視頻信號(hào)的采集與存儲(chǔ)
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一個(gè)視頻圖形適配器(通常叫做抓幀器或視頻采集卡)經(jīng)常被用來(lái)數(shù)字化視頻模擬信號(hào)，并將之轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)圖形信號(hào)。視頻信號(hào)的數(shù)字記錄需要大量的磁盤空間，例如，一幅640×480中分辨率的彩色圖像(24 b／pixel)，其數(shù)據(jù)量約為O．92 Mb／s，如果存放在650 MB的光盤中，在不考慮音頻信號(hào)的情況下，每張光盤也只能播放24 s，使用如此巨大的磁盤空間存儲(chǔ)數(shù)字視頻，是大多數(shù)計(jì)算機(jī)用戶所無(wú)法接受的。在這種情況下，將視頻帶到計(jì)算機(jī)上，以有效的幀率播放存儲(chǔ)信息，是使用計(jì)算機(jī)處理視頻能力的最大障礙，鑒于此種情況，我們采用數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)和幀尺寸、色彩深度和圖像精度折衷的辦法，對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，以節(jié)省磁盤存儲(chǔ)空間．?dāng)?shù)字化視頻采集技術(shù)也就變成了現(xiàn)實(shí)。
數(shù)字化視頻的過(guò)程．通常被叫做數(shù)字化視頻采集。模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換中通常用8 bit來(lái)表示．對(duì)于專業(yè)或廣播級(jí)的信號(hào)轉(zhuǎn)換等級(jí)會(huì)更高。對(duì)于彩色信號(hào)，無(wú)論是RGB還是YUV方式，只需用24 bit來(lái)表示。因此采樣頻率的高低是決定數(shù)字化視頻圖像質(zhì)量的重要指標(biāo)。
視頻采集中計(jì)算機(jī)的處理設(shè)備通常有3種類型，即幀采集卡、動(dòng)態(tài)圖像連續(xù)采集卡、電視節(jié)目接受卡。幀采集卡的工作原理是把偶合視頻信號(hào)解碼成RGB或YUV，RGB或YUV信號(hào)經(jīng)過(guò)A／D轉(zhuǎn)換后進(jìn)入幀存體，幀存體內(nèi)的數(shù)據(jù)根據(jù)同步信號(hào)不斷被刷新。幀存體內(nèi)的數(shù)據(jù)需要保存時(shí)，計(jì)算機(jī)給出控制信號(hào)，幀存體數(shù)據(jù)不再被刷新．這時(shí)計(jì)算機(jī)可以讀出幀存體數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)內(nèi)存或存放到硬盤中。由于視頻信號(hào)是隔行掃描．在數(shù)字化過(guò)程中每幀圖像分成兩場(chǎng)，每場(chǎng)的分辨率是228行，因此高速運(yùn)動(dòng)的圖像采集后有抖動(dòng)的感覺(jué)，要解決這一問(wèn)題可以只采集一場(chǎng)或縮短快門時(shí)間。采集連續(xù)圖像到計(jì)算機(jī)中是比較困難的，因?yàn)閱我粠o止圖像的數(shù)據(jù)量已經(jīng)很大，而動(dòng)態(tài)圖像是25幀／s～30幀／s，模擬的視頻圖像數(shù)字化后所得到的數(shù)據(jù)量巨大，使傳輸、存儲(chǔ)和處理很困難。解決這一問(wèn)題的辦法一般有3種：
(1)利用局部數(shù)據(jù)總線，提高數(shù)據(jù)傳輸速度；
(2)大大降低分辨率；
(3)采用壓縮編碼。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/163695.htm
3 視頻壓縮
對(duì)視頻圖像進(jìn)行壓縮編碼，是目前最流行的方法。1980年以來(lái)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)和國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)等陸續(xù)完成了各種數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)和建議．如面向靜止圖像壓縮的JPEG標(biāo)準(zhǔn)，在運(yùn)動(dòng)圖像方面用于視頻會(huì)漢的H.261標(biāo)準(zhǔn)、用于可視電話的H.263標(biāo)準(zhǔn)、用于VCD的MlPEG1標(biāo)準(zhǔn)、用于廣播電視和DVD的MPEG2標(biāo)準(zhǔn)以及最新的采用基于對(duì)象的編碼理念的MPEG4標(biāo)準(zhǔn)等。MPEG是運(yùn)動(dòng)圖像專家組的英文首字母縮寫。該專家組成立于1988年，致力于運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音的壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)化工作。
