多媒体视频信息处理技术

1、 第5章 多媒体视频信息处理 视觉是人类感知外部世界的一个最重要的途径。计算机视频技术是把我们带到近于真实世界的最强有力的工具。在多媒体技术中，视频信息的获取及处理无疑占有举足轻重的地位。视频处理技术在目前以至将来都是多媒体应用的一个核心技术。 主要内容容基础知识识电视信号号及其标标准视频的数数字化过过程基于多媒媒体计算算机的视视频处理理系统视频文件件的类型型视频数据据连续数据据产生方式式实时数据据采集集合成数据据创作作处理方式式模拟视频频数字视频频1、基础知知识视频的定定义人类接受受的信息息70%来自视视觉,其其中活活动图像像是信息息量最丰丰富、直直观、生生动、具具体的一一种承载载信息的的媒

2、体。视频（Video）就其本质质而言，实际上上就是其其内容随随时间变变化的一一组动态态图像(25或或30帧帧/秒)，所以以视频又又叫作运动图像像或活动动图像。从数学角角度描述述，视频频指随时时间变化化的图像像，或称称为时变图像像。时变图图像是一一种时-空亮度度图案（spatial-temporal intensitypattern），可以表示示为s(x,y,t)，其中(x,y)是空间变变量，t是时间变变量。视频信号号的特点点内容随时时间而变变化伴随有与与画面动动作同步步的声音音(伴音音)图像与视视频是两两个既有有联系又又有区别别的概念念：静止止的图片片称为图图像（Image），运动的图图像称为

3、为视频（Video）。此外，两两者的信信源方式式不同，图像的的输入要要靠扫描描仪、数数字照相相机等设设备；而而视频的的输入是是电视接接收机、摄象机机、录象象机、影影碟机以以及可以以输出连连续图像像信号的的设备。视频的分分类模拟视频频（AnalogVideo）模拟视频频是一种种用于传传输图像像和声音音的并且且随时间间连续变变化的电电信号。早期视视频的记记录、存存储和传传输都是是采用模模拟方式式。模拟视频频具有以以下特点点：以模拟电电信号的的形式来来记录依靠模拟拟调幅的的手段在在空间传传播使用盒式式磁带录录象机将将视频作作为模拟拟信号存存放在磁磁带上 传统的模模拟信号号处理设设备 直接广播播卫星（

4、DBS） 模拟视频频的不足足：不适合网网络传输输，在传传输效率率方面先先天不足足；图像随时时间和频频道的衰衰减较大大；不便于分分类、检检索和编编辑。数字视频频（Digital Video-DV）视频的数数字化过过程包括括采样、量化和和编码。数字视频频克服模模拟视频频了的局局限性，这是因因为数字字视频可可以大大大降低视视频的传传输和存存贮费用用、增加加交互性性（数字字视频可可通过光光纤等介介质高速速随机读读取）及及精确再再现真实实情景的的稳定图图像。数字视频频的应用用已经非非常广泛泛，并带带来一个个全新的的应用局局面。包包括直接接广播卫卫星（DBS）、有线电视视、数字字电视在在内的各各种通信信应

5、用均均需要采采用数字字视频。近年出出现的一一些消费费产品，如VCD和DVD，数字式便便携摄像像机，都都是以MPEG视频压缩缩为基础础的。数字视频频的优点点适合于网网络应用用在网络环环境中，视频信信息可以以很方便便地实现现资源的的共享，通过网网络线、光纤，数字信信号可以以很方便便地从资资源中心心传到办办公室和和家中。视频数数字信号号可以长长距离传传输而不不会产生生任何不不良影响响，而模模拟信号号在传输输过程中中会有信信号损失失。再现性好好模拟信号号由于是是连续变变化的，所以不不管复制制时采用用的精确确度多高高，失真真总是不不可避免免的，经经过多次次复制以以后，误误差就很很大。数数字视频频可以不不

6、失真地地进行无无限次拷拷贝，其其抗干扰扰能力是是模拟图图像无法法比拟的的。它不不会因存存储、传传输和复复制而产产生图像像质量的的退化，从而能能够准确确地再现现图像。便于计算算机编辑辑处理模拟信号号只能简简单调整整亮度、对比度度和颜色色等，极极大地限限制了处处理手段段和应用用范围。而数字字视频信信号可以以传送到到计算机机内进行行存储、处理，很容易易进行创创造性地地编辑与与合成，并进行行动态交交互。数字视频频的缺陷陷是处理理速度慢慢，所需需的数据据存储空空间大，从而使使数字图图像的处处理成本本增高。通过对对数字视视频的压压缩，这这样可以以节省大大量的存存储空间间，光盘盘技术的的应用也也使得大大量视

