模拟信号在时间上和幅度上都是连续的,为了把这种连续的信号转化为数字的0、1信号,就必须把这两个量转换为不连续的数值。把时间转化成离散值的过程称为采样,而把幅度值转换成离散值的过程称为量化。这两个过程称为模拟/数字转换,简称模/数(A/D)转换。由于连续的模拟信号经过A/D转换后变成离散值,所以只能建立原始信号的近似值。若选择的采样值和量化值比较合适,A/D转换就能以较高的精度完成,使近似值误差在数字系统中再现时不被观察出来。为保障数字系统能正确地再现原始信号,不存在损失,整个过程最为重要的就是最初的A/D转换所得到的近似值,它决定了整个系统的精确度。
对于采样来说,它采用了一定频率的时间脉冲读取模拟波形的瞬间值,从而产生一系列采样值,因此采样时间频率又称为采样速率。显然在采样过程中,采样频率越高,波形被等分的份数越多,质量越好。需要注意的是,在采样阶段,信号只在时间上是离散的,每一个采样值仍然是模拟信号,而且每一个采样值都可以具有在连续范围内的任意值。最终把这些离散的模拟信号转化为数字信号的过程,就是量化。量化值可用采样精度表示,即波形垂直等分的数目,等分的数目越多,则采样精度越高,质量越好。若用8位转换器,可把采样信号256等分;而用16位转换器,则可将其65536等分。
②压缩编码。
通过数字化处理后的视频信号在计算机中所占的存储量是巨大的。例如,显示分辨率640*480像素的一帧视频图像,若每个图像用24位颜色来表示,则一帧视频图像占640*480*24/8=900KB。如果按25帧/s的速度播放,则每秒视频图像需占22MB的存储空间。可见,将不经压缩的数字视频存放到计算机里是不现实的。解决这一问题的方法是对视频数据进行压缩。数字视频数据具有很大的压缩潜力,像素与像素之间在行和列上有很大的相关性,因此整体上数据的冗余度很大。在允许一定失真限度的前提下,可对视频图像数据进行大幅度的压缩。
衡量一种数据压缩方法的优劣有三个重要指标:一是压缩比要大;二是实现压缩的方法要简单;三是恢复的效果要好。目前,常用的压缩编码方法可分为两大类:一类是冗余压缩法,又称无损压缩,主要采用哈夫曼编码、算术编码、行程编码等;另一类是熵压缩法,又称有损压缩法,主要包括预测编码、变换编码、子带编码、矢量化编码、混合编码和小波编码等。由于无损压缩不会产生失真,因此常用于文本类数据的压缩,它能保证完全地恢复数据,但这种方法的压缩比低,一般在2∶1~5∶1。而有损压缩法由于允许一定的失真,其压缩比可达到100∶1~200∶1,故可用于图像、声音、动态视频等数据的压缩。
视频图像的压缩主要遵循MPEG(MotionPictureExpertsGroup)动态图像压缩国际标准,MPEG是压缩比可达到100∶1~200∶1的帧间压缩方法。它是通过实时将帧内编码单独地压缩在每一帧,主要将频域里人眼不敏感的部分滤除,而且帧在时域里是均匀分布的,因此在编辑的时候可随便编辑任意帧,而与其他的帧不相关,这对于以帧为精度单位的后期编辑处理来讲是非常重要的。不过用MPEG压缩后的数字视频,所占用的空间仍然很大。
2.输出图像
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