第2章数字视频信号的获取与数字摄像机

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第2章数字视频信号的获取与数字摄像机
第2章 数字视频信号的获取与数字摄像机
数字电视系统中,信源部分产生数字声像信号,通过对声像信号的处理、传送等过程,实现数字电视的接收。电视信号的摄取是数字电视完整体系的基础之一,也是声像得以高质量恢复的关键。
2.1 数字视频概述
2.1.1视频与模拟视频
1(视频
视频简单地说就是活动图像。电影也是活动图像,电影把大量静止图像记录在胶片上,一张一张地连续显示出来,就成了我们看到的电影。对于电视视频,每秒钟包含几十帧静止图像,每一帧静止图像由几百个行组成,每一行又由几百个像素点组成。1秒钟包含的图像帧数为帧频,1秒钟包含的总行数为行频,1秒钟包含的总像素数实际上就是相当于视频带宽
2(模拟视频
(1)黑白视频信号
我国的黑白视频信号帧频为25 Hz,就是说每秒显示25幅图像,之所以规定为25 Hz,而不是其它的某个值,主要是因为两个原因。一个与人的视觉生理特点有关,当图像的刷新速度达到5帧/秒的时候,人开始感觉图像是活动的,而达到24帧/秒的时候,人感觉图像是完全连续和流畅的(电影所使用的帧频就是24 Hz),所以视频信号帧频应大于等于24 Hz。理论上来说帧频越高越好,但是帧频越高,对电路的要求也越高,技术越复杂,成本也越高(现在有的电脑彩显帧频已达到200Hz)。另一个原因是因为我国的电网频率是50Hz,当采用25 Hz帧频时,隔行扫描时的场频为50 Hz,正好与电网同频,这样,电源对图像的干扰是固定的,人眼不容易感觉出来。 “场频”,电视在显示图像的时候,把一帧分成了两场来显示,一个场由帧中的奇数行组成,叫做奇场,另一个场由帧中的偶数行组成,叫做偶场。之所以要这样做,主要是因为在CRT显像管上一秒钟显示25帧图像时,人眼感觉到连续性还是不太好,而且还有明显的闪烁,一帧分成两场后,场频为50 Hz,图像更加连续。当然还与电路设计有关。
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我国的黑白视频信号规定每帧图像共625行,每场为312.5行,行频15625 Hz,视频带宽6MHz。在每场的312.5行中,有一些行要用作场消隐,是不包含视频信号的,按照CCIR656标准规定的行编号方法,奇场的行号为第1至312.5行,偶场的行号为第312.5至625行,
转炉除尘其中,奇场的第23.5至310行包含有效的视频信号,共287.5行,偶场的第336至622.5行包含有效的视频信号,共287.5行。所以一帧中有效的总行数为576行,由最上面的半行加上中间的574行加上最下面的半行组成。
(2)彩视频信号
彩电视信号与黑白电视信号保持兼容,以便彩电视信号在黑白电视机上能播放出黑白的图像。度信号也要占用较大的带宽,而在电视射频频带上,一个频道挨着一个频道,亮度信号(实际上还有调频的伴音信号)已经把频带给塞满了,只有运用压缩亮度信号带宽、大面积着等技术来解决这个问题。从频域的角度来看,度信号(UV差信号)是插在亮度信号的频谱的间隙之中的,具体的位置是插在4.43MHz的地方,带宽1.3MHz。在接收机中,把收到的信号中的4.43MHz处的带宽1.3MHz的信号取出来就成了度信号,而把
收到的信号中的4.43MHz处的这个信号滤掉剩下的就是亮度信号。黑白视频的亮度信号采用了调幅制,一行的周期是64μs,其中显示在屏幕上的信号占52μs,其余部分为行消隐、行同步头。对于彩信号,还在行同步头上叠加了一小段4.43MHz的副载波信号,用作接收机中的4.43MHz信号的频率和相位基准。