7、频频信息的的存储成成为可能能。视频的应应用领域域广播电视视地面、卫卫星电视视广播有线电视视（CATV:CommunityAntenna TV ）数字视频频广播(Digital Video Broadcast）交互式电电视（ITV:InteractiveTV）高清晰度度电视（HDTV）通信 可视电话话（Videophone ）视频会议议（Videoconferencing）视频点播播（VOD:VideoOnDemand）视频数据据库个人娱乐乐录象节目目VCD（VideoCompact Disk）DVD（DigitalVersatileDisk）电视购物物家庭摄象象视频游戏戏主要指标标宽高比垂直分

8、辨辨率细细节水平分辨辨率细细节信号格式式帧频率运动连连续性闪烁2 电视视信号及及其标准准彩色电视视信号制制式电视信号号是视频频处理的的重要信信息源。电视信信号的标标准也称称为电视视的制式式。目前各国国的电视视制式不不尽相同同，不同同制式之之间的主主要区别别在于不不同的刷刷新速度度、颜色色编码系系统和传传送频率率等。目前世界界上常用用的电视视制式有有中国、欧洲使使用的PAL制，美国国、日本本使用的的NTSC制及法国国等国所所使用的的SECAM制。NTSC制NTSC(NationalTelevision StandardCommitte)是美国国国家电视视系统委委员会在在1953年制制定的一一种兼

9、容容的彩色色电视制制式，在在美国、日本和和其他国国家广为为使用。定义了彩彩色电视视机对所所接受的的电视信信号的解解码方式式、色彩彩的处理理方式、屏幕的的扫描频频率。NTSC制规定水水平扫描描线有525条，以每每秒30帧速率率传送。NTSC采用隔行行扫描方方式，每每一帧画画面由两两次扫描描完成，每一次次扫描画画出一个个场需要要1/60秒,两个场场构成一一帧。PAL制PAL(PhaseAlternateLock)是联邦德德国1962年年制定的的一种兼兼容电视视制式。PAL意指“相相位逐行行交变”，我国国和大部部分西欧欧国家都都使用这这种制式式。PAL制规定水水平扫描描625行、每每秒25帧、隔行扫

10、扫描、每每场需要要1/50秒。SECAM制SECAM(SEquentialColorAndMemory)称为顺序序传送彩彩色与存存储，是是用于法法国、俄俄罗斯及及几个东东欧国家家的彩色色电视制制式。基本技术术及广播播方式与与NTSC和PAL有很大的的区别。625行，25Hz不同制式式的电视视机只能能接收和和处理其其对应制制式的电电视信号号。多制式或或全制式式的电视视机，为为处理和和转换不不同制式式的电视视信号提提供了极极大的方方便。全全制式电电视机可可在各国国各地区区使用，而多制制式电视视机一般般为指定定范围的的国家生生产。三种彩色色电视制制式的主主要技术术指标TV制式NTSC PALSECA

11、M帧频(Hz)302525行/帧525625625亮度带宽(MHz)4.26.06.0彩色幅载波(MHz)3.584.434.25声音载波(MHz)4.56.56.5高清晰度度电视技技术高清晰度度电视的的特点分辨率纵纵横像像素数是是传统的的2倍。纵横比W/H=16/9=1.777观看距离离 比传传统距离离近才能能看到细细节采用国际际标准的的压缩编编码算法法MPEG-II采用打包包数据结结构，图图像和声声音分成成不同分分量，数数据包的的大小随随意，传传输次序序随机。高可靠性性和抗干干扰性。几个HDTV系系统EuropeanHigh DefinitionMultipleAnalogueCompon

12、ents(HD-MAC):Defined in EurekaProject EU95Cooperationof35Europeanindustryrepresentatives, television, research entersSome compatibilitytoexistingstandardsJapaneseMultipleSub-NyquistEncoding(MUSE):NotopentoTVstandardsVerticalresolution:1125 lines,Framerate:60Hz1992:1 hour/day broadcastingusingMUSE st

