第5章 多媒体视频技术1

多媒体视频技术1

视觉是人类感知外部世界的重要途 径,而视频技术是把我们带到近于真实 世界的最强有力的工具.在多媒体技术 中,视频信息的获取及处理占有举足轻 重的地位,视频处理技术在目前以至将 来都是多媒体应用的核心技术. .1

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目录5.1 数字视频基础 5.2 运动图像压缩标准 5.3 数字摄像头与视频卡 5.4 VCD 制作系统2

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5.1 数字视频基础5.1.1 视频的基本概念 5.1.2 视频的数字化 5.1.3 视频的文件格式

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5.1.1 视频的基本概念1,视觉暂留现象人眼有一种视觉暂留的生理现象,即人观 察的物体消失后,物体映像在人眼的视网膜上 会保留一个非常短暂的时间(0.1-0.2s).利用这 一现象,将一系列画面中物体移动或形状改变 很小的图像,以足够快的速度连续播放,人就 会感觉画面变成了连续活动的场景.

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2.视频的定义 2.视频的定义视频是指内容随时间变化的一组动态图 像,又叫作运动图像或活动图像. 视频中的一幅幅单独的图像称为帧 (Frame),每秒钟连续播放的帧数称为帧率, 典型的帧率是24帧/秒,25帧/秒和30帧/秒, 这样的视频图像看起来才能达到顺畅和连续 的效果.

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3 视频的分类按照处理方式的不同,视频分为模拟视频和数字视 频. 模拟视频(Analog Video):模拟视频是一种用于 传输图像和声音的并且随时间连续变化的电信号. 模拟视频具有以下特点: 依靠模拟调幅的手段在空间传播 以模拟电信号的形式来记录 使用盒式磁带录象机将视频作为模拟信号存 放在磁带上 传统上,视频都以模拟方式进行存贮和传送, 然而模拟视频不适合网络传输,在传输效率方 面先天不足,而且图像随时间和频道的衰减较 大,不便于分类,检索和编辑.

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数字视频(Digital Video-DV) 要使计算机能够对视频进行处理,必须把视频 源--即来自与电视机,模拟摄像机,录像机,影碟 机等设备的模拟视频信号,转换成计算机要求的数 字视频形式并存放在磁盘上,这个过程称为视频的 数字化过程(包括采样,量化和编码). 数字视频克服模拟视频了的局限性,这是因为 数字视频可以大大降低视频的传输和存贮费用,增 加交互性(数字视频可通过光纤等介质高速随机读 取)及带来精确再现真实情景的稳定图像.

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数字视频的特点视频信号数字化后的主要优点有: ①便于创造性的编辑与合成,交互性强 ②可不失真地进行多次复制,抗干扰能 力强,再现性好 ③在网络环境下可长距离传输而不损耗, 容易实现资源共享 缺陷:处理速度慢,数据量大8

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视频技术的应用1.在广播电视中的应用 常规数字电视,高清晰度电视 2.在通信领域中的应用 可视电话,视频会议,视频点播 3.在计算机领域中的应用 视频制作,VCD,DVD,视频数据库,动画 4.在其它领域

中的应用 数字图书馆,视频游戏,网上购物,军事9

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4 电视制式电视视频信号是一种模拟信号,由视频模拟数 据和视频同步数据构成,用于接收端正确的显示图 像.信号的细节取决于应用的视频标准或者"制 式". 电视制式是指电视显示的标准.目前各国的电视 制式不尽相同,不同的制式对视频信号的解码方式, 色彩处理方式以及屏幕扫描频率的要求不同. 常见的电视制式有NTSC (美国电视标准委员 会),PAL(逐行倒相)以及SECAM(顺序传送与存储 彩色电视系统).在PC领域,由于使用的制式不同, 10 存在不兼容的情况.

