视频信号就是活动的、连续的图像序列。一幅图像称为一帧，帧是构成视频信息的最基本的单位。在空间、时间上互相关联的图像序列（帧序列）连续起来，就是动态视频图像。在多媒体应用系统中，视频信号以其直观、生动、信息量大等特点获得了广泛应用。
本章介绍视频的基本概念、视频信号的输入与输出、视频卡概述、非线性编辑系统、视频存储技术以及彩色电视图像制式。
5.1视频的基本概念
5.1.1视频信号的分类
活动图像序列根据每一帧图像的产生形式可分为影像视频和动画两类。
1．影像视频
影像视频的特点是信息容量大且信息冗余度高，因此要求采样和传输速度较高，但也可以采用压缩技术来减少存储视频的数据。
1）帧速
视频的帧速为每秒内包含的图像帧数。根据视频制式，帧速有30fps（NTSC）和25fps（PAL，SECAN）两种。
2）数据容量
分辨率为640×480，256色的一帧图像，其数据容量约为0.3MB，对于NTSC视频制式来说，若要达到30fps的活动图像，所需的存储量为9MBps，这样，一张650MB的光盘只能存放大约播放70s的图像数据，而且光盘数据传输率也必须达到9MBps才能满足要求。
3）视频的质量
活动图像的视频质量取决于采样原始图像的质量和视频压缩数据的倍数。
2．动画
用计算机实现的动画有造型动画和帧动画两种。帧动画是由一幅幅连续的画面组成的图像或图形序列。造型动画则是对每一个活动的对象分别进行设计，赋予每个对象一些特征（形状、大小、颜色等），然后用这些对象组成完整的画面。
计算机制作动画时，只要做好主动作画面，其余中间画面都可以由计算机内插完成。
5.1.2视频处理
视频处理是指使用相关的硬件和软件在计算机上对视频信号进行接收、采集、编码、压缩、存储、编辑、显示和回放等多种处理操作。视频处理的结果使一台多媒体计算机可以作为一台电视机来观看电视节目，亦可以使计算机中的VGA显示信号编码为电视信号，在电视机上显示计算机处理数据的结果，另外，也可以通过接收、采集、压缩、编辑等处理将视频信号存储为视频文件，供多媒体计算机系统使用。
1．视频采集
视频信号的采集是在一定的时间内以一定的速度对单帧视频信号或动态连续地对多帧视频信号进行接收，采样后形成数字化数据的处理过程。
单幅画面采集时，将输入的视频信息定格，并可将定格后的单幅画面采集到的数据以多种图形文件格式进行存储。对于多幅连续采集，可以对输入的视频信号实时、动态地接收和编码压缩，并以文件形式加以存储。在捕获一般连续视频画面时，可以根据视频源的制式采用25～30fps的采样速度对视频信号进行采样。对于电视、电影等影像视频来说，在对视频信号采集的同时必须采集同步播放的音频数据，并且将视频和音频有机地结合在一起，形成一个统一体，并以动态视频文件AVI格式进行存放。
2．编码和压缩
数字化视频信号的数据量极大，这对于多媒体系统来说要求海量存储容量和实时传输技术。虽然计算机外存储容量已经达到几十个GB的数量级，但也只能存放支持十几分钟的视频播放量，对于能支持23MBps～27MBps数据传输速度（相当于PAL、NTSC制式视频信号传输速率）的计算机也不多，如果不能达到这样的数据传输速度，就会导致大量数据丢失，从而会影响视频采样和播放的质量。例如，对于PAL制式视频信号，会由于在采样过程中不能保持25fps画面的采样速度而丢帧，那么当存储的视频信息重新播放时，就会导致显示画面的不连贯性，从而出现抖动现象。
3．编辑与回放
1）编辑
在对视频信号进行数字化采样后，用户可以对它进行编辑、加工以达到用户的应用要求。例如，用户可以对视频信号进行删除、复制、改变采样频率或改变视频或音频格式等操作，将其改变成用户所需要的显示形式，压缩后存入硬盘。
2）回放
所谓回放，是指将存储的数字化视频数据通过实时解压缩恢复成原来的视频影像在计算机屏幕上显示重现。由于数字视频数据量庞大，因此视频的回放与屏幕显示的速度和质量密切相关，即与显示卡的质量有关。目前，在多媒体系统中通常用图形加速器代替普通显示卡来播放真彩色图像和数字视频。图像加速器上使用专用电路和芯片来提高显示速度。图形加速器上的视频存储器数量决定显示分辨率和色彩深度，显示每个像素所需的字节数乘以屏幕的分辨率即是所需的视频存储器的大小。例如，256色图像每个像素需要1个字节，64K色图像每个像素需要2个字节，而真彩色图像的每个像素需要3个字节。
