視訊


視訊 （简体）

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視訊（英文的Video，中國大陸常翻譯為視頻）泛指將一系列的靜態影像以電信號方式加以捕捉，紀錄，處理，儲存，傳送，與重現的各種技術。

視頻技術最早是從陰極射線管的電視系統的建立而發展起來的，但是之後新的顯示技術的發明，讓視頻技術包括的範疇更大了。基於電視的標準和基於計算機的標準，被試圖從兩個不同的方面來發展視頻技術。現在得益於計算機性能的提升，並且伴隨著數字電視的播出和記錄，這兩個領域又有了新的交叉和集中。

電腦現在能顯示電視信號，能顯示基於電影標準的視頻文件和流媒體，和快到暮年的電視系統相比，電腦伴隨著其運算器速度的提高，存儲容量的提高，和寬頻的逐漸普及，通用的計算機都具備了採集，存儲，編輯和發送電視、視頻文件的能力。

目錄

概論

類比視訊標準在世界各地的分佈: 亮綠 - NTSC, 黃 - PAL, 或即將採用 PAL, 橘 - SECAM, 橄欖 - 無相關資料

「視頻」這個術語是來源於拉丁語的「我能看見」，通常指不同種類的活動畫面：數字視頻格式，包括：DVD、Quicktime、Mp4和模擬信號磁帶等，其中包括VHS磁帶和Beta帶。 視頻可以通過不同的媒介來記錄和傳播：包括基於「磁」技術的磁帶，磁帶通常在拍攝Pal和Ntsc制式的模擬攝像機上使用。而使用數字攝像機的時候，除了使用磁帶，我們也使用硬碟和快閃記憶體卡等其他的載體。 視頻文件的質量，通常決定於採集的方式和存儲的方式，數字電視（DTV）的質量，最近已經比早前的模擬傳播的電視的質量高了不少，慢慢會成為廣播的新標準。 3維視頻，從20世紀的晚期才出現，使用6個或者8個攝像機，實時的測量出拍攝主體的情況，並記錄成3維德格式，這種技術已經在Mpeg-4標準的16章節（Animation Framework eXtension (AFX)）規定下來。

在不同的國家，視頻（Video）這個詞有不同的意義，在英國、澳洲、挪威、芬蘭、匈牙利和紐西蘭，video一詞通常非正式的指涉錄影機與錄影帶。其意義可由文章前後文來判斷。

視訊串流的特性

畫面更新率

Frame rate中文常譯為「畫面更新率」或「幀率」，是指視訊格式每秒鐘播放的靜態畫面數量。典型的畫面更新率由早期的每秒6或8張（frame per second, 簡稱fps）, 至現今的每秒120張不等。PAL (歐洲, 亞洲, 澳洲等地的電視廣播格式) 與 SECAM (法國, 俄國, 部分非洲等地的電視廣播格式) 規定其更新率為25fps，而NTSC (美國，加拿大，日本等地的電視廣播格式) 則規定其更新率為29.97 fps。電影膠捲則是以稍慢的24fps在拍攝，這使得各國電視廣播在播映電影時需要一些複雜的轉換手續（參考Telecine轉換）。要達成最基本的視覺暫留效果大約需要10fps的速度。

交錯掃瞄與循序掃瞄

視訊可能以交錯掃瞄或循序掃瞄來傳送。交錯掃瞄是早年廣播技術不發達，頻寬甚低時用來改善畫質的方法。(其技術細節請參見其主條目）。NTSC, PAL 與 SECAM 皆為交錯掃瞄格式。在視訊解析度的簡寫當中經常以i來代表交錯掃瞄。例如PAL格式的解析度經常被寫為576i50，其中576 代表垂直掃瞄線數量，i代表交錯掃瞄，50代表每秒50個field（一半的畫面掃瞄線）。

在循序掃瞄系統當中，每次畫面更新時都會刷新所有的掃瞄線。此法較消耗頻寬但是畫面的閃爍與扭曲則可以減少。

為了將原本為交錯掃瞄的視訊格式（如DVD或類比電視廣播）轉換為循序掃瞄顯示設備（如LCD電視，電漿電視等）可以接受的格式，許多顯示設備或播放設備都具備有去交錯的程序。但是由於交錯信號本身特性的限制，去交錯並無法達到與原本就是循序掃瞄的畫面同等的品質。

