模拟视频技术简介

        模拟视频技术是指用模拟技术对动态影像进行捕捉、记来、处理、存储、传输、复现的技术.模拟视频技术的发明、发展与模拟电视系统的发展密不可分.下面将通过模拟电视系统来介绍模拟视频技术中的基本概念.

        首先,人的视觉系统的特征为电视等視稿系铳的发明、发展提供了理论依据.光线通过角膜、腫孔、晶状体的折射光线.透过玻璃体到达视网展.视网膜上分布着光感受器,光感受器在光线的剌激下产生生物电信号.电信号通过视神经的传导到达大脸视觉中枢的视觉区形成影像.光感受器按其形状可分为两大类:视杆细脂和视锥细胞.视杆细胞在光线较暗时活动.有较高的光敏度.但不能作精细的空间分辨,也不参与色觉形成。视锥细胞则是在较明亮的环境中活动,它能提供形成色覚以及精细视觉的信号。在人的视网膜中,视锥细胞约有600〜800万个,视杆细胞总数达1亿以上,它们以镶嵌的形式分布在视网膜中。色觉的形成与3种视锥细购相关,它们分别包含光谱吸收峰在光谱红、绿、藍区的视色素蛋白,分别对红光、緑光、蓝光有最佳反应.它们的兴奋信号独立传递至大脑,然后综合产生各种色觉。视觉信号的产生和消失类似于微小电容器的放电和充电,需耍一定的反应时间。经过研究,人的视觉系统有如下主要特征:

① 人的视觉系统具有暂留现象.当物体在快速运动时,人眼所看到的影像消失后,人眼仍能缕续保留影像0. 1-0.4 s的时间。(这为音视频同步提供了基础

② 人的视覚系统对色觉的感知具有三维性,即人眼能够感知到任一颜色在原理上都可由3种经选择的原色(红、绿、蓝)相混合而得以匹配.(这有点扯淡,如果人眼能感知,还需要做实验吗)

③ 人的视觉系统分辨景物细节的能力是有限的,这个极限值就是人眼的分辨率.人眼的分辨率有如下一些特点,当照度太强、太弱时或当背景亮度太强时,人眼分辨率降低;当视覚目标运动速度加快时,人眼分辨察降低;人眼对彩色细节的分辨率比对亮度细节的分辨率要差.假设亮度(黒白两色)分辨率为1,则对红色为0.4,对緑色和蓝色为0.19。

④ 人的视觉系统对亮度光强变化的响应是非线性的.通常把人眼主观上刚刚可辨别亮度差别所需的最小光强差值称为亮度的可见度國值。也就是说,当光强I増大时,在一定幅度内感觉不出,必须变化到一定值I+△I时,人眼才能感覚到亮度有变化。对于不同頻率的光线阀值会不同。

⑤ 人的视觉系统图像的边缘信息很敏感,特别是边缘的位置信息.人眼容易感
觉到边缘的位置变化,而对于边缘的灰度误差,人眼并不敏感。

⑥ 人的视觉系统具有马赫效应。当亮度发生跃变时,会有一种边缘増强的感觉.视觉上会感到亮侧更亮,暗侧更暗。马赫效应会导致局部阀值效应,即在边缘的亮侧,靠近边缘像素的误差感知成值比远离边缘阀值高3〜4倍.

        电视系统就是根据人的视觉特性以一定的信号形式实时传送活动场景的技术,摄像机先把景像转变成电信号,将电信号传输到接收端,再由显示设务显示岀场景.典型的模拟电视广播系统如图1 - 1所示.图1 - 1所示:

 

