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视频信号的采集与存储
来源:本站整理  作者:佚名  2009-07-28 16:00:05




    一个视频图形适配器(通常叫做抓帧器或视频采集卡)经常被用来数字化视频模拟信号,并将之转换为计算机图形信号。视频信号的数字记录需要大量的磁盘空间,例如,一幅640×480中分辨率的彩色图像(24 b/pixel),其数据量约为O.92 Mb/s,如果存放在650 MB的光盘中,在不考虑音频信号的情况下,每张光盘也只能播放24 s,使用如此巨大的磁盘空间存储数字视频,是大多数计算机用户所无法接受的。在这种情况下,将视频带到计算机上,以有效的帧率播放存储信息,是使用计算机处理视频能力的最大障碍,鉴于此种情况,我们采用数据压缩系统和帧尺寸、色彩深度和图像精度折衷的办法,对视频数据进行压缩,以节省磁盘存储空间.数字化视频采集技术也就变成了现实。
    数字化视频的过程.通常被叫做数字化视频采集。模拟信号到数字信号的转换中通常用8 bit来表示.对于专业或广播级的信号转换等级会更高。对于彩色信号,无论是RGB还是YUV方式,只需用24 bit来表示。因此采样频率的高低是决定数字化视频图像质量的重要指标。
    视频采集中计算机的处理设备通常有3种类型,即帧采集卡、动态图像连续采集卡、电视节目接受卡。帧采集卡的工作原理是把偶合视频信号解码成RGB或YUV,RGB或YUV信号经过A/D转换后进入帧存体,帧存体内的数据根据同步信号不断被刷新。帧存体内的数据需要保存时,计算机给出控制信号,帧存体数据不再被刷新.这时计算机可以读出帧存体数据传送到计算机内存或存放到硬盘中。由于视频信号是隔行扫描.在数字化过程中每帧图像分成两场,每场的分辨率是228行,因此高速运动的图像采集后有抖动的感觉,要解决这一问题可以只采集一场或缩短快门时间。采集连续图像到计算机中是比较困难的,因为单一帧静止图像的数据量已经很大,而动态图像是25帧/s~30帧/s,模拟的视频图像数字化后所得到的数据量巨大,使传输、存储和处理很困难。解决这一问题的办法一般有3种:
    (1)利用局部数据总线,提高数据传输速度;
    (2)大大降低分辨率;
    (3)采用压缩编码。


3 视频压缩
    对视频图像进行压缩编码,是目前最流行的方法。1980年以来,国际标准化组织(ISO)、国际电工委员会(IEC)和国际电信联盟(ITU)等陆续完成了各种数据压缩标准和建议.如面向静止图像压缩的JPEG标准,在运动图像方面用于视频会汉的H.261标准、用于可视电话的H.263标准、用于VCD的MlPEG1标准、用于广播电视和DVD的MPEG2标准以及最新的采用基于对象的编码理念的MPEG4标准等。MPEG是运动图像专家组的英文首字母缩写。该专家组成立于1988年,致力于运动图像及其伴音的压缩编码标准化工作。
    MPEG1于1993年成为国际标准,它是对1.5 Mbit/s以下数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音的压缩编码标准,适用于CD—ROM、VCD、CD-I(交互式CD)等。
    它可对SIF(标准交换格式)分辨率(NTSC制式为352×240;PAl,制式为352×288)的图像进行压缩,传输速率为L 5 Mbit/s,每秒播放30帧.具有CD音质,图像质量基本与VHS家用录像机相当。MPEGl也被用于数字通信网络上的视频传输,如基于ADSI。(非对称数字用户线路)的视频点播(VOD)、远程教育等。
    MPEG2于1995年成为国际标准,其目标是达到高级工业标准的图像质量以及更高的传输率。MPEG2所能提供的传输率在3Mbit/s~10 Mbit/s之间,在NTSC制式下的分辨率可达720×486.可提供广播级的图像质量和CD级的音质,适用于数字电视广播(DVB)、HDTV和DVD的运动图像及其伴音的压缩编码。目前,MPEG2已得到广泛应用.如美国、欧洲在DVD和数字电视广播方面都采用MPEG2压缩技术。
    MPEG3最初是为HDTV开发的编码和压缩标准,但由于MPEG2的出色性能表现,已能适用于HDTV,使得MPEG3还没出世就被抛弃了。
    MPEG4于1999年初正式成为国际标准。MPEG4是一个适用于低传输速率应用的方案。与MPEGl和MFPEG2相比,MPEG4更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。在视频编码方面,MPEG4支持对自然和合成的视觉对象的编码。合成的视觉对象包括2D、3D动画和人面部表情动画等。在音频编码,MPEG4是在一组编码工具支持下,对语音、音乐等自然声音对象和具有回响、空间方位感的合成声音对象进行音频编码的。MPEG4音频编码不仅支持自然声音,而且支持合成声音。
    MPEG4的重要特点包括:(1)基于内容的普遍性。MPEG4能够直接选取音频、视频内容进行编码,并对其灵活地进行控制和显示,用户可以自行选择场景中的物体的解码质量,进行家庭影视节目制作和编辑。(2)以AV为对象.增强了交互性和扩展性,从而提高了交互应用的灵活性。(3)将各种功能应用在自然的和合成的AV对象上.增强了节目编辑制作能力。(4)MPEG4在误码环境中.尤其是在恶劣误码条件下的低比特率应用中的抗误码性,有利于节目制作、分配和显示。


4 结束语
    视频信号被采集到计算机后,就可进入编辑制作阶段,由于硬盘录像机、数字摄像机、非线性编辑系统等数字产品的快速发展,将视频制作带人全面数字化时代,视频的网络化传输和直接播出技术已成为现实。

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