Tín hiệu tương tự là tín hiệu điện tử một chiều biến đổi theo thời gian , kí hiệu là f(t) . Cho một ảnh biến đổi theo thời gian ở dạng tương tự (tương
ứng với hình ảnh trong tự nhiên) , kí hiệu là sc( x1 , x2 , t) . Tín hiệu video tương tự thu được bằng cách lấy mẫu sc( x1 , x2 , t) theo chiều dọc x2 và chiều thời gian t . Tiến trình lấy mẫu được thực hiện theo chu kì và được gọi
quét liên tiếp (progressive scanning) và quét luân phiên (interlaced scanning).
Trong phương pháp quét liên tiếp , cứ sau một khoảng thời gian ∆t , việc quét lại được thực hiện trên toàn ảnh (hình 1.1) . Phương pháp này thường
được sử dụng đối với các màn hình có độ phân giải và tấn số quét cao .
Hình 2.7 : Phương pháp quét liên tục
Trong phương pháp quét luân phiên , cứ sau một khoảng thời gian ∆t/2 , việc quét lại được thực hiện trên các dòng hoặc là chẵn , hoặc là lẻ , nếu ở
lần quét trước là dòng chẵn thì ở lần quét này là dòng lẻ và ngược lại (hình 2.2) . Phương pháp này thường được sử dụng đối với các màn hình có độ
Các thông số kĩ thuật quan trọng của tín hiệu video tương tự là độ phân giải theo chiều dọc (vertical resolution) , tỉ lệ kích thước (aspect ratio) và tần số làm tươi (refresh rate) . Tỉ lệ kích thước là tỉ lệ giữa chiều ngang và chiều dọc . Tần số làm tươi là số lượng frame chiếu trong 1 giây .
Ở trên là trường hợp tín hiệu video đơn sắc (monochromatic video signal) . Ta có thể mở rộng ra cho trường hợp tín hiệu video nhiều màu sắc . Theo
Lý thuyết ba tác nhân của màu sắc (tri-stimulus theory of color) , mọi màu sắc đều có thểđược tái tạo bằng cách kết hợp 3 màu nguyên tố : đỏ (red – R) , xanh dương (blue – B) và xanh lá cây (green – G) , theo một tỉ lệ thích hợp . Hình ảnh nhiều màu sắc sẽ được tạo bằng cách chồng 3 lớp tương ứng với 3 màu nguyên tố lên nhau .
Hiện nay , có nhiều chuẩn video tương tự (analog video standards) đang
được sử dụng , chúng khác nhau về các tham số hình ảnh (chẳng hạn như độ
phân giải theo không gian và thời gian) và cách xử lý màu sắc . Các chuẩn này có thểđược phân thành 3 nhóm :
• Video tương tựđa thành phần (component analog video – CAV)
• Video tổng hợp (composite video)
• S-video
Trong trường hợp video tương tự đa thành phần , các đơn vị cấu thành tín hiệu video được phân chia thành các tín hiệu video đơn sắc riêng biệt . Các đơn vị này có thể đơn giản là 3 màu nguyên tố : đỏ , xanh dương , xanh lá cây , hoặc được biến đổi thành dạng biểu diễn độ sáng – màu sắc
Y = 0.30R + 0.59G + 0.11B
Thành phần chrominance chứa đựng thông tin về màu sắc . Ứng với mỗi chuẩn , thành phần chrominance lại có cách biểu diễn khác nhau , chẳng hạn như : Thành phần chrominance được biểu diễn thành I , Q , với : I = 0.60R + 0.28G – 0.32B Q = 0.21R – 0.52G + 0.31B Hoặc thành phần chrominance được biểu diễn thành Cr , Cb , với : Cr = R – Y Cb = B – Y Trong thực tế , tín hiệu video với cách cấu tạo đa thành phần tạo ra chất lượng màu sắc tốt nhất . Tuy nhiên , điều này đòi hỏi quá trình truyền dẫn các thành phần phải được đồng bộ hóa chính xác , đồng thời băng thông cũng phải tăng lên gấp ba lần so với tín hiệu đơn sắc .
