视音频

FFmpeg学习6:视音频同步 在上一篇文章中,视频和音频是各自独立播放的,并不同步。本文主要描述了如何以音频的播放时长为基准,将视频同步到音频上以实现视音频的同步播放的。主要有以下几个方面的内容 * 视音频同步的简单介绍 * DTS 和 PTS * 计算视频中Frame的显示时间 * 获取Audio clock(audio的播放时长) * 将视频同步到音频上,实现视音频同步播放视音频同步简单介绍一般来说,视频同步指的 阅读详情

1、 VGA(Video Graphic Array)接口,即视频图形阵列,也叫D-Sub接口,是15针的梯形插头,分成3排,每排5个,传输模拟信号。VGA接口采用非对称分布的15针连接方式,其工作原理:是将显存内以数字格式存储的图像(帧)信号在RAMDAC里经过模拟调制成模拟高频信号,然后再输出到显示设备成像。



VGA接口

  VGA支持在640×480的较高分辨率下同时显示16种色彩或256种灰度,同时在320×240分辨率下可以同时显示256种颜色。VGA由于良好的性能迅速开始流行,厂商们纷纷在VGA基础上加以扩充,如将显存提高至1M并使其支持更高分辨率如SVGA(800×600)或XGA(1024×768),这些扩充的模式就称之为视频电子标准协会VESA(Video Electronics Standards Association)的SVGA(Super VGA)模式,现在显卡和显示设备基本上都支持SVGA模式。

  此外后来还有扩展的SXGA(1280×1024)、SXGA+(1400×1050)、UXGA(1600×1200)、WXGA(1280×768)、WXGA+(1440×900)、WSXGA(1600×1024)、WSXGA+(1680×1050)、WUXGA(1920×1200)、WQXGA(2560×1600)等模式,这些符合VESA标准的分辨率信号都可以通过VGA接口实现传输。

 

2、DVI全称为Digital Visual Interface,是1999年由Silicon Image、Intel(英特尔)、Compaq(康柏)、IBM、HP(惠普)、NEC、Fujitsu(富士通)等公司共同组成的数字显示工作组DDWG(Digital Display Working Group)推出的接口标准,其外观是一个24针的接插件。显示设备采用DVI接口具有主要有以下两大优点:

  一、速度快:DVI传输的是数字信号,数字图像信息不需经过任何转换,就会直接被传送到显示设备上,因此减少了数字→模拟→数字繁琐的转换过程,大大节省了时间,因此它的速度更快,有效消除拖影现象,而且使用DVI进行数据传输,信号没有衰减,色彩更纯净,更逼真。

  二、画面清晰:计算机内部传输的是二进制的数字信号,使用VGA接口连接液晶显示器的话就需要先把信号通过显卡中的D/A(数字/模拟)转换器转变为R、G、B三原色信号和行、场同步信号,这些信号通过模拟信号线传输到液晶内部还需要相应的A/D(模拟/数字)转换器将模拟信号再一次转变成数字信号才能在液晶上显示出图像来。在上述的D/A、A/D转换和信号传输过程中不可避免会出现信号的损失和受到干扰,导致图像出现失真甚至显示错误,而DVI接口无需进行这些转换,避免了信号的损失,使图像的清晰度和细节表现力都得到了大大提高。

 

3、HDMI的英文全称是“High  Definition Multimedia”,中文的意思是高清晰度多媒体接口。HDMI接口可以提供高达5Gbps的数据传输带宽,可以传送无压缩的音频信号及高分辨率视频信号。同时无需在信号传送前进行数/模或者模/数转换,可以保证最高质量的影音信号传送。应用HDMI的好处是:只需要一条HDMI线,便可以同时传送影音信号,而不像现在需要多条线材来连接;同时,由于无线进行数/模或者模/数转换,能取得更高的音频和视频传输质量。对消费者而言,HDMI技术不仅能提供清晰的画质,而且由于音频/视频采用同一电缆 ,大大简化了家庭影院系统的安装。

 

