为什么视频需要数字化？

数字化通常包括采样、量化、压缩三个环节。其中，采样和压缩技术对视频信号的质量有重要影响。采样率的高低代表着选取样本的间隔是小还是大，高采样率表示间隔很小，这样会带来更好的信号。压缩分为无损压缩和有损压缩两种。无损压缩的好处就是可以完全保持原始视频或者音频信号包含的所有信息，但是缺点在于压缩后的数据很大，对于那些喜欢以流媒体方式不间断地听音乐，或者流畅地观看视频节目的人来说，这种压缩方式就太笨拙了，因为需要等很长的时间。有损压缩就正好相反，文件会变小，传输时间也会变快，当然画质和音质也会有所下降。

理论上来讲，视频信号质量与它的容量和速度好像鱼和熊掌，不可兼得，但是实际上，我们的技术人员总是在不断努力去寻找其中的平衡。视频压缩和解压缩的格式，也就是编码方式，有很多种，它们可以用来满足不同的压缩目的，有些有损压缩也能提供高清视频，看起来画面的色度和对比度依然是很完美的。比如我们比较熟悉的MPEG格式，它在压缩时忽略的是那些在视频系列影像中没有变化的图像细节。

举个例子，如图1-3所示，这个镜头表现了足球在草地上滚动的过程，视频压缩中不会用不同的数据来重复表现相同的绿草，而是用大量的数据描绘滚动的足球，因为表示绿草的数据可以重复使用。关于数字视频的格式，我们后面会专门介绍，因为这个问题非常重要。

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图1-3　草坪上滚动的足球

视频数字化的过程比较抽象，我们可以打个比方：将原始的视频信号比作一根水管，弯弯曲曲的很像模拟信号的波形图，如果我们要把这根水管用卡车运到别的地方去，运输的要求是不能破坏水管原来弯曲的形状，这个过程就好比信号的存储和传输。一种方法是整体装箱，在运输的过程中得极其小心，因为磕磕碰碰会使水管原来的形状遭到破坏，这样不仅需要极大的卡车，而且难度很大，就相当于模拟信号的传输。其实，更好的做法是把水管切分为小段，每段编上号码，再进行运输，到达目的地后再根据编码组装。那么，最优化的切分和编码方法是什么呢？应该是将同样曲度的水管进行编码，舍弃一些同样编码的水管，这样运输变得很简单，后期我们只要根据编码再复制出那些缺失的水管就行了，而且因为编码的数值是非常精确的，因此可以保证水管的曲度不会改变，这就相当于视频信号的采样和编码过程。

数字信号比模拟信号更便于处理和传输，可以长期保存、多次复制，抗干扰和噪音能力强，尤其是在远距离传输中，不会产生模拟电路中不可避免的信噪比劣化、失真度劣化等损害，所以，数字化的优势是很明显的。