第八章数字视频基础 本章开始讨论视频技术。视频被认为是互联网时代最具影响力的媒体形式，无论是数字电影与电视，还是网络与移动视频，所有这些应用的核心都是视频技术。从数据形态来看，视频就是图像序列，视频技术的基础当然就是图像处理技术。但是由于视频表现为序列化的数据流，这使得视频的数据量急剧增长，同时，时间关系也变得十分重要。本章首先介绍模拟视频的基本概念，因为数字视频是从模拟视频转换而来的，对模拟视频的了解会有助于全面把握数字视频技术。其次介绍模拟视频的数字化，主要是采样格式问题。第三部分对数字视频数据的形态进行分析，这是本章的重点，也体现了本教程的一贯风格。 8.1 模拟视频 模拟视频的典型代表就是模拟电视。模拟电视是一个复杂的系统，涉及信号采集与处理、网络传输、接收和呈现等等。与其他信息技术类似，数据或信号处于核心地位。因此，本节以电视信号为线索，介绍模拟电视系统的几个关键概念。 8.1.1 扫描 扫描是通过信号去控制显示屏以得到电视图像的过程。从形成图像的方式看，扫描分为隔行扫描（interlaced scanning）和逐行扫描（progressive scanning）两种。图8-1表示了这两种扫描方式的差别。黑白电视和彩色电视都用隔行扫描，而计算机显示图像时一般都采用非隔行扫描。 (a) 逐行扫描 (b) 隔行扫描 图8-1 图像的光栅扫描
在逐行扫描中，电子束从显示屏的左上角一行接一行地扫到右下角，在显示屏上扫一遍就显示一幅完整的图像，如图8-1(a)所示。 在隔行扫描中，电子束扫完第1行后回到第3行开始的位置接着扫，如图8-1(b)所示，然后在第5、7、……行上扫，直到最后一行。奇数行扫完后接着扫偶数行，这样就完成了一帧（frame）的扫描。由此可以看到，隔行扫描的一帧图像由两部分组成：一部分是由奇数行组成，称奇数场（field），另一部分是由偶数行组成，称为偶数场，两场合起来组成一帧图像。因此在隔行扫描中，无论是摄像机还是显示器，获取或显示一幅图像都要扫描两遍才能得到一幅完整的图像。 在隔行扫描中，扫描的行数一定是奇数。如前所述，一帧画面分两场，第一场扫描总行数的一半，第二场扫描总行数的另一半。隔行扫描要求第一场结束于最后一行的一半，不管电子束如何折回，它必须回到显示屏顶部的中央，这样就可以保证相邻的第二场扫描恰好嵌在第一场各扫描线的中间。正是这个原因，隔行扫描的总行数是奇数。 每秒钟扫描多少行称为行频；每秒钟扫描多少场称为场频；每秒扫描多少帧称帧频。 8.1.2 电视制式 全球有三种主要的模拟彩色电视制式：NTSC制式、PAL制式和SECAM制式。 NTSC（N ational T elevision S ystems C ommittee）彩色电视制是1952年美国国家电视标准委员会定义的彩色电视广播标准，称为正交平衡调幅制式。美国、加拿大等大部分西半球国家，以及日本、韩国、菲律宾等国和中国的台湾采用这种制式。 由于NTSC制式存在相位敏感造成彩色失真的缺点，因此德国（当时的西德）于1962年制定了PAL(P hase-A lternative L ine)制彩色电视广播标准，称为逐行倒相正交平衡调幅制式。德国和英国等一些西欧国家，以及中国大陆、香港等国家和地区采用这种制式。 法国制定了SECAM（法文：Se quential C oleur A vec M emoire）彩色电视广播标准，称为顺序传送彩色与存储制式。法国、俄罗斯、东欧等国家和地区采用这种制式。 NTSC、PAL和SECAM制式都是兼容制式。这里说的“兼容”有两层意思，一是指黑白电视机能接收彩色电视广播，显示的是黑白图像，另一层意思是彩色电视机能接收黑白电视广播，显示的是黑白图像，这叫向后兼容（或逆兼容）。为了既能实现兼容性而又要有彩色特性，彩色电视系统应满足下列要求： (1) 必需采用与黑白电视相同的一些基本参数，如扫描方式、扫描行频、场频、帧频、同步信号、图像载频、伴音载频等等。 (2) 需要将摄像机输出的三基色信号转换成一个亮度信号，以及代表色度的两个色差信号，并将它们组合成一个彩色全电视信号进行传送。在接收端，彩色电视机将彩色全电视信号重新转换成三个基色信号，在显示器上重现发送端的彩色图像。 PAL制式信号的主要扫描特性是：(1) 625行(扫描线)/帧，25帧/秒(40 ms/帧) ；(2) 高宽比(aspect ratio)：4:3 ；(3) 隔行扫描，2场/帧，312.5行/场；(4) 颜色模型：YUV。一帧图像的总行数为625，分两场扫描。行扫描频率是15625Hz，周期为64μs；场扫描频率是50 Hz，周期为20 ms；帧频是25 Hz，是场频的一半，周期为40 ms。在发送电视信号时，每一行中传送图像的时间是52.2μs，其余的11.8μs不传送图像，是行扫描的逆程时间，同
视频信号的传输方式 监控系统中，视频信号的传输是整个系统非常重要的一环，也是广大工程商挺挠头的一件事，随着工程中监控设备价格的透明性和工程商竞争的加剧，信号传输部分的费用越来越受到大家的重视；目前，在监控系统中最常用的传输介质是同轴电缆、双绞线、光纤等方式，对于不同场合、不同的传输距离，怎样能保证传输质量、降低费用，根据多年的工程经验，在这里我们作一些介绍供参考。 一、同轴电缆传输 （一）通过同轴电缆传输视频基带信号视频基带信号也就是通常讲的视频信号，它的带宽是0-6MHZ，一般来讲，信号频率越高，衰减越大，一般设计时只需考虑保证高频信号的幅度就能满足系统的要求，视频信号在5.8MHZ的衰减如下：SYV75-3 96编国标视频电缆衰减30dB/1000米, SYV75-5 96编国标视频电缆衰减19dB/1000米,，SYV75-7 96编国标视频电缆衰减13dB/1000米；如对图象质量要求很高，周围无干扰的情况下，75-3电缆只能传输100米，75-5传输160米，75-7传输230米；实际应用中，存在一些不确定的因素，如选择的摄像机不同、周围环境的干扰等，一般来讲，75-3电缆可以传输150米、75-5可以传输