    2002年的4月,日立、松下、飞利浦、Silicon Image、索尼、汤姆逊、东芝共7家公司成立了HDMI组织开始制定新的专用于数字视频/音频传输标准。2002年岁末,高清晰数字多媒体接口(High-definition Digital Multimedia Interface)HDMI 1.0标准颁布,到2006底已经颁布了1.3版本,主要变化在于近一步加大带宽,以便传输更高分辨率和色深。HDMI在针脚上和DVI兼容,只是采用了不同的封装。与DVI相比,HDMI可以传输数字音频信号,并增加了对HDCP的支持,同时提供了更好的DDC可选功能。HDMI支持5Gbps的数据传输率,最远可传输15米,足以应付一个1080p的视频和一个8声道的音频信号。而因为一个1080p的视频和一个8声道的音频信号需求少于4GB/s,因此HDMI还有很大余量。这允许它可以用一个电缆分别连接DVD播放器,接收器和PRR。此外HDMI支持EDID、DDC2B,因此具有HDMI的设备具有“即插即用”的特点,信号源和显示设备之间会自动进行“协商”,自动选择最合适的视频/音频格式。HDMI接口支持HDCP协议,为看有版权的高清电影电视打下基础。不过,为了让显卡带有HDMI接口,除了需要专用芯片外,显卡厂商还要支付一笔不斐的HDMI认证费,因此目前带有HDMI接口的显卡还不多。但是HDCP已成定局,因此未来支持HDCP协议的显卡也会多起来。

4、高清电视的定义是:分辨率在标清(720*576)以上的视频 1440x1080当然属高清 这个分辨率只与视频取样值有关 不等于真正的图像清晰度。1440*1080此分辨率的视频在观感上跟1920没有大区别。

1280X720称为普通高清!
1920X1080称为全高清!(Full HD)
半高清,指的是HR-HDTV,将720P以上的蓝光/HD-DVD或HDTV片源用H.264编码压制成950X540 AVI封装或1024X576 MKV封装的视频!

 

 

5EPG是Electronic Program Guide的英文缩写,意思是电子节目菜单。IPTV所提供的各种业务的索引及导航都是通过EPG系统来完成的。IPTV EPG实际上就是IPTV的一个门户系统。EPG系统的界面与Web页面类似,在EPG界面上一般都提供各类菜单、按钮、链接等可供用户选择节目时直接点击的组件;EPG的界面上也可以包含各类供用户浏览的动态或静态的多媒体内容。

 

5/

混淆的概念:SIF与CIF、4CIF与D1

 

  在目前国内监控行业中,涉及视频采集卡、压缩卡、硬盘录像机(DVR)等产品时,经常会遇到诸如SIF、CIF、4CIF、D1等等分辨率标准名词。而在实际上,由于安防行业缺乏行业规范和标准,业内很多名词多来源于其它行业的标准,因此CIF、SIF、D1等几个词不但来源不同,甚至连名词本身都已经被讹以传讹而相互混淆,令人一头雾水。

  若追溯源头来看,安防视频监控行业源于闭路电视(CCTV),因此标准一直沿用的是电视行业的SIF系列标准和录像机行业的D1标准,而在国内安防业内,SIF被讹以传讹成了CIF,D1也经常与4CIF、4SIF等概念混淆。一个典型的现象是,采用CIF和D1做为关键字去搜索视频采集卡、压缩卡、DVR等产品,搜到的几乎都是国内产品及国产外销产品,而用SIF做关键字才能搜到同类的国外产品。下面分别对CIF、SIF及D1三个来源不同的系列标准做简单介绍。


一、CIF

  CIF(Common Intermediate Format,通用媒介格式)也称为FCIF(Full CIF),是一种用于规范YCbCr色差分量视频信号的像素分辨率的标准格式,常用于电信领域的视频会议系统。

  CIF格式是国际电信联盟(ITU)在1990年推出的的H.261视频编码标准(ITU-T H.261)中首次被定义的一种格式标准(后续H.263对CIF系列标准进一步完善),其设计目的是为了便于与电视行业的NTSC和PAL两种视频制式标准对接(【注】SECAM制式与PAL制式差异很小),推动电信领域和电视领域之间的互联互通。

  为了便于和PAL和NTSC两种制式进行转换,由于视频尺寸变换时“缩小”要比“放大”处理起来简单,因此CIF格式定义时采用了最大兼容原则(二者相比取较大者),在分辨率上采用与PAL制的SIF(Source Input Format)格式相同的352×288,在帧率上则采用与NTSC制相同的29.97 fps(30000帧/1001秒),色彩空间编码则采用YCbCr 4:2:0标准。

  QCIF含义为"Quarter CIF",即四分之一CIF的意思,其分辨率的宽和高都是CIF格式的一半;SQCIF含义为"Sub Quarter CIF",其分辨率的宽为CIF的4/11,高为CIF的1/3,像素数为CIF的4/33;类似的格式定义还有4CIF(4×CIF)和16CIF(16×CIF),都是以CIF格式做为基准进行定义。

