視頻信號的采集與存儲

引言
數(shù)字技術(shù)的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用使人類社會邁入了“數(shù)字時代”。今天，數(shù)字技術(shù)產(chǎn)品已走進(jìn)普通百姓的日常生活之中。
賬 數(shù)字技術(shù)就是用數(shù)字編碼來描述和表達(dá)圖像、聲音等各種媒體信息。其信息處理的流程是：模擬信息→數(shù)字化→壓縮編碼→存儲或傳輸→解碼再現(xiàn)。其中，壓縮編碼是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。數(shù)字化的圖像和聲音信號數(shù)據(jù)是非常龐大的，例如一幅640×480像素中等分辨率的彩色圖像(24 bit／像素)的數(shù)據(jù)量約為7．37 Mbit／幀，如果是運(yùn)動圖像．以每秒30幀或者25幀的速度播放時，則視頻信號傳輸速率為220 Mbit／s；如果把這種信號存放在650MB的光盤中，一張光盤只能播放20多秒鐘。所以，必須對數(shù)字化信息進(jìn)行壓縮．用盡可能少的數(shù)據(jù)來表達(dá)信息，節(jié)省傳輸和存儲的開銷。

1 視頻模型
數(shù)字視頻就是先用攝像機(jī)之類的視頻捕捉設(shè)備，將外界影像的顏色和亮度信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，再記錄到儲存介質(zhì)(如錄像帶)。播放時，視頻信號被轉(zhuǎn)變?yōu)閹畔?。并以每秒約30幀的速度投影到顯示器上．使人類的眼睛認(rèn)為它是連續(xù)不問斷地運(yùn)動著的。電影播放的幀率大約是每秒24幀。如果用示波器(一種測試工具)來觀看，未投影的模擬電信號看起來就像腦電波的掃描圖像，由一些連續(xù)鋸齒狀的山峰和山谷組成。
中國和歐洲采用的是PAL制(逐行倒相制)，美國和日本采用的NTSC制，PAL信號有25 fb／s的幀率，NTSC制信號有30 fb／s的幀率。視頻信號在質(zhì)量上可區(qū)分為復(fù)合視頻(Composite)，S-Vide，YUV和數(shù)字(Digital)4個級別。復(fù)合視頻，VHS，VHS-C和VideO8都是把亮度、色差和同步信號復(fù)合到一個信號中，當(dāng)把復(fù)合信號分離時．濾波器會降低圖像的清晰度，亮度濾波時的帶寬是有限的，否則就會無法分離亮度和色差，這樣亮度的分離受到限制，對色差來講也是如此。因此復(fù)合信號的質(zhì)量比較一般，但他的硬件成本較低，目前普遍用于家用錄像機(jī)。S-Vide，S-VHS，S-VHS-C和Hi8都是利用2個信號表現(xiàn)視頻信號，即利用Y表現(xiàn)亮度同步，C信號是編碼后的色差信號，現(xiàn)在很多家用電器(電視機(jī)，VCD，SHVCD，DVD)上的S端子，是在信號的傳輸中，采用了Y／C獨(dú)立傳輸?shù)募夹g(shù)，避免濾波帶來的信號損失。因此圖像質(zhì)量較好。YUV視頻信號是3個信號Y，U，V組成的，Y是亮度和同步信號．U，V是色差信號，由于無需濾波、編碼和解碼，因而圖像質(zhì)量極好，主要應(yīng)用于專業(yè)視頻領(lǐng)域。數(shù)字及同步信號利用4個信號：紅、綠、藍(lán)及同步信號加于電視機(jī)的顯像管，因此圖像質(zhì)量很高。還有一種信號叫射頻信號，他取自復(fù)合視頻信號．經(jīng)過調(diào)制到VHF或UHF，這種信號可長距離發(fā)送。現(xiàn)在電視臺就采用這種方式，通過使用不同的發(fā)射頻率同時發(fā)送多套電視節(jié)目。

2 數(shù)字化視頻采集
NTSC和PAL視頻信號是模擬信號，但計算機(jī)是以數(shù)字方式顯示信息的，因此NTSC和PAL信號在能被汁算機(jī)使用之前，必須被數(shù)字化(或采樣)。
模擬視頻信號攜帶了由電磁信號變化而建立的圖像信息．可用電壓值的不同來表示，比如黑自信號，O V表示黑．O．7 V表示白，其他灰度介于兩者之間。
數(shù)字視頻信號是通過把視頻幀的每個象素表現(xiàn)為不連續(xù)的顏色值來傳送圖像資料，并且由計算機(jī)使用二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式來傳送和儲存象素值．也就是對模擬信號進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字化視頻信號。
數(shù)字視頻信號的優(yōu)點(diǎn)很多：
(1)數(shù)字視頻信號沒有噪聲，用0和1表示，不會產(chǎn)生混淆，而模擬信號要求屏蔽以減少噪聲。
(2)數(shù)字視頻信號可利用大規(guī)模集成電路或微處理器進(jìn)行各類運(yùn)算處理，而模擬信號只能簡單地對亮度、對比度和顏色等進(jìn)行調(diào)整。
(3)數(shù)字視頻信號可以長距離傳輸而不產(chǎn)生損失，可以通過網(wǎng)絡(luò)線、光纖等介質(zhì)傳輸，很方便地實(shí)現(xiàn)資源共享，而模擬信號在傳輸過程中會產(chǎn)生信號損失。