視頻格式之間的相互轉(zhuǎn)換

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1、視頻格式之間的相互轉(zhuǎn)換

2、第1視頻格式之間的相互轉(zhuǎn)換從20世紀(jì)初發(fā)明的黑白電視到50時(shí)年代出現(xiàn)的彩色電視，以及從模擬時(shí)代跨入到數(shù)字時(shí)代，從標(biāo)清電視過(guò)渡到高清電視，伴隨著信息高速公路以及國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，廣播電視在不同時(shí)期不同領(lǐng)域出現(xiàn)了多種格式。這其中有早期彩色電視領(lǐng)域的PAL制,NTSC制，SCREAM制；近期數(shù)字電視領(lǐng)域內(nèi)的DVB歐洲、ATSC美國(guó)、日本的ISDB；以及根據(jù)數(shù)字電視圖像清晰度不同而出現(xiàn)的SDTV和HDTV，這些格式多樣化的存在為電視臺(tái)的系統(tǒng)搭建提出了一個(gè)新課題，那就是如何結(jié)決電視信號(hào)格式間的轉(zhuǎn)換。盡管電視信號(hào)有多種格

3、式，各種格式有不盡相同，但歸結(jié)起來(lái)相異之處主要在這三個(gè)方面：隔行或逐行不同，幀頻或場(chǎng)頻不同，顯示寬高比不同。在數(shù)字化普及之前，這些不同制式與格式相互變換所涉及到的時(shí)域壓縮和擴(kuò)張實(shí)現(xiàn)起來(lái)十分困難，但數(shù)字領(lǐng)域這些模擬領(lǐng)域棘手的問(wèn)題已迎刃而解。所以對(duì)模擬電視信號(hào)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，若先進(jìn)行數(shù)字化，在數(shù)字域進(jìn)行將會(huì)方便很多。一信號(hào)的數(shù)字化對(duì)于模擬分量電視信號(hào)，應(yīng)按ITU-RBT.601標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)字化，取樣結(jié)構(gòu)為4：2：2，亮度信號(hào)Y抽樣頻率選為525/60和625/50三大制式行頻的公倍數(shù)2.25MHz的6倍即13.5MHz。接口標(biāo)準(zhǔn)為SMPTE25

4、9M串行數(shù)字接口SDI格式（D1格式），輸出碼率為270MHz（4：3）或360MHz（16：9）。對(duì)于模擬復(fù)合電視信號(hào)，從抽樣所形成的樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖考慮，抽樣頻率取彩色副載波的4倍更為合適，量化后輸出碼率為142MHz（8BITPAL制）和114MHz（8BITNTSC制）。對(duì)于高清信號(hào)，數(shù)字化后變換成HDSDI信號(hào)，傳輸率為1.5GMHz(SMPTE292M)。電視信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字化，從時(shí)域的電視圖像變換成一個(gè)三維的時(shí)空取樣點(diǎn)結(jié)構(gòu)。對(duì)于電視信號(hào)，無(wú)論是場(chǎng)頻的變換，行頻的變換，還是隔行掃描與逐行掃描的轉(zhuǎn)換，寬高比的轉(zhuǎn)換等，均可看成三維取樣結(jié)構(gòu)

5、的轉(zhuǎn)換。這些取樣結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換主要借助于數(shù)字信號(hào)的內(nèi)插來(lái)實(shí)現(xiàn)。下面先簡(jiǎn)單介紹數(shù)字內(nèi)插算法。二制式轉(zhuǎn)換的基本原理在保持原視頻基帶信號(hào)頻譜時(shí),為提高數(shù)字信號(hào)的取樣頻率,可對(duì)原數(shù)字信號(hào)進(jìn)行內(nèi)插。針對(duì)不同的目的，信號(hào)內(nèi)插可分為行內(nèi)插與場(chǎng)內(nèi)插，行內(nèi)插主要針對(duì)于不同行頻格式之間的變化，場(chǎng)內(nèi)插主要針對(duì)于不同場(chǎng)頻格式之間變化。1行內(nèi)插所謂行內(nèi)插是指在原數(shù)字取樣點(diǎn)之間插入新的取樣值，它可以是相鄰兩值的平均值，也可以是零值，也可以用多項(xiàng)式內(nèi)插方法得到。由于內(nèi)插必然會(huì)引起垂直分辨率的變化，不管是增加還是減少，本來(lái)連續(xù)的兩條掃描行之間多出一行或少掉一行，都會(huì)引起原

