基础视频知识

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电视制式：
一、NTSC彩色电视制式：它是1952年由美国国家电视标准委员会指定的彩色电视广播标准，它采用正交平衡调幅的技术方式，故也称为正交平衡调幅制。美国、加拿大等大部分西半球国家以及中国的台湾、日本、韩国、菲律宾等均采用这种制式。
二、PAL制式：它是西德在1962年指定的彩色电视广播标准，它采用逐行倒相正交平衡调幅的技术方法，克服了NTSC制相位敏感造成色彩失真的缺点。西德、英国等一些西欧国家，新加坡、中国大陆及香港，澳大利亚、新西兰等国家采用这种制式。PAL制式中根据不同的参数细节，又可以进一步划分为G、I、D等制式，其中PAL－D制是我国大陆采用的制式。
三、SECAM制式：SECAM是法文的缩写，意为顺序传送彩色信号与存储恢复彩色信号制，是由法国在1956年提出，1966年制定的一种新的彩色电视制式。它也克服了NTSC制式相位失真的缺点，但采用时间分隔法来传送两个色差信号。使用SECAM制的国家主要集中在法国、东欧和中东一带。
为了接收和处理不同制式的电视信号，也就发展了不同制式的电视接收机和录像机。

视频信号
一、高频或射频信号
为了能够在空中传播电视信号，必须把视频全电视信号调制成高频或射频（RF－Radio Frequency）信号，每个信号占用一个频道，这样才能在空中同时传播多路电视节目而不会导致混乱。我国采样PAL制，每个频道占用8MHz的带宽；美国采用NTSC制，电视从2频道至69频道，每个频道的带宽为4MHz，电视信号频带共占用54 MHz至806 MHz的信道。有线电视CATV（Cable Television）的工作方式类似，只是它通过电缆而不是通过空中传播电视信号。
电视机在接收受到某一频道的高频信号后，要把全电视信号从高频信号中解调出来，才能在屏幕上重现视频图像。
二、复合视频信号
复合视频（Composite Video）信号定义为包括亮度和色度的单路模拟信号，也即从全电视信号中分离出伴音后的视频信号，这时的色度信号还是间插在亮度信号的高端。由于复合视频的亮度和色度是间插在一起的，在信号重放时很难恢复完全一致的色彩。这种信号一般可通过电缆输入或输出到家用录像机上，其信号带宽较窄，一般只有水平240线左右的分解率。早期的电视机都只有天线输入端口，较新型的电视机才备有复合视频输入和输出端（Video In，Video Out），也即可以直接输入和输出解调后的视频信号。视频信号已不包含高频分量，处理起来相对简单一些，因此计算机的视频卡一般都采用视频输入端获取视频信号。由于视频信号中已不包含伴音，故一般与视频输入、输出端口配套的还有音频输入、输出端口（Audio－In、Audio－Out），以便同步传输伴音。因此，有时复合式视频接口也称为AV（Audio Video）口。
三、S－Video信号
目前有的电视机还备有两分量视频输入端口（S－Video In），S－Video 是一种两分量的视频信号，它把亮度和色度信号分成两路独立的模拟信号，用两路导线分别传输并可以分别记录在模拟磁带的两路磁迹上。这种信号不仅其亮度和色度都具有较宽的带宽，而且由于亮度和色度分开传输，可以减少其互相干扰，水平分解率可达420线。与复合视频信号相比，S－Video可以更好地重现色彩。
四、分量信号
两分量视频可来自于高档摄像机，它采用两分量视频的方式记录和传输视频信号。其它如高档录像机、激光视盘LD机的输出也可按分量视频的格式，其清晰度比从家用录像机获得的电视节目的清晰度要高得多。
不同制式的电视机只能接收和处理其对应制式的电视信号。当然，目前也发展了多制式或全制式的电视机，这为处理和转换不同制式的电视信号提供了极大的方便。全制式电视机可在各国各地区使用，而多制式电视机一般为指定范围的国家生产。如Panasonic TC-2188M多制式电视机，适用于PAL－D，I制和NTSC（3.58）制，也即它可以在中国大陆（PAL－D）、香港（PAL－I）和日本（NTSC 3.58）使用。

视频序列的SMPTE表示单位
通常用时间码来识别和记录视频数据流中的每一帧，从一段视频的起始帧到终止帧，其间的每一帧都有一个唯一的时间码地址。根据动画和电视工程师协会SMPTE（Society of Motion Picture and Television Engineers）使用的时间码标准，其格式是：小时：分钟：秒：帧，或 hours：minutes：seconds：frames。 一段长度为00：02：31：15的视频片段的播放时间为2分钟31秒15帧，如果以每秒30帧的速率播放，则播放时间为2分钟31.5秒。
