《嵌入式系统数字视频处理权威指南》——第1章 现实世界中的视频

本节书摘来自华章计算机《嵌入式系统数字视频处理权威指南》一书中的第1章,作者:（美）Michael Parker Suhel Dhanani 更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

第1章 现实世界中的视频

视频最初作为纯粹的模拟技术出现。用相机将连续图像捕获在电影流中，通过闪光来播放电影，以显示运动电影中的每一帧，当帧率足够高时就显示连续的动作。然而，容易看见闪烁！

早期的广播电视中，改进的系统采用亮度（即光强度）信息表示模拟信号。为了传输图像，使用连续的水平扫描发送亮度信息。足够的水平扫描构成二维图像。电视和监视器采用阴极射线枪发射电子流，以激发用磷粉涂敷的屏幕。缓慢消褪的荧光粉有助于消除闪烁。阴极射线枪扫描连续的行，通过磁路控制，每一行刚好在前一行的下面。扫描速度如此迅速，因此图像以每秒钟25~30帧的速率重现。亮度信号用于控制电子流的强度。

水平同步信号用于分离水平扫描周期。水平同步时间是在每个行扫描线结束后的短脉冲。其时间长度必须确保电子枪能返回到屏幕的左边，以准备下次扫描。同样，垂直同步信号出现在最后即最底端扫描结束后，用于分离每个视频帧。垂直同步间隔时间比水平同步时间要长很多，其使得电子枪能从屏幕的右下角返回到左上角，以开始新的一帧扫描，如图11所示。

然后，颜色信息以红和蓝色调的形式加入，称之为色度信息。其叠加于亮度信号之上，因此，彩色电视系统后向兼容于黑白电视系统。

现代电视信号采用数字方式表示、存储和传输。数字表示开创了视频的各种新应用。数字视频处理在各种各样的市场中日益重要，如视频监控、视频会议、医学成像、包含无人机（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）的军用成像、武器瞄准和夜视、广播、数码相机、工业显示和消费电子。所有的这些都经历了从标清到高清以及超高清视频处理的历程，这些大规模的升级周期长达十年。在某些场合，采用数字技术的系统已经代替了旧式的模拟视频处理设备。

在许多情况下，传统的没有采用视频处理的行业现在也必须集成视频技术到他们的产品。例如汽车中的后置摄像头、娱乐中心、“车道偏离”和“平视显示器”；网络服务器和路由器中的视频数据处理；军事系统中提供场景意识的视频共享及合并技术；军用和商业机载系统中的监控和导引；机器人系统；安全监控系统和很多其他应用中的面部和其他特征识别（如车牌）。这种趋势对系统设计者和实现工程师提出了理解视频技术的新要求。本书是专为那些需要理解基本概念和应用的人员编写，使得他们能够构建自己的视频系统，或者集成第三方的视频技术到他们的产品。

另外的目标读者来自许多需要视频技术的行业，他们从事技术性的市场营销和管理，因此，需要理解基本概念和应用，而不会被细节和实现的复杂性吓倒。

这些新的视频应用规模正迅速增长。例如，下面是一些已公开的预测：

● ABI美国著名市场研究公司ABI research。——译者注研究表明，视频监控市场有望爆炸性增长，公司预测其收入将从2006年的大约135亿美元显著增长到2013年的460亿美元。这些数字包含相机、计算机和存储器、专业服务和硬件基础结构：所有都实现了端到端的安全系统。

● 依据温豪斯（Wainhouse）的研究，视频会议所有的终端市场将从2007年的13亿美元增长到2013年的49亿美元。视频会议基础结构的产品收入，包含微控制器(Micro Control Unit,MCU)、网关和网守，预计将同时增加到725亿美元。

● 高清普及率：在美国和欧洲，高清信号的研发、存储、编辑和传输还有许多工作要做。

在接下来的5年，数字影院将会加速增长，在2010～2011年，10 000个美国电影院将要升级。数字影院极大推动了高清和4K（4096×2160）分辨率视频处理方面的设计。

在2010年，基于技术进步、人口老龄化和保健方法的改变，160亿美元的美国医疗图像产品行业将每年增加6％，其中以电脑断层（Computerized Tomography，CT）扫描仪、核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRT)和正电子发射断层显像(Positron Emission Tomography，PET)设备为首，这些将超过消费电子产品。

所有的这些和更多的趋势让我们相信，我们非常迫切需要一本书，揭开视频处理的神秘面纱。无论是专业工程师、市场营销人员，还是公司高官以及学生，都需要理解：

● 就颜色、比特和分辨率而言，什么是视频？

● 视频传输的典型方法是什么？

● 什么是视频处理的典型功能？是缩放、去隔行还是混合？

● 涉及构建视频处理的设计，如帧缓冲、行缓冲、存储器带宽、嵌入式控制等，有哪些典型的挑战？

● 什么是视频压缩？

● 视频如何调制、编码和传输？

这些概念为读者扩展他们的视频知识提供了坚实的理论基础。这本书将是为这个学科的工程师和学生撰写的第一本教材。