本書針對(duì)本校本科高年級(jí)應(yīng)用電子、信息及通信、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等專業(yè)類的"數(shù)字視頻及顯示技術(shù)”類的課程使用。 本書就視頻的數(shù)字化、數(shù)字視頻的接口、數(shù)字視頻的顯示及平板技術(shù)做了較為詳細(xì)的闡述，并結(jié)合技術(shù)的實(shí)現(xiàn)及相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)做了講解；使本科高年級(jí)同學(xué)在學(xué)習(xí)了該課程后，能對(duì)數(shù)字視頻及顯示技術(shù)的實(shí)現(xiàn)有比較深入的了解；能夠進(jìn)入數(shù)字視頻及顯示應(yīng)用方面的軟硬件工程設(shè)計(jì)工作。 本書并沒(méi)就視頻的產(chǎn)生、壓縮編碼、傳輸（包括廣播）等做敘述，有做延展學(xué)習(xí)和更多了解數(shù)字視頻相關(guān)知識(shí)的，可參考其他相關(guān)教材或參考書。
楊坤明，西華大學(xué)副教授。著作方向?yàn)殡娮有畔⒓坝?jì)算機(jī)。2003年6月于電子科技大學(xué)，電子測(cè)試專業(yè)碩士畢業(yè)。曾一直從事數(shù)字電視、視頻處理的軟硬件項(xiàng)目及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。
目 錄
第 1 章 數(shù)字視頻基礎(chǔ)知識(shí) ……………………………………………………………… 1
1.1 顏色分量 ………………………………………………………………………………… 1
1.1.1 三基色 ………………………………………………………………………………………1
1.1.2 基色分量與亮度的關(guān)系 ……………………………………………………………………2
1.2 色彩空間的表示和轉(zhuǎn)換 ………………………………………………………………… 3
1.2.1 YUV 色彩空間 ……………………………………………………………………………4
1.2.2 色差分量矢量圖及 YIQ 色彩空間 …………………………………………………………6
1.3 不同電視制式采用的色彩空間 ………………………………………………………… 8
1.3.1 電視制式 ……………………………………………………………………………………8
1.3.2 電視制式的色彩分量 ………………………………………………………………………8
【習(xí)題 1】 ……………………………………………………………………………………… 9
第 2 章 視頻信號(hào)數(shù)字化 …………………………………………………………………10
2.1 采樣過(guò)程 ……………………………………………………………………………… 10
2.1.1 亮度信號(hào)的抽樣頻率 …………………………………………………………………… 10
2.1.2 色差信號(hào)的抽樣頻率 …………………………………………………………………… 11
2.2 量化過(guò)程 ……………………………………………………………………………… 12
2.2.1 量化位數(shù)的確定 ………………………………………………………………………… 12
2.2.2 碼電平的分配 …………………………………………………………………………… 14
2.2.3 顯示輸出的基色分量式 ………………………………………………………………… 16
2.3 數(shù)字視頻信號(hào)接口 …………………………………………………………………… 16
2.3.1 ITU-R BT.656 建議 ……………………………………………………………………… 17
2.3.2 ITU-R BT.1120 建議 …………………………………………………………………… 22
【習(xí)題 2】 …………………………………………………………………………………… 26
第 3 章 數(shù)字視頻編碼原理 ………………………………………………………………27
3.1 數(shù)字視頻編碼概述 …………………………………………………………………… 27
3.1.1 數(shù)字視頻編碼的必要性 ………………………………………………………………… 27
V
數(shù)字視頻及顯示技術(shù)
3.1.2 數(shù)字視頻編碼的可能性 ………………………………………………………………… 28
3.1.3 數(shù)字視頻編碼技術(shù)的發(fā)展 ……………………………………………………………… 28
3.1.4 數(shù)字視頻壓縮的框架 …………………………………………………………………… 29
3.2 預(yù)測(cè)編碼 ……………………………………………………………………………… 30
3.2.1 DPCM 編碼 ……………………………………………………………………………… 30
3.2.2 幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼 …………………………………………………………………………… 31
3.2.3 幀間預(yù)測(cè)編碼 …………………………………………………………………………… 32
3.3 空間域像素的變換 …………………………………………………………………… 33
3.3.1 變換的基本原理 ………………………………………………………………………… 33
3.3.2 DCT 編碼 ………………………………………………………………………………… 34