彩图像的还原与显示。黑白图像的像素只能用亮度(灰度)来描述。而彩图像的像素的描述要复杂一些,有很多不同的方法,比如在印刷行业中用的是CMYK(青、品红、黄、黑)四合成的方法,而在计算机或电视机的CRT显像管中都是用的RGB(红、绿、蓝)三基合成的方法。通过RGB三基来合成某种彩,或者某种彩怎样分解为三基较为容易,且直观,如果把这种方法用作图像传输有三个缺陷。其一,与黑白图像不兼容。把RGB三基转换为灰度的方法是:灰度=R*0.3+G*0.59+B*0.11,这个转换过程是比较复杂的。对于电视机来说,必须解码出RGB信号才有可能得到黑白图像,而黑白电视机没有解码功能,所以不能实现兼容。其二,占用太多带宽。用RGB三基表示图像,每个分量的带宽是均等的,都约等于亮度信号的带宽,所以对于每个分量,都要用较大的带宽来描述。其三,抗干扰能力差。由于G分量占有亮度值的59%,所以当G受到干扰的时候,像素的亮度值会受到很大的影响,而人眼对亮度值的变化是十分敏感的,所以图像主观质量会
明显下降。为了解决上述缺陷,在视频信号传输中采用的是YUV合成的方法。Y代表亮度信息,U代表蓝差(就是蓝信号与亮度信号之间的差值),V代表红差。用这种方法表示有两个明显的优点。第一,与黑白图像兼容。假定一个像素是用YUV表示的,只要忽略UV分量,取出Y分量,就可以得到像素的亮度值,从而把彩图像转换为黑白图像。第二,节省带宽。先介绍一下大面积着原理。实验发现,人眼对亮度信息是敏感的,主要通过亮度差别来分辨
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物体形状的细节,而对彩信息是不敏感的,人眼区分不出物体颜上的细小的变化,或者说人眼不容易觉察出来图像的彩的细节部分的变化。因此,可以对亮度信号用较高的采样频率采样,而对度信号用较低的采样频率采样(或者用较低的量化深度),比如几个相邻的像素的亮度值不同,但是却可以使用一个相同的度值。这就是大面积着原理。基于这个原理,在电视信号传输中,U或V信号的带宽远小于Y信号的带宽,这样就节约了带宽。换个方式来说,比如在计算机中,用RGB方式描述一个像素需要R、G、B共3个字节。而用YUV方式描述,则对于每2个像素,Y用2个字节,U取相同的值,用一个字节,V取相同的值,用一个字节,平均每个像素2个字节。或者每个像素Y用一个字节,U用半个字节,V用半个字节,共2个字节。第三,抗干扰能力强。由于亮度信号是单独表示的,所
以如果差信号受到干扰,不会影响到亮度,主观感觉噪声不会明显增加。
在电视机中,彩视频信号先分解为亮度信号Y和度信号,度信号再分解为U差信号和V差信号,最后由YUV三个分量经过矩阵运算变换为RGB信号,以便在显像管上显示。
(3)模拟视频的缺陷
黑白视频信号带宽6 MHz,由帧、场、行、像素等组成,像素用亮度值Y来描述。彩视频信号在黑白视频信号中插入了一个带宽1.3 MHz的度信号,由这个信号来得到UV差信号,最后把YUV变换为RGB来描述像素。
模拟视频信号的缺陷。一是帧频低。视频信号的帧频只有25 Hz,必然导致图像闪烁。二是分辨率低。在一帧中有效的行只有576行。由于采用了隔行扫描,一帧图像要由连续的两场来拼合而成,而实际上很难保证两场中的行准确地错开(对准间隙),这进一步导致垂直方向的分辨能力损失。三是亮串扰。亮度信号和度信号混合在一起,解码的时候不能很好地分开,导致亮度信号和度信号互相干扰。四是缺乏改进余地。除非重新制定新
尼龙包胶线的标准,否则前面提到的三个问题在现有基础上都很难改进。视频信号格式有这么多缺陷,是因为受当年制定这个标准时的技术条件制约造成的,而近年来通过在电视中加入一些数字处理的手段,比如倍频扫描(100 Hz场频)、使用数字梳状滤波器等方法,电视的图像质量也得到一些提高。

本文发布于:2024-09-24 15:16:53,感谢您对本站的认可!

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