根据电影、录像和电视工业中使用的帧率的不同，各有其对应的SMPTE标准。由于技术的原因NTSC制式实际使用的帧率是29.97fps而不是30fps，因此在时间码与实际播放时间之间有0.1%的误差。为了解决这个误差问题，设计出丢帧（drop-frame）格式，也即在播放时每分钟要丢2帧（实际上是有两帧不显示而不是从文件中删除），这样可以保证时间码与实际播放时间的一致。与丢帧格式对应的是不丢帧（nondrop-frame）格式，它忽略时间码与实际播放帧之间的误差。

视频压缩编码的基本概念
视频压缩的目标是在尽可能保证视觉效果的前提下减少视频数据率。视频压缩比一般指压缩后的数据量与压缩前的数据量之比。由于视频是连续的静态图像，因此其压缩编码算法与静态图像的压缩编码算法有某些共同之处，但是运动的视频还有其自身的特性，因此在压缩时还应考虑其运动特性才能达到高压缩的目标。在视频压缩中常需用到以下的一些基本概念：
一、有损和无损压缩：在视频压缩中有损（Lossy ）和无损（Lossless）的概念与静态图像中基本类似。无损压缩也即压缩前和解压缩后的数据完全一致。多数的无损压缩都采用RLE行程编码算法。有损压缩意味着解压缩后的数据与压缩前的数据不一致。在压缩的过程中要丢失一些人眼和人耳所不敏感的图像或音频信息，而且丢失的信息不可恢复。几乎所有高压缩的算法都采用有损压缩，这样才能达到低数据率的目标。丢失的数据率与压缩比有关，压缩比越小，丢失的数据越多，解压缩后的效果一般越差。此外，某些有损压缩算法采用多次重复压缩的方式，这样还会引起额外的数据丢失。
二、帧内和帧间压缩：帧内（Intraframe）压缩也称为空间压缩（Spatial compression）。当压缩一帧图像时，仅考虑本帧的数据而不考虑相邻帧之间的冗余信息，这实际上与静态图像压缩类似。帧内一般采用有损压缩算法，由于帧内压缩时各个帧之间没有相互关系，所以压缩后的视频数据仍可以以帧为单位进行编辑。帧内压缩一般达不到很高的压缩。
采用帧间（Interframe）压缩是基于许多视频或动画的连续前后两帧具有很大的相关性，或者说前后两帧信息变化很小的特点。也即连续的视频其相邻帧之间具有冗余信息，根据这一特性，压缩相邻帧之间的冗余量就可以进一步提高压缩量，减小压缩比。帧间压缩也称为时间压缩（Temporal compression），它通过比较时间轴上不同帧之间的数据进行压缩。帧间压缩一般是无损的。帧差值（Frame differencing）算法是一种典型的时间压缩法，它通过比较本帧与相邻帧之间的差异，仅记录本帧与其相邻帧的差值，这样可以大大减少数据量。
三、对称和不对称编码：对称性（symmetric）是压缩编码的一个关键特征。对称意味着压缩和解压缩占用相同的计算处理能力和时间，对称算法适合于实时压缩和传送视频，如视频会议应用就以采用对称的压缩编码算法为好。而在电子出版和其它多媒体应用中，一般是把视频预先压缩处理好，尔后再播放，因此可以采用不对称（asymmetric）编码。不对称或非对称意味着压缩时需要花费大量的处理能力和时间，而解压缩时则能较好地实时回放，也即以不同的速度进行压缩和解压缩。一般地说，压缩一段视频的时间比回放（解压缩）该视频的时间要多得多。例如，压缩一段三分钟的视频片断可能需要10多分钟的时间，而该片断实时回放时间只有三分钟。
MPEG（Moving Picture Experts Group）是1988年成立的一个专家组。这个专家组在1991年制定了一个MPEG－1国际标准，其标准名称为“动态图像和伴音的编码－－用于速率小于每秒约1.5兆比特的数字存储媒体（Coding of moving picture and associated audio－－for digital storage media at up to about 1.5Mbit / s）”。这里的数字存储媒体指一般的数字存储设备如CD－ROM、硬盘和可擦写光盘等。MPEG的最大压缩可达约1：200，其目标是要把目前的广播视频信号压缩到能够记录在CD光盘上并能够用单速的光盘驱动器来播放，并具有VHS的显示质量和高保真立体伴音效果。MPEG采用的编码算法简称为MPEG算法，用该算法压缩的数据称为MPEG数据，由该数据产生的文件称MPEG文件，它以MPG为文件后缀。
