视频信号数字化

视频的数字化、采集和处理一、学习目标1、理解视频的数值化原理2、掌握视频容量的影响因数和计算3、掌握视频素材采集的采集方法二、学习任务1、学习视频数字化的要素2、学会视频存储容量的计算3、学习视频采集的常用方法三、要求和题型四、学习内容（一）重点范例1、视频数字化（1）．（浙江2010年会考试题）小王使用“会声会影”制作了一段视频，将制作结果输出为一个视频文件时，有多种视频类型供他选择，其中一项为“PAL MPEG1（352×288，25 fps）”，对该选项中“352×288”的含义理解正确的是A.该视频的帧图像分辨率为352×288像素B.该视频的播放时间为352×288秒C.该视频的帧图像存储量为352×288字节D.该视频只能在屏幕宽高比为352∶288的电视机上播放答案：A分析：该题考察视频帧图像的分辨率。

在“会声会影”的分享步骤中需要选择视频的类型，在此选择的是PAL MPEG1的格式，其中MPEG1的帧图像分辨率为352×288像素。

2、存储量的计算（2）．（浙江省2012年6月会考试题）将帧频为12fps、帧数为480的Flash动画作品导出为声音禁用且不采用压缩格式的A VI视频文件，其参数为320×280像素、16位色，则该视频文件的存储容量约为A.6.83 MBB.58.60 MBC.82.03 MBD.656.25MB答案：C分析：一段未经压缩的A VI视频文件存储量的计算公式为：存储量（字节）=帧图像存储量×帧频×播放时间，而图像存储空间的计算公式：存储量（单位：字节B）=水平像素×垂直像素×存储每个像素所占位数/8 。

“帧频×时间（秒）”实际上就是该视频总的“帧数”，在该题中已经明确帧数。

经计算，存储容量约为82.03 MB，所以选C。

3、视频压缩和格式（3）．下列关于视频质量、数据量、压缩比的关系，说法正确的是( )①一个AVI视频压缩成MPEG格式后存储容量大大减小②随着压缩比的增大，视频质量开始下降③压缩比越大数据量越小④数据量和压缩比没有关系A．①B．①②③ C．①② D．②③④答案：B分析：A VI视频是未经压缩的视频，压缩成其他格式后存储容量减小，但视频质量下降，压缩比越大数据越小。

第章 多媒体信息处理基础 23 11.4 视频信号的数字化自然的视频信号在空间域及时间域中都是连续的，模拟视频信号体系的基本特点是用扫描方式把三维视频信号转换为一维随时间变化的信号。

对模拟视频信号的采样包括以下三个过程：首先，在时间轴上（维）等间隔地捕捉各时刻的静止图像，即把视频序列分成一系列离散的帧；然后，在每一帧图像内又在垂直方向上（维）将图像离散为一条条的扫描行，实际是在垂直方向上进行空间采样；最后，对每一扫描行在水平方向上（t y x 维）再进行采样，从而把图像分成若干方形网格，而每一个网格就称为一个像素。

其结果是数字电视图像由一系列样点组成，每个样点与数字图像的一个像素对应。

像素是组成数字图像的最小单位。

这样，数字电视图像帧由二维空间排列的像素点阵组成，视频序列则由时间上一系列数字图像帧组成，如图1-14所示。

在数字电视发展初期，对彩色电视信号的数字化处理主要有分量数字编码和复合数字编码两种方式。

复合数字编码是将彩色全电视信号直接进行数字化，编码成PCM 形式。

由于采样频率必须与彩色副载波频率保持一定的整数比例关系，而不同彩色电视制式的副载波频率各不相同，难以统一；同时采用复合数字编码时由采样频率和副载波频率间的差拍造成的干扰将落入图像带宽内，会影响图像的质量。

随着数字技术的飞速发展，这种复合数字编码方式已经被淘汰，目前已全部采用分量数字编码方式，因此我们只讨论分量数字编码方式。

图1-14 视频序列的时间采样和空间采样 分量数字编码方式是分别对亮度信号Y 和两色差信号B −Y 、R −Y 分别进行PCM 编码。

分量数字编码与复合数字编码相比有下列优点。

① 可以使从摄像机输出到发射机输入的所有环节都是数字信号的形式，这不仅避免了复合数字编码时因反复解码所引起的质量损伤和器件的浪费，而且编码几乎与电视制式无关，大大简化了国际上的节目交换。

加之它可以使得625行/50场扫描制式与525行/60场扫描制式适用同一种标准，这为建立世界统一的数字编码标准铺平了道路。

3.11 数字视频处理技术的发展一、DSP数字处理技术从90年代起，人类社会步入信息时代，而信息时代一个重要特征就是数字化的产品大行其道，其中最典型的代表就是以DSP为核心的技术及其产品应用。

DSP是数字信号处理的英文缩写，但是它的发展已经超越了其自身的表面含义，它已经成为一种新的数字处理技术。

特点是DSP在摄像机中的成功应用掀开了现代摄像技术的新篇章。

成为继CCD之后的又一个划时代的摄像机新技术应用成果。

DSP数字信号处理技术是数字信号处理、微电子学、计算机科学和计算机数学的综合科研成果。

DSP芯片现已广泛应用于磁量驱动器，蜂窗式电话、调制解调器、无线电接收机、微控制器、光盘机、数码相机和数字摄像机等诸多领域，并将在绝大部分的电子设备中得以应用。

DSP数字信号处理器在彩色摄像机中的应用使其成为整个系统最核心的部件之一，它的功能是通过一系列复杂的数字算法，对数字图像信号进行优化处理，包括白平衡、彩色平衡、伽玛校正及边缘校正等，这些优化处理将直接影响图像信号的质量。