視訊解析度

各種電視規格解析度比較

視訊的畫面大小稱為「解析度」。數位視訊以像素為度量單位，而類比視訊以水平掃瞄線數量為度量單位。標準畫質電視訊號解析度為720/704/640x480i60（NTSC）或768/720x576i50（PAL/SECAM）。新的高畫質電視（HDTV）解析度可達1920x1080p60，即每條水平掃瞄線有1920個像素，每個畫面有1080條掃瞄線，以每秒鐘60張畫面的速度播放。

3D視訊的解析度以voxel (volume picture element,中文譯為「體素」)來表示。例如一個512×512×512體素的解析度, 用於簡單的3D視訊, 可以被包括部分PDA在內的電腦設備播放。

長寬比例

傳統電視(綠)與常見的電影畫面長寬比例之比較

長寬比（Aspect ratio）是用來描述視訊畫面與畫面元素的比例。傳統的電視螢幕長寬比為4:3（1.33:1）。HDTV的長寬比為16:9（1.78:1）。而35mm膠捲底片的長寬比約為1.37:1。

雖然電腦螢幕上的像素大多為正方形，但是數位視訊的像素通常並非如此。例如使用於PAL及NTSC訊號的數位保存格式CCIR 601，以及其相對應的非等方寬螢幕格式。因此以720x480像素記錄的NTSC規格DV影像可能因為是比較「瘦」的像素格式而在放映時成為長寬比4:3的畫面，或反之由於像素格式較「胖」而變成16:9的畫面。

色彩空間與像素資料量

U-V色盤範例，其中Y值=0.5

色彩空間（Color Space）或色彩模型（Color model name）規定了視訊當中色彩的描述方式。例如NTSC電視使用了YIQ模型，而PAL使用了YUV模型，SECAM使用了YDbDr模型。

在數位視訊當中，像素資料量（bits per pixel,簡寫為bpp）代表了每個像素當中可以顯示多少種不同顏色的能力。由於頻寬有限，所以設計者經常藉由色度抽樣之類的技術來降低bpp的需求量。(例如 4:4:4, 4:2:2, 4:2:0)。

視訊品質

視訊品質（或譯為「畫質」，「影像質素」）可以利用客觀的峰值信噪比（peak signal-to-noise ratio, PSNR）來量化，或藉由專家的觀察來進行主觀視訊品質的評量。

對一套視訊處理系統（例如壓縮演算法或傳輸系統），典型的主觀畫質評量通常包含下列幾個步驟：

  • 選擇一組未處理的視訊片段（稱為SRC）作為比較基準。
  • 選擇處理或傳輸系統的設定值（稱為HRC）
  • 訂定如何將處理過的視訊呈現給評估者並且收集其評價的科學方法。
  • 邀請足夠數量的評估者，通常不少於15人
  • 實施評量
  • 計算每個評估者給予每組不同HRC所打的分數（通常取平均值）

在ITU-T建議書 BT.500當中描述了許多種進行主觀畫質評量的方法。其中一種標準化的作法是DSIS（Double Stimulus Impairment Scale）。在DSIS評量中，評估者會先觀看一段未處理過的視訊片段，再觀看處理過的視訊片段。最後再針對處理過的視訊片段做出評價，從「與原始影像分不出差異」到「與原始影像相比嚴重劣化」。

視訊壓縮技術（僅適用數位訊號）

自從數位信號系統被廣泛使用以來，人們發展出許多方法來壓縮視訊串流。由於視訊資料包含了空間的與時間的冗餘性，所以使得未壓縮的視訊串流以傳送效率的觀點來說是相當糟糕的。

