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模拟视频数字化的含义及其优点

作者:九视视频网 来源:www.xiangb.com 发表时间: 2012-3-9

在视频源信号主要分为模拟信号和数字信号,不同的视频采集卡可以采集不同的视频信号,如DVI采集卡可以采集纯数字信号,VGA采集卡可以采集VGA模拟信号,HDMI采集卡可以采集数字HDMI音视频信号等。

  模拟视频数字化 视频的数字化过程

  要让计算机处理视频信息,首先要解决的是视频数字化的问题。视频数字化是将模拟视频信号经模数转换和彩色空间变换转为计算机可处理的数字信号,与音频信号数字化类似,计算机也要对输入的模拟视频信息进行采样与量化,并经编码使其变成数字化图像

  视频采集卡模拟视频数字化原理

  视频信号源、摄像机、录像机或激光视盘的信号经过A/D变换,送到多制式数字解码器进行解码得到Y、U、V数据,然后由视频窗口控制器对其进行剪裁,改变比例后存入幀存储器。幀存储器的内容在窗口控制器的控制下,与VGA同步信号或视频编码器的同步信号,再送到D/A变换器模拟彩色空间变换矩阵,同时送到数字式视频编辑器进行视频编码,最后输出到VGA监视器及电视机或录像机。

  在视频源信号主要分为模拟信号和数字信号,不同的视频采集卡可以采集不同的视频信号,如DVI采集卡可以采集纯数字信号,VGA采集卡可以采集VGA模拟信号,HDMI采集卡可以采集数字HDMI音视频信号等。模拟视频的数字化包括不少技术问题,如电视信号具有不同的制式而且采用复合的YUV信号方式,而计算机工作在RGB空间;电视机是隔行扫描,计算机显示器大多逐行扫描;电视图像的分辨率与显示器的分辨率也不尽相同等等。因此,模拟视频的数字化主要包括色彩空间的转换、光栅扫描的转换以及分辨率的统一。

  模拟信号的数字化

  所谓“数字化”,就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据,再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型,把它们转变为一系列二进制代码,再引入计算机内部去进行统一处理。早在40年代,仙农就证明了采样定理,即在一定条件下,用离散的序列可以完全代表一个连续函数。因此,采样定理为数字化技术奠定了重要基础。所以,数字化是将任何连续变化的输入如图画的线条或声音信号转化为一串分离的单元,在计算机中用0和1表示。显然,这个转换通常用模数转换器ADC(即A/D)执行。

  解析数字化的含义及其优点

  模拟信号的数字化可以解决上述模拟系统中的问题,同时还可增加如下优点。

  · 在数字记录系统中,由于信号的记录形式是二进制数码,数字电路的任务只是判断出“0”和“1”两种信号,使数字电路的抗干扰能力得到大大加强。同时,与记录媒体的信噪比和重放信号的信噪比没有直接关系,这样与模拟记录系统相比对记录媒体的要求可以宽松得多,即数字系统可以用廉价的材料作为记录媒体;

  · 数字系统中这种只有“0”和“1”两种电平状态的信号在记录和重放过程中只要保持“0”、“1”信号之间足够的电平差,数字电路就能方便地将它们识别和分离。换句话讲,当一群代表低电平的“0”信号电平即使其幅度大小有所不同时,对于代表高电平的一群“1”信号电平存在参差不齐情况时,只要“0”、“1”信号之间的电平差足够的大,数字电路通过限幅电路等处理都可以正确地分辨出“0”和“1”信号,这就说明数字电路的抗干扰能力很强;

  · 数字系统中,如果采样频率、量化位数(关于这两个概念在后面介绍)确定了,电路的性能极限也就确定了,且不容易被改变,这说明数字记录系统性能的重现性是很可靠的,但是模拟记录系统中,由于许多不稳定因素的存在,其重现性能是不稳定、不可靠的。所以,数字系统的技术性能指标要比模拟系统的技术性能指标要高出许多;

  · 由于数字系统中的数字信号要进行各种形式的编码处理,因编码后的信号和信号在处理过程中由于电路本身或外界混进来的干扰信号性质的不同,二者可以方便地分离,因而可以轻松地去除干扰信号,而不致损害信号数码;

  · 在一些数字记录系统中,由于重放系统设有时基校正电路,其机械旋转系统、驱动系统的不稳定现象不会引起抖晃失真的问题,因而不必要求有像模拟记录系统中那样的精密机械系统,这使机械系统的加工精度要求降低,从而降低了生产成本;

  · 由于数字系统中的数字信号“0”、“1”只有低电平和高电平两种变化,所以不必要求记录和重放系统中的换能器具有良好的线性;

  · 由于数字信号适合于计算机进行处理和运算,使得对数字信号的各种编码、解码处理变成了软件的操作,大大方便了对电信号的各种处理,由此数字式家用电器具有更强的功能。同时,在实现同样功能时,数字电路结构远远没有模拟电路那么复杂。

  模拟视频一般采用分量数字化方式,先把复合视频信号中的亮度和色度分离,得到YUV或YIQ分量,然后用三个模/数转换器对三个分量分别进行数字化,最后再转换成RGB空间。

  数字化视频信号必须经过压缩才能进行传输和存储:第一,图像信号上存在大量的冗余度并且这种冗余度在编解码后可以无失真地恢复。第二、可以利用人的视觉特性,在图像变化不被觉察的条件下以一定的客观失真换取数据压缩。

  在视频源信号主要分为模拟信号和数字信号,不同的视频采集卡可以采集不同的视频信号,如DVI采集卡可以采集纯数字信号,VGA采集卡可以采集VGA模拟信号,HDMI采集卡可以采集数字HDMI音视频信号等。由于采集过来的视频信号体积都非常大,所以都需要进行视频的压缩。视频采集卡的主要功能是从动态视频中实时或非实时捕获图像并存储。它可以将摄像机、录像机和其它视频信号源的模拟视频信号转录到计算机内部,也可以用摄像机将现场的图像实时输入计算机。视频采集卡能在捕捉视频信息的同时获得伴音,使音频部分和视频部分在数字化时同步保存、同步播放。




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