300米、75-7可以传输500米；对于传输更远距离，可以采用视频放大器（视频恢复器）等设备，对信号进行放大和补偿，可以传输2-3公里；另外，通过一根同轴电缆还可以实现视频信号和控制信号的共同传输，即同轴视控传输技术，下面简单介绍一下该技术：在监控系统中，需要传输的信号主要有两种，一个是图像信号，另一个是控制信号。其中视频信号的流向是从前端的摄像机流向控制中心；而控制信号则是从控制中心流向前端的摄像机（包括镜头）、云台等受控对像；并且，流向前端的控制信号，一般又是通过设置在前端的解码器解码后再去控制摄像机和云台等受控对像的。同轴视控传输技术是利用一根视频电缆便可同时传输来自摄象机的视频信号以及对云台、镜头的控制功能，这种传输方式节省材料和成本、施工方便、维修简单化，在系统扩展和改造时更具灵活性；同轴视控实现方法有两类：一是采用频率分割，即把控制信号调制在与视频信号不同的频率范围内，然后同视频信号复合在一起传送，再在现场做解调将两者区分开；由于采用频率分割技术，为了完全分割两个不同的频率，需要使用带通滤波器、带通陷波器和低通滤波器、低通陷波器，这样就影响了视频信号的传输效果；由于需将控制信号调制在视频信号频率的上方，频率越高，衰减越大，这样传输距离受到限制；另外方法是采用双调制的方
数字视频技术考复习题 一、填空题 1、MPEG-1视频流采取分层式数据结构，包括视频序列、、图像、 像条、、块共六层。 2、已知HDB3码为-1000-1+1000+l-l+l-100-1+l，原信息代码 为。 3、以在上一帧图像中找到相似的块，这两个宏块之间的位移，称为。 4、数字复接过程中，按各支路信号的交织情况来分，可以分为复 接、复接和复接。 5、视频基本码流(ES)层次结构由视频序列层、、、像条层、 宏块层和。 6、当前宏块与它匹配的宏块之间的差值称为。 7、模拟彩色电视信号，世界存在三种制式，它们分别是制、制 和制。 8、PAL制式彩色电视信号中，为了节省频带宽度，一般将色度信号调制在 -----MHZ的频率上，再安插在信号中。 9、在NTSC制式电视信号中，色度矢量的幅度代表，初 相位代表。 10、标准清晰度电视演播室标准规定，亮度信号每行的取样点 数，取样频率为MH Z。 11、基带传输时，接收波形满足取样值无串扰的充要条件是：仅在本码元的取 样时刻上有，而在其他码元的取样时刻，本码元的值为。 12、准同步复接中一般采用正码速调节，其方式为当缓存器即将读空时，禁止 读时钟输出，使缓存器读出一位，在输出码流中插入一个，可以把码速调高。 13、某一信道传输二进制时，速率为a，如果利用这一信道传输8进制时， 传输速率将是。 14、MPEG-2结构可分为和层，针对不同的环 境，MPEG-2规定了两种系统编码句法，分时是流和流。 15、H．264标准算法在概念上分为2个层次，分别是层和层。 16、H．264除了有I、P、B帧之外，还有2个切换帧，分别是帧 和帧。 17、SDH帧结构由和两大部分组成，他们的字长分别 （）和。 18、在一个STM-1中，可包容的基群个数为。
视频输入输出接口和信号格式 一、传输接口 按照发展先后来概述： (1)CVBS：Composite Video Broadcast Signal，复合视频广播信号。 它是最早期的一种图像数据传输方法，是将模拟视频信号和声音信号结合，并调制到视频载波之前的一种格式。复合视频包含色差（色调和饱和度）和亮度信息，并将它们同步在消隐脉冲中，用同一信号传输。这种接口有3根线：白（左声道）、红（右声道）、黄（视频信号），如图所示： 由于是采用亮度和色度信号频谱间置方法复合在一起，所以会导致亮、色的串扰以及清晰度降低等问题。 (2)S-video：即S端子，它是将亮度信号Y和色度信号C分开传输，这样就可确保亮度和色度信号不相互干扰。 (3)VGA：Video Graghic Array，又叫显示绘图阵列，它采用非对称分布的15Pin 连接方式，共有15针，分成3排，每排5个孔。 (4)DVI：Digital Visual Interface，即数字视频接口。它采用全数字传输，可有效降低干扰和提高性能。对于DVI接口，有很多规范，常见的是DVI-D（Digital）和DVI-I（Integrated），DVI-I只能传输数字信号，可以用它来连接显卡和平板电视等。 (5)HDMI：High Definition Multimedia Interface，即高清晰度多媒体接口。它与DVI不同，可以同时传输视频和音频信号，由于音频和视频信号采用同一条电缆，可大大简化系统的安装。 除了上述有代表性的接口之外，另外还有一些典型接口，比如：色差分量接口（三基色输入）、SCART（欧洲通用视频接口）、BNC端口输入（R、G、B、行同步、场同步5个连接头），SDI（串行数字接口）等等。 二、视频输出的数字信号格式 相关名词： ITU:International Telecommunications Union （国际电信联盟）
