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中国鸟类视频 @ 鸟类视频 | 2009/12/20 | 508次阅读
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    视频(Video)泛指将一系列的静态图像以电信号方式加以捕捉、纪录、处理、存储、传送与重现的各种技术。

    视频技术最早是从阴极射线管的电视系统的创建而发展起来的,但是之后新的显示技术的发明,让视频技术包括的范畴更大了。基于电视的标准和基于计算机的标准,被试图从两个不同的方面来发展视频技术。现在得益于计算机性能的提升,并且伴随着数字电视的播出和记录,这两个领域又有了新的交叉和集中。

    电脑现在能显示电视信号,能显示基于电影标准的视频文件和流媒体,和快到暮年的电视系统相比,电脑伴随着其运算器速度的提高,存储容量的提高,和宽带的逐渐普及,通用的计算机都具备了采集,存储,编辑和发送电视、视频文件的能力。

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    概论

    模拟视频标准在世界各地的分布:
    亮绿 - NTSC,黄 - PAL,或即将采用PAL,
    橘 - SECAM,橄榄 - 无相关数据

    “视频”这个术语是来源于拉丁语的“我能看见”,通常指不同种类的活动画面:数字视频格式,包括:DVD、Quicktime、Mp4和模拟信号磁带等,其中包括VHS磁带和Beta带。 视频可以通过不同的媒介来记录和传播:包括基于“磁”技术的磁带,磁带通常在拍摄Pal和Ntsc制式的模拟摄像机上使用。而使用数字摄像机的时候,除了使用磁带,我们也使用硬盘和闪存卡等其他的载体。 视频文件的质量,通常决定于采集的方式和存储的方式,数字电视(DTV)的质量,最近已经比早前的模拟传播的电视的质量高了不少,慢慢会成为广播的新标准。 3维视频,从20世纪的晚期才出现,使用6个或者8个摄像机,实时的测量出拍摄主体的情况,并记录成3维格式,这种技术已经在Mpeg-4标准的16章节(Animation Framework eXtension (AFX))规定下来。

    在不同的国家,视频(Video)这个词有不同的意义,在英国、澳大利亚、挪威、芬兰、匈牙利和新西兰,video一词通常非正式的指涉录影机与录像带。其意义可由文章前后文来判断。

    视频流的特性

    画面更新率

    Frame rate中文常译为“画面更新率”或“帧率”,是指视频格式每秒钟播放的静态画面数量。典型的画面更新率由早期的每秒6或8张(frame per second,简称fps),至现今的每秒120张不等。PAL (欧洲,亚洲,澳洲等地的电视广播格式)与SECAM (法国,俄国,部分非洲等地的电视广播格式)规定其更新率为25fps,而NTSC (美国,加拿大,日本等地的电视广播格式)则规定其更新率为29.97 fps。电影胶卷则是以稍慢的24fps在拍摄,这使得各国电视广播在播映电影时需要一些复杂的转换手续(参考Telecine转换)。要达成最基本的视觉暂留效果大约需要10fps的速度。

    交错扫描与循序扫描

    视频可能以交错扫描或循序扫描来传送。交错扫描是早年广播技术不发达,带宽甚低时用来改善画质的方法。(其技术细节请参见其主条目)。NTSC, PAL与SECAM皆为交错扫描格式。在视频分辨率的简写当中经常以i来代表交错扫描。例如PAL格式的分辨率经常被写为576i50,其中576代表水平扫描线数量,i代表交错扫描,50代表每秒50个field(一半的画面扫描线)。

    在循序扫描系统当中,每次画面更新时都会刷新所有的扫描线。此法较消耗带宽但是画面的闪烁与扭曲则可以减少。

    为了将原本为交错扫描的视频格式(如DVD或模拟电视广播)转换为循序扫描显示设备(如LCD电视,等离子电视等)可以接受的格式,许多显示设备或播放设备都具备有去交错的程序。但是由于交错信号本身特性的限制,去交错并无法达到与原本就是循序扫描的画面同等的品质。

    视频分辨率

    各种电视规格分辨率比较

    视频的画面大小称为“分辨率”。数字视频以像素(Pixel)为度量单位,而模拟视频以水平扫描线数量为度量单位。标清电视频号分辨率为720/704/640x480i60(NTSC)或768/720x576i50(PAL/SECAM)。新的高清电视(HDTV)分辨率可达1920x1080p60,即每条水平扫描线有1920个像素,每个画面有1080条扫描线,以每秒钟60张画面的速度播放。

    3D视频的分辨率以voxel (volume picture element,中文译为“体素”)来表示。例如一个512×512×512体素的分辨率,用于简单的3D视频,可以被包括部分PDA在内的电脑设备播放。

