视频标准介绍课件

视频标准介绍王野视频概述视频基本概念数字视频编码1、视频概述

视频是一组在时间轴上有序排列的图像，是二维图像在一维时间轴上构成的图像序列。

视频是由一幅幅静止图像构成的，每一幅单独的图像称为一帧，视频既包括静止图像又包括运动图像。1、视频概述

视频通常分为模拟视频和数字视频两种。早期的视频主要指模拟的视频信号，随着各种电子技术的发展，视频的采集设备和采集方式有了很大的进展，直接采集数字视频的设备得到了广泛的开发和应用。1、视频概述1、模拟视频模拟视频指的是视频的记录、存储和传输以模拟的形式进行，通常在电视上看到的、摄像机录制的、录像机播放的信号都是模拟视频信号。

模拟视频图像可由电子摄像机获得，并记录在录像带上；也可用电影摄像机采集，并存入电影胶片中（24帧/秒）。1、视频概述2、数字视频数字视频就是以数字信号方式处理的视频信号，它不但更加高效而精确，并且提供了一系列交互式视频通信和服务的机会，因此每一个画面都可以得到精确的编辑并且达到较为完美的效果。1、视频概述3、模拟视频信号转换为数字视频信号普通的视频信号如标准PAL和NTSC制式的电视视频信号都是模拟的，而计算机只能处理和显示数字信号，因此必须将模拟视频数字化。

视频信息的数字化是将模拟视频信号进行采样、量化与编码。1、视频概述

视频信号采集的任务是将模拟信号转换成数字视频信号，并将其送入计算机系统。主要步骤如下：①视频信号的捕捉：即借助摄像机、录像机等设备将自然界的景物转换成电信号。②A/D转换：即将采集到的模拟视频经过采样量化后送入数字编码器，对输入的信号进行编码，从而得到数字视频信号。③将得到的数字视频存储到帧存储器：由视频窗口控制器对采集到的信息经剪裁、改变比例后，存入帧存储器。④D/A转换及彩色空间转换：经D/A转换彩色空间变换矩阵得到相应的控制信号，送入数字视频编码器进行编码，最后输出到VGA显示器、电视机、录像机等视频输出设备。1、视频概述4、数字视频的优越性

针对模拟视频，数字视频具有：存储便利、图像质量好、便于提供新业务、便于编辑等很多优越性。

2、视频基本概念颜色感知和表示模拟视频数字视频2.1颜色感知和表示一、光和彩色的属性1、光的基础知识光是电磁波的一部分，人眼可以感觉的光其波长在380～780纳米（nm）范围内。光的彩色感知决定于其光谱成分(即它的波长组成)。2.1颜色感知和表示2、HVS(人类视觉系统)对彩色的感知光有两个属性：亮度和色度。亮度：指光的明亮程度，与可见波段的总能量成正比。色度：指光的颜色和深浅，依赖于光的波长成分。

HVS(人类视觉系统)

视网膜有两种类型感光细胞锥状细胞:在亮光下起作用，感知颜色的色调。

含有三种类型的锥状细胞。杆状细胞:在暗一些的光强下工作，只能感知亮度信息。2.1颜色感知和表示3、彩色混合的三基色原理三基色原理：任何一种颜色可以通过三基色

按不同比例混合得到。照明光源的基色系包括红色、绿色和蓝色，称为RGB基色。反射光源的基色系包括青色、品色和黄色，称为CMY基色。

RGB和CMY基色系是互补的，也就是说混合一个色系中的两种彩色会产生另外一个色系中的一种彩色。2.1颜色感知和表示二、彩色的表示1、颜色空间模型基于三基色的颜色模型（红色、绿色和蓝色，显示系统）（青色、品色和黄色，打印机）基于亮度与色度的颜色模型（亮度、色调、饱和度）（亮度、色度，PAL制式的彩色电视）（亮度、色度，NTSC制式的彩色电视）（数字彩色电视）2.1颜色感知和表示2、彩色空间的相互转换

RGB与YCbCr之间的转换数字视频定义的YCbCr数字彩色信号与模拟RGB信号之间的转换关系如下：=YCbCr0.2570.5040.098-0.148-0.2910.4390.439-0.368-0.071RGB16128128+2.1颜色感知和表示

亮度和色度信号分离解决了彩色电视机与黑白电视机的兼容问题。

试验证明，人眼对彩色图像细节的比对黑白图像要低得多，因此对色度U、V信号可以采用“大面积着色原理”，即用亮度信号Y传送细节，用色度信号U、V信号进行大面积涂色。因此彩色图像的清晰度由亮度信号的带宽保证，而把色度信号的带宽变窄。2.2模拟视频

现在的模拟电视系统使用光栅扫描进行视频摄取和显示，在这种光栅扫描机制中，又包括逐行和隔行扫描。1、逐行扫描按次序对各行进行扫描，即一行紧跟一行的扫描方式称为逐行扫描，电脑显示器一般都采用逐行扫描。2.2模拟视频2、隔行扫描