数字视频基础 数字视频的采样格式及数字化标准 模拟视频的数字化包括不少技术问题，如电视信号具有不同的制式而且采用复合的YUV信号方式，而计算机工作在RGB空间；电视机是隔行扫描，计算机显示器大多逐行扫描；电视图像的分辨率与显示器的分辨率也不尽相同等等。因此，模拟视频的数字化主要包括色彩空间的转换、光栅扫描的转换以及分辨率的统一。 模拟视频一般采用分量数字化方式，先把复合视频信号中的亮度和色度分离，得到YUV或YIQ分量，然后用三个模／数转换器对三个分量分别进行数字化，最后再转换成RGB 空间。 一、数字视频的采样格式 根据电视信号的特征，亮度信号的带宽是色度信号带宽的两倍。因此其数字化时可采用幅色采样法，即对信号的色差分量的采样率低于对亮度分量的采样率。用Y：U：V来表示YUV三分量的采样比例，则数字视频的采样格式分别有4：1：1、4：2：2和4：4：4三种。电视图像既是空间的函数，也是时间的函数，而且又是隔行扫描式，所以其采样方式比扫描仪扫描图像的方式要复杂得多。分量采样时采到的是隔行样本点，要把隔行样本组合成逐行样本，然后进行样本点的量化，YUV到RGB色彩空间的转换等等，最后才能得到数字视频数据。 二、数字视频标准 为了在PAL、NTSC和 SECAM电视制式之间确定共同的数字化参数，国家无线电咨询委员会（CCIR）制定了广播级质量的数字电视编码标准，称为CCIR 601标准。在该标准中，对采样频率、采样结构、色彩空间转换等都作了严格的规定，主要有： ＝13.5MHz 1、采样频率为f s 2、分辨率与帧率 的采样率，在不同的采样格式下计算出数字视频的数据量： 3、根据f s 这种未压缩的数字视频数据量对于目前的计算机和网络来说无论是存储或传输都是不现实的，因此在多媒体中应用数字视频的关键问题是数字视频的压缩技术。 三、视频序列的SMPTE表示单位 通常用时间码来识别和记录视频数据流中的每一帧，从一段视频的起始帧到终止帧，其间的每一帧都有一个唯一的时间码地址。根据动画和电视工程师协会SMPTE（Society of
常见视频信号传输特性 1. 分量视频(Component Signal) 摄像机的光学系统将景像的光束分解为三种基本的彩色：红色、绿色和蓝色。感光器材再把三种单色图像转换成分离的电信号。为了识别图像的左边沿和顶部，电信号中附加有同步信息。显示终端与摄像机的同步信息可以附加在绿色通道上，有时也附加在所有的三个通道，甚至另作为一个或两个独立的通道进行传输，下面是几种常见的同步信号附加模式和表示方法： - RGsB：同步信号附加在绿色通道，三根75Ω同轴电缆传输。 - RsGsBs：同步信号附加在红、绿、蓝三个通道，三根75Ω同轴电缆传输。 - RGBS：同步信号作为一个独立通道，四根75Ω同轴电缆传输。 - RGBHV：同步信号作为行、场二个独立通道，五根75Ω同轴电缆传输。 RGB分量视频可以产生从摄像机到显示终端的高质量图像，但传输这样的信号至少需要三个独立通道分别处理，使信号具有相同的增益、直流偏置、时间延迟和频率响应，分量视频的传输特性如下： - 传输介质：3-5根带屏蔽的同轴电缆 - 传输阻抗：75Ω- 常用接头：3-5×BNC接头 - 接线标准：红色=红基色(R)信号线，绿色=绿基色(G)信号线，蓝色=蓝基色(B)信号线，黑色=行同步(H)信号线，黄色=场同步(V)信号线，公共地＝屏蔽网线(见附图VP-03) 2. 复合视频(Composite-Video)
由于分量视频信号各个通道间的增益不等或直流偏置的误差，会使终端显示的彩色产生细微的变化。同时，可能由于多条传输电缆的长度误差或者采用了不同的传输路径，这将会使彩色信号产生定时偏离，导致图像边缘模糊不清，严重时甚至出现多个分离的图像。 插入NTSC或PAL编解码器使视频信号易于处理而且是沿单线传输，这就是复合视频。复合视频格式是折中解决长距离传输的方式，色度和亮度共享 4.2MHz(NTSC)或 5.0-5.5MHz(PAL)的频率带宽，互相之间有比较大的串扰，所以还是要考虑频率响应和定时问题，应当避免使用多级编解码器，复合视频的传输特性如下： - 传输介质：单根带屏蔽的同轴电缆 - 传输阻抗：75?- 常用接头：BNC接头、莲花(RCA)接头 - 接线标准：插针=同轴信号线，外壳公共地＝屏蔽网线(见附图VP-01) 3. 色差信号(Y,R-Y,B-Y) 对视频信号进行处理而传输图像时，RGB分量视频的方式并不是带宽利用率最高的方法，原因是三个分量信号均需要相同的带宽。 人类视觉对亮度细节变化的感受比彩色的变化更加灵敏，因此我们可以将整个带宽用于亮度信息，把剩余可用带宽用于色差信息，以提高信号的带宽利用率。 将视频信号分量处理为亮度和色差信号，可以减少应当传输的信息量。用一个全带宽亮度通道(Y)表示视频信号的亮度细节，两个色差通道(R-Y和B-Y)的带宽限制在亮度带宽的大约一半，仍可提供足够的彩色信息。采用这种方法，可以通过简单的线性矩阵实现RGB与Y,R-Y,B-Y的转换。色差通道的带宽限制在线性矩阵之后实现，将色差信号恢复为RGB分量视频显示时，亮度细节按全带宽得以恢复，而彩色细节会限制在可以接受的范围内。 色差信号也有多种不同的格式，有着不同的应用范围，在普遍使用的复合PAL、SECAM和NTSC制式中，编码系数是各不相同的，见下表：
