视频信号的采集与存储

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  • 引言
        数字技术的蓬勃发展和广泛应用使人类社会迈入了“数字时代”。今天,数字技术产品已走进普通百姓的日常生活之中。
    账   数字技术就是用数字编码来描述和表达图像、声音等各种媒体信息。其信息处理的流程是:模拟信息→数字化→压缩编码→存储或传输→解码再现。其中,压缩编码是一个关键环节。数字化的图像和声音信号数据是非常庞大的,例如一幅640×480像素中等分辨率的彩色图像(24 bit/像素)的数据量约为7.37 Mbit/帧,如果是运动图像.以每秒30帧或者25帧的速度播放时,则视频信号传输速率为220 Mbit/s;如果把这种信号存放在650MB的光盘中,一张光盘只能播放20多秒钟。所以,必须对数字化信息进行压缩.用尽可能少的数据来表达信息,节省传输和存储的开销。


    1 视频模型
        数字视频就是先用摄像机之类的视频捕捉设备,将外界影像的颜色和亮度信息转变为电信号,再记录到储存介质(如录像带)。播放时,视频信号被转变为帧信息。并以每秒约30帧的速度投影到显示器上.使人类的眼睛认为它是连续不问断地运动着的。电影播放的帧率大约是每秒24帧。如果用示波器(一种测试工具)来观看,未投影的模拟电信号看起来就像脑电波的扫描图像,由一些连续锯齿状的山峰和山谷组成。
        中国和欧洲采用的是PAL制(逐行倒相制),美国和日本采用的NTSC制,PAL信号有25 fb/s的帧率,NTSC制信号有30 fb/s的帧率。视频信号在质量上可区分为复合视频(Composite),S-Vide,YUV和数字(Digital)4个级别。复合视频,VHS,VHS-C和VideO8都是把亮度、色差和同步信号复合到一个信号中,当把复合信号分离时.滤波器会降低图像的清晰度,亮度滤波时的带宽是有限的,否则就会无法分离亮度和色差,这样亮度的分离受到限制,对色差来讲也是如此。因此复合信号的质量比较一般,但他的硬件成本较低,目前普遍用于家用录像机。S-Vide,S-VHS,S-VHS-C和Hi8都是利用2个信号表现视频信号,即利用Y表现亮度同步,C信号是编码后的色差信号,现在很多家用电器(电视机,VCD,SHVCD,DVD)上的S端子,是在信号的传输中,采用了Y/C独立传输的技术,避免滤波带来的信号损失。因此图像质量较好。YUV视频信号是3个信号Y,U,V组成的,Y是亮度和同步信号.U,V是色差信号,由于无需滤波、编码和解码,因而图像质量极好,主要应用于专业视频领域。数字及同步信号利用4个信号:红、绿、蓝及同步信号加于电视机的显像管,因此图像质量很高。还有一种信号叫射频信号,他取自复合视频信号.经过调制到VHF或UHF,这种信号可长距离发送。现在电视台就采用这种方式,通过使用不同的发射频率同时发送多套电视节目。

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