将一帧图像分为两场进行扫描，第一场扫奇数行，第二场扫偶数行，并把扫奇数行的场称为奇数场，扫偶数行的场称为偶数场，这种方式称为隔行扫描，普通电视系统一般均采用隔行扫描。

在隔行扫描中，一帧中两个相邻的行在时间上是以场间隔分开的。

采用隔行扫描的目的是在给定时间内，给定总行数的条件下，用牺牲垂直分辨率来提高时间分辨率。2.2模拟视频3、行数（行/帧或行/高）

行数是指垂直方向上的采样率，它也是影响视频质量的关键因素。在模拟电视中，采用的行数大约为

500～600。计算机显示器则采用更高的行数

(例如SVGA显示器有1024行)。2.2模拟视频4、模拟彩色电视系统

目前，世界范围内有三个不同的电视系统：

NTSC系统用于北美和包括日本在内的部

分亚洲国家和地区。

PAL系统用于大多数西欧国家和包括中国

以及中东的亚洲国家。

SECAM系统用于前苏联、东欧、法国以及

一些中东国家。2.2模拟视频三个模拟彩色电视系统的参数2.2模拟视频模拟彩色电视系统：视频产生、传送和接收

2.2模拟视频5、彩色空间三种彩色电视系统都采用隔行扫描来摄取和显示视频图像，但三个电视系统的彩色空间却不同：PAL系统采用YUV彩色空间；NTSC系统采用YIQ彩色空间；SECAM系统采用YDbDr彩色空间。2.2模拟视频为什么不直接使用RGB?

①RGB各分量之间存在相关性，单独传递会有冗

余，不能有效地利用带宽。②将RGB变换成YCbCr分量后，YCbCr各分量

之间不存在相关性，且亮度信号Y解决了彩色

电视机与黑白电视机的兼容问题，传送Cb和

Cr分量可用较窄的频带。2.2模拟视频6、亮度、色度和音频的复用为了使彩色电视信号与黑白电视系统兼容，现有的三个模拟电视系统都采用复合视频格式，其中三个彩色分量以及音频分量被复用为一个信号。构成复合信号要求色度信号具有比亮度分量小得多的带宽。2.2模拟视频亮度、色度以及音频信号的复用过程：首先，将I和Q两个色度信号应用正交幅度调

制（QAM）组合成一个色度信号；其次，选定颜色副载波频率，将亮度信号和

色度信号复合到一起；最后，音频信号用的音频副载波进行频率调

制(FM),并把它加到复合视频信号中，

形成最终的多路复用信号。2.2模拟视频7、模拟视频信号格式1、分量视频信号对三个彩色分量分别进行存储/传输可采用RGB、YUV、YIQ或YCbCr彩色分量一般只用于专业的视频设备2、复合视频信号（也称为全电视信号）将RGB转换为YUV或YIQ彩色空间将YUV或YIQ三个彩色分量复用为一个信号用于大多数模拟视频系统（现有模拟电视系统均采用复合视频格式）3、分离视频信号（S-video）对Y和C（正交幅度调制I和Q分量）分量分别进行存储/传输用于许多高级消费类视频摄像机和显示设备2.3数字视频一、数字视频基础1、数字化方法数字视频可以通过采样光栅扫描（对模拟视频信号的数字化）或直接用数字摄像机获得。所有数字摄像机都使用CCD传感器，数字摄像

机把成像景物采样成离散的帧，每一帧由水

平和垂直都离散化的CCD阵列的输出值组成。通常数字视频系统采用彩色信号的分量表示

方法，对模拟彩色电视图像的数字化常采用

“分量数字化”法，即对彩色空间的每一个

分量进行数字化。2.3数字视频2、数字视频参数数字视频是由帧率，行数和每行的样点数定义的。数字视频的码率为

R=帧率x行数x每行样点数x样点比特数

单位是比特/秒（bps），或千比特/秒（kbps）或兆比特/秒（Mbps）。2.3数字视频二、全数字演播室标准

——ITU-601数字视频标准前国际无线电咨询委员会（CCIR）于1982年2月通过了全数字演播室标准——CCIR-601建议书，即现在的ITU-601标准(ITU：国际电信联盟)，这是用于电视演播室等级的标准。

2.3数字视频①ITU-601信号的空间分辨率

ITU-601数字视频标准指定了幅型比为4:3和16:9的两种数字视频格式。

SDTV的幅型比为4:3HDTV的幅型比为16:9NTSC、PAL和SECAM系统都采用13.5MHz的采样率对于NTSC系统，每行的像素数为858，

其视频格式为525/60信号对于PAL/SECAM系统，每行的像素数为864，

其视频格式为625/50信号2.3数字视频②彩色坐标和色度的亚采样

ITU-60l数字视频标准定义了一个YCbCr数字彩色坐标空间。其中Y是亮度分量，伸缩后范围是（16～235）；

Cb、Cr是色度分量，分别表示色差B-Y和R-Y

伸缩后的形式。=YCbCr0.2570.5040.098-0.148-0.2910.4390.439-0.368-0.071RGB16128128+2.3数字视频③其它数字视频格式和应用

