視頻信號(hào)的采集與存儲(chǔ)

引言
數(shù)字技術(shù)的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用使人類(lèi)社會(huì)邁入了“數(shù)字時(shí)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(lái)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(chǔ)或傳輸→解碼再現(xiàn)。其中，壓縮編碼是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。數(shù)字化的圖像和聲音信號(hào)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(dòng)圖像．以每秒30幀或者25幀的速度播放時(shí)，則視頻信號(hào)傳輸速率為220 Mbit／s；如果把這種信號(hào)存放在650MB的光盤(pán)中，一張光盤(pán)只能播放20多秒鐘。所以，必須對(duì)數(shù)字化信息進(jìn)行壓縮．用盡可能少的數(shù)據(jù)來(lái)表達(dá)信息，節(jié)省傳輸和存儲(chǔ)的開(kāi)銷(xiāo)。

1 視頻模型
數(shù)字視頻就是先用攝像機(jī)之類(lèi)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?hào)，再記錄到儲(chǔ)存介質(zhì)(如錄像帶)。播放時(shí)，視頻信號(hào)被轉(zhuǎn)變?yōu)閹畔ⅰ２⒁悦棵爰s30幀的速度投影到顯示器上．使人類(lèi)的眼睛認(rèn)為它是連續(xù)不問(wèn)斷地運(yùn)動(dòng)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(cè)試工具)來(lái)觀看，未投影的模擬電信號(hào)看起來(lái)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(guó)和歐洲采用的是PAL制(逐行倒相制)，美國(guó)和日本采用的NTSC制，PAL信號(hào)有25 fb／s的幀率，NTSC制信號(hào)有30 fb／s的幀率。視頻信號(hào)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(gè)級(jí)別。復(fù)合視頻，VHS，VHS-C和VideO8都是把亮度、色差和同步信號(hào)復(fù)合到一個(gè)信號(hào)中，當(dāng)把復(fù)合信號(hào)分離時(shí)．濾波器會(huì)降低圖像的清晰度，亮度濾波時(shí)的帶寬是有限的，否則就會(huì)無(wú)法分離亮度和色差，這樣亮度的分離受到限制，對(duì)色差來(lái)講也是如此。因此復(fù)合信號(hào)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(gè)信號(hào)表現(xiàn)視頻信號(hào)，即利用Y表現(xiàn)亮度同步，C信號(hào)是編碼后的色差信號(hào)，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(hào)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(lái)的信號(hào)損失。因此圖像質(zhì)量較好。YUV視頻信號(hào)是3個(gè)信號(hào)Y，U，V組成的，Y是亮度和同步信號(hào)．U，V是色差信號(hào)，由于無(wú)需濾波、編碼和解碼，因而圖像質(zhì)量極好，主要應(yīng)用于專(zhuān)業(yè)視頻領(lǐng)域。數(shù)字及同步信號(hào)利用4個(gè)信號(hào)：紅、綠、藍(lán)及同步信號(hào)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(hào)叫射頻信號(hào)，他取自復(fù)合視頻信號(hào)．經(jīng)過(guò)調(diào)制到VHF或UHF，這種信號(hào)可長(zhǎng)距離發(fā)送。現(xiàn)在電視臺(tái)就采用這種方式，通過(guò)使用不同的發(fā)射頻率同時(shí)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(hào)是模擬信號(hào)，但計(jì)算機(jī)是以數(shù)字方式顯示信息的，因此NTSC和PAL信號(hào)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(hào)攜帶了由電磁信號(hào)變化而建立的圖像信息．可用電壓值的不同來(lái)表示，比如黑自信號(hào)，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(hào)是通過(guò)把視頻幀的每個(gè)象素表現(xiàn)為不連續(xù)的顏色值來(lái)傳送圖像資料，并且由計(jì)算機(jī)使用二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式來(lái)傳送和儲(chǔ)存象素值．也就是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字化視頻信號(hào)。
數(shù)字視頻信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)很多：
(1)數(shù)字視頻信號(hào)沒(méi)有噪聲，用0和1表示，不會(huì)產(chǎn)生混淆，而模擬信號(hào)要求屏蔽以減少噪聲。
(2)數(shù)字視頻信號(hào)可利用大規(guī)模集成電路或微處理器進(jìn)行各類(lèi)運(yùn)算處理，而模擬信號(hào)只能簡(jiǎn)單地對(duì)亮度、對(duì)比度和顏色等進(jìn)行調(diào)整。
(3)數(shù)字視頻信號(hào)可以長(zhǎng)距離傳輸而不產(chǎn)生損失，可以通過(guò)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(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生信號(hào)損失。