        在发射端,扫描电路控制摄像管按顺序对视频图像进行扫描。同步信号发射机产生行同步和帧同步信号。扫描获取的模拟视频信号在加載了同步信号后通过视频发射机进行调制,并最终由天线以电磁波的方式发射出去.在接收端,接收机对接收到的电磁波进行解调,并分离出视频信号和同步信号.视頻信号和同步信号控制显像管工作,还原视频图像。根据人类视觉系统分辨力有限的特性,总可以将平面图像看成是由许许多多的小单元所组成.这些小单元就称为像素.単位面积上的像素数目越多.由其构成的
图像也就越清晰.例如,对一幅黑白平面图像,表征它的特征参量是亮度。这就是说,组成黑白画面的每个像素,不但有各自确定的几何位置,而且它们各自还呈现着不同的亮度.如果我们设置好原点,建立笛卡尔坐标系,则图像的各像素点的亮度可以用数学函数f(x,y)表示其中x,y是像素位置的坐标值.电视系统传送的是运动图像,每个像素的亮度既是空间函数,同时又是时间函数,可用数学函數表示为f(x,y,t)。由于人类视觉系统的暂留现象不需要获得像素在整个时间轴方向的取值情况,只需在足够小的时间间隔内采样就能保证人眼对运动的连贯性(每秒23图像)。

       将某个时刻采集到的一幅静态图像组成为一,连续播放的就形成了动态影像.因此,就是动态影响中最小单位的单影像面.

        电视系统对视频图像的传输,其实可以看作对图像像素的顺序传输。如图 1-2所示,发端是光电转换器件摄像管,收端是电光转换器件显像管.图像被分解成像素后,对像素按照順序进行电子扫描。摄像管阴极发射岀来的电子束,在电子枪的电场及偏转线圈的磁场力作用下,从左到右、从上到下顾序地扫过靶面各像素単元, 并把像素值息转换成按时间顺序传输出的电信号。显像管由阴极发射出的电子束,在偏转线圈所产生的磁场作用下,按从左到右、从上到下的順序依次轰击荧光屏.信号揑制电子東所携带的能量,进而决定屏專的亮度.

 

对视频图除的順序传輸需畏滯足以下条件,

① 传送速度要足够快。只有传送迅速,传送时间小于视觉暂留时间,重现图像才会给人以连续无闪烁的險觉。

② 传送是很准确。毎个像素一定要在轮到它传送时才被转换、传送,并被接收方接收还原,且收、发双方毎个像素被转换、还原的几何位量妄能准确対应.因此,收发双方应进行同步工作传输的模拟视頻信号中都加入了各神同步信号。

       电视系统中把构成一幅图像的各像素传送一遍称为进行了一个帧处理.或称为传送了一帧. 当摄像管和显像管的偏转线圏中分别流过行、场锯齿波扫描电流时,会产生相应的垂直方向与水平方向的偏转磁场,在这两个磁场的共同作用下,使电子束作水平与垂直方向的扫描运动。我们把对一帧图像从左至右的扫描称为行扫描,自上而下的扫描行为帧(成场)扫描

       一行接着一行顺序地连续扫描一幅图像的扫描方式称为逐行扫描.把一幅图像分成两次来扫描, 第一次只扫描奇数行(奇场),第二次只扫描偶数行(偶场).遇过两次扫描完成一間图像扫描的方式称为隔行扫描.举例来说。把一幅625行图像分成雨场来扫,第一次依次扫描1,3,5,。。。行,第二次依次扫搆2、4、6、。。。行,这样每次只扫描312. 5行,而每秒仲只要扫描25帧图像就可以了 ,即隔行扫描时帧频为25 Hz、场频为50 Hz。由于人眼具有视觉暫留效应。在眼中时仍是一幅完整的图像,这样采用了隔行扫描方式,在图像质景下降不多的情况下, 信道利用率却提高了 一倍。隔行扫描节省了信道帯寛,也降低了系统和设备的复杂性,这就是为什么早期的电视制式均果用隔行扫描的原因

 

通过以上,我主要总结了两点

1 什么是帧

       将某个时刻采集到的一幅静态图像组成为一,连续播放的就形成了动态影像.因此,就是动态影响中最小单位的单影像面.

2 行扫描,帧扫描,逐行扫描

       我们把对一帧图像从左至右的扫描称为行扫描,自上而下的扫描行为帧(成场)扫描

       一行接着一行顺序地连续扫描一幅图像的扫描方式称为逐行扫描.把一幅图像分成两次来扫描, 第一次只扫描奇数行(奇场),第二次只扫描偶数行(偶场).遇过两次扫描完成一間图像扫描的方式称为隔行扫描。

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