本书针对本校本科高年级应用电子、信息及通信、计算机应用等专业类的"数字视频及显示技术”类的课程使用。 本书就视频的数字化、数字视频的接口、数字视频的显示及平板技术做了较为详细的阐述，并结合技术的实现及相应的技术标准做了讲解；使本科高年级同学在学习了该课程后，能对数字视频及显示技术的实现有比较深入的了解；能够进入数字视频及显示应用方面的软硬件工程设计工作。 本书并没就视频的产生、压缩编码、传输（包括广播）等做叙述，有做延展学习和更多了解数字视频相关知识的，可参考其他相关教材或参考书。

杨坤明，西华大学副教授。著作方向为电子信息及计算机。2003年6月于电子科技大学，电子测试专业硕士毕业。曾一直从事数字电视、视频处理的软硬件项目及产品开发。

目 录
第 1 章 数字视频基础知识 ……………………………………………………………… 1
1.1 颜色分量 ………………………………………………………………………………… 1
1.1.1 三基色 ………………………………………………………………………………………1
1.1.2 基色分量与亮度的关系 ……………………………………………………………………2
1.2 色彩空间的表示和转换 ………………………………………………………………… 3
1.2.1 YUV 色彩空间 ……………………………………………………………………………4
1.2.2 色差分量矢量图及 YIQ 色彩空间 …………………………………………………………6
1.3 不同电视制式采用的色彩空间 ………………………………………………………… 8
1.3.1 电视制式 ……………………………………………………………………………………8
1.3.2 电视制式的色彩分量 ………………………………………………………………………8
【习题 1】 ……………………………………………………………………………………… 9
第 2 章 视频信号数字化 …………………………………………………………………10
2.1 采样过程 ……………………………………………………………………………… 10
2.1.1 亮度信号的抽样频率 …………………………………………………………………… 10
2.1.2 色差信号的抽样频率 …………………………………………………………………… 11
2.2 量化过程 ……………………………………………………………………………… 12
2.2.1 量化位数的确定 ………………………………………………………………………… 12
2.2.2 码电平的分配 …………………………………………………………………………… 14
2.2.3 显示输出的基色分量式 ………………………………………………………………… 16
2.3 数字视频信号接口 …………………………………………………………………… 16
2.3.1 ITU-R BT.656 建议 ……………………………………………………………………… 17
2.3.2 ITU-R BT.1120 建议 …………………………………………………………………… 22
【习题 2】 …………………………………………………………………………………… 26
第 3 章 数字视频编码原理 ………………………………………………………………27
3.1 数字视频编码概述 …………………………………………………………………… 27
3.1.1 数字视频编码的必要性 ………………………………………………………………… 27
V
数字视频及显示技术
3.1.2 数字视频编码的可能性 ………………………………………………………………… 28
3.1.3 数字视频编码技术的发展 ……………………………………………………………… 28
3.1.4 数字视频压缩的框架 …………………………………………………………………… 29
3.2 预测编码 ……………………………………………………………………………… 30
3.2.1 DPCM 编码 ……………………………………………………………………………… 30
3.2.2 帧内预测编码 …………………………………………………………………………… 31
3.2.3 帧间预测编码 …………………………………………………………………………… 32
3.3 空间域像素的变换 …………………………………………………………………… 33
3.3.1 变换的基本原理 ………………………………………………………………………… 33
3.3.2 DCT 编码 ………………………………………………………………………………… 34
3.3.3 变换系数的量化 ………………………………………………………………………… 36
3.4 视频熵编码 …………………………………………………………………………… 37
3.4.1 哈夫曼编码 ……………………………………………………………………………… 37
3.4.2 二元游程编码 …………………………………………………………………………… 39
3.4.3 算术编码 ………………………………………………………………………………… 39
【习题 3】 …………………………………………………………………………………… 45
第 4 章 视频图像质量评价与率-失真理论 ………………………………………………46
4.1 图像失真分类 ………………………………………………………………………… 46
4.2 视频图像质量评价方法 ……………………………………………………………… 47
4.2.1 主观质量评价法 ………………………………………………………………………… 47
4.2.2 客观质量评价法 ………………………………………………………………………… 48
4.2.3 主、客观质量评价一致性判断 ………………………………………………………… 50
4.3 图像和视频编码中的量化 …………………………………………………………… 52
4.3.1 标量量化 ………………………………………………………………………………… 52
4.3.2 最优标量量化 …………………………………………………………………………… 55
4.3.3 量化影响 ………………………………………………………………………………… 56
4.4 率-失真与码率控制 ………………………………………………………………… 57
4.4.1 率-失真理论 …………………………………………………………………………… 58
4.4.2 码率控制 ………………………………………………………………………………… 59
【习题 4】 …………………………………………………………………………………… 61
第 5 章 视频编码标准 ……………………………………………………………………62
5.1 H.264/AVC 视频编码标准 …………………………………………………………… 62
5.1.1 预测编码 ………………………………………………………………………………… 63
VI
目? 录
5.1.2 整数变换 ………………………………………………………………………………… 68
5.1.3 量化 ……………………………………………………………………………………… 70
5.1.4 熵编码 …………………………………………………………………………………… 72
5.1.5 环路滤波 ………………………………………………………………………………… 73