各种视频信号格式及端子介绍 RF/AV/SVIDEO/YUV/VGA/RGB/RGBS/DVI/HDMI/ 视频信号是我们接触最多的显示信号，但您并不一定对各种视频信号有所了解。因为国内用到的视频信号格式和端子非常有限，一般就是复合视频和S端子，稍高级一些的就是色差及VGA。对于那些经常接触国外电器和二手设备的朋友，就会遇到各种希奇古怪的信号端子，我们也经常接到读者这方面的提问。请读者注意：我们这 里所说的视频信号并不是严格意义上的带宽只有5MHz的视频信 号，而是泛指能作为输入输出的显示信号。本文试图把常用视频 信号做一简单叙述，有不全和不对的地方请读者朋友指出。 一、各种视频信号 复合视频信号（Video） 复合视频信号是我们日常生活中最为常见的视频信号，它在 一个传输信号中包含了亮度、色度和同步信号。由于彩色编码的 不同，复合视频又有PAL、NTSV、SECAM制式之分。复合视频信号本身的带宽只有5MHz （NTSC制式带宽仅4.5MHz），中间又加了彩色副载波信号（NTSC制为3.58MHz，PAL 和SECAM制为4.43MHz），正好落在亮度信号带宽之内，占去了一部分亮度信号，又造成 亮度和色度的相互干扰，使得复合视频成为最差的视频信 号。复合视频信号一般用RCA插头连接，就是通常说的莲 花插头，见图1。欧洲也用SCART接口，老式的视频设备 也有用BNC插头连接。 S视频信号（S-Video） S视频信号俗称S端子信 号，它同时传送两路信号：亮度 信号Y和色度信号C。由于将亮 度和色度分离，所以图象质量优 于复合视频信号，色度对亮度的 串扰现象也消失。由于S视频信 号亮度带宽没有改变，色度信号仍须解调，所以其图象质 量的提高是有限的，但肯定解决了亮色串扰，消除图象的 爬行现象。S端子用四芯插头，见图2。欧洲也用SCART 插头，老式的视频设备也有用两个BNC插头连接，计算机 显卡也有用七芯插头，其外形与S端子一样，只是又包含 了复合视频信号。 隔行色差信号（Y、Cr、Cb）
视频基础知识详解 视频技术发展到现在已经有100多年的历史，虽然比照相技术历史时间短，但在过去很长一段时间之内都是最重要的媒体。 由于互联网在新世纪的崛起，使得传统的媒体技术有了更好的发展平台，应运而生了新的多媒体技术。而多媒体技术不仅涵盖了传统媒体的表达，又增加了交互互动功能，成为了目前最主要的信息工具。 在多媒体技术中，最先获得发展的是图片信息技术，由于信息来源更加广泛，生成速度高生产效率高，加上应用门槛较低，因此一度是互联网上最有吸引力的内容。 然而随着技术的不断进步，视频技术的制作加工门槛逐渐降低，信息资源的不断增长，同时由于视频信息内容更加丰富完整的先天优势，在近年来已经逐渐成为主流。 那么我们就对视频信息技术做一个详细的介绍。 模拟时代的视频技术 最早的视频技术来源于电影，电影技术则来源于照相技术。由于现代互联网视频信息技术原理则来源于电视技术，所以这里只做电视技术的介绍。 世界上第一台电视诞生于1925年，是由英国人约翰贝德发明。同时也是世界上第一套电视拍摄、信号发射和接收系统。而电视技术的原理大概可以理解为信号采集、信号传输、图像还原三个阶段。 摄像信号的采集，通过感光器件获取到光线的强度（早期的电视是黑白的，所以只取亮度信号）。然后每隔30～40毫秒，将所采集到光线的强度信息发送到接收端。而对于信号的还原，也是同步的每隔30～40毫秒，将信号扫描到荧光屏上进行展示。 那么对于信号的还原，由于荧光屏电视采用的是射线枪将射线打到荧光图层，来激发荧光显示，那么射线枪绘制整幅图像就需要一段时间。射线枪从屏幕顶端
开始一行一行的发出射线，一直到屏幕底端。然后继续从顶部开始一行一行的发射，来显示下一幅图像。但是射线枪扫描速度没有那么快，所以每次图像显示，要么只扫单数行，要么只扫双数行。然后两幅图像叠加，就是完整的一帧画面。所以电视在早期都是隔行扫描。 那么信号是怎么产生的呢？ 跟相机感光原理一样，感光器件是对光敏感的设备，对于进光的强弱可以产生不同的电压。然后再将这些信号转换成不同的电流发射到接收端。电视机的扫描枪以不同的电流强度发射到荧光屏上时，荧光粉接收到的射线越强，就会越亮，越弱就会越暗。这样就产生了黑白信号。 那么帧和场的概念是什么？ 前面说到，由于摄像采集信号属于连续拍摄图像，比如每隔40毫秒截取一张图像，也就是说每秒会产生25副图像。而每个图像就是一帧画面，所以每秒25副图像就可以描述为帧率为25FPS（frames per second）。而由于过去电视荧光屏扫描是隔行扫描，每两次扫描才产生一副图像，而每次扫描就叫做1场。也就是说每2场扫描生成1帧画面。所以帧率25FPS时，隔行扫描就是50场每秒。 模拟时代在全世界电视信号标准并不是统一的，电视场的标准有很多，叫做电视信号制式标准。黑白电视的时期制式标准非常多，有A、B、C、D、E、G、H、I、K、K1、L、M、N等，共计13种（我国采用的是D和K制）。到了彩色电视时代，制式简化成了三种：NTSC、PAL、SECAM，其中NTSC又分为NTSC4.43和NTSC3.58。我国彩色电视采用的是PAL制式中的D制调幅模式，所以也叫PAL-D 制式。有兴趣的可以百度百科“电视制式”来详细了解。 另外你可能会发现，场的频率其实是和交流电的频率一致的。比如我国的电网交流电的频率是50Hz，而电视制式PAL-D是50场每秒，也是50Hz。这之间是否有关联呢？可以告诉你的是，的确有关联，不过建议大家自己去研究。如果确实不懂的同学可以@我。 彩色信号又是怎么产生的呢？