显示分辨率、颜色深度与视频存储器容量之间的对应关系如表51所示，对于真彩色的图像或影像视频的显示，一般需要1～4MB的视频存储容量，因此图形加速器上常配置1MB、2MB或4MB的视频缓存器，用户可以根据自己的应用需要来进行选择。
5.2.1视频信息源
视频信息源的种类繁多，按照其提供的视频信息形式，分为数字视频信息源和模拟视频信息源两类。
1．数字视频信息源
这类信息源可直接提供数字化视频信号，而且，许多信息源提供的数字化信息是已按某种标准压缩的视频信号。
1）光盘存储设备
这是一类存储（或记录）视频（也记录音频）信号的媒体，包括只读光盘、一次写多次读光盘及可读∕写光盘等。
2）数字磁带机
磁带机用于记录数字信号已使用多年，但由于其在容量、速度、可靠性等方面的限制，影响磁带机的发展。另外，由于它是不能随机存取的，因此要在很长的磁带上寻找某个文件要花很多时间。
3）磁盘存储器
目前，10GB硬盘是很常见的，而且，其平均寻道时间在10ms以下，数据传输速率可达到几十MBps。其他性能，如平均故障间隔时间在几十万到上百万小时；误码率、体积、重量、功耗等指标也都很好。因此，随着硬盘技术的发展，用硬盘来存取数字视频信号也是一种可选择的方法。
4）扫描仪
扫描仪能直接将图像、照片、胶片以及各类图样、图形、文稿资料等输入到计算机中。
扫描仪的主要工作原理是：扫描仪的光源照射到被扫描的图像上，代表图像特征的反射光或透射光经光学系统采集聚焦在电荷耦合（CCD）器件上，而后，CCD器件将这些光信号转换成相应的电信号，此电信号经放大、滤波并经A/D变换，变换成数字信号并输入到计算机中。
5）数字照相机
技术的发展已经改变了人们对照相机的传统认识，全数字化无底片照相机已经广泛使用。
全数字化照相机利用彩色液晶显示、取景，可存储几十至一百多张影像。
数字照相机有RS232C或RS422等接口可与微型计算机相连接，从而可将所得到的照相影像传送到计算机中进行显示和存储。
全数字式液晶取景照相机可作为视频信息源输出图像数据，而且其体积、质量都很小，携带很方便。例如，CASIO的QV10的质量为0.190kg，尺寸为130mm×40mm×66mm。
2．模拟视频信息源
除了上面提到的能输出数字化视频信号的设备外，还有一些设备可以提供模拟视频信号。它们主要是电视摄像机、录像机和传真机等。
1）电视摄像机
各种制式（PAL、NTSC、SECAM等）的电视摄像机种类繁多，常用的有家庭用的价廉的摄像机，也有性能和价格都比较高的专业级和广播级的电视摄像机。
高级的摄像机分辨率较高，伴音音频频带也很宽。摄像机可以送出射频（RF）电视信号、视频（Video）电视信号和ENC、R、G、B信号，用户可以根据需要选用。
摄像机送出的可以是中国制式的全电视信号。它的每帧电视由奇、偶两场叠加而成，因此，扫描方式是隔行扫描，这是电视信号很重要的特征。
2）录像机
目前的录像机都可送出模拟视频信号。它的种类繁多，有家用的较低档的录像机，也有专业级及广播级的性能和价格均较高的录像机。
录像机可输出射频（RF）电视信号，也可以输出全电视信号。有的录像机只输出一种制式的信号，而有的则可输出三种制式的信号。当录像机播放录像带时，即可获得模拟的视频信号。
3）传真机
传真机可以利用电话线路传送图像和文字。在发送端，传真机信号经调制解调器（MODEN）加到电话线路上。在接收端，传真信号经解调后可进入计算机进行处理，或者由计算机处理后加到接收端的传真机上输出。
传真机信号是经调制解调器的输出信号，亦可以被认为是视频信号，可经计算机处理后，加到电话网或其他网络上进行传送。因此，可以将传真机看做是模拟信息源中的一个设备。
5.2.2视频输出设备
视频输出设备也有多种，它们也可以按其输入的信号形式进行分类。
1．数字式视频输出设备
能接收数字信号的视频设备主要有如下几种：
①可写入光盘；
②磁盘；
③磁带机；
④数字监视器；
⑤打印机；
⑥绘图机。
监视器有着比家用电视机更高的性能和更多的功能。大多数监视器都具有多种制式（PAL，NTSC，SECAM等）、多种屏幕尺寸和多种信号输入。在多媒体计算机中，经常用VGA、SVGA或其他高水平的显示卡来驱动监视器工作。
通常，各种彩色显示卡在计算机驱动程序控制下接收计算机的数字视频信号。显示卡输出监视器所需要的视频信号（例如，R、G、B和同步信号或者是Y、U、V和同步信号），使显示器显示图像。