MPEG数字视频格式
MPEG采用有损和不对称的压缩编码算法。MPEG标准详细地说明了视频图像的压缩和解压缩方法，以及播放MPEG数据所需的图像与声音的同步。
MPEG标准包括三个部分：MPEG视频（Video）、MPEG音频（Audio）和MPEG系统（System）。
一、MPEG视频：MPEG视频是标准的核心。MPEG－1是为了适应在数字存储媒体如CD－ROM上有效地存取视频图像而制定的标准。CD－ROM驱动器的数据传输率不会低于150KB/s＝1.2Mb/s（单倍速），而容量不会低于650MB，MPEG－1算法就是针对这个速率开发的。MPEG－1的的视窗尺寸为CCIR 601定义分辨率的二分之一，可达到30fps或25fps的帧率，它采用多种压缩算法，压缩后的数据率为1.2－3MB/s。因此可以实时播放存储在光盘上的数字视频图像。
二、MPEG音频：MPEG－1标准支持高压缩的音频数据流，其采样率为44、22和11KHz，16位量化。还原后声音质量接近于原来的声音质量，如CD－DA的音质。CA－DA音质的音频数据率为每分钟约10兆字节（10MB/min），等价于每秒约1.4兆位（1.4Mb/s），这是单速CD－ROM的整个带宽！采用MPEG-1音频压缩算法可以把单声道位速率降到0.192Mb/s，甚至更低，而声音的质量又无明显的下降。MPEG－1支持两个声道，可设置成单声道（mono）、双声道（dual）、立体声（stereo）等。
目前在网络上广泛使用的MP3音频文件，就是利用 MPEG-3的音频技术, 实现了1:10 甚至 1:12 的压缩率，而且失真很小。
三、MPEG系统：这部分是有关同步和多路复合技术，用来把数字电视图像和伴音复合成单一的、位速率为1.5Mb/s的数据位流。MPEG的数据位流分成内外两层，外层为系统层，内层为压缩层。系统层提供在一个系统中使用MPEG数据位流所必须的功能，包括定时、复合和分离视频图像和伴音，以及在播放期间图像和伴音的同步。压缩层包含压缩的视频和伴音数据位流。
在多种视频压缩算法中，MPEG是可提供低数据率和高质量的最好算法。MPEG-1已经为广大用户所采用，如VCD或小影碟的发行等。其播放质量可以达到家用录像机的水平。采用不同的编码参数，得到的MPEG-1数据的质量也是不同的。同时，MPEG专家组在1993年又制定了MPEG－2标准，DVD 就是采用的这种标准。
MPEG-1数据的回放
由于MPEG采用非对称的压缩算法，在PC机上用软件来进行MPEG压缩编码是很费机时的，即使编码几个视频片断也要花费好几小时。因此，一般用专门的MPEG编码卡，用硬件实现MPEG压缩编码。要回放压缩的MPEG数据，首先要对其进行解码，然后把解压缩后的大量数字视频数据送往显示缓存进行屏幕显示。因此，影响回放效果的因素主要有两点：一是解码的速率，二是显示的速率。解码的速度比编码的速度快得多，因此在不同的MPC硬件基础上可以采用软件解码和硬件解码两种方式。
一、MPEG-1软件解码：软件解码即采用软件算法的方式读取MPEG压缩数据，对其进行解压缩并把解压缩后的大量数字视频数据送往显示缓存进行屏幕显示。所以MPEG解压缩软件也称为MPEG播放软件。采用软件解码的优点是它无需额外硬件的支持，在MPC机上就可以播放MPEG数字视频，使用方便；其缺点是解码的速度和解码后的视频质量完全取决于MPC的处理能力。
如果MPC的处理速度和显示速度不够快，采用软件解码播放MPEG数据时可能出现帧率不够、图像和伴音不同步或者图像的“马赛克”现象（图像呈块状）。因此，在一定的硬件条件下，尽可能地利用MPC的系统资源是达到较好回放效果的关键。
二、MPEG-1硬解压卡：MPEG硬解压卡（简称解压卡）是专用于MPEG数据的解压和回放的硬件设备，解压卡的核心是一块解压芯片。采用硬件解压的优点是其解压和回放的速率不受MPC主机速率的影响，达到全屏实时回放，播放VCD时其稳定性和色彩效果也较好。但其缺点是需额外的硬件设备，并且其安装调试也较麻烦。因此，硬件解压卡一般用于处理速度不够高的MPC中。
解压卡需插入MPC主机的扩展槽中，把端口与MPC相应的端口相连，设置好系统参数，利用解压卡自带的播放软件就可以进行MPEG-1的回放了。
