流媒体&网络视频

视频和音频技术已经成为我们日常生活的重要组成部分。视频技术使我们可以看电视、玩视频游戏、YouTube,而音频技术使我们听音乐、广播和打电话。

视频和电视发展史

视频技术起源于电视的发明和胶片相机。电视并不是由一个单一的发明家发明的,而是多年的研究结果的最终体现。电视信号早在1900年就开始采用模拟信号。模拟信号使用了100年直到2002,第一个数字广播的上市。

HDTV entertainment concept

Vintage TV

 

TV

视频技术的时间表

  • 1831,约瑟夫亨利和迈克尔法拉第对电磁的研究工作成为了电视制作技术的基础。
  • 1862,Abbe Giovanna Caselli发明传真电报,成为通过电线传送静止图像的第一人。
  • 1900,电视这个词第一次出现是在巴黎世界博览会上召开的电力系统第一个国际代表大会上。俄罗斯人Russian Constantin Perskyi第一个提出使用"电视"这个词。
  • 1927,贝尔和美国商务部进行了第一个电视长距离使用。
  • 1941,FCC公布黑白电视制式标准。
  • 1946,在CBS工作的Peter Goldmark向FCC展现自己的彩色电视系统。
  • 1948,引进有线电视。
  • 1950,FCC批准了第一个彩色电视标准,这是取代1953标准的第二代标准。
  • Vladimir Zworkin开发出更好摄像机电子管,称之为摄像管
  • 1956,Ampex推出广播质量的第一个实用录像系统。
  • 1996,FCC批准ATSC高清电视标准。
  • 2004,LCSs和等离子体取代CRT电视。
  • 2010,AMOLED和3D电视进入市场。
  • 2013,4K分辨率电视进入市场。

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视频格式

YUV色谱是彩色编码系统,主要用于模拟电视(NTSC、PAL和SECAM)。YUV色谱(RGB颜色模型)不同于RGB,它们一个是摄像机拍摄的而另一个是人眼所观察的。当彩色信号在20世纪50年代发展起来之后,它决定允许黑白电视继续接收和解码单色信号,而颜色解码是由单色和彩色共同完成。

亮度和色差信号

在YUV 里的Y定义为""亮度",黑白电视解码只有Y信号的一部分。U和V提供颜色信息,而且是颜色不同的信号,分浅蓝色(B-Y)和浅红(R-Y)。通过色谱转换过程,摄像机将采集到RGB信号转换成复合模拟数据(YUV)或者其衍生版本(模拟YPbPr或数字YCbCr)。为了在屏幕上成像,所有的这些色谱会在电视或者显示系统上再次被转换为RGB信号。.

与RGB数学上相同

由于色度通道(B-Y、R-Y)只有一半的亮度分辨率,因此YUV比RGB节省传输带宽。YUV不是压缩的RGB,相反,Y、B-Y、R-Y是与RGB相同的数学数据。这从色带转换和RGB/YUV 转换公式上就能看出来。

复合视频和S端子

原来的电视标准是将亮度(Y)和彩色信号(B-Y,R-Y)组合成一个通道,它使用一条电缆即被称为"复合视频"。保持亮度与色彩信号分离,也是使用一根电缆,但线缆内不是独立的,这种被称为"S-video"或"Y / C视频"。S-video 比复合视频清晰一点。

分量视频

当亮度和每个彩色信号(B-Y、R-Y)使用单独的通道的时候,它被称为"分量视频",例如模拟信号的YPbPr和数字信号的YCbCr。分量视频很灵敏。

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隔行扫描和逐行视频

隔行扫描视频主要使用在阴极射线管(CRT)电视。所有的模拟电视标准都是基于隔行视频。我们对它比我们想象的还要熟悉。高清晰度视频可以是交错的,或逐行扫描。逐行扫描是从一边扫到另一边,自上而下:1号线、2号线、3号线等,直到扫描结束。隔行扫描也是从一边到另一边,自上而下。所不同的是,每隔1/60秒,隔一行完成一次扫描。然后,下一1/60秒后,在隔行进行一次扫描。画面分辨率的一半会在第一个1/60秒里呈现,剩下一半则会在下一个1/60秒呈现。播放视频时,整个事情发生逆转,呈现一个完成的画面,每个"半"则被称为"场"。

 

Movie clapper

这样观看效果很明显。首先,如果它是一个简单的每秒30帧的逐行扫描,那么图像就不会出现闪烁。这是因为,对观众来说,他们看到的是每秒60帧。当然,他们看到的实际上是每秒60线;但对于减少闪烁来说,与看到60帧是一样的效果。

720p和1080i格式

逐行扫描的高清晰度视频通常是1280×720分辨率,被称为"720p",这里的"P"代表逐行扫描。同样,1080i是隔行扫描视频的1920×1080像素。交叉扫描实际上是一种压缩。这两个半帧相互补偿,组成一帧画面,但是传输的数据或者存储的数据总量只需半帧。未压缩的高清晰度视频每秒产生千兆位。没有交叉,速度将是两倍。

数字视频

数字视频比模拟视频优点很多。数字视频增加视频质量、编辑能力和提供了更丰富的内容。早期的数字视频标准中有DV标准,包括数字视频摄像机和DVD标准。这两个标准受CRT显示器分辨率限制,所提供的分辨率是相同。随着LCD、DLP和等离子电视的出现,分辨率已经不再受限制。

压缩(编码)

数字视频是高度密的数据集合。一个标准分辨码流达到30Mb每秒。通过已存的数字视频技术,建立起一系列的视频压缩标准。改进导致一个新的标准成功发展起来。

交叉和渐进的缺点

隔行扫描视频有一些需要改进的缺点。它使画面产生"文物"效果,看起来像是一种"梳子",特别是在慢速运动或是在动态画面抓取静态图像时。他们是由相对运动的两个场域相互弥补组成一个单一的画面。这是事实,不过,那个1080p(1920×1080)可能是高清晰度视频的完美格式,但是它会产生太多的数据,所以我们可能要等待一段时间。

  • 1990: MJPEG (DV)
  • 1995: MPEG-2 (DVD)
  • 1998: MPEG-4 (流媒体,闭路电视)
  • 2002: MPEG-4 MPEG-4层10(视频会议)
  • 2003: AVC HD(摄像机和电视标准)

高清晰度

数字视频已经把高清晰视频普及到消费群体里。目前,几乎所有现在销售的电视,都具有高清晰度能力。高清晰度目前分为720p、1080i和1080p三种。未来还会有所改进,如4K的视频。

TV Ultra HD