MPEG1于1993年成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它是對(duì)1．5 Mbit／s以下數(shù)據(jù)傳輸率的數(shù)字存儲(chǔ)媒體運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音的壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，適用于CD―ROM、VCD、CD-I(交互式CD)等。
它可對(duì)SIF(標(biāo)準(zhǔn)交換格式)分辨率(NTSC制式為352×240；PAl，制式為352×288)的圖像進(jìn)行壓縮，傳輸速率為L(zhǎng) 5 Mbit／s，每秒播放30幀．具有CD音質(zhì)，圖像質(zhì)量基本與VHS家用錄像機(jī)相當(dāng)。MPEGl也被用于數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)上的視頻傳輸，如基于ADSI。(非對(duì)稱數(shù)字用戶線路)的視頻點(diǎn)播(VOD)、遠(yuǎn)程教育等。
MPEG2于1995年成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其目標(biāo)是達(dá)到高級(jí)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的圖像質(zhì)量以及更高的傳輸率。MPEG2所能提供的傳輸率在3Mbit／s～10 Mbit／s之間，在NTSC制式下的分辨率可達(dá)720×486．可提供廣播級(jí)的圖像質(zhì)量和CD級(jí)的音質(zhì)，適用于數(shù)字電視廣播(DVB)、HDTV和DVD的運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音的壓縮編碼。目前，MPEG2已得到廣泛應(yīng)用．如美國(guó)、歐洲在DVD和數(shù)字電視廣播方面都采用MPEG2壓縮技術(shù)。
MPEG3最初是為HDTV開發(fā)的編碼和壓縮標(biāo)準(zhǔn)，但由于MPEG2的出色性能表現(xiàn)，已能適用于HDTV，使得MPEG3還沒(méi)出世就被拋棄了。
MPEG4于1999年初正式成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。MPEG4是一個(gè)適用于低傳輸速率應(yīng)用的方案。與MPEGl和MFPEG2相比，MPEG4更加注重多媒體系統(tǒng)的交互性和靈活性。在視頻編碼方面，MPEG4支持對(duì)自然和合成的視覺(jué)對(duì)象的編碼。合成的視覺(jué)對(duì)象包括2D、3D動(dòng)畫和人面部表情動(dòng)畫等。在音頻編碼，MPEG4是在一組編碼工具支持下，對(duì)語(yǔ)音、音樂(lè)等自然聲音對(duì)象和具有回響、空間方位感的合成聲音對(duì)象進(jìn)行音頻編碼的。MPEG4音頻編碼不僅支持自然聲音，而且支持合成聲音。
MPEG4的重要特點(diǎn)包括：(1)基于內(nèi)容的普遍性。MPEG4能夠直接選取音頻、視頻內(nèi)容進(jìn)行編碼，并對(duì)其靈活地進(jìn)行控制和顯示，用戶可以自行選擇場(chǎng)景中的物體的解碼質(zhì)量，進(jìn)行家庭影視節(jié)目制作和編輯。(2)以AV為對(duì)象．增強(qiáng)了交互性和擴(kuò)展性，從而提高了交互應(yīng)用的靈活性。(3)將各種功能應(yīng)用在自然的和合成的AV對(duì)象上．增強(qiáng)了節(jié)目編輯制作能力。(4)MPEG4在誤碼環(huán)境中．尤其是在惡劣誤碼條件下的低比特率應(yīng)用中的抗誤碼性，有利于節(jié)目制作、分配和顯示。
4 結(jié)束語(yǔ)
視頻信號(hào)被采集到計(jì)算機(jī)后，就可進(jìn)入編輯制作階段，由于硬盤錄像機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、非線性編輯系統(tǒng)等數(shù)字產(chǎn)品的快速發(fā)展，將視頻制作帶人全面數(shù)字化時(shí)代，視頻的網(wǎng)絡(luò)化傳輸和直接播出技術(shù)已成為現(xiàn)實(shí)。
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