13、andardUSAGoal:compatibility to NTSCVerticalresolution:1050 lines,Framerate:59.94电视视频频信号的的扫描方方式电视摄像像机的作作用就是是将视频频图像转转换为电电信号。任何时刻刻，电信信号只有有1个值值（一维维）。但但视频图图像通常常是二维维的，将将二维视视频图像像转换为为一维电电信号是是通过光栅扫描描实现的。扫描方式式主要有有逐行扫扫描和隔隔行扫描描两种。隔行扫描描行的集合合称为场场。因此此，一帧帧由两个个场组成成。逐行扫描描有以下优优点：图图像垂直直清晰度度高，空空间处理理效果好好，有利利于电视视转换和和制式转转换

14、，能能改善视视频压缩缩效率，等等。其缺点点是：数数码率高高，行扫扫描频率率增高，硬件难难度加大大。 奇数场偶偶数场一一帧帧目前的电电视系统统大都采采用隔行行扫描，因为隔隔行扫描描能节省省频带，且硬件件实现简简单。但逐行扫扫描能获获得更好好的图像像质量和和更高的的清晰度度，不过过是以增增加带宽宽和成本本为代价价的。YUV与RGB彩色模型型YUV模型在PAL彩色电视视制式中中采用YUV模型来表表示彩色色图像。其是Y表示亮度度，U，V用来表示示色差，是构成成彩色的的两个分分量。在NTSC彩色电视视制式中中使用YIQ模型，其其中的Y表示亮度度，I，Q是两个彩彩色分量量。YUV表示法的的重要性性是它的的

15、亮度信信号(Y)和色度信信号(U、V)是相互独独立的，也就是是Y信号分量量构成的的黑白灰灰度图与与用U、V信号构成成的另外外两幅单单色图是是相互独独立的。由于Y、U、V是独立的的，所以以可以对对这些单单色图分分别进行行编码。采用YUV模型的优优点之一一是亮度度信号和和色差信信号是分分离的，使彩色色电视系系统与黑黑白电视视机亮度度信号兼兼容。PAL彩色电视视制式中中采用YUV模型来表表示彩色色图像YUVRGB模型RGB分别代表表红（Red）、绿(Green)、蓝（Blue）三种基本本颜色。电视机和和计算机机显示器器使用的的阴极射射线管(Cathode RayTube，CRT)是一个有有源物体体。

16、CRT使用3个个电子枪枪分别产产生红、绿和蓝蓝三种波波长的光光(RGB三种电子子束)，并以各各种不同同的相对对强度轰轰击CRT的荧光涂涂层屏幕幕以产生生颜色。组合这三三种光波波以产生生特定颜颜色称为为相加混混色，或或称为RGB相加模型型。相加加混色是是计算机机应用中中定义颜颜色的基基本方法法。CRT显示器采采用RGB彩色模型型A-阴极B-导电涂层层C-阳极D-荧光屏E-电子束F-荫罩板YUV与RGB彩色空间间变换由于所有有的显示示器都采采用RGB值来驱动动，这就就要求在在显示每每个像素素之前，需要把把YUV彩色分量量值转换换成RGB值。这种转换换需要花花费一定定的计算算时间，设计软软硬件视视频

17、处理理系统时时要综合合考虑。在考虑人人的视觉觉系统和和阴极射射线管(CRT)的非线性性特性之之后，RGB和YUV的对应关关系可以以近似地地用下面面的方程程式表示示：Y= 0.299R+ 0.587G+ 0.114BU= -0.169R- 0.331G+ 0.5BV=0.500R- 0.419G- 0.081B写成矩阵阵的形式式:彩色电视视的信号号类型电视频道道传送的的电视信信号主要要包括亮亮度信号号、色度度信号、复合同同步信号号和伴音音信号，这些信信号或者者可通过过频率域域，或者者可通过过时间域域相互分分离出来来。电视接收收机能够够将所接接收到的的高频电电视信号号还原成成视频信信号和低低频伴音