因此，视频监视器与显示控制卡结合在一起，构成数字视频监视器。
计算机显示控制卡（如VGA卡）所输出的视频信号与电视机的视频信号并不一样。表52列出了两者的不同，VGA信号与电视信号行频和场频不一样而且每幅图像的有效行数也不相同。因此，由VGA到电视信号必须进行转换。反过来，要用VGA监视器播放电视信号也必须进行转换。
从原理上讲，VGA与电视信号的相互转换并不复杂，只要想办法把一种行频、场频和显示行数以及显示方式转换成另一种显示类型的各项要求即可，利用硬件和大容量的先进先出（FIFO）内存缓冲器再配合适当的软件可以做到这一点。
打印机种类繁多，包括热敏、针式、激光、静电、喷墨、热蜡、染料热升华等多种打印机以及各种专用打印机。
绘图机有平板式、滚筒式、笔式、静电等结构，幅面尺寸也有大有小，是与计算机配套的典型图形输出设备。目前，黑白和彩色绘图机均在迅速发展中。
2．模拟视频输出设备
1）电视机
一般的家用电视机的输入信号均为模拟信号。在多媒体计算机的配置中，可以通过专门的TV卡，产生计算机CRT所需要的模拟电视信号，这样，多媒体计算机就可以用来代替家用电视机。此外，目前有的国家正在播放的高清晰度电视（HDTV）采用的也是模拟信号。
2）投影电视
投影电视与一般电视的区别在于它利用高亮度的CRT通过光学反射原理将电视图像投影到银幕上，主要目的是为了增加电视图像的显示尺寸。
3）大屏幕电视墙
大屏幕电视墙就是利用几十个或更多个大屏幕CRT（例如，28英寸或29英寸）构成长十几米，高几米的电视屏幕，用来显示动画、文字或电视图像。这种电视墙在显示图像时，由于每个CRT有边框而使图像出现黑色的格子，让人看起来不太舒服。
4）发光管大屏幕显示
发光管大屏幕是用大量的发光二极管构成大屏幕点阵进行图形和文字显示的，对于显示文字和简单的动画，实现起来并不困难。
利用红、绿、蓝三基色发光二极管可构成大屏幕点阵。通过微型机和相应硬件的控制，可实现对彩色电视图像、动画、图形和文字的显示。
5）液晶屏幕显示
单色的和彩色的液晶屏幕显示作为视频信号的输出设备常见于笔记本计算机。在多媒体中，它同样可以用于视频输出。
目前，市场上可见到各种形式的液晶显示屏，而且液晶板可直接利用微型机进行控制，使用起来十分方便，稍具微机知识的人都能将其用好。
5.2.3图像的显示
当前，图像显示手段主要是CRT。在微型计算机上，常利用显示控制卡来控制CRT的工作，同时，配有适当的显示驱动程序，可以使CRT按照人们的要求显示各种图像、图形和文字。
1．VGA及其他
VGA（VideoGraphicsAdapter）是在微型计算机发展进程中，由IBM于1987年提出的。
VGA由硬件卡和相应的软件构成，其硬件部分主要由显示存储器（VRAM）、图形控制器、CRT控制器、并/串变换器、属性控制器、定时器及视频D/A变换器等部分组成。
VGA的主要显示模式如表53所示，由表可以看到，配置在微型计算机上的VGA卡可以给用户提供多种显示模式，尤其是在多媒体计算机中，要显示动画和动态视频图像至少要用VGA。在VGA显示卡中再配上相应软件，即可按照表中所列出的工作模式工作。
尽管现在还在使用VGA，但随着技术的发展，VGA已无法满足多媒体发展的需要。于是，人们又在原来VGA的基础上提出了SuperVGA，它与VGA在结构上大致相同。由于SuperVGA所使用的显示存储器可达1MB，因而，它可支持更高的分辨率和更多的颜色。例如，在文本显示模式下，它可以显示132列文字；在图形显示模式下，它支持显示640×480、800×600、1024×768像素点，显示颜色可达256种。许多微型计算机上用的SVGA和TVGA均属这一种，配上适当的监视器，在显示软件支持下，它们可以满足当前多媒体显示的需要。
但是，从多媒体发展的趋势来看，SuperVGA显示标准已难以满足发展的需要。进入20世纪90年代后，IBM宣布了新的高性能视频显示标准EVGA（ExtendedVideoGraphicsAdapter）。现在已有EVGA商品面市。
EVGA的主要特点是与过去的VGA（包括SVGA等）相兼容，因此，以往的显示方式、驱动软件均可在EVGA下运行，且性能大大提高。EVGA支持132列文本显示方式，支持16位真彩色，其中红5bit、绿6bit、蓝5bit，从而使分辨率在640×480像素点下可显示65535种颜色。
