第三章 视频信号的获取与处理

考核目的： 考核学生对视频信息获取与处理的基本原理、彩色空间的表示及转换、彩色全电视信号的组成、视频卡的组成和工作原理以及图像文件格式的转换等内容的理解和掌握。

考核的知识点： 什么是彩色空间的表示及转换、什么是彩色全电视信号、视频卡的组成及工作原理、图像文件格式的转换等内容。

考核要求： 掌握：视频信息的获取与处理的基本原理、彩色全电视信号的组成、视频卡的工作原理。 理解：彩色空间的表示及转换、图像文件格式及转换。  

3-1 数字图像（教材P59） 多媒体计算机处理图像和视频，首先必须把连续的图像函数f (x,y) 进行空间和幅值的离散化处理，空间连续坐标(x,y)的离散化，叫做采样；f(x,y)颜色的离散化，称之为量化。两种离散化结合在一起，叫做数字化，离散化的结果称为数字图像。

三基色(RGB)的原理： 自然界常见的各种颜色光，都是由红(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色光按不同比例相配而成， 同样绝大多数颜色也可以分解成红、绿、蓝三种色光，即三基色原理。

彩色空间的表示 常用：RGB，YUV，YIQ，HSI 它们是多媒体计算机彩色图形、静止图像以及动态图像处理算法的基础。

3-2 用YUV和YIQ的好处（教材P61） (1) 亮度信号Y解决了彩色电视机与黑白电视的兼容问题。 (2) 大量实验表明，人眼对色差信号不敏感，而对亮度信号特别敏感。用亮度信号Y传送细节，用色差信号UV进行大面积涂色。

3-3 选YIQ好处（教材P63） 大量实验统计，人眼对红黄之间的颜色变化最敏感，而分辨蓝和紫之间颜色变化最不敏感。所以把相角为123°的橙色及其相反相角的 303°的青色定义为I轴，它表示人眼最敏感的色轴。与I正交的色度信号轴，通过33°— 0°—213°线，叫Q轴，它表示人眼最不敏感的色轴。在传送分辨率弱的Q信号是，可用较窄的频带，而传送分辨率较强的I信号是，可用较宽的频带。

3-4 黑白全电视信号（教材P64） 摄象机把图象信号转变成的最后输出信号就是全电视信号。全电视信号主要由三个部分组成：图象信号（视频信号）、复合消隐信号、复合同步信号。

3-5 彩色全电视信号（教材P65-66） 彩色全电视信号主要由：亮度信号、色度信号、复合同步信号、复合消隐信号组成。

彩色电视制式       PAL          NTSC     SECAM

3-6 多媒体计算机最常用的图象有三种：图形、静态图象和动态视频（也称视频），获得这三种图象可用下述方法：（教材P67） （1）计算机产生彩色图形、静态图象和动态图象； （2）用彩色扫描仪，扫描输入彩色图形和静态图象； （3）用视频信号数字化仪，将彩色全电视信号数子化后，输入到多媒体计算机中，可获得静态和动态图象。

视频卡的功能      全活动数字图像的显示、抓取、录制。         从视频源中抓取定格，存储输出图像。      按比例缩放、减切、移动、扫描视频图像       色度、饱和度、亮度、对比度及RGB三色比例可调     可用软件选端口地址和IRQ 具有若干个可用软件相互切换的视频输入源，以显示其中一个做活动显示。

3-7 视频采集卡的工作原理（教材P71-77） 视频信号源（摄象机、录象机或激光视盘）的信号首先经过A/D变换，送到多制式数字解码器进行解码得到Y、U、V数据，然后由视频窗口控制器对其进行裁剪，改变比例后存入帧存储器。帧存储器的内容在窗口控制器的控制下，与VGA同步信号或视频编码器的同步信号同步，再送到D/A变换器模拟彩色空间变换矩阵，同时送到数字式视频编辑器进行视频编码，最后输出到VGA监视器及电视机或录象机。

（1）A/D变换和数字解码 （2） 窗口控制器 （3）帧存储器系统 （4）数模转换和矩阵变换 （5）视频信号和VGA信号的叠加 （6）数字式多制式视频信号编码部分

论述视频信息获取的流程，并画出视频信息获取的流程框图。

视频信息获取的基本流程概述为： ① 彩色全电视信号经过采集设备分解成模拟的R、G、B信号或Y、U、V信号； ② 各个分量的A/D变换、解码、将模拟的R、G、B或Y、U、V信号变换成数字信号的R、G、B或Y、U、V信号，存入帧存储器；