Trong trường hợp video tổng hợp , tín hiệu video được định dạng theo hình thức : các thành phần chrominance được mã hóa vào đầu thành phần luminance , hợp thành một tín hiệu duy nhất . Điều này giúp tiết kiệm băng thông và đơn giản hóa quá trình truyền dẫn tín hiệu . Các định dạng video tổng hợp phổ biến hiện nay là NTSC (National Television System Committee hay Never Twice the Same Color) , PAL (Phase Alternating Line) , SECAM (Sequential Couleur Avec Memoire hay Sequential
Một khuyết điểm của video tổng hợp là chất lượng màu sắc tạo ra không tốt . S–video là một giải pháp trung hòa giữa video tổng hợp và video đa thành phần .Tín hiệu trong S–video được phân thành 2 bộ phận , một cho thành phần luminance và một cho các thành phần chrominance đã được tổng hợp lại . Nhờ vậy , chất lượng màu sắc trong S–video tốt hơn trong video tổng hợp đồng thời băng thông để truyền tín hiệu S–video cũng tốn ít hơn băng thông dùng cho video đa thành phần . Chuẩn S–video hiện đang được sử dụng rộng rãi trong các máy ghi videocasette , máy quay phim .v.v…
Việc thu nhận video tương tự chủ yếu dựa trên công nghệ băng từ , trừ
trường hợp đĩa laser là sử dụng công nghệ quang học .
Với video tương tự , các hình ảnh trong thế giới tự nhiên đã được thu nhận chính xác . Tuy nhiên , do bản chất của nó , video tương tự cung cấp cho người dùng rất ít khả năng tương tác và xử lý , chỉ có thể đơn giản như
chuyển kênh TV hay quay tới quay lui , chiếu nhanh chiếu chậm một đoạn băng . Những năm gần đây , sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ phần cứng , những tiến bộ trong công nghệ xử lý ảnh và nhất là những ưu điểm nổi bất của định dạng sốđang hướng người sử dụng đến với video số . Trong thế giới số , tận dụng sức mạnh của máy tính , ta có thể dễ dàng thu nhận , lưu trữ , biên tập , xử lý và trao đổi hình ảnh video .
2.3.3 Video số
x2 (tung độ) và theo chiều thời gian t . Đối với video số , việc lấy mẫu được thực hiện trên cả 3 chiều : chiều ngang x1 (hoành độ) , chiều dọc x2 (tung độ) và chiều thời gian t . Thực chất , để thu được tín hiệu video số , ta cần phải thực hiện việc số hóa (digitization) , gồm 2 bước : lấy mẫu (sampling) và lượng tử hóa (quantization) . Lấy mẫu là tiến trình chuyển đổi tín hiệu từ
dạng liên tục theo không gian và thời gian sang dạng rời rạc theo không gian và thời gian . Sau khi lấy mẫu , các tín hiệu thu được tuy đã ở dạng rời rạc nhưng chúng vẫn có giá trịở dạng liên tục . Do đó ta cần phải thực hiện việc lượng tử hóa , tức là chuyển các giá trị từ dạng liên tục (cụ thể là dạng số
thực) sang dạng rời rạc (số nguyên) .
Hình 2.9 : Quá trình số hóa
Các thông số kĩ thuật quan trọng của video số là độ phân giải theo chiều dọc (số pixel trên một cột) , độ phân giải theo chiều ngang (số pixel trên một dòng) , tỉ lệ kích thước (chiều ngang / chiều dọc) và tần số làm tươi . Băng thông của video được tính theo công thức :
FR = Tần số frame (tần số làm tươi) NL = Số dòng trên 1 frame
HR = Độ phân giải theo chiều ngang
ρ = thời gian chuyển tín hiệu từ giữa 2 dòng kế tiếp nhau
Hầu hết các hệ thống video sốđều biểu diễn màu sắc dưới dạng các thành phần riêng biệt (tương tự video analog đa thành phần) . Ngay cả khi đầu vào là tín hiệu video tương tự tổng hợp (composite video) thì đầu tiên nó cũng phải được chuyển sang dạng video tương tự đa thành phần (CAV) , sau đó từng thành phần sẽđược số hóa để cuối cùng thu được tín hiệu video số .
Việc trao đổi video số giữa các ứng dụng cũng như giữa các hệ thống đòi hỏi việc chuẩn hóa . Ngành công nghiệp máy tính (computer industry) có các chuẩn về độ phân giải lúc hiển thị , ngành công nghiệp truyền hình (TV industry) có các chuẩn về thu phát , ngành công nghiệp truyền thông (communications industry) có các chuẩn về giao thức mạng .
Do ta chỉ làm việc với video số nên từđây về sau , khi đề cập đến video tức là đề cập đến video số .