视频知识基础2

什么是视频信号视频一词译自英文Video。我们看到的电影、电视、DVD、VCD等都属于视频的范畴。视频是活动的图像，正如像素是一幅数字图像的最小单元一样，一幅幅静止图像组成了视频，图像是视频的最小和最基本的单元。视频是由一系列图像组成的，在电视中把每幅图像称为一帧（frame），在电影中每幅图像称为一格。与静止图像不同，视频是活动的图像。当以一定的速率将一幅幅画面投射到屏幕上时，由于人眼的视觉暂留效应，我们的视觉就会产生动态画面的感觉，这就是电影和电视的由来。对于人眼来说，若每秒播放24格（电影的播放速率）、25帧（PAL制电视的播放速率）或30帧（NTSC制电视的播放速率）就会产生平滑和连续的画面效果。彩色电视的基本原理是什么？电视“Television”一词的原意就是远距离观看，把图像从一地传送到另一地是人类长期的梦想。那么如何实现呢？像素起了决定作用。把任何一幅图像划分成许多大小相等而明暗、色调不等的最小单元，这些最小单元按一定的顺序排列起来即可构成原来的图像。这种构成视频画面的最小单元称为像素。像素按一定的方式一个个地排列起来，即可构成一帧帧的电视画面。像素划分得越细小，也就是说单位面积上分解出的像素越多，接收端恢复出来的图像就越清晰，越接近于真实。视频是如何划分的？从视频信号的组成和存储方式来讲分为模拟视频和数字视频，模拟视频简单地说就是由连续的模拟信号组成的视频图像，我们看到的电影、电视、VHS录像带上的画面通常都是以模拟视频的形式出现的，数字视频是区别于模拟视频的数字式视频，它把图像中的每一个点（称为像素）都用二进制数字组成的编码来表示，可对图像中的任何地方进行修改，这也正是数字视频魅力无穷的源泉。视频信号往往是和音频信号相伴的，作为一个完整的信息需要将音频和视频结合起来形成一个整体。我们经常使用的录像带就是将磁带分为两个区域，分别用来记录视频信息和音频信息，在播放时，将视、音频信号同时播放。模拟视频是如何产生的？我们以前所接触的视频信号都是模拟信号，之所以称为模拟信号，是因为它模拟了表示声音、图像信息的物理量。摄像机是我们获取视频信号的来源，我们以最早的电子管摄像机为例，电子管作为光电转换器件，把外界的光信号转化为电信号。摄像机前的被摄物体有不同的亮度，对应于不同的亮度值，摄像机电子管中的电流会发生相应的变化。模拟信号就是用这种电流的变化来代表或模拟所摄取的图像，记录下它们的光学特征。然后通过调制和解调，将信号传输给接收机，通过电子枪显示在荧光屏上，还原成原来的光学图像。这就是电视广播的基本原理与过程。为了记录下模拟视频信号，一般采用磁带作为记录载体。利用磁带的磁滞回线特性将音视频信号记录在磁带上。完成记录与重放的设备就是录像机，录像机中有磁头，按一定的规律运动，将随时间变化的音视频信号记录在磁带上。在重放时，磁带上表现音视频信号的磁感应强度信号被磁头感应成电信号，再经过处理还原成视频信号。电视是如何传输活动图像的？电视传送活动影像的关键在于：第一，把要传送的电视画面分解成许多像素。第二，把这些明暗不等的像素变换成相应的大小不同的电信号并传送出去，在接收端再同时把这些大小不同的电信号还原成相应的像素。实践证明，为了保证一幅恢复后的图像逼真而清晰，至少应分解出几十万个像素。而每个像素占用一条传输通道，要把所有像素的亮度信息同时转换成相应的电信号，并同时传输出去，这称为像素同时传输制。虽然每条通道传输带宽仅需20Hz左右，但是在电路上要同时提供几十万条通道，这在技术上看是既不经济又难以实现的。因此，同时传输制未被采纳。后来经研究发现，如果将景物分解成许多像素后，把所有像素的亮度信息按时间顺序一一轮流传输出相应的电信号，其所用的传输通路只需一条。只要轮流的速度足够快，由于人眼的视觉暂留特性，看起来好像是所有的像素同时发光，显示出完整的画面。