高清、标清数字视频系统的同步 出处：《传播与制作》作者：程宏张京春日期：2011-5-17 所属期刊：201104 同步是高清、标清和模拟视频系统中最基本也是最严格的技术环节。视频系统中的各种设备，如摄像机、VTR、服务器和切换器等，均应处于同步状态。同步信号是系统的锁相基准信号，它保证了信号切换时画面不出现滚动、跳动以及A/D、D/A转换颜色不失真等现象。对于演播、播出系统来说，整个系统的统一同步是必不可少的。在视频系统设计、安装、调试、维护中，工程技术人员除了要重视视频、音频等技术环节，还需要重视同步这一技术环节，科学合理地配置同步和相关设备。 一. 高清、标清系统中同步信号的种类和选择 1．模拟黑场同步信号 模拟黑场同步信号（BLACK BURST 简称BB），称它为黑场色同步是因为该信号的正程图像对应的信号电平是黑电平(对于PAL制黑电平为0mV；对于北美NTSC制为7.5IRE)。 图1
模拟黑场同步信号应符合国家广播电影电视总局在2000年颁布的中华人民共和国广播电影电视行业标准《GY/T167-2000数字分量演播室的同步基准信号》。该标准规定数字分量演播室系统中用模拟基准信号作为数字标清系统的外同步基准信号，该同步基准信号的有效视频信号部分应是消隐信号，同步脉冲是负极性信号，脉冲幅度300mv，行同步基准点定义为行同步脉冲的下降沿的50%处。模拟黑场同步信号的行同步提供了行时序；场同步提供了场时序。这一同步基准信号已经广泛用于大量的串行数字分量系统中。模拟视频同步信号如图1。 模拟黑场同步信号的同步脉冲幅度标称值为300mV，可选色同步信号峰峰幅度标称值为300mV，同步脉冲极性应为负极性。行同步脉冲前沿（基准沿）的建立时间不应超过210ns，在10%和90%幅度值之间测量。行同步脉冲各前沿的定时在至少一场时间上应在前沿平均定时的±2.5ns范围之内。基准信号应工作在75Ω阻抗下，应符合标准的BNC型。 2．数字BB 数字的同步信号包括高清数字同步信号（HD SDI BLACK）和标清数字同步信号（SD SDI BLACK）。时钟和定时基准信息更加容易提取，适合于全数字系统应用。 数字环境中的同步是通过特定的编码字序列来实现的。这些编码字序列代表着有效视频 随后是000、000两个字，最后是XYZ字。在XYZ字中，包含有场序(F)、场消隐(V)和行消隐(H)信息，参见图2。在数字视频信号中，是利用上述数据来实现同步定时的。在图中可以观察到F、V和H比特的指配使用情况。数字视频信号的行场计数从第一场的第一行开始。数字的同步信号如图2。
数字视频的基本概念（一） 电视的实现，不仅扩大和延伸了人们的视野，而且以其形象、生动、及时的优点提高了信息传播的质量和效率。在当今社会，信息与电视是不可分割的。多媒体的概念虽然与电视的概念不同，但在其综合文、图、声、像等作为信息传播媒体这一点上是完全相同的。不同的是电视中没有交互性，传播的信号是模拟信号而不是数字信号。利用多媒体计算机和网络的数字化、大容量、交互性以及快速处理能力，对视频信号进行采集、处理、传播和存储是多媒体技术正在不断追求的目标。可以说视频是多媒体的一种重要媒体。与视频有关的名词如下： 视像（visual image）：电视信号或录像带（videotape）上记录的连续的图像。 伴音（audio）：伴随视像的声音信号。 数字视频（digital video）：包括运动图像（visual）和伴音（audio）两部分。 一般说来，视频包括可视的图像和可闻的声音，然而由于伴音是处于辅助的地位，并且在技术上视像和伴音是同步合成在一起的，因此具体讨论时有时把视频（video）与视像（visual）等同，而声音或伴音则总是用audio表示。所以，在用到“视频”这个概念时，它是否包含伴音要视具体情况而定。 本章首先介绍模拟视频信号的基本概念，然后介绍视频信号的数字化标准，数字视频的几种主要格式MPEG、AVI和MOV，以及格式间的转换。 模拟电视制式及信号 电视系统是采用电子学的方法来传送和显示活动景物或静止图像的设备。在电视系统中，可以说视频信号是连接系统中各部分的纽带，其标准和要求也就是系统各部分的技术目标和要求。电视的发展前景是数字彩色电视，数字视频系统的基础是模拟视频系统，而彩色电视又是在黑白电视的基础上发展起来的。 黑白电视信号 一、电视原理：电视同样也是采用动画的视觉原理构造而成的，其基本原理为顺序扫描和传输图像信号，然后在接收端同步再现。电视图像扫描是由隔行扫描组成场，由场组成帧，一帧为一幅图像。定义每秒钟扫多少帧为帧频；每秒钟扫描多少场为场频；每秒钟扫描多少行为行频。 二、场频和帧频：我国的电视画面传输率是每秒25帧、50场。25Hz的帧频能以最少的信号容量有效地满足人眼的视觉残留特性；50Hz的场频隔行扫描，把一帧分成奇、偶两场，奇偶的交错扫描相当于有遮挡板的作用。这样，在其它行还在高速扫描时，人眼不易觉察出闪烁，同时也解决了信号带宽的问题。由于我国的电网频率是50Hz，采用50Hz的场刷新率可以有效地去掉电网信号的干扰。 三、全电视信号：电视信号中除了图像信号以外，还包括同步信号。所谓同步是指摄像端（发送端）的行、场扫描步调要与显像端（接收端）扫描步调完全一致，即要求同频率、同相位才能得到一幅稳定的画面。一帧电视信号称为一个全电视信号，它又由奇数场行信号和偶数场行信号顺序构成。 四、分解率：电视的清晰度一般用垂直方向和水平方向的分解率来表示。垂直分解率与扫描行数密切相关。扫描行数越多越清晰、分解率越高。我国电视图像的垂直分解率为575行或称575线。这是一个理论值，实际分解率与扫描的有效区间有关，根据统计，电视接收机实际垂直分解率约400线。 水平方向的分解率或像素数决定电视信号的上限频率。最复杂的电视图像莫过于黑白方块交错排列的图案，而方块的大小由分解率决定。根据这种图案，可以计算出电视信号逐行扫描时的信号带宽约为10MHz；而隔行扫描时的信号带宽约为5MHz。我国目前规定的电
