数字视频基础知识

ITU-T（国际标准化组织电讯标准化分部，前身就是CCITT）
制定了H.261、H.263、H.264标准,主要应用于实时视频通信领域，如 电视会议;
ISO/IEC（国际标准化组织及国际电工委员会）
制定了MPEG系列（MPEG 1/2/4/7/21）,主要应用于视频存储(DVD)、广 播电视、因特网或无线网上的流媒体等
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一、模拟电视基础知识
隔行扫描: 每帧分为两场，
第一场包含图象的奇数行扫描 线1,3,5,......623,625， 第二场包含图象的偶数行扫描 线2,4,6,......622,624
逐行扫描：每次扫描得到所有 的行数1,2,3,4,...624,625
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二、数字电视基础知识-数字图像格式
图像分辨率：是指组成一幅图像的像素密度的度量方法。对同样大
小的一幅图，如果组成该图的图像像素数目越多，则说明图像的分辨 率越高，看起来就越逼真。相反，图像显得越粗糙。
显示器分辨率：显示器所能显示的像素的多少。由于屏幕上的点、
线和面都是由一个个像素组成的，显示器可显示的像素越多，画面就 越精细，同样的屏幕区域内能显示的信息也越多。
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二、数字电视基础知识-数字图像格式
指标
水平扫描 线数 画面像素
画幅宽高 比
标清
500-600线 720*576 4:3
高清
至少720P或 1080I 1920*1080 16:9
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二、数字电视基础知识-高清电视
高清数字电视包含以下特征：水平扫描 行数至少为720行的高解析度的电视， 画幅宽高比为16：9，并且采用多通道 传送。
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一、模拟电视基础知识
表1-1 彩色模拟电视制式 序号 1 2 3 彩色电视制式 NTSC SECAM PAL 国家 美国 法国 德国 扫描线数 525 625 625 彩色带宽 3.58MHz 4.25MHz 4.43MHz 帧频 29.79帧/秒 25帧/秒 25帧/秒
HD：2200×1125×30×8×2＝1.188Gbps HD-SDI：2200×1125×30×10×2＝1.485Gbps
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二、数字电视基础知识-压缩编码
视频编码技术标准有关机构：
ISO国际标准化组织、IEC国际电工委员会、ITU国际电信联盟（CCITT 国际电报电话咨询委员会）;
超高清码率高达 24Gbit/s 1 分钟的超高清图像需要194GByte 存储空间 MPEG-4 AVC/H.264：100-600Mbit/s 超高清声音码率高达 28Mbit/s 压缩后 7-28Mbit/s
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864× 625（全部象素）
720× 576（有效象素）
HD采样频率74.25MHz 2200×1125×30
采用4:2:2格式
2200× 1125（全部象素）
1920× 1080（有效象素）
SD： 864×625×25×8×2＝216Mbps SD-SDI：864×625×25×10×2＝270Mbps
4:4:4
4:2:2
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4:2:0
二、数字电视基础知识-图像A/D转换
SD图像采样率为13.5MHz 标清图像模拟带宽6.5MHz，采样频率 必须大于13MHz 与两种制式的行频锁相，13.5MHz是 PAL行频的864倍，NTSC行频的858倍。 13.5MHz是色度副载波的4倍。 864×625×25
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二、数字电视基础知识-高清系统
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二、数字电视基础知识-高清系统
1. 高清摄像机：要求CCD摄像机拍摄出来的画面可以达到720线的逐行扫
描方式（分辨率为1280*720）以及1080线隔行扫描方式（分辨率 1920 * 1080）；
要观看数字高清晰度电视，要求在拍摄、编辑、制作、播出、传输、接收等一系列 电视信号的播出和接收全过程都使用数字技术，都达到相应的高清指标要求。
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三、未来成像系统-超高清
“4K”分辨率（7680×4320，50/60Hz 逐行）； 日本 NHK 开发，曾经开发过HDTV；
电影：24帧/秒；电视：25帧/秒。
扫描: 图像信号的空时转换，将图象转变成顺序传送的电信号的过程。
扫描按着自左至右、自上而下的顺序发送和接收。 自左至右的扫描称为行扫描 自上而下的扫描称为场扫描
线数：通常所说的电视线就是指垂直清晰度，即是图像可以分解出多少水平线
条数，最大垂直清晰度由垂直扫描总行数所决定，例：中国625/美国525。
由光敏二极管（光敏元件）阵列构成，捕捉光子并转换 为电子，类似于太阳能电池板把光转换为能量。 每个光敏元件积聚的电子被转换为电压，然后依次转换 为数据，即图像元素（像素），这些像素按顺序传递出 去或存储为一个文件，进一步做广播、浏览、编辑等。 两种基本的数字图像传感器：CCD 和 CMOS
2. 高清压缩编码：采用 MPEG-2、 MPEG-4、 MPEG-4 AVC或H.264等标准
压缩，8-10比特量化，采样频率可以达到4:2:0，双声道记录，其取样频 率可以达到48千赫/16比特；
3. 高清传输设备：通过数字卫星传输、数字地面传输以及数字有线传输； 4. 高清接收设备：高清电视解码器和显示器。
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二、数字电视基础知识-数字图像采集
CCD(电荷耦合器件) 图像传感器
CMOS(互补金属氧化物半导体) 图像传感器
Biblioteka Baidu
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二、数字电视基础知识-数字图像采集
CCD 分辨率：CCD上光敏单元的个数（像素数）。像素数越多，分辨
率越高。