18、音信号，并能够够在其荧荧光屏上上重现图图像，在在其扬声声器上重重现伴音音。根据不同同的信号号源，电电视接收收机的输输入、输输出信号号有三种种类型。高频或射射频信号号为了能够够在空中中传播电电视信号号，必须须把视频频全电视视信号调调制成高高频或射射频（RFRadioFrequency）信号，每每个信号号占用一一个频道道，这样样才能在在空中同同时传播播多路电电视节目目而不会会导致混混乱。PAL制每个频频道占用用8MHz的带宽；NTSC制每个频频道的带带宽为6MHz。有线电视视CATV（CableTelevision）的工作方方式类似似，只是是它通过过电缆而而不是通通过空中中传播电电视信号号。电视机

19、在在接收受受到某一一频道的的高频信信号后，要把全全电视信信号从高高频信号号中解调调出来，才能在在屏幕上上重现视视频图像像。复合视频频信号为便于电电视信号号远距传传输，必必须把三三个分量量信号以以及同步步信号复复合成一一个信号号，然后后才进行行传输。复合视频频信号定义为包包括亮度度和色度度的单路路模拟信信号，也也即从全全电视信信号中分分离出伴伴音后的的视频信信号，这这时的色色度信号号是间插插在亮度度信号的的高端，在信号号重放时时很难恢恢复完全全一致的的色彩。这种信信号一般般可通过过电缆输输入或输输出到家家用录像像机上，其信号号带宽较较窄，一一般只有有240线左右右的水平平分解率率。早期的电电视机

20、都都只有天天线输入入端口，较新型型的电视视机才备备有复合合视频输输入和输输出端（VideoIn，VideoOut），也即可以以直接输输入和输输出解调调后的视视频信号号。视频频信号已已不包含含高频分分量，处处理起来来相对简简单一些些，因此此计算机机的视频频卡一般般都采用用复合视视频输入入端口获获取视频频信号。由于视频频信号中中已不包包含伴音音，故一一般与视视频输入入、输出出端口配配套的还还有音频频输入、输出端端口，以便同步步传输伴伴音。分量视频频信号与与SVideo为保证视视频信号号质量，近距离离时可用用分量视视频信号号(componentvideosignal)传输,分分量信信号是指指每个基基

21、色分量量(R,G,B或Y,U,V)作为独立立的电视视信号传传输。计计算机输输出的VGA视频信号号，即为为分量形式式的视频频信号。SVideo是一种两两分量的的视频信信号，它它把亮度度和色度度信号分分成两路路独立的的模拟信信号，用用两路导导线分别别传输并并可以分分别记录录在模拟拟磁带的的两路磁磁轨上。这种信信号不仅仅其亮度度和色度度都具有有较宽的的带宽，而且由由于亮度度和色度度分开传传输，可可以减少少其互相相干扰，水平分分解率可可达420线。与复合合视频信信号相比比，SVideo可以更好好地重现现色彩。兼有复合合视频接接口和S-Video接口的视视频卡复合视频频插头S-video电缆线及及接口3

22、 视频频的数字字化过程程要让计算算机处理理视频信信息，首首先要解解决的是是视频数数字化的的问题。视频数字字化是将将模拟视视频信号号经模数数转换和和彩色空空间变换换转为计计算机可可处理的的数字信信号。与音频信信号数字字化类似似，计算算机也要要对输入入的模拟拟视频信信息进行行采样与量化，并经编码使其变成成数字化化图像。视频信号号的采样样对视频采采样的基基本要求求要满足采采样定理理。对于于PAL制电视信信号,视频带宽宽为6MHz，按照CCIR601建议，亮亮度信号号的采样样频率为为13.5MHz，色度信号号为6.75MHz。采样频率率必须是是行频的的整数倍倍。这样样可以保保证每行行有整数数个取样样点

23、，同同时要使使得每行行取样点点数目一一样多，便于数数据处理理。要满足两两种扫描描制式。数字视频频信号的的采样频频率和格格式现行的扫扫描制式式主要有有625行/50场和和525行/60场两两种，它它们的行行频分别别为15625Hz和15734.265Hz。ITU(国际电信信联盟）建议的的分量编码码标准的亮度抽抽样频率率为13.5兆兆赫，这这恰好是是上述两两种行频频的整数数倍。按按照国际际现行电电视制式式，亮度度信号最最大带宽宽是6MHz。根据奈奎奎斯特抽抽样定理理，抽样样频率至至少要大大于2612MHz，因此取13.5MHz也是合适适的。数字视频频的采样样格式根据电视视信号的的特征，亮度信信号的

