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。