数字视频信号的传输 刘怀林 数字视音频的大潮已经向我们涌来。数字小岛、数字视音频中心、数字转播车已陆续在我国不少电视台出现。甚至数字播出与发射已不再是纸上谈兵。数字化及计算机化将引起电视技术领域的极大变革。本文将从一个非常小的侧面谈一下这个数字大潮。因为数字视频信号的传输在系统设计与安装中是不可缺少的一环。 目前，设备间、系统间的数字视频信号的传输多使用串行信号。其接口为SDI（Serial Digital Interface）。这是因为该方式较简单易行。传送距离较远。因此本文所谈的数字信号的传输实质上就是串行数字视频信号的传输。 数字视频信号的传输在某种意义上讲与模拟信号相似。分为同轴电缆传送，三同轴传送和光纤传送三种。 但由于两者信号有着本质的不同。所以其处理手法上有着很大的区别。 一、同轴电缆传送 在数字环境中，设备间、系统之间的数字视频信号的传送多采用同轴电缆，其接口为SDI。它由三部分组成。如图1所示。 1、串行数据发送： 串行数据发送电路的主要功能是：将数字视频并行信号变成串行信号，通过扰频（scrambler）和NRZI（NonreturntoZeroInverfed）编码，可限制信号的直流成份，前者还有利于接收端回收时钟信号。图2是其示意图： 我们知道，数字分量并行数据率为27MB/秒，10比特。当变成串行数据时，27MHZ10倍频成为270MHZ时钟。在并──串移位寄存器的输出端就变成了270Mb/s的串行数据。 2、电缆和连接器 目前模拟环境下使用的高质量视频电缆可以运行于数字系统。模拟环境下的视频电缆从直流到10MHZ都呈现很低的阻抗。这在数字领域也是需要的。但由于串行数字信号频率很高，这种电缆传输对数字视频信号将有明显的衰减。由于SDI接收端设有自动电缆均衡，另外串行数字信号对这种衰减不敏感。因此现在使用的优质电缆原则上可用于数字环境。为了更好地传输数字视频信号。电缆厂家已生产出专门为串行数字信号设计的新的低耗泡沫介质电缆。比目前电缆更细、更柔软，并且对数字信号有更好的电特性。如Belden1505A。有关连接器，直至目前，视频电缆采用BNC连接器。阻抗为50欧姆。而同轴电缆阻抗为75欧姆。这种看上去不合理的现象为什么能保持至今呢？其主要原因是在视频信号所涉及的频率率上。这种失配并不产生什么问题。但在数字视频信号频率很高的情况下会不会引起脉冲畸变或比特率误差呢？经测试表明，只要接收端输入阻抗看上去为75欧姆。这种50
模拟视频与数字视频的区别 视频信号可分为模拟视频信号和数字视频信号两大类。 模拟视频是指每一帧图像是实时获取的自然景物的真实图像信号。我们在日常生活中看到的电视、电影都属于模拟视频的范畴。模拟视频信号具有成本低和还原性好等优点，视频画面往往会给人一种身临其境的感觉。但它的最大缺点是不论被记录的图像信号有多好，经过长时间的存放之后，信号和画面的质量将大大的降低；或者经过多次复制之后，画面的失真就会很明显。 数字视频信号是基于数字技术以及其他更为拓展的图像显示标准的视频信息，数字视频与模拟视频相比有以下特点： （1）数字视频可以可以不失真的进行无数次复制，而模拟视频信号每转录一次，就会有一次误差积累，产生信号失真。 （2）模拟视频长时间存放后视频质量会降低，而数字视频便于长时间的存放。 （3）可以对数字视频进行非线性编辑，并可增加特技效果等。 （4）数字视频数据量大，在存储与传输的过程中必须进行压缩编码。 随着数字视频应用范围不断发展，它的功效也越来越明显。 -------------------------------------------------------------------------------- 模拟摄像机 模拟摄像机所输出的信号形式为标准的模拟量视频信号，需要配专用的图像采集卡才能转化为计算机可以处理的数字信息。模拟摄像机一般用于电视摄像和监控领域，具有通用性好、成本低的特点，但一般分辨率较低、采集速度慢，而且在图像传输中容易受到噪声干扰，导致图像质量下降，所以只能用于对图像质量要求不高的机器视觉系统。常用的摄像机输出信号格式有： pal（黑白为ccir），中国电视标准，625行，50场 ntsc（黑白为eia），日本电视标准，525行，60场 secam s-video 分量传输 模拟跟数字的区别还是比较大的： 1、前端。 模拟：只有模拟摄象机即可，视频没有经过压缩，图象质量好，但占用资源极多，存储和检索不方便，反复查看录像会造成录像效果越来越差。