    长宽比例

    传统电视(绿)与常见的电影画面长宽比例之比较

    长宽比(Aspect ratio)是用来描述视频画面与画面元素的比例。传统的电视屏幕长宽比为4:3(1.33:1)。HDTV的长宽比为16:9(1.78:1)。而35mm胶卷底片的长宽比约为1.37:1。

    虽然电脑屏幕上的像素大多为正方形,但是数字视频的像素通常并非如此。例如使用于PAL及NTSC信号的数字保存格式CCIR 601,以及其相对应的非等方宽屏幕格式。因此以720x480像素记录的NTSC规格DV图像可能因为是比较“瘦”的像素格式而在放映时成为长宽比4:3的画面,或反之由于像素格式较“胖”而变成16:9的画面。

    色彩空间与像素数据量

    U-V色盘示例,其中Y值=0.5

    色彩空间(Color Space)或色彩模型(Color model name)规定了视频当中色彩的描述方式。例如NTSC电视使用了YIQ模型,而PAL使用了YUV模型,SECAM使用了YDbDr模型。

    在数字视频当中,像素数据量(bits per pixel,简写为bpp)代表了每个像素当中可以显示多少种不同颜色的能力。由于带宽有限,所以设计者经常借由色度抽样之类的技术来降低bpp的需求量。(例如4:4:4, 4:2:2, 4:2:0)。

    视频品质

    视频品质(或译为“画质”,“图像质素”)可以利用客观的峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio, PSNR)来量化,或借由专家的观察来进行主观视频品质的评量。

    对一套视频处理系统(例如压缩算法或传输系统),典型的主观画质评量通常包含下列几个步骤:

    • 选择一组未处理的视频片段(称为SRC)作为比较基准。
    • 选择处理或传输系统的设置值(称为HRC)
    • 订定如何将处理过的视频体现给评估者并且收集其评价的科学方法。
    • 邀请足够数量的评估者,通常不少于15人
    • 实施评量
    • 计算每个评估者给予每组不同HRC所打的分数(通常取平均值)

    在ITU-T建议书BT.500当中描述了许多种进行主观画质评量的方法。其中一种标准化的作法是DSIS(Double Stimulus Impairment Scale)。在DSIS评量中,评估者会先观看一段未处理过的视频片段,再观看处理过的视频片段。最后再针对处理过的视频片段做出评价,从“与原始图像分不出差异”到“与原始图像相比严重劣化”。

    视频压缩技术(仅适用数字信号)

    自从数字信号系统被广泛使用以来,人们发展出许多方法来压缩视频流。由于视频数据报文含了空间的与时间的冗余性,所以使得未压缩的视频流以传送效率的观点来说是相当糟糕的。

    总体而言,空间冗余性可以借由“只记录单帧画面的一部份与另一部份的差异性”来减低;这种技巧被称为帧内压缩(intraframe compression)。并且与图像压缩密切相关。而时间冗余性则可借由“只记录两帧不同画面间的差异性”来减低;这种技巧被称为帧间压缩(interframe compression),包括运动补偿以及其他技术。目前最常用的视频压缩技术为DVD与卫星电视所采用的MPEG-2,以及互联网传输常用的WMV。

    位传输率 (仅适用于数字信号)

    位传输率(又译为位速率或比特率或码率)是一种表现视频流中所含有的信息量的方法。其数量单位为bit/s(每秒间所传送的位数量,又写为bps)或者Mbit/s(每秒间所传送的百万位数量,又写为Mbps)。较高的位传输率将可容纳更高的视频品质。例如DVD格式的视频(典型位传输率为5Mbps)的画质高于VCD格式的视频(典型位传输率为1Mbps)。HDTV格式拥有更高的(约20Mbps)位传输率,也因此比DVD有更高的画质。

    可变码率(Variable bit rate,简写为VBR)是一种追求视频品质提升并同时降低位传输率的手段。采用VBR编码的视频在大动态或复杂的画面时段会自动以较高的速率来记录图像,而在静止或简单的画面时段则降低速率。这样可以在保证画面品质恒定的前提下尽量减少传输率。但对于传送带宽固定,需要实时传送并且没有暂存手段的视频流来说,固定码率(Constant bit rate,CBR)比VBR更为适合。视频会议系统即为一例。

    立体视频

    “立体视频”(Stereoscopic video)是针对人的左右两眼提交略微不同的视频以营造立体物的感觉。由于两组视频画面是混合在一起的,所以直接观看时会觉得模糊不清或颜色不正确,必须借由遮色片或特制眼镜才能体现其效果。此方面的技术仍在继续进化中,预料2006年末HD DVD与Blu-ray Disc两方都会出现含有立体视频的影片。参见Stereoscopy与3-D film。