24、带带宽是色色度信号号带宽的的两倍。因此其其数字化化时对信信号的色色差分量量的采样样率低于于对亮度度分量的的采样率率。如果果用Y：U：V来表示YUV三分量的的采样比比例，则则数字视视频的采采样格式式分别有有4:1:1、4:2:2和和4:4:4三三种。电视图像像既是空空间的函函数，也也是时间间的函数数，而且且又是隔隔行扫描描式，所所以其采采样方式式比扫描描仪扫描描图像的的方式要要复杂得得多。分分量采样样时采到到的是隔隔行样本本点，要要把隔行行样本组组合成逐逐行样本本，然后后进行样样本点的的量化，YUV到RGB色彩空间间的转换换等等，最后才才能得到到数字视视频数据据。4:2:2采样样格式模拟视频频的

25、数字字化包括括不少技技术问题题，如电电视信号号具有不不同的制制式而且且采用复复合的YUV信号方式式，而计计算机工工作在RGB空间；电电视机是是隔行扫扫描，计计算机显显示器大大多逐行行扫描；电视图图像的分分辨率与与显示器器的分辨辨率也不不尽相同同等等。因此，模拟视视频的数数字化主主要包括括色彩空空间的转转换、光光栅扫描描的转换换以及分分辨率的的统一。模拟视频频一般采采用分量数字字化方式式，先把复复合视频频信号中中的亮度度和色度度分离，得到YUV或YIQ分量，然然后用三三个模数转换换器对三三个分量量分别进进行数字字化，最最后再转转换成RGB空间。为了在PAL、NTSC和SECAM电视制式式之间确确

26、定共同同的数字字化参数数，国家家无线电电咨询委委员会（CCIR）制定了广广播级质质量的数数字电视视编码标标准，称称为CCIR 601标准(现现在的ITU-R标准)。在该标准准中，对对采样频频率、采采样结构构、色彩彩空间转转换等都都作了严严格的规规定。根根据实验验，人眼眼对颜色色的敏感感程度远远不如对对亮度信信号那么么灵敏，所以色色度信号号的取样样频率可可以比亮亮度信号号的取样样频率低低，以减减少数字字视频的的数据量量。ITU-R建议使用用了4:2:2采样结结构。4:2:2是指指色度信信号取亮亮度信号号取样频频率的一一半。当以4：2：2格式采采样时，每4个连续续的采样样点中取取4个亮亮度Y、2个

27、色差U、2个色差V的样本值值，共8个样本本值。根据ITU推荐的采采样率，可计算算出在不不同的采采样格式式下数字字视频的的数据量量: 未压缩的的数字视视频数据据量十分分巨大，对于目目前的计计算机和和网络存存储或传传输都是是不现实实的，因因此在多多媒体中中应用数数字视频频的关键键问题是是数字视视频的压压缩技术术。采样格式(Y:U:V）数据量(Mb/s）4:2:23244:4:4216公用中分分辨率格格式CIF(Common IntermediateFormat)量化采样是把把模拟信信号变成成了时间间上离散散的脉冲冲信号，量化则则是进行行幅度上上的离散散化处理理。量化后的的信号电电平与原原模拟信信号

28、电平平之间在在大多数数情况下下总是存存在有一一定的误误差，量量化所引引入的误误差是不不可避免免的同时时也是不不可逆的的，由于于信号的的随机性性这种误误差大小小也是随随机的，这种表表现类似似于随机机噪声效效果，具具有相当当宽度的的频谱，因此我我们又把把量化误误差称为为量化噪噪声。但但量化误误差与噪噪声是有有本质的的区别的的。当二个原原来不同同的数值值用同一一个二进进制值来来表示时时，实际际数值与与记录数数值之差差就成为为量化噪噪声。所所以，比比特率决决定了整整个系统统的理想想状态下下的最小小噪声、动态范范围和信信噪比，模拟信信号在理理想状态态是没有有这种限限制的。量化比特特率愈高高，层次次就分得