虽然MPEG－1具有标准化、高压缩、视频质量好的特点，但是它生成的MPEG文件需要用专门的解压软件或硬件来回放，解压软件的回放效果取决于系统的处理能力，而解压硬件又需额外的设备，不利于用户在自己开发的软件中应用。此外，为了获得高压缩，MPEG采用帧间压缩算法，由于帧间压缩时每一帧仅存储与前一帧信息的差值，对帧进行编辑时就非常困难。MPEG文件只能用解压软件或硬件解压后回放，而不能用绝大多数的视频编辑软件进行编辑。因此，除了MPEG数字视频以外，目前较为流行的还有AVI数字视频
AVI数字视频的格式
AVI（Audio Video Interleave）是一种音频视像交插记录的数字视频文件格式。1992年初Microsoft公司推出了AVI技术及其应用软件VFW（Video for Windows）。在AVI文件中，运动图像和伴音数据是以交织的方式存储，并独立于硬件设备。这种按交替方式组织音频和视像数据的方式可使得读取视频数据流时能更有效地从存储媒介得到连续的信息。构成一个AVI文件的主要参数包括视像参数、伴音参数和压缩参数等：
一、视像参数
1、视窗尺寸（Video size）：根据不同的应用要求，AVI的视窗大小或分辨率可按4：3的比例或随意调整：大到全屏640×480，小到160×120甚至更低。窗口越大，视频文件的数据量越大。
2、帧率（Frames per second）：帧率也可以调整，而且与数据量成正比。不同的帧率会产生不同的画面连续效果。
二、伴音参数：在AVI文件中，视像和伴音是分别存储的，因此可以把一段视频中的视像与另一段视频中的伴音组合在一起。AVI 文件与WAV文件密切相关，因为WAV文件是AVI文件中伴音信号的来源。伴音的基本参数也即WAV文件格式的参数，除此以外，AVI文件还包括与音频有关的其他参数：
1、视像与伴音的交织参数（Interlace Audio Every X Frames）AVI格式中每X帧交织存储的音频信号，也即伴音和视像交替的频率X是可调参数，X的最小值是一帧，即每个视频帧与音频数据交织组织，这是CD－ROM上使用的默认值。交织参数越小，回放AVI文件时读到内存中的数据流越少，回放越容易连续。因此，如果AVI文件的存储平台的数据传输率较大，则交错参数可设置得高一些。当AVI文件存储在硬盘上时，也即从硬盘上读AVI文件进行播放时，可以使用大一些的交织频率，如几帧，甚至1秒。
2、同步控制（Synchronization）
在AVI文件中，视像和伴音是同步得很好的。但在MPC中回放AVI文件时则有可能出现视像和伴音不同步的现象。
三、压缩参数：在采集原始模拟视频时可以用不压缩的方式，这样可以获得最优秀的图像质量。编辑后应根据应用环境环择合适的压缩参数。
1、提供无硬件视频回放功能：AVI格式和VFW软件虽然是为当前的MPC设计的，但它也可以不断提高以适应MPC的发展。根据AVI格式的参数，其视窗的大小和帧率可以根据播放环境的硬件能力和处理速度进行调整。在低档MPC机上或在网络上播放时，VFW的视窗可以很小，色彩数和帧率可以很低；而在Pentium级系统上，对于64K色、320×240的压缩视频数据可实现每秒25帧的回放速率。这样，VFW就可以适用于不同的硬件平台，使用户可以在普通的MPC上进行数字视频信息的编辑和重放，而不需要昂贵的专门硬件设备。
2、实现同步控制和实时播放：通过同步控制参数，AVI可以通过自调整来适应重放环境，如果MPC的处理能力不够高，而AVI文件的数据率又较大，在WINDOWS环境下播放该AVI文件时，播放器可以通过丢掉某些帧，调整AVI的实际播放数据率来达到视频、音频同步的效果。(mpc=Multimedia PC多媒体计算机)
3、可以高效地播放存储在硬盘和光盘上的AVI文件：由于AVI数据的交叉存储，VFW播放AVI数据时只需占用有限的内存空间，因为播放程序可以一边读取硬盘或光盘上的视频数据一边播放，而无需预先把容量很大的视频数据加载到内存中。在播放AVI视频数据时，只需在指定的时间内访问少量的视频图像和部分音频数据。这种方式不仅可以提高系统的工作效率，同时也可以实现迅速地加载和快速地启动播放程序，减少播放AVI视频数据时用户的等待时间。
4、提供了开放的AVI数字视频文件结构：AVI文件结构不仅解决了音频和视频的同步问题，而且具有通用和开放的特点。它可以在任何Windows环境下工作，而且还具有扩展环境的功能。用户可以开发自己的AVI视频文件，在Windows环境下可随时调用。