CCD视频信号的处理和计算机采集装置－硬件设计.doc

中北大学2005届本科毕业设计说明书 第 PAGE 44 页 共 NUMPAGES 45 页 1 绪论 1.1 视频信号的数字化处理 计算机终端，卫星发送接收设备，光纤视频传输系统，移动通信设备，可视电话，甚至小到掌上迷你播放器，都渗透着数字视频技术。数字化的不断深入发展赋予视频信号处理以不同的内涵。虽然数字化的进程越来越快，到目前为止，绝大多数视频信号的记录、存储、传输还仍然是模拟的方式。模拟电视系统始于20世纪30年代以黑白电视作为开端，50～60年代先后制定了NTSC、PAL和SECAM 三种彩色广播电视标准。一些模拟设备(如显示器，摄像机)由于其自身的性能价格上的优越性，在目前市场上仍占主流地位。现行的模拟电视接收机的前端预处理主要包括前端预放、行场扫描、同步分离器以及相关的一些处理模块。但从技术上讲，模拟电视方式极大的限制了图像信息在人们日常生活中所起的作用。模拟视频技术存在很多缺陷：如存储困难，存储介质单位存储量小；信号在传输和存储过程中易受干扰，容易积累噪声；对传输信道有严格要求；以及其它诸如亮色互扰，行间闪烁，爬行，大面积闪烁等。模拟电视制式的这些缺陷是其自身所无法克服的，只有采用数字技术才能彻底改变。而且模拟视频的处理不是一件容易的事，它通常需要昂贵的帧接收器(FrameGrabber)来对模拟信号数字化，同时还要有对用户数据处理的经验。近年来，在电视演播室中大量的采用数字电视设备，例如数字时基校正器(DTBC )、帧同步机(FS)、电视制式转换器(TSC)、数字噪声抑制器(DNR)以及数字视频效果系统(DVE)[1]。于是，在视频信号处理中就相应的引入了高速模数(A/D)转换技术，把模拟信号源的信号转换为数字信号，由数字处理器作相应的处理，通过信道传输后，再由数模(D/A)转换器将数字视频信号转变为模拟电视信号，送至终端设备进行显示。在这个过程中的视频处理技术包括模拟或部分经过数字化的各种技术：钳位技术、自动增益控制、各种模拟滤波器、彩色解码、亮色分离电路、模拟锁相环技术、A/D变换等等。这些关键技术为视频信号的数字化处理的准确性提供了重要的基础。数字技术不仅能改进图像质量，更重要的是能与现有的数字通信和计算机技术相结合，从而为人们提供全新的，更为灵活、方便、快捷的服务。由于大规模集成技术、通信技术和计算机的迅速发展，信息技术已进入了数字化时代。数字电视设备可以对电视信号进行频率轴和时间轴上的数字处理，而数字处理的规模从一维、二维发展到三维的几何变换及各种亮色变换，使电视特技近似于光学处理的效果。近几年来出现了综合实现若干功能的组合设备。高清晰度电视(HDTV)更是突破了现有的电视制式标准，旨在形成全数字化的处理、传输以及显示的视频系统。在数字视频技术高速发展的同时，以数字滤波器为核心，逐渐形成了一系列数字视频前端处理的单元功能。电路方案：例如数字钳位，亮色分离，色度解调，增益调整，色度、对比度、饱和度的数字调整，全数字锁相环，数字同步时钟生成电路等等。数字化的前端处理技术消除了模拟电路的种种不稳定性，保证了更为精确的图像像素的读取。今后，数字视频技术将以更高的速度发展。数字电视设备及数字电视接收机将取代现在的模拟摄像机、显示器；由于视频图像压缩技术的突破，从MPEG1到MPEG2、MPEG4，压缩比及压缩高保真质量不断提高；数字视频存储设备的发展也方兴未艾，从VCD到第二代数字视盘(DVD)发展十分迅速；同样在视频传输方面也得益于高压缩比的压缩技术，随着窄带综合业务数字网的普及和宽带综合业务数字网的发展，高清晰度电视的高带宽数据能在通信线路上高速传播，全数字化的时代即将到来。 1.2 图像采集卡的发展和现状： 一、图像采集卡的发展 20世纪80年代中期，PC机上开始有了图像卡。但由于当时主机和总线主频低，磁盘速度、容量有限，因而限制了图像卡的发展。 1991至1995年之间，图像采集卡的发展进了一步。在理论上，从位图角度看，图形与图像是统一的，完全可以采用同一个显示器；而在多媒体中包含视频媒体也是多媒体系统设计的最初目标。 在技术上推动这一进程的动力有两个：一方面由于各种增强型VGA显示器控制器和显卡的性能提高，使得PC机有了较高显示分辨率，可以直接处理视频信息了；同时显示存储器容量增加，价格下降，使得高分辨率图形显示卡迅速普及。另一方面各种可编程芯片使视频信号与图形迭加变得容易。 这一时期是多媒体视频硬件技术发展最迅速的阶段，图形与图像迭加问题的解决使图像系统真正为多媒体所用。各种采集卡、字幕迭加卡、压缩解压缩卡、电影卡、电视卡层出不穷；出现了许多标准，如Video for windows、MPEG-1、VCD1.1、VCD2.0等。 1996年以后，系统集成是现代技术的主要趋势，多媒体本身就