29、得愈细，但数据据量也成成倍上升升。每增增加一个个比特，数据量量就翻一一翻。量化的过过程是不不可逆的的，这是是因为量量化本身身给信号号带来的的损伤是是不可弥弥补的。量化时时比特数数选取过过小则不不足以反反映出图图像的细细节，比比特数选选取过大大则会产产生庞大大的数码码率，从从而占用用大量的的频带，给传输输带来困困难。降低量化化误差的的方法最最直接的的就是增增加量化化级数减减小最小小量化间间隔，但但由此带带来码率率的增加加从而要要求更大大的处理理带宽，一般现现在的视视频信号号均采用用8比特特、10比特，在信号号质量要要求较高高的情况况下采用用12比比特量化化。正如模拟拟音频信信号传输输过程中中采用

30、不不均匀量量化一样样。在视视频信号号的量化化过程中中也可以以采用不不均匀量量化方式式，即将将模拟信信号先进进行对数数变换，其目的的是让变变化量大大的地方方变化小小，让变变化量小小的地方方变化大大，然后后，再进进行普通通的8比比特量化化，经传传输后再再恢复出出来的模模拟信号号可以通通过指数数变换予予以还原原，此时时，信号号传输的的效果类类似于12比特特量化的的效果。视频信号号的压缩缩与编码码抽样、量量化后的的信号转转换成数数字符号号才能进进行传输输，这一一过程称称为编码码。视频频压缩编编码的理理论基础础是信息息论。信信息压缩缩就是从从时间域域、空间间域两方方面去除除冗余信信息，将将可推知知的确定

31、定信息去去掉。在通信理理论中，编码分分为信源源编码和和信道编编码两大大类。所所谓信源编码码是指将信信号源中中多余的的信息除除去，形形成一个个适合传传输的信信号。为为了抑制制信道噪噪声对信信号的干干扰，往往往还需需要对信信号进行行再编码码，使接接收端能能够检测测或纠正正数据在在信道传传输过程程引起的的错误，这称为为信道编码码。视频编码码技术主主要包括括MPEG与H.261标准，编编码技术术主要分分成帧内内编码和和帧间编编码。前前者用于于去掉图图像的空空间冗余余信息，后者用用于去除除图像的的时间冗冗余信息息。数字视频频DV格式数字视频频（Digital Video-DV）是定义压压缩图像像和声音音

32、数据记记录及回回放过程程的标准准。DV格式是一一种国际际通用的的数字视视频标准准，是由由10余余家公司司共同制制定的标标准。DV格式具有有如下视视频特点点：高清晰度度，水平平分辨率率可达500线线；宽色度带带宽，还还原色彩彩绚丽的的图像；当前有三三种常用用DV格式：miniDV、DVCPro和DVCam。miniDV最常见，通常是是家用摄摄像机使使用的格式式。DVCPro和DVCam为专业格格式。DV格式数字字摄像机机对视频频采用4:1:1数数字分量采样标标准，8比特量量化，基基于离散散余弦变变量DCT的5:1帧内压压缩，数数据传输输率为24.948Mbps。4 基于于多媒体体计算机机的视频频

33、处理系系统在多媒体体计算机机系统中中，视频频处理一一般是借借助于一一些相关关的硬件件和软件件，在计计算机上上对输入入的视频频信号进进行接收收、采集集、传输输、压缩缩、存储储、编辑辑、显示示、回放放等多种种处理。视频信号号主要是是指来自自电视机机、录/放像机机、摄像像机等视视频设备备的信号号，也可可以是来来自影碟碟机的影影视节目目。数字视频频系统的的组成从硬件平平台的角角度分析析，一个个视频采采集系统统要包括括视频采采集设备备、视频频信号源源设备、大容量量存储设设备、以以及配置置有相应应视频处处理软件件的高性性能计算算机系统统。提供模拟拟视频输输出的设设备有录录像机、电视机机 、影影碟机等等；对

34、模拟视视频信号号进行采采集、量量化和编编码的设设备由视视频采集集卡来完完成；计算机接接收和记记录编码码后的数数字视频频数据。视频采集集卡不仅仅提供接接口以连连接模拟拟视频设设备和计计算机，而且具具有把模模拟信号号转换成成数字数数据的功功能。视频采集集卡的工工作原理理视频采集集卡是一一个安装装在计算算机扩展展槽上的的一个硬硬卡。它它可以汇汇集多种种视频源源的信息息，如电电视、影影碟、录录像机和和摄像机机的视频频信息，对被捕捕捉和采采集到的的画面进进行数字字化、冻冻结、存存储、输输出及其其他处理理操作，如编辑辑、修整整、裁剪剪、按比比例绘制制、像素素显示调调整、缩缩放功能能等。视频采集集卡一般般具

