关键词：高分辨率视频 视频提取 数据压缩 视频回放

随着显示技术的发展，显示精度越来越高，高分辨率监视器应用在各个领域。伴随显示精度的提高，产生了高分辨率视频记录的需求。笔者研制的高分辨率视频数字记录设备是一个独立的、菜单控制的设备，它将高分辨率监视器上（１２８０×１０２４并向下兼容）能观察到的所有信息（包括人工操作的痕迹）记录下来，存储在大容量载体上。该设备具备显示和信息回放功能，主要用于需要事后分析的场合，如空中管理、飞行、航海记录等；由于记录内容已为数字化信息，易于编辑整理，也可用于有针对性的模拟训练，使训练达到逼真的效果。该设备已经完成了相关试验并在某系统中得到应用。

本文介绍了高分辨率视频数字记录设备的系统结构和关键技术。

１ 系统结构

为保证系统的独立性和灵活性，笔者按照“黑匣子”的原则进行设计。就是说设备输入和输出均为标准的Ｒ、Ｇ、Ｂ视频信号，所有的信息处理（包括信息的存储）集中在设备内部进行。记录时设备的输入信号是拟记录视频源的Ｒ、Ｇ、Ｂ信号，在需要回放时只需将输出的视频信号接任一高分辨率监视器即可。这样，信息的记录、回放不必局限于某一特定的工作系统，也不再需要另外的信息处理设备。系统结构框图如图１所示。

    输入视频信号可以为三线制、四线制、五线制，记录设备可以自适应输入源。

输出视频信号可以通过编程设置为三线、四线、五线制。三线制设计的同步信号可以分别复合在Ｒ、Ｇ、Ｂ信号中。输出的Ｒ、Ｇ、Ｂ为标准的视频信号。

高分辨率视频数字记录设备由硬件和软件两部分组成。从图１可看出，硬件设计可分为：输入视频提取模块、数据压缩模块、数据记录模块、视频回放模块等几个部分。

２ 硬件设计

２．１输入视频提取

高分辨率视频数字记录设备采用了数字处理，这意味着第一步工作就是要把模拟的Ｒ、Ｇ、Ｂ视频量化为数字视频。现在高分辨率监视器常用的显示模式有：ＳＧＡ（８００×６００）、ＸＧＡ（１０２４×７６８）、ＳＸＧＡ（１２８０×１０２４），显示刷新频率６０Ｈｚ～８５Ｈｚ，视频信号的点时钟频率４０ＭＨｚ～１５７．５ＭＨｚ。

为保证Ａ／Ｄ转换的精度，采用了锁相环技术，锁相环工作原理如图２所示。

锁相环是闭环反馈系统，通过参考分频器、反馈分频器、输出分频器的参数设置，可以在较低振荡频率输入的情况下，产生高达数百兆的输出频率，同时自动跟随输入参考频率相位的变化。

在此，以行同步为输入参考频率，设置相应的分频参数，得出与行同步信号相位相关的采样点时钟，并保证采样时钟实时、自动跟随输入行频的变化。

    何时为有效的视频数据也是视频提取时需要判断的问题。在输入视频的行、场同步的基础上，按照图３的设计原则，设计出与输入视频相对应的消隐信号，图３所示各参数的含义对照图４。由于行、场的设计原理上是一致的，所以图４中的Ｘ代表着Ｈ（行）或Ｖ（场）。

根据行、场同步设计出行、场消隐信号后，在消隐信号高电平期间为有效视频区。视频信号数字化后存储在视频存储区，但要保证视频的相关性。即同一帧视频的内容存储在连续存储区，不同帧的内容需要有帧间标志加以区别。

２．２ 数据压缩

要实现高分辨率视频数字化记录，关键是要解决视频数据的压缩问题。其意义有两个方面：节省信息存储所需的空间；降低数据率、减小信息传输所需的带宽。

由于设计是针对高分辨率的视频信息，所以在选择压缩算法上必须考虑视频的失真度。对包含有文本信息的高分辨率视频，笔者曾试验过多种有损压缩算法，如ＭＰＥＧ２、小波变换等。这些算法对图像信息的处理比较好，压缩比大，视频回放时人眼可辨的失真度较小；但对字符等文本信息不适合，视频回放时失真度很大甚至无法分辨字符内容。鉴于此，选择了改进型的ＬＺＷ无损数据压缩方法，以较低的压缩比换