ITU-RBT601-5的数据码率是216Mpbs，这个速率对大多数应用太高，所以CCITT专家组建议了一种新的数字视频格式，被称为通用中间格式（CIF）。实际上，在压缩或传输之前，通常将视频信号转换为这一种中间格式。除此之外，还定义有QCIF，SIF，SMPTE等几种数字视频格式。2.3数字视频CIF：通用媒体格式，ITU-T规定的视频格式。在水平和垂直维上的分辨率都大约是ITU-6014:2:0信号的一半(352x288)，采用逐行扫描。它是为视频会议应用而开发的。QCIF：ITU-T规定的视频格式。在水平和垂直维上的分辨率是CIF的一半(176x144),采用逐行扫描。主要用于可视电话及类似的应用场

合。SIF：源媒体格式，ISO-MPEG规定的视频格式。有效区尺寸是ITU-601信号的四分之一，大致与CIF相当。这种格式定位在中等质量的视频应用，如视频游戏和CD电影之类。采用隔行扫描。SMPTE：也称HDTV格式，SMPTE规定的视频格式。显著特点是幅型比较宽，为16:9，在水平和垂直维上都具有两到三倍的图像分辨率，且采用逐行扫描。2.3数字视频计算机视频显示分辨率的标准VGA：640像素/行×480行TARGA：512像素/行×480行S-VGA：1280像素/行×1024行

1024像素/行×768行图像刷新速率为72帧/秒

3、数字视频编码抽样频率数字分量视频信号接口辅助数据附属数字音频数据3.1抽样频率4:2:2标准考虑到抽样频率对525行制和625行制的兼容，ITU-RBT.601标准规定Y/Cr/Cb的抽样频率为13.5MHz/6.75MHz/6.75MHz。因为色度信号的抽样频率均为亮度信号的2/4，这个标准又称为4:2:2标准。Y像素Cb和Cr像素每2x2个Y像素对应2个Cb和2个Cr像素（只水平2：1采样）3.1抽样频率525行制亮度信号的每行采样点为858，625行制为864，每个色差信号的每行采样数均为亮度信号的一半。无论525行还是626行，数字有效行的亮度信号采样点都是720，色差信号采样点都是360。4:2:2标准规定亮度和色差信号的每帧有效抽样行数，对于525行制为480行，625行制为576行。3.1抽样频率（a）525/60：60field/s（b）625/50：50field/sNTSC系统PAL/SECAM系统ITU—601视频格式3.1抽样频率4:2:0标准：在某些场合可以使用较低采样率的编码标准，比较常用的是4:2:0和4:1:1。在4:2:0标准中，亮度信号与色差信号的抽样频率同4:2:2标准一样，但两个色差信号每两行取一行，即在水平和垂直方向上分解力均为亮度信号的一半。Y像素Cb和Cr像素4:2:0每2x2个Y像素对应1个Cb和1个Cr像素（水平和垂直都4：1采样）3.1抽样频率4:1:1标准：在4:1:1标准中，Y/Cb/Cr的抽样频率为13.5MHz/3.375MHz/3.375MHz,即两个色差信号在垂直方向分解力与亮度信号相同，在水平方向上为亮度信号的1/4。Y像素Cb和Cr像素4：1：1每2x2个Y像素对应1个Cb和1个Cr像素（只水平4：1采样）3.1抽样频率分量编码抽样标准4:2:2/6254:2:0/6254:1:1/625每帧有效行数亮度576576576色度576288576每行有效像素亮度720720720色度360360180帧频/Hz252525幅型比4:34:34:33.2数字分量视频信号接口ITU-RBT656对于按4:2:2标准编码的分量数字信号，规定了并行多工传输的接口标准。每个抽样的8Bit（也可为10bit）字是在8根导线对上并行传输的，3个数字分量信号组成时分复用码流，其传送时序是：Cb，Y，Cr，Y，Cb，Y，Cr，……第9根线传输27MHz的时钟信号8bit字的00和FF作为专用标识，其余254个字用于表示信号值。

在有效行的开始和结束分别有四字节的定时基准信号：有效视频开始（SAV）和有效视频结束（EAV）。F=0/1第l/2场时,V=0/1其它处/场消隐时。H=0/1有效视频开始处(SAV)/有效视频结束处(EAV)MSB：最高有效比特表l规定了V和F比特的状态。P0，P1，P2，P3比特的状态决定于F，V，H比特的状态。在接收机中，这种安排容许纠正l比特误码和检出2比特误码。场间隔定义PAL13.5MHz4:2:2标准3.3附属数据数字视频信号的数字消隐期间可以传输附属数据信号，附属数据以包的形式运载，且每个包都有其自身标识，每个包内含有：-固定前置码-包长指示-连续性指示-每个包最多容纳255个字的附属数据-校验和CS3.3附属数据附属数据包分为类型1和类型2，类型1只使用一个字作为数据标识，类型2使用两个字作为数据标识。类型1附属数据包的组成：-表征附属数据包开始的附属数据标志ADF-数据标识DID-数据块序号