35、有多多种视频频接口，可接收收来自摄摄像机、录像像机、VCD机等多种种视频信信号，通通过视频频软件可可选择所所需的视视频源。视频卡的的工作原原理框图图视频采集集卡的性性能指标标接口视频采集集卡的接接口包括括视频与与PC机的接口口和与模模拟视频频设备的的接口。目前PC视频采集集卡通常常采用32位的的PCI总线接口口，它插插到PC机主板的的扩展槽槽中，以以实现采采集卡与与PC机的通信信与数据据传输。视频采集集卡至少少要具有有一个复复合视频频接口（VideoIn）以便与模模拟视频频设备相相连。高高性能的的采集卡卡一般具具有一个个复合视视频接口口和一个个SVideo接口。一一般的采采集卡都都支持PAL和

36、NTSC两种电视视制式。视频采集集卡如果果不具备备电视天天线接口口和音频频输入接接口，就就不能用用视频采采集卡直直接采集集电视射射频信号号，同时时也不能能直接采采集到模模拟视频频中的伴伴音信号号。要采采集伴音音，PC机上必需需要装有有声卡，视频采采集卡通通过PC机上的声声卡获取取数字化化的伴音音并把伴伴音与采采集到的的数字视视频同步步到一起起。一般而言言,视视频采集集卡有单工卡和双工卡两种。单单工卡只只提供视视频输入入接口,双工卡卡还提供供输出接接口。如如果只需需在PC机上编辑辑数字化化视频,单工卡卡就可以以了。若若想把数数字化编编辑过后后的影像像拷贝到到录像带带上,就就需要双双工卡。具有多种

37、种接口的的视频采采集卡与与视频源源的连接接实缩压缩缩功能视频采集集卡要采采集模拟拟视频序序列中的的每帧图图像，并并在采集集下一帧帧图像之之前把这这些数据据传入PC系统。因因此，实实现实时时采集的的关键是是每一帧帧所需的的处理时时间。如果每帧帧视频图图像的处处理时间间超过相相邻两帧帧之间的的相隔时时间，则则要出现现数据的的丢失，也即丢丢帧现象象。采集卡都都是把获获取的视视频序列列先进行行压缩处处理，然然后再存存入硬盘盘，也就就是说视视频序列列的获取取和压缩缩是在一一起完成成的，免免除了再再次进行行压缩处处理的不不便。不不同档次次的采集集卡具有有不同质质量的采采集压缩缩性能。大多数视视频采集集卡都

38、具具备硬件件压缩的的功能，在采集集视频信信号时首首先在卡卡上对视视频信号号进行压压缩，然然后再通通过接口口把压缩缩的视频频数据传传送到主主机上。采集分辨辨率及帧帧频视频采集集卡按照照其用途途可以分分为广播播级视频频采集卡卡，专业业级视频频采集卡卡，民用用级视频频采集卡卡。广播级视视频采集集卡属高高档设备备，主要要用于电电视台制制作节目目。最高高采集分分辨率一一般720576(CCIR推荐值),PAL制,每秒秒25帧帧 ；或或分辨率率为640480，NTSC制，每秒秒30帧帧。最小小压缩比比一般在在4:1以内。这一类类产品的的特点是是采集的的图像分分辨率高高，视频频信噪比比高，缺缺点是视视频文件

39、件庞大，每分钟钟数据量量至少为为200MB。专业级视视频采集集卡比广广播级视视频采集集卡的性性能稍微微低一些些，分辨辨率两者者是相同同的，但压缩缩比稍微微大一些些，其最最小压缩缩比一般般在6:1以内内，输入入输出接接口为AV复合端子子与S端子，此此类产品品适用于于广告、多媒体体节目制制作及多多媒体软软件开发发。民用级的视频采集集卡的动动态分辨辨率一般般最大为为384288，PAL制式，帧帧频为每每秒25帧。驱动和应应用程序序视频采集集卡一般般都配有有硬件驱驱动程序序以实现现PC机对采集集卡的控控制和数数据通信信。根据据不同的的采集卡卡所要求求的操作作系统环环境，各各有不同同的驱动动程序。采集卡