CVBS(或VHS)是被广泛使用的标准，也叫做基带视频或RCA视频，是全国电视系统委员会（NTSC）电视信号的传统图像数据传输方法，它以模拟波形来传输数据。 复合视频包含色差（色调和饱和度）和亮度（光亮）信息，并将它们同步在消隐脉冲中，用同一信号传输。在快速扫描的NTSC电视中，甚高频（VHF）或超高频（UHF）载波是复合视频所使用的调整振幅，这使产生的信号大约有6MHz 宽。一些闭路电视系统使用同轴电缆近距离传输复合视频，一些DVD播放器和视频磁带录像机（VCR）通过拾音插座提供复合视频输入和输出，这个插座也叫做RCA连接器。复合视频中，色差和亮度信息的干涉是不可避免的，特别是在信号微弱的时候。 标准视频输入（RCA）接口：也称AV接口，通常都是成对的白色的音频接口和黄色的视频接口，它通常采用RCA(俗称莲花头)进行连接，使用时只需要将带莲花头的标准AV线缆与相应接口连接起来即可。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，但由于AV接口传输的仍然是一种亮度/色度(Y/C)混合的视频信号，仍然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极限的场合中使用。 视频色差输入接口：目前可以在一些专业级视频工作站/编辑卡专业级视频设备或高档影碟机等家电上看到有YUV YCbCr Y/B-Y/B-Y等标记的接口标识，虽然其标记方法和接头外形各异但都是指的同一种接口色差端口( 也称分量视频接口) 。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。由上述关系可知，我们只需知道Y Cr Cb的值就能够得到G 的值( 即第四个等式不是必要的)，所以在视频输出和颜色处理过程中就统一忽略绿色差Cg 而只保留Y Cr Cb ，这便是色差输出的基本定义。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解码并再次分离的过程，也保持了色度通道的最大带
第三章 数字视频基础知识 3.1 视频的基础知识 在人类接受的信息中，有70%来自视觉，其中视频是最直观、最具体、信息量最丰富的。我们在日常生活中看到的电视、电影、VCD、DVD以及用摄像机、手机等拍摄的活动图像等都属于视频的范畴。 摄影机是指用胶片拍摄电影的机器，摄像机是用磁带、光盘、硬盘等作为界质记录活动影像的机器，广泛用于电视节目制作、家庭及其他各个方面。 摄影机使用胶片和机械装置记录活动影像，所采用的是光学和化学记录方式，摄象机是采用电子记录方式。 1 视频的定义 ?视频(Video)就其本质而言，是内容随时间变化的一组动态图像(25或30帧/秒)，所以视频又叫作运动图像或活动图像。 ?一帧就是一幅静态画面，快速连续地显示帧，便能形运动的图像，每秒钟显示帧数越多，即帧频越高，所显示的动作就会越流畅。 『视觉暂留现象』 ?人眼在观察景物时，光信号传人大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留现象”。 ?具体应用是电影的拍摄和放映。 ?根据实验人们发现要想看到连续不闪烁的画面，帧与帧之间的时间间隔最少要达到是二十四分之一秒。 ?视频信号具有以下特点： ?内容随时间而变化 ?有与画面动作同步的声音(伴音) ?图像与视频是两个既有联系又有区别的概念：静止的图片称为图像(Image)，运动的图像称为视频(Video)。 ?图像与视频两者的信源方式不同，图像的输入靠扫描仪、数字照相机等设备；视频的输入是电视接收机、
摄象机、录象机、影碟机以及可以输出连续图像信号的设备。 2.视频的分类 ?按照处理方式的不同，视频分为模拟视频和数字视频。 ?模拟视频（Analog Video） ?模拟视频是用于传输图像和声音的随时间连续变化的电信号。早期视频的记录、存储和传输都采用模拟方式，如在电视上所见到的视频图像是以一种模拟电信号的形式来记录的，并依靠模拟调幅的手段在空间传播，再用盒式磁带录像机将其作为模拟信号存放在磁带上。 ?模拟视频的特点： ?以模拟电信号的形式来记录 ?依靠模拟调幅的手段在空间传播 ?使用磁带录象机将视频作为模拟信号存放在磁带上 ?传统视频信号以模拟方式进行存储和传送然而模拟视频不适合网络传输，在传输效率方面先天不足，而且图像随时间和频道的衰减较大，不便于分类、检索和编辑。 ?要使计算机能对视频进行处理，必须把视频源即来自于电视机、模拟摄像机、录像机、影碟机等设备的模拟视频信号转换成计算机要求的数字视频形式，这个过程称为视频的数字化过程。 ?数字视频可大大降低视频的传输和存储费用、增加交互性、带来精确稳定的图像。 ?如今，数字视频的应用已非常广泛。包括直接广播卫星(DBS)、有线电视(如图5.2)、数字电视在内的各种通信应用均需要采用数字视频。 ?一些消费产品，如VCD和DVD，数字式便携摄像机，都是以MPEG视频压缩为基础的。 数字化视频的优点 ?适合于网络应用 ?在网络环境中，视频信息可方便地实现资源共享。视频数字信号便于长距离传输。 ?再现性好 ?模拟信号由于是连续变化的，所以不管复制时精确度多高，失真不可避免，经多次复制后，误差就很大。