③ 主机可通过总线对帧存储器中的图像数据进行处理，帧存储器的数据R、G、B或Y、U、V经过D/A变换转换成模拟的R、G、B或Y、U、V信号； ④ 经过编码器合成彩色电视信号，输出到显示器上。

(2) 视频信息获取流程框图 采 集 设 备 Ａ/Ｄ 变换 与 解码 帧 存 储 器 显 示 Ｄ/Ａ 编码 彩色全电视信号 主机处理 模拟 GRB YUV 数字 模 拟 彩色全电视信号 主机处理

3-8 视频采集卡的硬件安装（教材P81-82）

3-10 静态图像文件格式（教材P85） 当前比较流行的图像格式：GIF、TIFF、TGA、BMP、PCX、JPG及MMP。

3-11 动态图像压缩编码文件格式（教材P85） 动态图像的文件格式目前在多媒体计算机中常用的有：MPG、AVS及AVI、等。

3-12 MPEG数据流结构的六个层次（教材P92） （1）序列层（Sequence layer） （2）图像组层（Group of Picture） （3）图像层（Picture） （4）片层（Slice） （5）宏块层（Macro block） （6）块层（Block layer）

  AVS和AVI动态图像文件格式 AVS和AVI是Intel和IBM公司共同研制的DVI（数字视频交互）系统动态图像文件格式。 AVS文件格式只能在DVI系统硬件支撑下才能读写，系统的硬设备投资比较大。 Intel公司最近又推出了Indeo系统，可以在Microsoft公司的Video for Windows支持下，用软件播放AVI文件。 AVS文件格式比起图像文件格式能够提供较多的灵活性，能够支持多个数据流同时操作。 在DVI和Indeo系统中，保存AVS和AVI文件的介质，通常是CD-ROM，硬盘和RAM，只能使用二进制代码的单数据流。  

3-13 数字视频图象数据量的计算（不压缩）   PAL制 25帧/秒； NTSC制 30帧/秒

复习本章知识点 彩色空间的表示及转换，彩色全电视信号，视频信息获取与处理的基本原理，视频卡的分类、安装、组成及工作原理，图像文件格式的转换等。

★ 1、视频卡的种类很多，主要包括： （1）视频捕获卡 （2）电影卡 （3）电视卡 （4）视频转换卡 （A）(1) （B）(1)(2) （1）视频捕获卡 （2）电影卡 （3）电视卡 （4）视频转换卡 （A）(1) 　　 （B）(1)(2) （C）(1)(2)(3) （D）全部 ★

★ 2.帧频率为25帧／秒的制式为： （1）PAL （2）SECAM （3）NTSC （4）YUV （A） (1) （B）(1)(2) （C）(1)(2)(3) （D）全部 ★

3、全电视信号是由 ① , ② , ③ 组成。

① 图像信号(视频信号) ② 复合消隐信号 ③ 复合同步信号

4、多媒体计算机获取常用的图形、静态图像和动态图像(视频)的方法是： ① ， ② ， ③ 。

① 计算机产生彩色图形,静态图像和动态图像； ② 用彩色扫描仪,扫描输入彩色图形和静态图像； ③ 用视频信号数字化仪,将彩色全电视信号数字化后,输入到多媒体计算机中 。

5、彩色全电视信号是由哪几部分组成？

彩色全电视信号是由图像信号（色度信号、亮度信号）、复合消隐信号（包括行消隐和场消隐信号）、复合同步信号（包括行同步和场同步信号）等迭加在一起组成的。

6、视频采集卡主要是由哪几部分组成？

视频采集卡主要由六部分组成： ① A/D变换和数字解码 ② 窗口控制器 ③ 帧存储器系统 ④ D/A变换和彩色空间变换 ⑤ 视频信号和VGA信号的叠加 ⑥ 视频信号编码

7、论述视频信息获取的流程，并画出视频信息获取的流程框图。

7、 视频信息获取的基本流程概述为： ① 彩色全电视信号经过采集设备分解成模拟的R、G、B信号或Y、U、V信号； ② 各个分量的A/D变换、解码、将模拟的R、G、B或Y、U、V信号变换成数字信号的R、G、B或Y、U、V信号，存入帧存储器；

③ 主机可通过总线对帧存储器中的图像数据进行处理，帧存储器的数据R、G、B或Y、U、V经过D/A变换转换成模拟的R、G、B或Y、U、V信号； ④ 经过编码器合成彩色电视信号，输出到显示器上。

(2) 视频信息获取流程框图 采 集 设 备 Ａ/Ｄ 变换 与 解码 帧 存 储 器 显 示 Ｄ/Ａ 编码 彩色全电视信号 主机处理 模拟 GRB YUV 数字 模 拟 彩色全电视信号 主机处理