40、卡只有在在正确安安装了驱驱动程序序以后才才能正常常工作。也可以采采用通用用的软件件，例如如数字视视频编辑辑软件AdobePremiere。其他功能能的视频频卡视频输出出卡-TVCoder经过计算算机加工工处理的的视频数数据以视视频文件件的格式式进行存存储和交交流，但但不能以以录像带带的形式式进行传传播或者者直接在在电视机机上收看看。视频频输出卡卡的功能能是将计计算机显显示卡输输出的VGA信号转换换为标准准的视频频信号，以PAL和NTSC两种制式式输出，从而可可在电视视上观看看计算机机显示器器上的画画面，或或将其通通过录像像机录制制到录像像带上。MPEG卡MPEG压缩卡用用于将视视频影像像压缩成

41、成MPEG的格式。它首先先将模拟拟音视频频信号数数字化，然后按按MPEG标准的压压缩算法法分别对对数字音音视频信信号进行行压缩编编码，产产生一个个码率约约为1.5Mb/s的MPEG复合音视视频码流流，最后后再转变变为.mpg格式的文文件储存存在硬盘盘上。MPEG解压卡是是采用硬硬件方式式将压缩缩后的VCD影碟数据据解压后后进行回回放。当当计算机机将CD-ROM内的数据据传送到到MPEG卡上时，通过卡卡上的MPEG解码器，将已压压缩的数数据进行行解压。 MPEG编码卡 电视接收收卡电视卡（TVTUNER)从工作原原理上看看相当于于一台数数字式电电视机。它首先先将从天天线接收收下来的的射频信信号变

42、换换成视频频信号，然后经经A/D转换器变变为数字字信号，再经变变换电路路变为RGB模拟信号号，最后后通过D/A转换变为为模拟RGB信号送显显示器上上显示。因为电视视卡采用用逐行扫扫描方式式，加上上计算机机显示点点距小，分辨率率高，所所以整个个电视图图像看上上去清晰晰稳定，完全可可以与电电视机媲媲美。外置式(左)与与内置式式（右）电视卡卡5视频文件件的类型型AVI文件AVI（AudioVideoInterleave）是一种音音频视像像交插记记录的数数字视频频文件格格式。1992年初微微软公司司推出了了AVI技术及其其应用软软件VFW（VideoforWindows）。在AVI文件中，运动图图像和

43、伴伴音数据据是以交交织的方方式存储储，并独独立于硬硬件设备备,在读取视视频数据据流时能能更有效效地从存存储媒介介得到连连续的信信息。AVI文件结构构不仅解解决了音音频和视视频的同同步问题题，而且且具有通通用和开开放的特特点。它可以以在任何何Windows环境下工工作，而而且还具具有扩展展环境的的功能。用户可可以开发发自己的的AVI视频文件件格式，在Windows环境下可可随时调调用。可以用一一般的视视频编辑辑软件如如AdobePremiere进行编辑辑和处理理。MOV文件Apple公司在其其生产的的Macintosh机也推出出了相应应的视频频格式，即Moviedigital video的文件格

44、格式，其其文件以以MOV为后缀，相应的的视频应应用软件件为Apples QuickTimeforMacintosh。随着大量量原本运运行在Macintosh上的多媒媒体软件件向PC/Windows环境的移移植，导导致了QuickTime视频文件件的流行行。Apple公司也推推出了适适用于PC机的视频频应用软软件Apples QuickTimeforWindows，因此在PC机上也可可以播放放MOV视频文件件。MOV格式的视视频文件件可以采采用不压压缩或压压缩的方方式QuickTime还采用了了一种称称为QuickTimeVR的虚拟现现实（VR，VirtualReality）技术，用户只只需通过

45、过鼠标或或键盘，就可以以观察某某一地点点周围360度度的景象象，或者者从空间间任何角角度观察察某一物物体。MEPG文件-MPEG/MPG/DAT格式将MPEG算法用于于压缩全全运动视视频图像像，就可可以生成成全屏幕幕活动视视频标准准文件：MPG文件。MPG格式文件件在1024786的的分辩率率下可以以用每秒秒25帧帧（或30帧）的速率率同步播播放全运运动视频频图像和和CD音乐伴音音，并且且其文件件大小仅仅为AVI文件的六六分之一一。MPEG-2压缩技术术采用可可变速率率（VBR-VariableBit Rate）技术，能能够根据据动态画画面的复复杂程度度，适时时改变数数据传输输率获得得较好的的