视频信号的基础知识.pdf

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1、一、视频信号的结构与使用•图象采集卡是对模拟视频信号采样并作A/D转换而成为数字信号的，为了获得正确的数字信号，对模拟视频信号有一个大概的了解是十分重要的，尤其在一些特殊的应用领域，例如：•实时处理•多路视频输入•非标准视频采集•立体视觉•序列图象分析•运动图象•等都对摄象机的同步连接；多路切换；图象处理与视频信号的同步配合；图象窗口的选择；亮度与对比度的调节有着特殊的要求，为了满足这些要求，把视频信号的结构了解清楚后，会对用户很快构成并调试好自己的图象处理系统；设计好自己的软件；充分提高CPU处理图

2、象的效率等带来很大的好处1-1、视频信号的概述•视频信号最初是用于广播电视的，也就是说是要经过传输，尤其是无线传输而送到观众接收机上，由于图象的信息量是如此巨大，如果不对视频信号作一定的处理，就会占据无线通讯很宽的宝贵频带，为此对全电视信号在清晰度、闪烁性、叠加彩色后的与黑白图象的兼容性、所占用的带宽等方方面面作了精心的权衡与安排，研究设计出目前的黑白/彩色全电视信号标准。例如隔行扫描就是考虑到带宽、抗闪烁、清晰度等方面而巧妙设计的；PAL或NTSC的彩色图象制式就是考虑到人眼对颜色的着色特性，与原黑

3、白视频的兼容性，在不影响黑白灰度信息的前提下，而将彩色信息调制后插入黑白全电视信号频谱的缝隙之中的。而所谓的不影响仅仅是理论上的，由于技术上的局限性，在接收端将黑白信息与彩色信息分离时，在大多数情况下会大大影响黑白信息的分辨率。视频信号的这些特性在广播电视中带来了巨大的好处，但在图象处理的使用场合又会带来很大的不便与缺陷。1-2、黑白全电视信号及采集•摄象机获取图象形成视频信号是用扫描的方式逐行顺序进行的，从景物的左上角开始扫描第一行，然后向下移动扫描第二行，直至这场扫描完312行（PAL制），到第3

4、13行的一半时，这一场结束，形成了一幅奇场图象；从图象的最上部中间开始第313行的后半部扫描，见图一，开始第二场即偶场的扫描，第二场的每一行夹在第一场的相邻行中间，直至625行结束，第二场图象结束，形成了一幅偶场图象，同时相邻行由奇场和偶场图象交叉形成了一帧图象。帧图象、奇偶场图象之间的关系见图二。从图一和图二可以看出，在水平方向一行中的像素从左到右是以纳秒级的速度顺序出现的，而一帧图象的上下二个相邻象素的相隔时间为一场的场周期，可达几十毫秒。这种隔行方式，在同样的分辨率、没有因人眼惰性有限而带来太大

5、的闪烁性的情况下，视频信号的频带带宽几乎减低了一倍，节省了宝贵的通信资源。奇场第一行偶场第一行（315行）奇场第二行:实线:奇次场:虚线:偶次场:第312行偶场第313行（625行）第313行图一隔行视频信号的扫描方法图二1完整一幅帧图象图二2奇场图象图二3偶场图象图二隔行的帧图象和奇偶场图象之间的关系•从上述的视频信号的扫描方式可以看出，为了让接收端正确接受视频信号，除了传送代表图象亮暗的灰度信号外，尚需传送每一行每一场的同步信号。所以在黑白全电视信号中包含了三种主要信息，灰度图象、同步信号和消隐信

6、号。消隐信号，即黑电平，是零电平，在零电平的上部是灰度图象，数值越大越亮，零电平处为全黑，在零电平的下部是行、场同步信号，包括隔行扫描中的奇场和偶场的识别脉冲信息等。•1-3、视频信号的采样•一幅数字图象，是由矩形或方形点阵形成的，例如水平512点，垂直也是512点的512×512方阵；水平768点，垂直576点的矩形点阵，阵列中的每一点的数值代表这个位置图象的灰度，在8bits时取值0-255，在10bits时取值0-1023。点阵中的一行数据是采样全电视信号中相应行中的图象信息而获得的，将每一行数

7、据自上而下排列起来构成了一场或一帧数字图象，一行信号的采集见图四视频信号.......采样主频14.76MC945个64us水平总采集点数.......有效采样区X方向偏移量768个水平有效采集区52us图四行视频信号的采样示例•为了表达简练，图中所示为标准视频信号的标准采样方式，采样主频要严格与行同步锁相，即在64μs的行周期内，有945个脉冲，从行同步脉冲的前沿开始，去掉一段采样脉冲（X方向偏移），开始连续采集768个图象点，采样结束后还留有一段区域才到达下一个行同步脉冲的前沿。在这个例子中，视频

8、是标准的，行频15.625KC（或周期为64μs），场频50周（或周期为20ms），帧频为25周（或周期为40ms），隔行方式，625行；采样方式也是标准的，采样频率14.75MC，每行占有采样点945个，每行采样768点。按上述方式采样出来的点阵图象中，上下左右四个相邻点之间是方形排列的，这种方形点阵在屏幕上显示出来没有产生横纵向比例变形（即变瘦或变胖），在图象处理时有利于尺度测量的计算。如果适当改变X方向的偏移量，则被采集的图象在X方向会左右移动；同