視頻格式之間的相互轉(zhuǎn)換

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)清電視過渡到高清電視，伴隨著信息高速公路以及國際互聯(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、 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)有多種格式，各種格式有不盡相同，但歸結(jié)起來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)起來十分困難，但數(shù)字領(lǐng)域這些模擬領(lǐng)域棘手的問題已迎刃而解。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-R BT.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 SMPTE259M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（8BIT PAL制）和114MHz（8BIT NTSC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)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，留待下一場(chǎng)作行內(nèi)插時(shí)用場(chǎng)間相鄰兩行依據(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)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)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)場(chǎng)內(nèi)插數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，運(yùn)動(dòng)估算通過檢測(cè)運(yùn)動(dòng)圖象在時(shí)域的變化幅度來計(jì)算圖像的運(yùn)動(dòng)，精確的算出圖像中運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)方向和速度，決定內(nèi)插數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償時(shí)的時(shí)間─空間方向；在實(shí)際中，由于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)得到的移動(dòng)矢量值有時(shí)并不能真正反映相鄰兩場(chǎng)內(nèi)圖像運(yùn)動(dòng)變化后的實(shí)際矢量數(shù)據(jù)，畢竟它只是一個(gè)估值，為了減少這種由于估值所帶來的圖像內(nèi)插失真，可采用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)在運(yùn)動(dòng)估算的基礎(chǔ)上進(jìn)一步減少圖像失真。見圖：

    兩種不同格式的電視信號(hào)相互轉(zhuǎn)換，首先要進(jìn)行數(shù)字化，由于格式不同其數(shù)字化時(shí)的抽樣頻率也不盡相同，利用兩者抽樣頻率求出最小公倍頻率，作為內(nèi)插的抽樣頻率，可以順利實(shí)現(xiàn)兩種不同格式之間的相互轉(zhuǎn)換。例如兩種不同格式的電視信號(hào)的抽樣率為：F1=3f? F2=4f， 最小公倍頻率為12f，先以3f抽樣率對(duì)F1進(jìn)行抽樣，然或通過內(nèi)插變換形成總數(shù)為12f的抽樣頻率，再進(jìn)行3選1的抽選取樣，就可把 F1格式轉(zhuǎn)換為F2格式。這里的抽選是指根據(jù)要求對(duì)取樣頻率進(jìn)行N選一的選取，取樣頻率為f/N,f為最小公倍頻率。按奈奎斯特抽樣定律，為使抽選后的信號(hào)不產(chǎn)生混迭失真，必須在抽選之前經(jīng)過一個(gè)數(shù)字濾波器，限制視頻信號(hào)的最高頻率。抽選與內(nèi)插相結(jié)合可轉(zhuǎn)換不同格式。

三 下面討論幾種具體的格式轉(zhuǎn)換。
1. 去隔行技術(shù)

    去隔行技術(shù)實(shí)際上就是把隔行掃描轉(zhuǎn)換成逐行掃描，去隔行時(shí)可以先對(duì)隔行信號(hào)的每一場(chǎng)進(jìn)行2倍的行內(nèi)插，原奇數(shù)行內(nèi)插偶數(shù)行，原偶數(shù)行內(nèi)插奇數(shù)行。內(nèi)插可采用行復(fù)制，行平均或非線性內(nèi)插。簡(jiǎn)單的行復(fù)制，就是將奇偶場(chǎng)合并實(shí)現(xiàn)，即該場(chǎng)需要內(nèi)插行的地方由前一場(chǎng)相同位置的行信號(hào)復(fù)制而來，對(duì)于靜止圖像這種方法效果較好，但對(duì)于運(yùn)動(dòng)圖像會(huì)產(chǎn)生鋸齒邊緣失真。行平均算法，是指在該場(chǎng)需要內(nèi)插行的地方由本場(chǎng)相鄰上下位置的行信號(hào)復(fù)制而來，運(yùn)算限制在本場(chǎng)內(nèi)，這種算法雖會(huì)減少簡(jiǎn)單行復(fù)制所引起的鋸齒邊緣失真，卻要付出圖像細(xì)節(jié)模糊的代價(jià)，往往利用改進(jìn)的自適應(yīng)空間場(chǎng)間插入法，減少細(xì)節(jié)模糊。
為了使去隔行技術(shù)在靜止與運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)都能達(dá)到較好的效果，可以采用場(chǎng)間自適應(yīng)內(nèi)插方法，在靜止圖像時(shí)采用場(chǎng)間復(fù)制，在運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)采用場(chǎng)內(nèi)復(fù)制，并用運(yùn)動(dòng)檢測(cè)函數(shù)來控制切換點(diǎn)，對(duì)于快速運(yùn)動(dòng)物體時(shí)，須采用運(yùn)動(dòng)估算與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償相結(jié)合的方法求出內(nèi)插像素點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，運(yùn)動(dòng)軌跡的精度是決定內(nèi)插效果的關(guān)鍵因素。

