视音频基础知识集锦

2011-04-24 11:12:06来源: 互联网 关键字:集锦

一、NTSC彩色电视制式:它是1952年由美国国家电视标准委员会指定的彩色电视广播标准,它采用正交平衡调幅的技术方式,故也称为正交平衡调幅制。美国、加拿大等大部分西半球国家以及中国的台湾、日本、韩国、菲律宾等均采用这种制式。
二、PAL制式:它是西德在1962年指定的彩色电视广播标准,它采用逐行倒相正交平衡调幅的技术方法,克服了NTSC制相位敏感造成色彩失真的缺点。西德、英国等一些西欧国家,新加坡、中国大陆及香港,澳大利亚、新西兰等国家采用这种制式。PAL制式中根据不同的参数细节,又可以进一步划分为G、I、D等制式,其中PAL-D制是我国大陆采用的制式。
三、SECAM制式:SECAM是法文的缩写,意为顺序传送彩色信号与存储恢复彩色信号制,是由法国在1956年提出,1966年制定的一种新的彩色电视制式。它也克服了NTSC制式相位失真的缺点,但采用时间分隔法来传送两个色差信号。使用SECAM制的国家主要集中在法国、东欧和中东一带。
为了接收和处理不同制式的电视信号,也就发展了不同制式的电视接收机和录像机。
一、高频或射频信号
为了能够在空中传播电视信号,必须把视频全电视信号调制成高频或射频(RF-Radio Frequency)信号,每个信号占用一个频道,这样才能在空中同时传播多路电视节目而不会导致混乱。我国采样PAL制,每个频道占用8MHz的带宽;美国采用NTSC制,电视从2频道至69频道,每个频道的带宽为4MHz,电视信号频带共占用54 MHz至806 MHz的信道。有线电视CATV(Cable Television)的工作方式类似,只是它通过电缆而不是通过空中传播电视信号。
电视机在接收受到某一频道的高频信号后,要把全电视信号从高频信号中解调出来,才能在屏幕上重现视频图像。
二、复合视频信号
复合视频(Composite Video)信号定义为包括亮度和色度的单路模拟信号,也即从全电视信号中分离出伴音后的视频信号,这时的色度信号还是间插在亮度信号的高端。由于复合视频的亮度和色度是间插在一起的,在信号重放时很难恢复完全一致的色彩。这种信号一般可通过电缆输入或输出到家用录像机上,其信号带宽较窄,一般只有水平240线左右的分解率。早期的电视机都只有天线输入端口,较新型的电视机才备有复合视频输入和输出端(Video In,Video Out),也即可以直接输入和输出解调后的视频信号。视频信号已不包含高频分量,处理起来相对简单一些,因此计算机的视频卡一般都采用视频输入端获取视频信号。由于视频信号中已不包含伴音,故一般与视频输入、输出端口配套的还有音频输入、输出端口(Audio-In、Audio-Out),以便同步传输伴音。因此,有时复合式视频接口也称为AV(Audio Video)口。
三、S-Video信号
目前有的电视机还备有两分量视频输入端口(S-Video In),S-Video 是一种两分量的视频信号,它把亮度和色度信号分成两路独立的模拟信号,用两路导线分别传输并可以分别记录在模拟磁带的两路磁迹上。这种信号不仅其亮度和色度都具有较宽的带宽,而且由于亮度和色度分开传输,可以减少其互相干扰,水平分解率可达420线。与复合视频信号相比,S-Video可以更好地重现色彩。
两分量视频可来自于高档摄像机,它采用两分量视频的方式记录和传输视频信号。其它如高档录像机、激光视盘LD机的输出也可按分量视频的格式,其清晰度比从家用录像机获得的电视节目的清晰度要高得多。
不同制式的电视机只能接收和处理其对应制式的电视信号。当然,目前也发展了多制式或全制式的电视机,这为处理和转换不同制式的电视信号提供了极大的方便。全制式电视机可在各国各地区使用,而多制式电视机一般为指定范围的国家生产。如Panasonic TC-2188M多制式电视机,适用于PAL-D,I制和NTSC(3.58)制,也即它可以在中国大陆(PAL-D)、香港(PAL-I)和日本(NTSC 3.58)使用。
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 Motion Picture and Television Engineers)使用的时间码标准,其格式是:小时:分钟:秒:帧,或 hours:minutes:seconds:frames。 一段长度为00:02:31:15的视频片段的播放时间为2分钟31秒15帧,如果以每秒30帧的速率播放,则播放时间为2分钟31.5秒。
根据电影、录像和电视工业中使用的帧率的不同,各有其对应的SMPTE标准。由于技术的原因NTSC制式实际使用的帧率是29.97fps而不是30fps,因此在时间码与实际播放时间之间有0.1%的误差。为了解决这个误差问题,设计出丢帧(drop-frame)格式,也即在播放时每分钟要丢2帧(实际上是有两帧不显示而不是从文件中删除),这样可以保证时间码与实际播放时间的一致。与丢帧格式对应的是不丢帧(nondrop-frame)格式,它忽略时间码与实际播放帧之间的误差。