  CIF格式图像尺寸大小之所以确定为352×288,是因为在H.261定义的视频压缩/解压的算法中,采用了基于宏块(大小为16×16像素)的DCT变换(Discrete Cosine Transform,离散余弦变换),实际上CIF格式视频的帧是由22×18个宏块组成,因此每一帧图像的像素数为352×288。

  需要注意的是,国际电信联盟(ITU)定义的xCIF系列标准中的所采用的像素都是非正方形像素(像素显示时横纵比为12:11),像素数量横纵比(即存储横纵比)为352:288(即11:9)。因此,当xCIF系列标准视频在正方形像素显示设备(计算器显示器、大部分HDTV高清数字电视)中显示时,需要将画面横向拉长为原来的12/11倍(约为109.1%),分辨率变为384×288(正方形像素),像素数量的横纵比从原来的11:9变为4:3。

  【注】“正方形像素”是一个相当重要的概念,涉及到视频的采集、编码/解码、传输、存储、显示整个过程,关于此概念的详细讲解可参见《关于“正方形像素”》一文。

格式标准分辨率(非正方形像素)分辨率(正方形像素)标准帧率(帧/秒)
QCIF176 × 144192 × 14429.97 fps
CIF(FCIF)352 × 288384 × 28829.97 fps
4CIF704 × 576768 × 57629.97 fps
16CIF1408 × 11521536 × 115229.97 fps

二、SIF

  动态图像专家组(MPEG)在1992年推出的MPEG-1标准中首次定义了SIF(Source Input Format,源输入格式), SIF是一种用于数字视频的存储和传输的视频格式,常用于VCD(MPEG-1视频编码)、DVD(MPEG-2的视频编码)和某些视频会议系统中。

  由于SIF系列标准主要应用电视行业,因此SIF标准格式分为SIF-525(NTSC制式)和SIF-625(PAL制式和SECAM制式)两种:

  1. 525@59.94Hz 该E-mail地址已受到防止垃圾邮件机器人的保护,您必须启用浏览器的Java Script才能看到。 的SIF格式(SIF-525)用于NTSC制式中,其分辨率为352×240像素,刷新频率(帧率)为29.97fps(帧/秒) 
  2. 625@50Hz的SIF格式(SIF-625)用于PAL制式和SECAM制式中,其分辨率为352×288像素,刷新频率(帧率)为25fps(帧/秒)

其中SIF-525和SIF-625两种格式都属于非隔行(逐行)标准,此外SIF还有一种隔行版本被称为SIF-I。

  SIF格式视频流也被称为MPEG-1 CPB(constrained parameters bitstream,约束参数码流)。与国际电信联盟(ITU)定义的CCIR 601(又名ITU-R BT.601/Rec.601)电视信号数字编码标准相比,SIF可以看为CCIR 601格式在帧长、帧宽、帧率和色度上均减半的标准。

  动态图像专家组(MPEG)在定义SIF(Source Input Format)格式标准时参照了国际电信联盟(ITU)定义的CIF格式标准,因此SIF标准格式几乎与CIF标准格式相同,两者的区别在于:SIF格式在NTSC制式(525-line)下为352×240@29.97fps,在PAL/SECAM制式(625-line)下为352×288@25fps;而CIF格式则无制式之分,标准格式固定为352×288@29.97fps(在H.263中帧率标准扩展支持7.49fps、14.99fps、59.94fps等值)。

  由于计算机行业广泛采用正方形像素,因此在计算机行业里SIF格式(正方形像素版本)被定义为:分辨率为320×240(相当于计算机行业的QVGA标准)或者384×288像素,帧率则可以是计算机支持的任意刷新频率(60Hz、75Hz、85Hz、……)。

  【注】“正方形像素”概念同上,详细讲解可参见http://www.microjie.com/index.php/professional-knowledge/82-standards-parterns。

格式标准分辨率(非正方形像素)分辨率(正方形像素)标准帧率(帧/秒)
SIF@NTSC制式352 × 240320 × 24029.97 fps
SIF@PAL/SECAM制式352 × 288384 × 28825 fps
4SIF@NTSC制式704 × 480640 × 48029.97 fps
4SIF@PAL/SECAM制式704 × 576768 × 57625 fps

三、D1(又称为D-1、Sony's D1)

  D1是一种专业数字视频格式标准,主要应用于数字广播电视和录像行业。D1标准的产生在CIF和SIF标准之前,早于20世纪80年代就在Sony(索尼)和Bosch-BTS(博世-BTS)公司的DVR(数字录像机)产品中被首次使用。1986年,在电影电视工程师协会(SMPTE)工程师委员会的努力下,D1被采用为SMPTE标准,主要在DVTR(数字磁带录像机)产品中使用,是视频录像行业中的第一种主流格式。