这种方式被称为像素顺序传送制。电视是如何传输彩色图像的？通过像素顺序传送制可以将亮度信息传送出去，这是黑白电视的原理。对彩色电视来说，又增加了一个困难就是如何传送彩色信息。自然界有无数种色彩，每种色彩用一条通道传输显然也是不现实的。实际上采用三基色原理，即用三种基本色的不同组合就可以模拟出自然界中的无数色彩。这样，自然界中千差万别的色彩就用不着一一传送，只要传送三基色及其组成比例的信息就行了，这就为彩色电视进行彩色分解与再现奠定了理论基础。在彩色电视中，利用三基色原理，首先把所拍摄的景物的彩色光分解为红、绿、蓝三种单色光信号，再将其分别进行光电变换及一定的编码处理之后，合成一路电信号进行输送，然后在彩色电视接收机中再解码恢复成红、绿、蓝三个单色电信号，并且在彩色荧光屏上利用相加混色法和人眼的视觉特性，正确地再现原彩色景物的图像。彩色电视信号是如何编码的？三基色原理是彩色电视的基础，由于人的视觉系统对色度信号的感觉和亮度信号的感觉敏感性是不一样的，因此在实际运用中，采用了不同的色彩编码方式，将彩色电视分解为三个分量，一个亮度分量Y和两个色彩分量U、V（也是色差分量，R-Y、B-Y），把亮度和色彩信息分别对待，然后调制在一起进行记录和传输。根据调制方式的不同可分为复合视频（CompositeVideo）、分量视频（S－Video、YUV）。亮度分量Y和两个色差分量U、V按以下关系运算：Y=0.30R+0.59G+0.11BR-Y=0.70R—0.59G—0.11BB-Y=—0.30R—0.59G+0.89BG-Y=—0.3R+0.41G—0.11B在接收端（电视机），利用解码器中电路的运算就可以按上述公式将将红、绿、蓝三色信号解码还原出来，投射到荧光屏上，真实还原景物。什么是电视制式？世界上有几种电视制式？电视信号采用编码标准的不同，形成了不同的电视制式。电视制式是指一个国家的电视系统所采用的特定制度和技术标准。具体来说现在世界上共有3种电视制式，目前全世界大部分国家（包括欧洲多数国家、非洲、澳洲和中国）采用PAL制,采用25fps帧率；美国、日本、加拿大等国采用的是由美国国家电视标准委员会（NTSC）制定的NTSC制，采用30fps帧率（精确地讲为29.97fps）；另一种制式SECAM制主要用于法国、前苏联及东欧国家。PAL制式彩色电视也称逐行倒相制式，它克服了NTSC制式对于色度副载波相位的敏感性，把2个色差信号变为U、V信号，带宽均为1.3MHz。在发送端把副载波色度信号V进行逐行倒相，在接收端再把极性复原，并利用延迟线使相位误差引起的色调变化，在相邻行之间互相补充。SECAM制式是顺序传送彩色与存储制式。它的亮度信号每行都传送，利用延迟线把上一行的色差信号作为未传送行色差信号。它把2个色差信号分别对2个副载波调频，克服了相位的敏感性。NTSC制式彩色电视是美国国家电视委员会指定的制式。被传送的彩色图像被分解为红、绿、蓝三基色信号，然后变换成亮度信号和2个色差（I、Q）信号，以便于与黑白电视兼容，根据大面积着色原理，把2个色差信号对副载波进行正交平衡调幅以后，进行频谱交错，加入到亮度信号中一起传送。NTSC制式有相位敏感的缺点。什么是逐行扫描？根据像素顺序传输制的原理，要进行画面的分解，实际上是通过电子束有规律的运动，顺序地分解像素和综合像素，这个过程称为扫描。逐行扫描的规律为从左到右、从上到下进行扫描，扫完第一幅后扫第二幅，如此循环。当扫描速度足够快，使换幅频率既高于活动景物运动连续感所需的换幅频率(也称为融和频率,20Hz)，又高于临界闪烁频率（45.8Hz），则接收到的是既有连续感又无闪烁感的活动影像。由于上述扫描的过程是逐行进行的，因此称为逐行扫描（noninterlacedscanning）