5.2 H.265/HEVC 视频编码标准 ………………………………………………………… 75
5.2.1 基于四叉树结构的树形编码块 ………………………………………………………… 76
5.2.2 帧内预测 ………………………………………………………………………………… 78
5.2.3 帧间预测 ………………………………………………………………………………… 80
5.2.4 变换与量化 ……………………………………………………………………………… 83
5.2.5 熵编码 …………………………………………………………………………………… 84
5.2.6 环路滤波 ………………………………………………………………………………… 85
5.3 AVS 视频编码标准 …………………………………………………………………… 87
5.3.1 AVS 编码框架 …………………………………………………………………………… 87
5.3.2 AVS 编码模块 …………………………………………………………………………… 87
【习题 5】 …………………………………………………………………………………… 92
第 6 章 FFmpeg 简介与应用 ……………………………………………………………93
6.1 FFmpeg 简介 ………………………………………………………………………… 93
6.1.1 什么是 FFmpeg ………………………………………………………………………… 93
6.1.2 FFmpeg 基本组成 ……………………………………………………………………… 93
6.2 FFmpeg 命令行应用程序的安装 …………………………………………………… 94
6.3 FFmpeg 工具使用基础 ……………………………………………………………… 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 的基础用法 ………………………………………………………………………105
6.4 FFmpeg SDK 的使用 ………………………………………………………………… 105
6.4.1 FFmpeg SDK 环境的搭建 ………………………………………………………………106
6.4.2 FFmpeg SDK 视频解码 ………………………………………………………………… 111
6.4.3 FFmpeg SDK 视频编码 …………………………………………………………………115
【习题 6】 …………………………………………………………………………………… 121
VII
数字视频及显示技术
第 7 章 视频显示处理 ………………………………………………………………… 122
7.1 扫描变换 ……………………………………………………………………………… 123
7.1.1 行扫描方式 ………………………………………………………………………………123
7.1.2 去隔行方法 ………………………………………………………………………………123
7.2 分辨率变换 …………………………………………………………………………… 126
7.2.1 理想插值 …………………………………………………………………………………126
7.2.2 最近邻插值 ………………………………………………………………………………127
7.2.3 双线性插值 ………………………………………………………………………………128
7.2.4 双三次插值 ………………………………………………………………………………130
7.3 视频图像旋转 ………………………………………………………………………… 132
7.4 视频转换输出 ………………………………………………………………………… 135
7.4.1 输出视频特征 ……………………………………………………………………………135
7.4.2 输出数据图 ………………………………………………………………………………135
【习题 7】 …………………………………………………………………………………… 137
第 8 章 平板显示接口 ………………………………………………………………… 138
8.1 时序控制模块 ………………………………………………………………………… 140
8.1.1 行同步 ……………………………………………………………………………………140
8.1.2 场同步 ……………………………………………………………………………………142
8.2 数字平板视频信号传输 ……………………………………………………………… 145
8.2.1 双像素转换器 ……………………………………………………………………………145
8.2.2 双像素模式 ………………………………………………………………………………146
8.2.3 单像素模式 ………………………………………………………………………………147
8.3 HDMI 技术 …………………………………………………………………………… 147
8.3.1 HDMI 概述 ………………………………………………………………………………147
8.3.2 HDMI 物理层 ……………………………………………………………………………149
8.3.3 引脚定义及电气性能 ……………………………………………………………………152
8.3.4 信号及编码 ………………………………………………………………………………153
8.3.5 控制和配置 ………………………………………………………………………………156
8.3.6 音视频信息 ………………………………………………………………………………158
8.3.7 数据传输协议 ……………………………………………………………………………159
8.3.8 热插拔检测信号 …………………………………………………………………………159
8.3.9 物理地址 …………………………………………………………………………………160
VIII
目? 录
【习题 8】 …………………………………………………………………………………… 161
第 9 章 数字平板显示驱动 …………………………………………………………… 162
9.1 TFT-LCD 显示原理及构成 ………………………………………………………… 162
9.1.1 TFT-LCD 显示原理 ………………………………………………………………………163
9.1.2 TFT-LCD 基本结构 ……………………………………………………………………164
9.2 TFT-LCD 的驱动 …………………………………………………………………… 164
9.2.1 行列像素点阵扫描 ………………………………………………………………………164
9.2.2 TFT-LCD 的驱动电路 ……………………………………………………………………166
9.2.3 显示存储器的设计 ………………………………………………………………………166
9.3 屏显格式 ……………………………………………………………………………… 167
【习题 9】 …………………………………………………………………………………… 169
附录 A 缩略语英汉对照 ……………………………………………………………… 17