  D1采用非压缩数字复合视频,颜色编码采用CCIR 601(于1981年定义)的YCbCr 4:2:2格式,音频采用PCM格式;音频和视频被同步存储在19mm(3/4")的盒式录像带上,D1录像带最大存储时间为94分钟。D1的分辨率在NTSC制式下定义为720×486(非正方形像素),在PAL/SECAM制式下为720×576(非正方形像素)。早期的D1系统复杂且操作困难,虽然后来迅速稳定下来,但就当时(1986年)来说,D1以其华丽的画质(相当于后来的SD,即标准清晰度画质)、价格的昂贵、配置要求高、升级成本高等因素而著称。

格式标准分辨率(非正方形像素)分辨率(正方形像素)标准帧率(帧/秒)
D1@NTSC制式720 × 486720 × 54029.97 fps
D1@PAL/SECAM制式720 × 576768 × 57625 fps

  世界上第一批采用D1格式的产品包括:

  • Sony(索尼)公司
    1. Sony DVR-1000
    2. Sony DVR-2000
    3. Sony DVR-2100

    Sony VTR D1 DVR-2000
    Sony VTR D1 DVR-2000

    Sony VTR D1 DVR-2100
    Sony VTR D1 DVR-2100

  • Bosch-BTS(博世-BTS)公司:
    1. BTS DCR-100
    2. BTS DCR-300
    3. BTS DCR-500

    Bosch BTS D1 VTR DCR-500
    Bosch BTS D1 VTR DCR500

  在当时,由于D1采用非压缩复合视频占用的带宽过大,因此后续很快就推出了D2系统。D2系统虽然也采用非压缩复合视频格式,但D2在D1的基础上降低了采样率,做为一种经济型选择和D1一起供用户使用。D1格式直到2003年仍然在使用,后来的许多技术都引入了D1格式,而现代的许多数字视频录像产品也将其作为一种通用格式。在D1格式的基础上,后续还出现了D2、D3、D5/D5 HD等一系列标准,广泛用于美国和日本的电视演播录像、VHS家用录像带等视频录像行业。

AMPEX DCT-1700D D1-601 VCR AMPEX DCT-1700D D1-601 VCR
AMPEX DCT-1700D D1-601 VCR

格式标准标准化时间标准推动者
D11986年Sony(索尼)
D21988年AMPTEX(安培)
D31991年Panasonic(松下)
D51994年Panasonic(松下)
D5 HD2006年Panasonic(松下)

四、CIF、SIF、D1三种系列标准对比

格式标准标准化时间标准化组织应用领域
D11986年电影电视工程师协会(SMPTE)广播电视、电影、录像领域
CIF1990年国际电信联盟(ITU)电信、网络视频领域
SIF1992年动态图像专家组(MPEG)多媒体领域(影视、VCD、DVD等)

  在实际应用中,最容易混淆的三种格式为4CIF、PAL制式的4SIF,以及PAL制式的D1,这三种格式的主要区别如下:

  1. 应用领域不同;
  2. 制定的标准化组织不同; 
  3. 刷新频率(帧率)定义不同; 
  4. 在非正方形像素模式下分辨率不同。
格式标准分辨率(非正方形像素)分辨率(正方形像素)标准帧率(帧/秒)
4CIF704 × 576768 × 57629.97 fps
4SIF@PAL/SECAM制式704 × 576768 × 57625 fps
D1@PAL/SECAM制式720 × 576768 × 57625 fps

 

 

 

 

 

VGA/DVI/HDMI/DP接口知识全详解 VGA接口知识详解 VGA(Video Graphics Array)视频图形阵列,是IBM在1987年推出的一种视频传输标准,具有分辨率高、显示速率快、颜色丰富等优点,在彩色显示器领域得到了广泛的应用。VGA接口是电脑采用VGA标准输出数据的专用接口。VGA接口共有15针,分成3排,每排5个孔,显卡上应用最为广泛的接口类型,绝大多数显卡都带有此种接口。它传输红、绿、蓝模拟信号以及同步信号(水平... 阅读详情

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一直想把视音频编解码技术做一个简单的总结,可是苦于时间不充裕,一直没能完成。今天有着很大的空闲,终于可以总结一个有关视音频技术的入门教程,可以方便更多的人学习从零开始学习视音频技术。需要注意的是,本文所说的视音频技术,指的是理论层面的视音频技术,并不涉及到编程相关的东西。 0. &n...

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futurepeter
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