2. 變頻技術(shù)

    在對(duì)電視信號(hào)的幀頻或場(chǎng)頻進(jìn)行相互變換時(shí)，涉及到變頻技術(shù)。
    我們以常見的50Hz場(chǎng)頻向60Hz場(chǎng)頻轉(zhuǎn)換為例，結(jié)合場(chǎng)內(nèi)插技術(shù)簡(jiǎn)單描述變換過程。見下圖

變換前的視頻信號(hào)，水平像素，垂直像素都沒有增加，也無法增加，有可能視頻信號(hào)帶寬有所增加倍，卻是由于存儲(chǔ)器高速讀出所至，對(duì)圖像清晰度不可能有根本改善。不能期望SDTV轉(zhuǎn)換到HDTV，對(duì)圖像質(zhì)量有好的改變。

3. 不同行頻之間的轉(zhuǎn)換

    把一種隔行掃描信號(hào)轉(zhuǎn)換成另一種行頻不同的隔行掃描信號(hào)時(shí),一般先對(duì)隔行掃描信號(hào)作去隔行處理,將之轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的逐行掃描信號(hào),然后再運(yùn)用內(nèi)插技術(shù)完成逐行掃描至逐行掃描的變換, 最后進(jìn)行隔行處理,變換成所需的隔行掃描格式。

四 具體的格式轉(zhuǎn)換

1 HDTV下行變換至SDTV

    從HDTV轉(zhuǎn)換到SDTV時(shí)典型的下變換，下行變換使取樣頻率降低，為防止混迭失真，再轉(zhuǎn)換前必須進(jìn)行反混迭濾波，但反混迭濾波會(huì)使原信號(hào)中的高頻分量永久丟失，這些高頻信息在以后的轉(zhuǎn)換中不可能恢復(fù)。

2 SDTV上行變換至HDTV

    以576i/50上變換至1080i/50為例。當(dāng)輸入信號(hào)經(jīng)過適當(dāng)?shù)慕翟胩幚砗螅�轉(zhuǎn)換的質(zhì)量就取決于內(nèi)插算法的質(zhì)量和再取樣算法的質(zhì)量。其第一步（也是最復(fù)雜的一步）就是將隔行掃描的畫面轉(zhuǎn)換成逐行掃描（576p/50）。然后，對(duì)每?jī)尚羞M(jìn)行N=14的內(nèi)插，再進(jìn)行8選1的抽樣，得到每場(chǎng)1080號(hào)的圖像，最后下變換隔行處理形成 1080i/50格式。

3 PAL與NTSC之間的轉(zhuǎn)換

4 24幀/秒電影格式與電視格式轉(zhuǎn)換

    因?yàn)楦咔鍢?biāo)準(zhǔn)中有一款格式為1080p/24,它是專門為電影/高清互換而開發(fā)，由于采用了與電影掃描頻率24幀完全相同的掃描方式，互換后每幀電視畫面與電影的每一幅畫面完全相同，所以無論是從高清轉(zhuǎn)換到電影還是從電影轉(zhuǎn)換到高清，都不會(huì)產(chǎn)生由于轉(zhuǎn)換帶來的圖像質(zhì)量損失。還可再通過下拉變換適用于1080i/50格式。

五 顯示畫面寬高比之間轉(zhuǎn)換

    4：3信號(hào)在16：9屏幕上顯示，一般有三種方式：（1）垂直充滿，左右兩邊出現(xiàn)黑邊；（2）水平充滿，而垂直方向上圖像上下被裁減；（3）完全填充，在16：9的屏幕上完全看到4：3的圖像，水平方向被拉長。

    16：9信號(hào)在4：3屏幕上顯示，有三種常規(guī)的下變換方式：切邊模式（垂直方向充滿，左右兩邊一部分信息被去掉）；信箱模式（水平方向充滿，上下部分會(huì)出現(xiàn)黑邊）；壓縮模式（垂直方向充滿，水平方向壓縮后充滿，使物體變高）。

【視頻格式之間的相互轉(zhuǎn)換】相關(guān)文章：

角色轉(zhuǎn)換之間作文07-25

角色轉(zhuǎn)換之間話題作文07-31

角色轉(zhuǎn)換之間作文04-26

角色轉(zhuǎn)換之間高考滿分作文08-11

高考滿分作文：角色轉(zhuǎn)換之間08-26

角色轉(zhuǎn)換之間作文5篇06-07

角色轉(zhuǎn)換之間浙江高考滿分作文（通用21篇）08-25

論幼兒園教育和家庭教育之間的相互作用08-18

相互關(guān)愛作文08-24