    视频格式

    视频显示标准 视频端子标准
    • 新型态数字视频:
      • ATSC (Advanced Television Systems Committee),通行于北美
      • DVB (Digital Video Broadcasting),通行于欧洲,东南亚,非洲,南美洲
      • ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting),通行于日本
    • 模拟视频:
      • MAC (欧洲 - 已淘汰)
      • MUSE (日本的模拟HDTV)
      • NTSC (北美洲,部分南中美洲,日本,台湾)
      • PAL (欧洲,亚洲,澳洲)
        • PALplus (欧洲),此为PAL延伸标准
        • PAL-M (巴西),此为PAL的变形
      • SECAM (法国,前苏联,中非)
    • AV端子 (1组RCA或BNC)
    • 色差端子 (3组RCA或BNC)
      • D端子 (日本工业规格所制订的集成型色差端子)
    • S端子 (S代表Separated Video, 1组mini-DIN端子)
    • SCART (通用于欧洲)
    • DVI (电脑屏幕使用之数字视频端子). HDCP为选项
    • HDMI (新型数字家电使用之数字影音端子). HDCP为强制功能
    • RF端子 (RF为Radio Frequency之简写,通常为同轴电缆,有以下各种形式)
      • BNC (Bayonet Niell-Concelman connector)
      • C端子(Concelman connector)
      • GR端子(General Radio connector)
      • F端子 (常用于美国住宅电视配线)
      • IEC 169-2 (最常见于英国)
      • N端子(Niell connector)
      • TNC端子(Threaded Niell-Concelman connector)
      • UHF端子 (如PL-259/SO-239)
      • SDI与HD-SDI(Serial Digital Interface)
    • VGA端子 (DB-9/15针脚,电脑屏幕标准端子之一)

    模拟磁带格式 (参见模拟电视)

    数字磁带格式 (参见数字视频)

    • Ampex
    • VERA (BBC实验性实现,1958年)
    • U-matic (Sony)
    • Betamax (Sony)
    • Betacam
    • Betacam SP
    • 2" Quadruplex videotape (Ampex)
    • 1" Type C videotape (Ampex and Sony)
    • VCR, VCR-LP, SVR
    • VHS (JVC)
    • S-VHS (JVC)
    • VHS-C (JVC)
    • Video 2000 (飞利浦公司)
    • Video8
    • Video Hi8
    • D1 (Sony)
    • D2 (Sony)
    • D3
    • D4
    • D5 HD
    • Digital Betacam (Sony)
    • Betacam IMX (Sony)
    • HDV
    • ProHD (JVC)
    • D-VHS (JVC)
    • DV
    • MiniDV
    • MicroMV
    • Digital8 (Sony)

    光盘存储格式

    数字编码格式

    • DVD (DVD论坛)
    • 镭射影碟 (Laserdisc, MCA与飞利浦公司)
    • Blu-ray Disc (Sony)
    • 增强型通用光盘 (EVD,中国政府推动的格式)
    • HD DVD (日立与东芝)
    • CCIR 601 (ITU-T)
    • M-JPEG (ISO)
    • MPEG-1 (ISO)
    • MPEG-2 (ITU-T + ISO)
    • MPEG-4 (ISO)
    • H.261 (ITU-T)
    • H.263 (ITU-T)
    • H.264/MPEG-4 AVC (ITU-T + ISO)
    • VC-1 (SMPTE)
    • Ogg-Theora

    参见

    • 音频
    • 彩色电视广播标准
    • 电视
    • 数字电视
    • 卫星电视
    • 交错扫描
    • 循序扫描
    • Video codec
    • 色彩空间
    • 闭路电视
    • 投影机
    • 视频会议
    • 视频压缩
    查 • 论 • 编 视频格式 电视 模拟 525行 NTSC · NTSC-J · PAL-M 625行 PAL · PAL-N/NC · PALplus · SECAM 音频 BTSC (MTS) · NICAM-728 · Zweiton (A2 / IGR) · EIAJ 隐藏信号 字幕 · 图文电视 · CGMS-A · GCR · PDC · VBI · VEIL · VITC · WSS · XDS · EPG 已废止系统 1940年前 · Baird-Nipkow · 405行 · 441行 · 819线 · MAC · MUSE 数字 隔行扫描 SDTV (480i · 576i) · HDTV (1080i) 逐行扫描 LDTV (240p · 288p · 1seg) · EDTV (480p · 576p) · HDTV (720p · 1080p) MPEG-2标准 ATSC · DVB · ISDB · DMB-T/H MPEG-4 AVC标准 ATSC 2.0 · DMB · DMB-T/H · DVB · SBTVD · ISDB (1seg) 音频 AC3 (5.1) · DTS · MPEG-1 Audio Layer II · MPEG Multichannel · PCM · LPCM · AAC · HE-AAC 隐藏信号 字幕 · 图文电视 · CPCM · Broadcast flag · AFD · EPG 数字影院 UHDTV (2540p · 4320p) · DCI 技术议题 14:9 · MPEG传输 · 反标准转换 · 标准转换 · 视频处理 · 自选图像 · 高分辨率电视模糊
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