,来规范和统一模拟视频体系。 世界上最常用的模拟广播视频标准(也称制式)有3个:NTSC、PAL、 SECAM。不同标准之间的主要区别在于刷新速度、颜色编码系统以及传送频 率等有所差异。
S 端子实际上是一种五芯接口,由两路 视亮度信号、两路视频色度信号和一路 公共屏蔽地线共五条芯线组成。
色差信号
色差端子是在S端子的基础上,把色度(C)信号里的蓝色差(b)、
红色差(r)分开发送,其分辨率可达到600线以上。它通常采用
YPbPr 和YCbCr两种标识,前者表示逐行扫描色差输出,后者表示隔 行扫描色差输出。现在很多电视类产品都是靠色差输入来提高输入讯
制式 PAL NTSC 帧频(FPS) 25 30 行数/帧 625 525 场频(Hz) 颜色频率(MHz) 50.00 59.94 4.43 3.58 声音频率 (MHz) 6.5 4.5
SECAM
25
625
50.00
4.43
6.5
隔行扫描是“先奇后偶”,“一屏两次”。会造成屏幕闪烁。(P136) 逐行扫描是“一屏一次”。屏幕稳定性好。
蓝色差Cb样本,平均每个像素用1.5个样本表示。常用的DV、MPEG-1、
MPEG-2等均使用该格式。
时间采样
时间采样就是每隔一定时间进行一次空间(帧)上的采样。
一个可动的视频图像是通过对信号在周期性的时间间隔上进行
快照得到的。重放这一系列的帧会得到一个运动的效果。
PAL制式的采样帧速率为25帧/秒 NTSC制式的采样帧速率为30帧/秒
第七章 多媒体视频处理
视频是多幅静止图像(每幅画面称为一图像帧)与连续的音频信 息在时间轴上同步运动的混合媒体,多帧图像随时间变化而产生运动 感,因此视频也被称为运动图像。 从应用层面看,图像运动的方式与快慢完全取决于与之混合的音 频的内容和长度,两者的有机配合可产生直观、生动、富有想象的听 觉和视觉冲击效果。
频信号数字化后,就克服了模拟视频的缺点,可以不失真地无限次拷贝,可
以用许多新方法对数字视频进行创造性的编辑,如增加电视特技等,可以 真正实现将视频融进计算机系统中以及实现用计算机播放电影节目。
与模拟视频相比,数字视频的优点
1、可以计算机编辑处理:视频信息可以方便的在多媒体计算机中进行采集、 编码、编辑、存储、传输等处理,也可通过专门的 视频编辑软件进行各种效果编辑处理。 2、再现性好:由于模拟信号是连续变化的,所以不管复制时采用的精确度有 多高,总会产生失真现象。经过多次复制之后,失真现象更明 显。数字视频可以不失真地进行无限制复制,其抗干扰能力是 模拟信号所无法比拟的。此外,数字视频不会因存储、传输和 复制而产生图像质量的退化,从而能准确地再现图像。 3、适合于数字网络:在网络环境中,数字视频信息可以很方便地实现资源的 共享。通过网络,数字视频可以很方便地从一个地方传 到另一个地方。且支持不同的访问方式(点播、广播等) 数字视频信号可长距离传输而不会产生信号衰减。
设备接收到射频信号时,先从射频信号中解调出全电视信号,
再还原成图像和声音信号。
RF 的成像原理是将视频信号(CVBS)和音频信号(Audio)相混合编码 后输出,然后在显示设备内部进行一系列分离/ 解码的过程输出成
像。由于步骤繁琐且音视频混合编码会互相干扰,所以它的输出质
量也是最差的。
RF射频Байду номын сангаас子
Y : U: V
在这种方式中,对每个采样点,亮度Y、色差U、V各取一个样本。 这种方式对于原本就具有较高质量的信号源(如S-Video源),可以 保证其色彩质量,但信息量大。 Y:U:V=4:2:2 这种方式是在每4个连续的采样点上,取4个亮度Y的样本值, 而色差U、V分别取其第一点和第三点的样本值,共8个样本。 这种方式能给信号的转换留有一定余量,效果更好一些。这是通常所用 的方式。
7.2 数字视频
数字视频(Digital Video)是以离散的数字信号方式表示、存储和传输的 视频信息,所用的存储介质、处理设备以及传输网络都是数字化的。 存储介质大约可以分为硬盘类、光盘类、DV带类、存储卡类这四大类。 硬盘DV的优势就在于存储空间大,可以方便的将录制的节目存储到电脑中或者 直接利用配套的DVD刻录设备将碟片刻出,
数字视频有两层涵义:
一是将模拟视频信号输入计算机进行数字化视频编辑,最后制成数字化 视频产品; 二是视频图像由数字摄像机拍摄下来,从信号源开始,就是无失真的数 字视频。当输入计算机时,不再考虑视频质量的衰减问题,然后进行视频编 辑,制成产品。
现在的数字视频技术主要是指第一层涵义,即模拟视频的数字化。当视
4、射频信号
RF射频端子是最早在电视机上出现的,原意为无线电射频
(Radio Frequency)。它是目前家庭有线电视采用的接口模式。
为了实现模拟视频信号的远距离传输,必须把包括亮度信号、
