關鍵詞：高分辨率視頻 視頻提取 數據壓縮 視頻回放

隨著顯示技術的發展，顯示精度越來越高，高分辨率監視器應用在各個領域。伴隨顯示精度的提高，產生了高分辨率視頻記錄的需求。筆者研制的高分辨率視頻數字記錄設備是一個獨立的、菜單控制的設備，它將高分辨率監視器上（１２８０×１０２４并向下兼容）能觀察到的所有信息（包括人工操作的痕跡）記錄下來，存儲在大容量載體上。該設備具備顯示和信息回放功能，主要用于需要事后分析的場合，如空中管理、飛行、航海記錄等；由于記錄內容已為數字化信息，易于編輯整理，也可用于有針對性的模擬訓練，使訓練達到逼真的效果。該設備已經完成了相關試驗并在某系統中得到應用。

本文介紹了高分辨率視頻數字記錄設備的系統結構和關鍵技術。

１ 系統結構

為保證系統的獨立性和靈活性，筆者按照“黑匣子”的原則進行設計。就是說設備輸入和輸出均為標準的Ｒ、Ｇ、Ｂ視頻信號，所有的信息處理（包括信息的存儲）集中在設備內部進行。記錄時設備的輸入信號是擬記錄視頻源的Ｒ、Ｇ、Ｂ信號，在需要回放時只需將輸出的視頻信號接任一高分辨率監視器即可。這樣，信息的記錄、回放不必局限于某一特定的工作系統，也不再需要另外的信息處理設備。系統結構框圖如圖１所示。

    輸入視頻信號可以為三線制、四線制、五線制，記錄設備可以自適應輸入源。

輸出視頻信號可以通過編程設置為三線、四線、五線制。三線制設計的同步信號可以分別復合在Ｒ、Ｇ、Ｂ信號中。輸出的Ｒ、Ｇ、Ｂ為標準的視頻信號。

高分辨率視頻數字記錄設備由硬件和軟件兩部分組成。從圖１可看出，硬件設計可分為：輸入視頻提取模塊、數據壓縮模塊、數據記錄模塊、視頻回放模塊等幾個部分。

２ 硬件設計

２．１輸入視頻提取

高分辨率視頻數字記錄設備采用了數字處理，這意味著第一步工作就是要把模擬的Ｒ、Ｇ、Ｂ視頻量化為數字視頻。現在高分辨率監視器常用的顯示模式有：ＳＧＡ（８００×６００）、ＸＧＡ（１０２４×７６８）、ＳＸＧＡ（１２８０×１０２４），顯示刷新頻率６０Ｈｚ～８５Ｈｚ，視頻信號的點時鐘頻率４０ＭＨｚ～１５７．５ＭＨｚ。

為保證Ａ／Ｄ轉換的精度，采用了鎖相環技術，鎖相環工作原理如圖２所示。

鎖相環是閉環反饋系統，通過參考分頻器、反饋分頻器、輸出分頻器的參數設置，可以在較低振蕩頻率輸入的情況下，產生高達數百兆的輸出頻率，同時自動跟隨輸入參考頻率相位的變化。

在此，以行同步為輸入參考頻率，設置相應的分頻參數，得出與行同步信號相位相關的采樣點時鐘，并保證采樣時鐘實時、自動跟隨輸入行頻的變化。

    何時為有效的視頻數據也是視頻提取時需要判斷的問題。在輸入視頻的行、場同步的基礎上，按照圖３的設計原則，設計出與輸入視頻相對應的消隱信號，圖３所示各參數的含義對照圖４。由于行、場的設計原理上是一致的，所以圖４中的Ｘ代表著Ｈ（行）或Ｖ（場）。

根據行、場同步設計出行、場消隱信號后，在消隱信號高電平期間為有效視頻區。視頻信號數字化后存儲在視頻存儲區，但要保證視頻的相關性。即同一幀視頻的內容存儲在連續存儲區，不同幀的內容需要有幀間標志加以區別。

２．２ 數據壓縮

要實現高分辨率視頻數字化記錄，關鍵是要解決視頻數據的壓縮問題。其意義有兩個方面：節省信息存儲所需的空間；降低數據率、減小信息傳輸所需的帶寬。

由于設計是針對高分辨率的視頻信息，所以在選擇壓縮算法上必須考慮視頻的失真度。對包含有文本信息的高分辨率視頻，筆者曾試驗過多種有損壓縮算法，如ＭＰＥＧ２、小波變換等。這些算法對圖像信息的處理比較好，壓縮比大，視頻回放時人眼可辨的失真度較小；但對字符等文本信息不適合，視頻回放時失真度很大甚至無法分辨字符內容。鑒于此，選擇了改進型的ＬＺＷ無損數據壓縮方法，以較低的壓縮比換