数字电视基础知识

5.4.1数字视频基础

1．电视基本知识

电视画面是一种光栅扫描图像，一般都采用隔行扫描方式，即图像由奇数场和偶数场两部分组成，合起来组成一帧图像。我国采用PAL制式的彩色电视信号，其帧频为25帧/s，场频为50场/s，图像的垂直分辨率（一帧图像中的扫描线总数）是625线，可见部分是575线，其他50线是不可见的回扫线。由此可推算出电视信号的行频为625 x 25＝15．625 kHz.

PAL制式的彩色电视信号在远距离传输时，使用亮度信号Y和两个色度信号U、V来表示，这种方法有两个优点：（1）能与黑白电视接收机保持兼容，Y分量由黑白电视接收机直接显示而无需做进一步处理；（2）可以利用人眼对两个色度信号不太灵敏的视觉特性来节省电视信号的带宽和发射功率。彩色信号的YUV表示与RGB表示可按照下面的公式进行相互转换：

亮度分量Y=0．3*R＋0．59*G＋0．11*B

色度分量U=0．493*（B－Y）

色度分量V=0．877*（R－Y)

2．视频信号的数字化

数字视频与模拟视频相比有很多优点。例如，复制和传输时不会造成质量下降，容易进行编辑修改，有利于传输（抗干扰能力强，易于加密），可节省频率资源等。

视频信号的数字化比声音要复杂，它以一帧帧画面为单位进行。由于采用YUV彩色空间，人眼对颜色信号的敏感程度远不如对亮度信号那么灵敏，所以色度信号的取样频率可以比亮度信号的取样频率低一些，以减少数字视频的数据量。目前常用的色度信号取样格式有三种：4:4:4格式（色度信号的取样与亮度信号完全一样），4:2:2格式（每条扫描线上色度信号的取样只是亮度信号的一半），4:2:0格式（在水平和垂直方向上色度信号的取样都只是亮度信号的一半）。

CCIR601推荐使用4:2:2的彩色电视图像取样格式。使用这种取样格式时，亮度信号Y用13 ．5 MHz 的取样频率，色度信号U和V用6.75 MHz的取样频率，所得到的数字视频称为CCIR601格式。为了适应多种不同应用领域（如可视电话，视频会议等）的需要，CCITT还规定了数字视频图像的公用中间分辨率格式CIF，1/4公用中间分辨率格式QCIF和SQCIF格式。

3．视频卡与视频获取设备

目前，有线电视网络和录／放像机等输出的都是模拟视频信号，它们必须进行模拟信号到数字信号的转换，才能由计算机存储、处理和显示。PC机中用于视频信号数字化的插卡称为视频采集卡，简称视频卡，它能将输人的模拟视频信号（及其伴音信号）进行数字化然后存储在硬盘中。数字化之后的视频图像，经过彩色空间转换（从YUV转换为RGB），然后与计算机图形显示卡产生的图像叠加在一起，用户可在显示器屏幕上指定一个窗口监看（监听）其内容。

通常，在获取数字视频的同时还能使用数字信号处理器（DSP）进行音频和视频数据的压缩编码。由于压缩编码的计算量比较大，能进行高分辨率画面实时压缩处理的视频卡成本较高，结构也比较复杂。

还有一种可以在线获取数字视频的设备是数字摄像头，它通过光学镜头采集图像，然后直接将图像转换成数字信号并输人到ＰＣ机，不再需要专门的视频采集卡来进行模数转换。数字摄像头最高分辨率为640 x 480，一般都是352 x 288，速度在每秒30帧以下，镜头的视角可达到45~60度。大多数数字摄像头都采用CCD光传感器，有些产品采用CMOS类型的光传感器，后者分辨率不能很高，但优势在于功耗低、速度快。数字摄像头的接口一般采用USB接口，有些采用高速的IEEE1394（火线）接口。

数字摄像机是一种离线的数字视频获取设备。它的原理与数码相机类似，但具有更多的功能，它所拍摄的视频图像及记录的伴音使用M—JPEG或MPEG—2进行压缩编码，记录在磁带或者硬盘上，需要时再通过USB或IEEE1394接口输人计算机处理。