3.3.3 變換系數(shù)的量化 ………………………………………………………………………… 36
3.4 視頻熵編碼 …………………………………………………………………………… 37
3.4.1 哈夫曼編碼 ……………………………………………………………………………… 37
3.4.2 二元游程編碼 …………………………………………………………………………… 39
3.4.3 算術(shù)編碼 ………………………………………………………………………………… 39
【習(xí)題 3】 …………………………………………………………………………………… 45
第 4 章 視頻圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)與率-失真理論 ………………………………………………46
4.1 圖像失真分類 ………………………………………………………………………… 46
4.2 視頻圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法 ……………………………………………………………… 47
4.2.1 主觀質(zhì)量評(píng)價(jià)法 ………………………………………………………………………… 47
4.2.2 客觀質(zhì)量評(píng)價(jià)法 ………………………………………………………………………… 48
4.2.3 主、客觀質(zhì)量評(píng)價(jià)一致性判斷 ………………………………………………………… 50
4.3 圖像和視頻編碼中的量化 …………………………………………………………… 52
4.3.1 標(biāo)量量化 ………………………………………………………………………………… 52
4.3.2 最優(yōu)標(biāo)量量化 …………………………………………………………………………… 55
4.3.3 量化影響 ………………………………………………………………………………… 56
4.4 率-失真與碼率控制 ………………………………………………………………… 57
4.4.1 率-失真理論 …………………………………………………………………………… 58
4.4.2 碼率控制 ………………………………………………………………………………… 59
【習(xí)題 4】 …………………………………………………………………………………… 61
第 5 章 視頻編碼標(biāo)準(zhǔn) ……………………………………………………………………62
5.1 H.264/AVC 視頻編碼標(biāo)準(zhǔn) …………………………………………………………… 62
5.1.1 預(yù)測(cè)編碼 ………………………………………………………………………………… 63
VI
目? 錄
5.1.2 整數(shù)變換 ………………………………………………………………………………… 68
5.1.3 量化 ……………………………………………………………………………………… 70
5.1.4 熵編碼 …………………………………………………………………………………… 72
5.1.5 環(huán)路濾波 ………………………………………………………………………………… 73
5.2 H.265/HEVC 視頻編碼標(biāo)準(zhǔn) ………………………………………………………… 75
5.2.1 基于四叉樹(shù)結(jié)構(gòu)的樹(shù)形編碼塊 ………………………………………………………… 76
5.2.2 幀內(nèi)預(yù)測(cè) ………………………………………………………………………………… 78
5.2.3 幀間預(yù)測(cè) ………………………………………………………………………………… 80
5.2.4 變換與量化 ……………………………………………………………………………… 83
5.2.5 熵編碼 …………………………………………………………………………………… 84
5.2.6 環(huán)路濾波 ………………………………………………………………………………… 85
5.3 AVS 視頻編碼標(biāo)準(zhǔn) …………………………………………………………………… 87
5.3.1 AVS 編碼框架 …………………………………………………………………………… 87
5.3.2 AVS 編碼模塊 …………………………………………………………………………… 87
【習(xí)題 5】 …………………………………………………………………………………… 92
第 6 章 FFmpeg 簡(jiǎn)介與應(yīng)用 ……………………………………………………………93
6.1 FFmpeg 簡(jiǎn)介 ………………………………………………………………………… 93
6.1.1 什么是 FFmpeg ………………………………………………………………………… 93
6.1.2 FFmpeg 基本組成 ……………………………………………………………………… 93
6.2 FFmpeg 命令行應(yīng)用程序的安裝 …………………………………………………… 94
6.3 FFmpeg 工具使用基礎(chǔ) ……………………………………………………………… 95
6.3.1 FFmpeg 命令格式 ……………………………………………………………………… 95
6.3.2 FFmpeg 常用命令 ……………………………………………………………………… 96
6.3.3 ffplay 的基本使用 ………………………………………………………………………103
6.3.4 ffprobe 的基礎(chǔ)用法 ………………………………………………………………………105
6.4 FFmpeg SDK 的使用 ………………………………………………………………… 105