视频压缩编码的基本概念
视频压缩的目标是在尽可能保证视觉效果的前提下减少视频数据率。视频压缩比一般指压缩后的数据量与压缩前的数据量之比。由于视频是连续的静态图像,因此其压缩编码算法与静态图像的压缩编码算法有某些共同之处,但是运动的视频还有其自身的特性,因此在压缩时还应考虑其运动特性才能达到高压缩的目标。在视频压缩中常需用到以下的一些基本概念:
一、有损和无损压缩:在视频压缩中有损(Lossy )和无损(Lossless)的概念与静态图像中基本类似。无损压缩也即压缩前和解压缩后的数据完全一致。多数的无损压缩都采用RLE行程编码算法。有损压缩意味着解压缩后的数据与压缩前的数据不一致。在压缩的过程中要丢失一些人眼和人耳所不敏感的图像或音频信息,而且丢失的信息不可恢复。几乎所有高压缩的算法都采用有损压缩,这样才能达到低数据率的目标。丢失的数据率与压缩比有关,压缩比越小,丢失的数据越多,解压缩后的效果一般越差。此外,某些有损压缩算法采用多次重复压缩的方式,这样还会引起额外的数据丢失。
二、帧内和帧间压缩:帧内(Intraframe)压缩也称为空间压缩(Spatial compression)。当压缩一帧图像时,仅考虑本帧的数据而不考虑相邻帧之间的冗余信息,这实际上与静态图像压缩类似。帧内一般采用有损压缩算法,由于帧内压缩时各个帧之间没有相互关系,所以压缩后的视频数据仍可以以帧为单位进行编辑。帧内压缩一般达不到很高的压缩。
采用帧间(Interframe)压缩是基于许多视频或动画的连续前后两帧具有很大的相关性,或者说前后两帧信息变化很小的特点。也即连续的视频其相邻帧之间具有冗余信息,根据这一特性,压缩相邻帧之间的冗余量就可以进一步提高压缩量,减小压缩比。帧间压缩也称为时间压缩(Temporal compression),它通过比较时间轴上不同帧之间的数据进行压缩。帧间压缩一般是无损的。帧差值(Frame differencing)算法是一种典型的时间压缩法,它通过比较本帧与相邻帧之间的差异,仅记录本帧与其相邻帧的差值,这样可以大大减少数据量。
三、对称和不对称编码:对称性(symmetric)是压缩编码的一个关键特征。对称意味着压缩和解压缩占用相同的计算处理能力和时间,对称算法适合于实时压缩和传送视频,如视频会议应用就以采用对称的压缩编码算法为好。而在电子出版和其它多媒体应用中,一般是把视频预先压缩处理好,尔后再播放,因此可以采用不对称(asymmetric)编码。不对称或非对称意味着压缩时需要花费大量的处理能力和时间,而解压缩时则能较好地实时回放,也即以不同的速度进行压缩和解压缩。一般地说,压缩一段视频的时间比回放(解压缩)该视频的时间要多得多。例如,压缩一段三分钟的视频片断可能需要10多分钟的时间,而该片断实时回放时间只有三分钟。
MPEG(Moving Picture Experts Group)是1988年成立的一个专家组。这个专家组在1991年制定了一个MPEG-1国际标准,其标准名称为“动态图像和伴音的编码--用于速率小于每秒约1.5兆比特的数字存储媒体(Coding of moving picture and associated audio--for digital storage media at up to about 1.5Mbit / s)”。这里的数字存储媒体指一般的数字存储设备如CD-ROM、硬盘和可擦写光盘等。MPEG的最大压缩可达约1:200,其目标是要把目前的广播视频信号压缩到能够记录在CD光盘上并能够用单速的光盘驱动器来播放,并具有VHS的显示质量和高保真立体伴音效果。MPEG采用的编码算法简称为MPEG算法,用该算法压缩的数据称为MPEG数据,由该数据产生的文件称MPEG文件,它以MPG为文件后缀。
3.1 MPEG数字视频格式
MPEG采用有损和不对称的压缩编码算法。MPEG标准详细地说明了视频图像的压缩和解压缩方法,以及播放MPEG数据所需的图像与声音的同步。MPEG标准包括三个部分:MPEG视频(Video)、MPEG音频(Audio)和MPEG系统(System)。
一、MPEG视频:MPEG视频是标准的核心。MPEG-1是为了适应在数字存储媒体如CD-ROM上有效地存取视频图像而制定的标准。CD-ROM驱动器的数据传输率不会低于150KB/s=1.2Mb/s(单倍速),而容量不会低于650MB,MPEG-1算法就是针对这个速率开发的。MPEG-1的的视窗尺寸为CCIR 601定义

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