總體而言，空間冗餘性可以藉由「只記錄單幀畫面的一部份與另一部份的差異性」來減低；這種技巧被稱為幀內壓縮（intraframe compression）。並且與圖像壓縮密切相關。而時間冗餘性則可藉由「只記錄兩幀不同畫面間的差異性」來減低；這種技巧被稱為幀間壓縮（interframe compression），包括運動補償以及其他技術。目前最常用的視訊壓縮技術為DVD與衛星電視所採用的MPEG-2，以及網際網路傳輸常用的WMV。

位元傳輸率 (僅適用於數位訊號)

位元傳輸率 （又譯為位元速率或比特率或碼率）是一種表現視訊串流中所含有的資訊量的方法。其數量單位為bit/s（每秒間所傳送的位元數量，又寫為bps）或者Mbit/s（每秒間所傳送的百萬位元數量，又寫為Mbps）。較高的位元傳輸率將可容納更高的視訊品質。例如DVD格式的視訊（典型位元傳輸率為5Mbps）的畫質高於VCD格式的視訊（典型位元傳輸率為1Mbps）。HDTV格式擁有更高的（約20Mbps）位元傳輸率，也因此比DVD有更高的畫質。

可變位元速率（Variable bit rate，簡寫為VBR）是一種追求視訊品質提升並同時降低位元傳輸率的手段。採用VBR編碼的視訊在大動態或複雜的畫面時段會自動以較高的速率來記錄影像，而在靜止或簡單的畫面時段則降低速率。這樣可以在保證畫面品質恆定的前提下儘量減少傳輸率。但對於傳送頻寬固定，需要即時傳送並且沒有暫存手段的視訊串流來說，固定位元速率（Constant bit rate，CBR）比VBR更為適合。視訊會議系統即為一例。

立體視訊

「立體視訊」（Stereoscopic video）是針對人的左右兩眼送出略微不同的視訊以營造立體物的感覺。由於兩組視訊畫面是混合在一起的，所以直接觀看時會覺得模糊不清或顏色不正確，必須藉由遮色片或特製眼鏡才能呈現其效果。此方面的技術仍在繼續進化中，預料2006年末HD DVD與Blu-ray Disc兩方都會出現含有立體視訊的影片。參見Stereoscopy與3-D film。

視訊格式

視訊顯示標準 視訊端子標準
  • 新型態數位視訊:
    • ATSC (Advanced Television Systems Committee)，通行於北美
    • DVB (Digital Video Broadcasting)，通行於歐洲，東南亞，非洲，南美洲
    • ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting)，通行於日本
  • 類比視訊:
    • MAC (歐洲 - 已淘汰)
    • MUSE (日本的類比HDTV)
    • NTSC (北美洲，部分南中美洲，日本，台灣)
    • PAL (歐洲，亞洲，澳洲)
      • PALplus (歐洲) ，此為PAL延伸標準
      • PAL-M (巴西)，此為PAL的變形
    • SECAM (法國，前蘇聯，中非)
  • AV端子 (1組RCA或BNC)
  • 色差端子 (3組RCA或BNC)
    • D端子 (日本工業規格所制訂的整合型色差端子)
  • S端子 (S代表Separated Video, 1組mini-DIN端子)
  • SCART (通用於歐洲)
  • DVI (電腦螢幕使用之數位視訊端子). HDCP為選項
  • HDMI (新型數位家電使用之數位影音端子). HDCP為強制功能
  • RF端子 (RF為Radio Frequency之簡寫，通常為同軸電纜，有以下各種形式)
    • BNC (Bayonet Niell-Concelman connector)
    • C端子 (Concelman connector)
    • GR端子 (General Radio connector)
    • F端子 (常用於美國住宅電視配線)
    • IEC 169-2 (最常見於英國)
    • N端子 (Niell connector)
    • TNC端子 (Threaded Niell-Concelman connector)
    • UHF端子 (如PL-259/SO-239)
    • SDI與HD-SDI(Serial Digital Interface)
  • VGA端子 (DB-9/15針腳，電腦螢幕標準端子之一)

類比磁帶格式 (參見類比電視)

數位磁帶格式 (參見數位視訊)

光碟儲存格式

數位編碼格式

相關條目

  • 視訊螢幕紀錄
    • 螢幕擷取






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