色度信号、复合同步信号和伴音信号在内的全电视信号调制成 射频信号才能进行传输,每个信号占用一个频道。当视频接收
视频图像采集
有两种采样方法:
A、使用相同的采样频率对图像的亮度信号和色差信号进行采样,这种采样
将保持最好的图像质量,但数据量大; B、对亮度信号和色差信号分别采用不同的采样频率进行采样
一般色差信号的采样频率低于亮度信号的采样频率,这种采样可减少采样
数据量,同时不会明显影响人们的视觉效果。
视频采样的基本原理是依据人的视觉系统所具有的两个特征:
2、视频量化:
视频量化也是进行图像幅度上的离散化处理。
eg: 信号量化精度为8位二进制位,信号就有28=256个量化等级 亮度信号用8位量化,则对应的灰度等级最多只有256级。
如果R、G、B三个色度信号都用8位量化,就可获得约1700万种色彩。
(256* 256 * 256 =16777216)
视频采样量化
7.1.1 模拟视频的信号类型
模拟视频信号主要包括亮度信号、色度信号、复合同步信号和伴音信号。
1、复合视频信号(也称AV信号) 复合视频信号(Composite Video Signal)是指包含亮度信号、色度信号 和所有定时信号的单一模拟信号,不包 括伴音信号,带宽较窄。大多数视频卡 都提供这种类型的视频接口。
它是一种混合视频信号,没有经过RF射频 信号那些调制、放大、检波、解调等过程, 信号保真度相对较好
RCA插头(俗称莲花头 RCA端子)
AV信号的优缺点:
AV接口实现了音频和视频的分离传输,这就避免了因为音/视频混合干扰 而导致的图像质量下降;
由于AV 接口的传输是一种亮度/色度(Y/C)混合的视频信号,需要显示设 备对其进行亮/ 色分离和色度解码才能成像,这种先混合再分离的过程 必然会造成色彩信号的损失,色度信号和亮度信号也会有很大的机会相 互干扰从而影响最终输出的图像质量。 AV还具有一定生命力,但由于它本身Y/C混合这一不可克服的缺点因此无 法在一些追求视觉享受极限的场合中普及。
2、分量视频信号
分量视频信号(Component Video Signal)是指每个基色 分量作为独立的电视信号。每 个基色既可以用R、G、B表示, 也可以用亮度—色差表示,如Y、 I、Q或Y、U、V等。 使用分量视频信号是表示颜色 的最好办法,但需要比较宽的 带宽和同步信号。 计算机输出的VGA视频信号即 为分量形式的视频信号。
按视频的存储和处理方式的不同,可分为模拟视频和数字视频两种。
7.1 模拟视频
模拟视频是以连续的模拟信号方式存储、处理和传输的视频信息,其所用 的存储介质、处理设备以及传输网络都是模拟的。 模拟视频图像具有成本低和还原度好的优点。 其缺点是经长期存放后,视频质量会下降,经多次复制后,图像会有明显 失真。在传输方面,模拟视频图像会随频道和距离的变化产生较大的衰减, 且不适合网络传输。 与数字视频相比,模拟视频不便于编辑、检索和分类。
号品质,
作为S-Video的进阶产品,色差输出将S-Video传输的色度信号C分解为色 差Cr和Cb,这样就避免了两路色差混合译码并再次分离的过程,也保持 了色度信道的最大带宽,只需要经过反矩阵译码电路就可以还原为RGB 三原色信号而成像,这就最大限度地缩短了视频源到显示器成像之间的 视频信号信道,避免了因繁琐的传输过程所带来的影像失真。
Y是亮度,UV分别对应Cb和Cr,即蓝色和红色,UV合称彩度,用C做标记。
7.3.2 视频信号的数字化过程
录像机 摄像头 电视机 VCD机 DVD机 ……
分量或复合视频信号
NTSC:525/60 PAL:625/50 SECAM:625/50
视 频 采 样
隔 行 、 逐 行 转 换
量 化
彩 编 色 空 数字视频 码 、 间 压 转 缩 换

采样 量化
4:2:2 4:2:0
4:4:4
7.3.3 数字视频的不同格式
数字视频有非压缩和压缩两种格式。
非压缩格式一般是指通过高档数字录像机直接拍摄的数字视频,具体格式 有D1、D2、D3、D5等。非压缩格式的数字视频以原有信号码率直接记录 输入信号,保持了信号的原有水平,为无损记录。 通常所说的数字视频格式主要是指采用了压缩技术的数字视频,具体格式 有Digital Betacam、Digital-S、 DVCPro、DVCam和家用DV。它们都采用 分量数字化方式。
7.3 视频的数字化
视频的数字化就是指在一段时间内以一定的速度对视频信号进 行捕获并加以采样、量化、编码后形成数字化数据的处理过程。各 种制式的普通电视信号都是模拟信号,然而计算机只能处理数字信 号,因此必须将模拟信号的视频转化为数字信号的视频。 视频信号数字化与音频信号数字化一样,要经过采样、量化 (A/D 转换)、解码和彩色空间变换等处理过程。将视频数字化的 过程也常称为捕获。
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