6.4.1 FFmpeg SDK 環(huán)境的搭建 ………………………………………………………………106
6.4.2 FFmpeg SDK 視頻解碼 ………………………………………………………………… 111
6.4.3 FFmpeg SDK 視頻編碼 …………………………………………………………………115
【習(xí)題 6】 …………………………………………………………………………………… 121
VII
數(shù)字視頻及顯示技術(shù)
第 7 章 視頻顯示處理 ………………………………………………………………… 122
7.1 掃描變換 ……………………………………………………………………………… 123
7.1.1 行掃描方式 ………………………………………………………………………………123
7.1.2 去隔行方法 ………………………………………………………………………………123
7.2 分辨率變換 …………………………………………………………………………… 126
7.2.1 理想插值 …………………………………………………………………………………126
7.2.2 最近鄰插值 ………………………………………………………………………………127
7.2.3 雙線性插值 ………………………………………………………………………………128
7.2.4 雙三次插值 ………………………………………………………………………………130
7.3 視頻圖像旋轉(zhuǎn) ………………………………………………………………………… 132
7.4 視頻轉(zhuǎn)換輸出 ………………………………………………………………………… 135
7.4.1 輸出視頻特征 ……………………………………………………………………………135
7.4.2 輸出數(shù)據(jù)圖 ………………………………………………………………………………135
【習(xí)題 7】 …………………………………………………………………………………… 137
第 8 章 平板顯示接口 ………………………………………………………………… 138
8.1 時(shí)序控制模塊 ………………………………………………………………………… 140
8.1.1 行同步 ……………………………………………………………………………………140
8.1.2 場(chǎng)同步 ……………………………………………………………………………………142
8.2 數(shù)字平板視頻信號(hào)傳輸 ……………………………………………………………… 145
8.2.1 雙像素轉(zhuǎn)換器 ……………………………………………………………………………145
8.2.2 雙像素模式 ………………………………………………………………………………146
8.2.3 單像素模式 ………………………………………………………………………………147
8.3 HDMI 技術(shù) …………………………………………………………………………… 147
8.3.1 HDMI 概述 ………………………………………………………………………………147
8.3.2 HDMI 物理層 ……………………………………………………………………………149
8.3.3 引腳定義及電氣性能 ……………………………………………………………………152
8.3.4 信號(hào)及編碼 ………………………………………………………………………………153
8.3.5 控制和配置 ………………………………………………………………………………156
8.3.6 音視頻信息 ………………………………………………………………………………158
8.3.7 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議 ……………………………………………………………………………159
8.3.8 熱插拔檢測(cè)信號(hào) …………………………………………………………………………159
8.3.9 物理地址 …………………………………………………………………………………160
VIII
目? 錄
【習(xí)題 8】 …………………………………………………………………………………… 161
第 9 章 數(shù)字平板顯示驅(qū)動(dòng) …………………………………………………………… 162
9.1 TFT-LCD 顯示原理及構(gòu)成 ………………………………………………………… 162
9.1.1 TFT-LCD 顯示原理 ………………………………………………………………………163
9.1.2 TFT-LCD 基本結(jié)構(gòu) ……………………………………………………………………164
9.2 TFT-LCD 的驅(qū)動(dòng) …………………………………………………………………… 164
9.2.1 行列像素點(diǎn)陣掃描 ………………………………………………………………………164
9.2.2 TFT-LCD 的驅(qū)動(dòng)電路 ……………………………………………………………………166
9.2.3 顯示存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì) ………………………………………………………………………166
9.3 屏顯格式 ……………………………………………………………………………… 167
【習(xí)題 9】 …………………………………………………………………………………… 169
附錄 A 縮略語(yǔ)英漢對(duì)照 ……………………………………………………………… 17
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