6、圖像的不連續(xù)，出現(xiàn)鋸齒失真，如果采用非運(yùn)動(dòng)內(nèi)插的簡(jiǎn)單重復(fù)或簡(jiǎn)單刪減某些行數(shù)據(jù)的方法，這種數(shù)據(jù)將會(huì)很明顯。如下圖：通常所說(shuō)的行內(nèi)插都是指運(yùn)動(dòng)行內(nèi)插，即行內(nèi)插的數(shù)據(jù)不是靠簡(jiǎn)單重復(fù)某些行內(nèi)插可分為場(chǎng)內(nèi)行內(nèi)插和場(chǎng)間行內(nèi)插。用同一場(chǎng)的相鄰行通過(guò)內(nèi)插系數(shù)的運(yùn)算得到內(nèi)插行圖像數(shù)據(jù)的方法就是場(chǎng)內(nèi)行內(nèi)插。參與一次內(nèi)插運(yùn)算的相鄰行可以是2行、4行，只要硬件運(yùn)算量足夠大，相鄰行可以更多(這里有個(gè)性價(jià)比的關(guān)系)。場(chǎng)內(nèi)行內(nèi)插利用了同場(chǎng)相鄰行的相關(guān)性，對(duì)于運(yùn)動(dòng)圖像的內(nèi)插效果要比靜止圖像的內(nèi)插效果要好。如果將前一場(chǎng)的圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，留待下一場(chǎng)作行內(nèi)插時(shí)用場(chǎng)間相鄰兩

7、行依據(jù)內(nèi)插系數(shù)得到內(nèi)插行的圖像數(shù)據(jù)，這就是場(chǎng)間行內(nèi)插。它認(rèn)為場(chǎng)間相鄰兩行數(shù)據(jù)的相關(guān)性大于同一場(chǎng)內(nèi)相鄰兩行的相關(guān)性。這種行內(nèi)插方式使得行內(nèi)插數(shù)據(jù)在很大程度上由前一場(chǎng)對(duì)應(yīng)行決定，因此對(duì)于靜止圖像的內(nèi)插效果要比運(yùn)動(dòng)圖像的內(nèi)插效果要好。為了判別出何種情況用場(chǎng)內(nèi)行內(nèi)插或場(chǎng)間行內(nèi)插，只須對(duì)圖像進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，根據(jù)待處理圖像的運(yùn)動(dòng)情況，即圖像幀差信號(hào)（如亮度Y信號(hào)幅值的差別）的大小選擇使用場(chǎng)內(nèi)行內(nèi)插或場(chǎng)間行內(nèi)插，這就是自適應(yīng)場(chǎng)內(nèi)和場(chǎng)間的行內(nèi)插方法。根據(jù)圖像運(yùn)動(dòng)檢測(cè)電路的判斷，待處理圖像相對(duì)于前一場(chǎng)而言是靜止圖像還是運(yùn)動(dòng)圖像，運(yùn)動(dòng)圖像采用帶數(shù)字濾波器的場(chǎng)

8、內(nèi)行內(nèi)插，靜止圖像采用場(chǎng)間行內(nèi)插。數(shù)字濾波器的作用在于濾除圖像的高頻成分，避免高頻分量在行內(nèi)插后產(chǎn)生失真。這樣可以同時(shí)減少兩者做內(nèi)插處理所帶來(lái)的清晰度劣化。2場(chǎng)內(nèi)插對(duì)于場(chǎng)頻的變換，例如從PAL到NTSC；不僅要實(shí)現(xiàn)525行到625行的變換，還要實(shí)現(xiàn)場(chǎng)頻從50Hz到60Hz的變換，如果簡(jiǎn)單的采用每6場(chǎng)舍棄1場(chǎng)，針對(duì)靜止圖像還可以，但對(duì)于運(yùn)動(dòng)圖像，必然會(huì)造成圖像信息的丟失，會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)圖像的不連續(xù)性和跳躍型。因此，如何通過(guò)采用各種不同的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)內(nèi)插方法，盡可能減少內(nèi)插處理后對(duì)圖像連續(xù)性的影響，就成為一個(gè)相當(dāng)重要的課題。相鄰兩場(chǎng)參與內(nèi)插運(yùn)算的的場(chǎng)

9、內(nèi)插不僅不能完全消除運(yùn)動(dòng)圖像的不連續(xù)性，而且還會(huì)產(chǎn)生不連續(xù)動(dòng)作的爬行現(xiàn)象，但這種不連續(xù)動(dòng)作的幅度顯然比簡(jiǎn)單重復(fù)某些場(chǎng)數(shù)據(jù)時(shí)的運(yùn)動(dòng)不連續(xù)性幅度要小。為了進(jìn)一步減小這種不連續(xù)性，可以采用運(yùn)動(dòng)估算和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)對(duì)