线型 CCD分辨率: 256×1、1024×1、2048×1、5000×1、10550×1 等多种； 面型CCD分辨率: 512×500、795×596、1024×1024、2048×2048、 5000×5000 等多种。
一、模拟电视基础知识
隔行扫描: 早期电视工业技术的限制，采用逐行扫描方式将大大提 高电视接收机的技术难度和生产成本，同时受电视信号带宽的限制， 只能传递隔行信号，以节省带宽，因此最终选定隔行扫描作为模拟 电视显示格式。 一帧=奇场+偶场 帧频：25，场频：50 缺点：出现闪烁。 逐行扫描：相对于隔行扫描是一种先进的扫描方式，它是指显示屏 显示图像进行扫描时，从屏幕左上角的第一行开始逐行进行，整个 图像扫描一次完成。因此图像显示画面闪烁小，显示效果好。目前 先进的显示器大都采用逐行扫描方式。
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二、数字电视基础知识-压缩编码
MPEG-1标准
1992年11月形成国际标准，用于数字存储媒体的活动图象和伴随音频的压 缩编码。 输入图像标准是SIF：25帧，360×288（PAL）;30帧，360×240 （NTSC）;4:2:0抽样； 码率可达1.5Mbps。得到的图像质量和VHS相当。
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二、数字电视基础知识-图像A/D转换
图像信号的A/D转换：对扫描所得模拟信号进行采样得到数字图像信号，
每一个采样点对应空间原始图像的一个点，称为像素点。例如： 1920×1080像素，即每帧由1080行，每行由1920个像素构成。根据三基色 原理，彩色图像信号有YUV三个分量，需对各分量采样。通常的采样格式：
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二、数字电视基础知识-数字图像采集
光学成像
光学成像通过调节焦距， 使得景物聚集在感光元件（胶 片）之上，感光材料对不同的 入射光线产生不同的化学反应， 以此记录影像信息。
数码成像
数码成像则通过CCD 上的感光单元在入射光的 照射下所产生的电子越迁 形成的微小电压或者电流 的变化，经过放大和模数 转换数字化记录影像信息。
MPEG-2标准
“活动图象及其伴音的通用编码”，94年11月公布；用于DVB，HDTV，DVD。 输入图像:704×576（PAL）和704×480（NTSC），码率为3-15 Mbps 此外,能处理逐行扫描和隔行扫描图像，包括16：9宽高比图像格式； 一路标清压缩后3-5Mbps(1:60),一路高清压缩后20Mbps(1:70);
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二、数字电视基础知识-压缩编码
MPEG4/H.264
H.264/MPEG-4 AVC 是由 ITU-T VCEG 和 ISO/IEC MPEG 标准委员会最近 共同研制完成的视频压缩标准。 和早期的视频标准比较，它有更高的压缩性能，能在交互的和非交互的视 频编码方面有更高的编码效率，尤其在高码率的情况下能够提供更好的视频 效果。 适用于标清和高清电视节目; 一路标清压缩后1.5Mbps(1:180),一路高清压缩后10Mbps(1:140) ;
三种制式区分主要在于：帧频、分辨率、信号带宽、载频、色彩 空间和色彩信号传输公式。
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二、数字电视基础知识
数字图像采集
数字图像格式
数字图像A/D转换
数字图像/视频压缩
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二、数字电视基础知识-数字图像采集
数字图像传感器：利用硅半导体上采集图像
1 345,600 480 576
720
表2-1 高清电视分辨率格式 序 号 格式 具体描述
720
12801440
1920
1
720P
1280*720，水平1280 像素，垂直720像素， 逐行扫描
414,720 921,600 1,552,200
2
1920*1080，水平1920 1080I 像素，垂直1080像素， 隔行扫描 1920*1080，水平1920 1080P 像素，垂直1080像素， 逐行扫描
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二、数字电视基础知识-数字图像采集
光学变焦: 通过改变变焦镜头中的各镜片的相对位置来改变镜头的焦距，
此时景物信息变化。
数码变焦：改变成像面的大小，即成像面的对角线长短。实际上数码变
焦并没有改变镜头的焦距，只是通过改变成像面对角线的角度来改变视角， 从而产生了“相当于”镜头焦距变化的效果。此时，景物信息不变，只是 局部放大（通过内插实现），可能质量下降.
1080 1152
2,073,600
3
1,658,880
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二、数字电视基础知识-高清电视
高清电视历史
1964年, 日本就开始研究高清技术,早在1985年它就建立了MUSE制式的 模拟高清电视，1988年率先在汉城奥运会进行大屏幕试播，1989年， 开始面向广播，到1991年底，这种广播每天已定时播放8小时。 1990年，美国提出了高清晰度数字电视（HDTV）的概念。经过八年的 技术开发，美国联邦委员会(FCC)终于在1995年正式确定HDTV地面广播 方式和产品的规格。1998年，美国正式开播数字高清晰度节目。最终, 美国的数字高清技术成为了世界标准；
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二、数字电视基础知识
拖尾：液晶显示器在显示运动图像时，运动物体会在静止背景上留下残 影，使边界变得模糊，这种现象称为运动图像的拖尾。 拖尾的解决途径： 2004年-2005年致力于缩短黑白响应时间； 2005年 -2006年转向灰阶响应时间“超频”，用过驱动技术将灰阶响 应时间降至4ms、2ms，甚至1ms； 2007年随之兴起100/120Hz技 术+MEMC技术，有效地改善了实际动态清 晰度。
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Academy of Broadcasting Planning, SARFT
数字图像及视频介绍
广播电视规划院 2010年7月
内 容
一、模拟电视基础知识 二、数字电视基础知识
三、未来成像系统
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一、模拟电视基础知识
帧: 电影（电视）里面,一幅静止的图像被称做一“帧(Frame)”。