就任何一个DSP芯片来说，其本质上都是一个单片微型计算机，但它是专门用来处理数字信号的，其最大特点就是运算速度极快，比普通的微型计算机快2个数量级，能在短时间内完成复杂而繁琐的数学运算。

DSP数字信号处理摄像技术于90年代中期开发，并首先在VHS-C格式摄录机中应用。

图3-81就是这种摄录机中DSP处理电路的典型结构图。

图中从CCD摄像头送出的图像信号经A/D变换成数字信号后就送进了DSP 数字信号处理集成电路。

在集成电路中首先进行Y/C白平衡的调整，然后从Y/C 处理电路送出的数字信号经数字变焦后存入帧存储器。

同时,数字变焦处理电路可根据不同比例，从帧存储器中取出放大或缩小的图像信号送到自动聚焦处理器，经过对信号中主频分量的分析，控制电机调整镜头距离，使信号中主频分量为最大，即最佳聚焦状态。

在掌中宝型摄录机的实际应用中一个重要的问题就是操作者手掌的晃动，由于晃动引起图像的不稳定，而不使手掌晃动又几乎是不可能的。

视频信号数字化研究一、工作方案信号采用大规模的可编程逻辑器件fpga来实现，通过rs232总线接收上位机信息，然后产生以下视频信号：1）两路不同相位的30hz正弦波、9960hz的副载波；2）复合调制信号。

二、设计与实现为了提高信号中的30hz、9960hz调频副载波和复合信号产生的精度。

设计时采取的思路是：在fpga内部搭建数字振荡器（nco），构成dds（direct digital frequncy synthesizer）频率合成单元，对相关信号进行合成。

1、30hz信号的产生下面以30hz信号的dds合成来具体说明信号处理单元的设计流程，以及相关软件的设置。

1.1 quartusii软件中dds的构建利用quartusii中的megawizard plug-in manager功能选项对加法器与寄存器进行宏功能模块实例化，为了提高精度，加法器位数均为12位。

存储器rom也直接调用，大小为212×12bit，其内部为一个正弦波的幅度量化值。

每个30hz信号产生器设计中调用了两个加法器模块，通过第一个加法器的循环累加，将其结果作为rom的寻址地址，以此形成30hz 基准信号。

相位的改变是通过rom前的第二个加法器，即在频率控制字累加所得相位地址的基础上，将相位控制字加载上去，由此相加得出的结果作为30hz可变相位信号rom的寻址地址。

为了提高信号的稳定度、减少毛刺，rom后接有由d触发器构成的缓存。

1.2 rom查找表的设计在dds的构建中，rom查找表在整个设计中是一个非常重要的部分。

由于cycloneiii系列的fpga具有丰富的memory资源，本设计中选用片内的ram block构成查找表。

为了保证波形的平滑，设计时在一个周期内取样4096个点。

rom的初始化数据文件为﹡.mif文件，我们借助matlab7.x生成该文件，通过在matlab里编写m文件，将正弦信号的采样点数据以一定的格式保存在文件cos_data_12.mif中。

题干答案信息技术可以帮助扩展人们信息器官的功能，例如，使用________最能帮助扩展大脑的功能。

计算机1. PC机中用于视频信号数字化的设备称为________卡，它能将输入的模拟视频信号及伴音进行数字化。

视频采集1.从概念上讲，Web浏览器由一组客户程序、HTML解释器和一个作为核心来管理它们的_________程序所组成。

控制文本信息的输入有两种方法，即_________输入和自动识别输入，联机手写输入属于前者。

人工1.目前大多数以太网使用的传输介质是________和光纤。

双绞线地址线宽度为32位的CPU可以访问的物理内存的最大容量通常为________GB。

4 1.IEEE1394主要用于连接需要高速传输大量数据的_________设备，其数据传输速度可高达400Mb/s。

音频和视频1.IC卡按使用方式不同分为接触式IC卡和_________IC卡。

非接触式一种可写入信息但不允许反复擦写的CD光盘，称为可记录式光盘，其英文缩写为________。

CD-R1.为了书写方便，IP地址写成以圆点隔开的4组十进制数，它的统一格式是xxx.xxx.xxx.xxx，圆点之间每组的取值范围在0 ～ ________之间。

255 1.从技术角度考虑，激光打印机是_________技术与复印技术相结合的产物。

激光利用________器，一个USB接口最多能连接100多个设备。

USB集线从技术角度考虑，激光打印机是_________技术与复印技术相结合的产物。

激光在有10个节点的交换式以太网中，若交换机每个端口的带宽为10Mbps，则每个节点的可用带宽为________Mbps。

10有一种CD光盘，用户可以自己写入信息，也可以对写入的信息进行擦除和改写，这种光盘的英文缩写为________。

CD-RWMoore定律指出，单块集成电路的_________平均每18～24个月翻一番。

集成度在RAM、ROM、PROM、CD-ROM四种存储器中，________是易失性存储器。