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NTSC 制式NTSC(National Television Systems Committee)制式是美国1953年制定的彩色电 视标准,适用于美国,加拿大,日本,韩国 台湾等地.NTSC制式规定: ①525行/帧,30帧/秒 ②隔行扫描:2场/帧,262.5行/场 ③宽高比:4:3(电影为3:2) ④颜色模型:YIQ NTSC制式在信号传输无失真的情况下 具有较高的彩色图像质量,清晰度较高,无 明显的闪烁现象.

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PAL 制式PAL(Phase-Alternative Line)制式是德国 1962年制定的彩色电视标准,中国,香港,新 加坡,朝鲜和多数欧洲国家使用. PAL制式规定: ①625行/帧,25帧/秒 ②隔行扫描:2场/帧,312.5行/场 ③宽高比:4:3 ④颜色模型:YUV12

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SECAM 制式SECAM制式是法国1965年提出的彩色电视标准, 法国,俄罗斯以及东欧国家使用.SECAM制式类似 PAL制式. 不同制式的电视机只能接收和处理其对应 制式的电视信号. 多制式或全制式的电视机,为处理和转换 不同制式的电视信号提供了极大的方便.全制式电视 机可在各国各地区使用,而多制式电视机一般为指定 范围的国家生产.13

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HDTVHDTV(High Definition TV)高清晰度电视), ①逐行扫描,1000行/场 ②宽高比:16:9, 多声道环绕声音 ③传送的信号全部数字化 根据场扫描方式的不同,目前HDTV可分为三 种模式,分别是: 720p(1280×720,"p"代表逐行扫描) 1080i(1920×1080,"i"隔行扫描) 1080p(1920×1080,"p"代表逐行扫描) 其中720P和1080i格式的HDTV在网络上最为 常见

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5 视频的特点1. 具有较高的分辨率,色彩逼真 2. 人类接受信息的70%来自视觉 3. 视频信息直观,生动,具体 4. 视频信息容量大

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5.1.2 视频的数字化视频信号的数字化是指将模拟视频信号经 过模/数转换和彩色空间变换转化为数字信号的 过程,其中涉及: 模拟 扫描 信号 采样 量化 数字 编码 信号

主要为两个方面:空间位置的离散和数字 化;亮度电平的离散和数字化16

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图像是离散的视频,视频是连续的图像.y帧序列 11111111

t

像素点 空间位置的离散和 数字化

x

0000000 0 图像量化(8位) 亮度电平的离散和数 字化

17 对视频按时间逐帧进行数字化得到的图像序列即为数字视频.

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视频分割技术: 视频分割技术:原始视频流

:送入计算机中的视频流. 图像帧:构成视频的最小单位. 不利于对视频内容的检索. 为了便于检索,在前面的两极结构中加入若干级中间结构: 镜头,场景等. 把原始视频流划分为镜头称为视频分割技术.它是数字视频 处理和视频数据库管理系统中的基本问题.

原始视频流 图像帧

数字视频

场景

镜头

帧

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5.1.3 视频文件的格式AVI文件 DAT文件 MPG文件 MOV文件19

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AVI 文件AVI(Audio Video Interleave)是一种音频视频 交插编码的数字视频文件格式.1992年初微软公 司推出了AVI技术及其应用软件VFW(Video for Windows). 特点: 特点:①允许音频和视频交错在一起同步播放. 允许音频和视频交错在一起同步播放. 支持256 256色 RLE压缩 压缩. ②支持256色,和RLE压缩. 不限定压缩标准,不具备兼容性, ③不限定压缩标准,不具备兼容性,不同压缩算法生成 AVI文件 需要相应的解压缩算法才能播放. 文件, 的AVI文件,需要相应的解压缩算法才能播放. 多用于多媒体光盘上. 多用于多媒体光盘上.20

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MOV文件MOV(Movie digital video)文件是Apple公司 在其Macintosh机推出的视频文件格式,其相应 的视频应用软件QuickTime与VFW类似. QuickTime for Macintosh QuickTime for Windows MOV文件格式的压缩算法 Video编码支持16位图像深度 的帧内压缩和帧间压缩.