原理

视频信号的数字化包括位置的离散化(抽样)、所得量值的离散化(量化)以及PCM编码这三个过程。而模拟视频信号体系的基本特点是用扫描方式把三维视频转为一维随时间变换的信号。视频信号在时间维上把图像分为离散的一帧一帧的图像；在每一帧图像内又在垂直方向上(y维)将图像离散为一条一条的水平扫描行。把图像分成若干帧的过程，实际是在时间方向上进行了抽样；把图像分成若干行的过程，实际是在垂直方向上进行了抽样。在时间方向和垂直方向上的抽样间距是由模拟电视系统的制式所决定的。因此，可供我们自由处置的只有水平方向(x维)，在水平方向上我们可以设置不同的抽样间隔。图1是对电视信号的扫描、抽样的示意图。

视频信号数字化

图1电视信号的扫描及抽样

图2是对一帧电视信号的扫描的示意图。由图可见，扫描输出的一维时间连续信号的最大频谱Fm与图像水平方向最大空间频率U存在下述关系：

视频信号数字化

(1.1)

式中：l为画面宽度(暂不考虑回扫)，τ为一行扫描时间。根据二维抽样定理，抽样点的间隔X应满足：

视频信号数字化

(1.2)

记T为扫描抽样点距离所需的时间，由图41.7可得：

视频信号数字化

(1.3)

综合以上三式可得：

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(1.4)

这个结论与一维抽样定理相同。因此，可以把二维图像扫描输出的信号直接做为一维信号来抽样。

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图2扫描间隔和最高频率

目前，图像数字化的工作由模数转换器(A/D)完成，它包括了信号的抽样、量化和编码的全部过程，结果输出为PCM编码的数字图像信号。当考虑对彩色电视信号的数字化时，根据不同的应用场合可采用不同的方式，例如，可直接对复合视频信号进行A/D变换，或者将视频信号在模拟域分解为亮度和色差信号后再分别进行A/D变换。也可以用恰当的频率对复合视频信号进行A/D变换，然后在数字域进行Y/C(亮度/色度)分离，形成Y、U、V三路数字视频输出。后者就是目前普遍应用的视频信号分量数字化方法。