数字视频信号的长线传输 摘要: 在实时显示彩色数字视频信号时，通常要求数据传输通道传输通道具有很高的带宽和有效的传输距离传输距离。因此在设计和构建这些高速率的数据传输通道时，不但要选择合理的传输形式，而且要对数据的编码、解码、并串转换、驱动、接口等电路进行认真的研究，以达到最佳的配合。介绍的串行传输技术是最近的设计成果，可以广泛地应用于海量数据的有线传输。 关键词: 差分接口并转串/串转并 PLL LVDS-PECL 大屏幕平板显示系统，如LED大屏幕显示系统，广泛地应用于信息发布领域和公用事业。2008年将在北京举办的奥运会，更加推动了这一产业的发展。 大屏幕平板显示系统是典型的数字系统，要求动态、实时、清晰稳定地显示图像信息。与通信系统相比，这种系统更关心实时地把图像数据正确地传输到显示器，将错误的信号忽略掉，所以不要求强大的纠错检错能力和错码重发功能。通常为降低成本、减少时间延迟不宜采用压缩解压缩的方法进行传输。因此这样的传输系统传输系统应具有实时、单向传输的特点，要求建立稳定的传输通道。 系统的信号来源一般是计算机显示卡或数字电视信号。以显示卡为例，如果输出640×480、24bit/pixel、60帧/s标准真彩VGA图像时，其输出点时钟达25.175MHz/s，数据位宽为27bit/pixel(考虑Vs、Hs、de)。这样的海量数据，采用并行传输时，将使传输系统十分笨重，需要大量电缆;而采用串行传输时，将使传输系统简化，必要时可以采用几条高速串行通道来实现。 为构建稳定的串行传输系统，需要对信号进行一些特殊的处理，常用的电路模块有:数据的并串转换(serialize/deserialize)、4B/5B(8B/10B)转换、加解扰(scramble/descramble)、电平转换和驱动、接收端接收端的均衡放大(equlize)、PLL、接收端错码检测等。此外，在工程中还要对码速率、传输距离、传输介质进行合理的选择，以满足不同需要。 1 长线传输的基本框图 图1概括了构成数字视频信号长线传输系统的基本组成。按点时钟(PCLK)输入的并行数据，经过编码、并转串、加扰以差分信号的形式输出。其中编码实现4B/5B、8B/10B等编码转换，消除弱码，有助于直流平衡。加扰(scramble)使能量谱均匀分布，避免在某一频段出现能量峰值，减少铜介质传输的电磁辐射。并转串把并行码字转化为高速串行码流。直流平衡就是在编码过程中保证信道中直流偏移为0，电平转化实现不同逻辑接口间的匹配。驱动则对传输信号的能量进行放大，并根据物理介质的要求进行码型调整。均衡是对信道损失进行补偿并滤除噪声。 可以采用不同的传输介质进行传输，铜介质(同轴，双绞线)，光介质(单模，多模光纤)。在采用光传输时，图1中加解扰模快可以略去不用。有效传输距离与码速率、介质、接口、环境有关，所以应按照不同电缆、不同速率、不同长度时的衰耗以及端口的门限估算传输距离。 建立一个稳定的传输系统，一般具有如下的要求: (1)合理的系统方案设计、选择； (2)发射端、接收端建立稳定的PLL同步链路； (3)不同高速逻辑电平的相互配合； (4)正确的传输方式和耦合方式；
CVBS全电视信号的一些基本知识（转）2011-03-20 10:32 在我们的电视天线信号线里就只有两跟线，中间有一根很粗的线，外围包着一层的线，这是 为了防止外界信号的干扰。在这两根线中一个是地线，一根是全电视信号线，外围的是地线。 做视频处理很难免要接触电视信号，了解全电视 信号的原理。当我们把电视的信号线接到示波器上看其波形时会发现其波形很乱，但总是有一些规律可循： 每隔一段特别乱的波形之后有一个很小的低电平。在这其中，中间那些特别乱的波形其实就是有效像素电平 的高低信号，那些很小的电平信号就是一些同步信号。我主要用的是PAL制式的CVBS信号。 1、关于像素时钟：大约在13.5MHz，由采样定 理得出的采样信号为27MHz，像素时钟就是来同步像 素有效信号的，每一个像素时钟来一个像素值； 2、关于行同步信号：顾名思义就是同步行扫描的 信号，每行来一次，低电平有效（对于正电视信号而言），每来一次行同步信号就意味着本行扫描结束，新的一行就要开始了； 3、关于场同步信号：顾名思义就是同步场扫描的 信号，每场来一次，低电平有效，每来一次就意味着本场扫描结束新的一场就要开始； 4、关于场、帧的概念：从屏幕上头扫到下头叫做 一场，但是并不等同于一帧，一帧图像是指能够组成完整画面的图像数据，在隔行扫描中一帧包括两场：奇场和偶场；
5、关于CVBS波形电平的解析：（假设为正电视 信号）设最低电平为0,最高电平为1,在两者之间有一 合理的分界值x，认为x到1之间的为像素值，将这 个区间划分为256份（假设精度为8位），每一个值对应一个灰度值，其中x代表黑色，1代表白色，中 间为各级灰度。(一个电平就可以表示一个256之内的 数字，模拟电平)x以下的电平不是有效地像素值也可 以说是黑色，那些同步信号就融合在其中，包括行同步信号和场同步信号，场同步信号比行同步信号要宽很多，具体的都有自己的时间长短定义，这样才能保持发送和接收段信号的一致性，才能够恢复原来的图像； 6、关于奇偶场的概念；就是一帧分两场扫描，先 扫描奇场再扫描偶场，两场组成一帧。 7、关于场消隐和行消隐：跟在场同步和行同步之后，当一行扫到屏幕的最右头或者一场扫描到屏幕的最底端时，必须返回进行下一行或者下一场的扫描，但是又不能让人眼看出来，因此就诞生的场消隐和行消隐信号，在此期间回扫器件，虽然也是在扫描但是看不出来就像隐藏的一样。 模拟视频信号解析与数字视频信号的对应关系1：模拟视频信号 的波形解析(Z) 2011-05-11 15:51:49| 分类：视频技术|字号订阅 Original URL:https://www.doczj.com/doc/5114076217.html,/User/yieress/Article/43197_1.htm 1. 主要内容