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1、第四章 数字视频基础,像素是数字图形与图像中能被单独处理的最小基本单元。 注：从像素的视觉属性看，它是一个最小可视单位。从像素的量值属性看，它的数据结构应同时包含有显示地址、色彩、亮度等数据，这些数据就称为像素值。如果把每个像素值按照图像中该像素所对应的位置排列，就可以构成一个像素矩阵，矩阵中的每一个元素对应图像中的一个点。因此数字图形与图像的非线性编辑正是对这个像素矩阵的数据采用一定的算法进行有目的的处理。,1、图形、图像的像素,常见的色彩模式有： HSB（色相、饱和度、亮度）； RGB（红色、绿色、蓝色）； CMYK（青色、洋红、黄色、黑色）； LAB（由亮度L分量和两个色度分量：A从绿色
2、到红色，B从蓝色到黄色）； YUV与YIQ模式。 （其中HSB （不常用）， RGB三色光混合，用于显示器， CMYK以打印在纸上的油墨的光线吸收特性为基础。）,2、图形图像的色彩模式,RGB（红色、绿色、蓝色）,RGB模型也称为加色法混色模型。它是以RGB（红、绿、蓝）三基色光互相叠加来实现混色的方法，因而适合于显示器等发光体的显示。当三种基本颜色等量相加时，就会得到不同深浅的灰色。然而物体的颜色是丰富多彩的，任何一种颜色和这三种基色之间的关系可用下面的配色方程来描述： F(物体颜色)=R（红色的百分比）+G（绿色的百分比）+B（蓝色的百分比）,YUV与YIQ模式,YUV适用于PAL和SEC
3、AM彩色电视制式，而YIQ适用于NTSC（National Television System Committee,国家电视系统委员会）彩色电视制式。其中Y是亮度信号，U和V则是两个色差信号，分别传送红基色分量和蓝基色分量与亮度分量的差值信号，在NTSC彩色电视制式中使用YIQ模型，其特性与YUV模型相近。,3、图形与图像的基本类型,位图图像在技术上称为栅格图像，它使用彩色网格即像素来表现图像每个像素都具有特定的位置和颜色值。（优缺点） 矢量图形由称为矢量的数学对象定义的线条和曲线组成。矢量根据图像的几何特性描绘图像。（优缺点）,4、图形与图像的基本属性,分辨率 颜色深度 Alpha通道,分辨
4、率:分辨率是一个统称，分为显示分辨率、图像分辨率等。 显示分辨率是指某一种显示方式下，显示屏上能够显示出的像素数目，以水平和垂直的像素数表示。 图像分辨率是指组成数字图形与图像的像素数目，以水平和垂直的像素数表示。,关于图像的大小和分辨率,显示器分辨率:显示器上每单位长度显示的像素或点的数量,通常以点/英寸(dpi)来表示，硬件上与制造有关。一定的图像像素在不同分辨率的屏幕上显示的大小不一样，屏幕分辨率越大显示的图像越小。显示器的尺寸只影响人视觉上的大小。 图像分辨率：通常以像/英寸(ppi)来表示，在photoshop中可以更改图像的分辨率，在inmageready中，图像的分辨率始终是72
5、ppi.由于其创建的图像专门用于联机Web介质而非打印介质。,在photoshop中，图像的分辨率和像素尺寸是相互依存的。由于一定的打印机其打印分辨率是一定的，如果在打印尺寸一定的情况下，图像分辨率越大，像素尺寸越小。 文件大小：图像大小是指图像的容量数字大小，度量单位是字节。相同的图像尺寸，像素越多，图像尺寸越大，（1*1英寸200ppi的图像所包含的像素是1*1英寸100ppi所包含的像素的四倍，所以文件大小也是它的四倍。）。另外，文件的压缩格式也影响图像文件的大小。,颜色深度 颜色深度是指图像中每个像素的颜色（或亮度）信息所占的二进制数位数， 记作位/像素（bits per pixel，
6、bpp ）。,常见颜色深度种类有： 4位：这是VGA标准支持的颜色深度，共16种颜色。 8位：这是数字媒体应用中的最低颜色深度，共256种颜色。 16位：在16位中，用其中的15位表示RGB三种颜色，每种颜色5位，用剩余的一位表示图像的其他属性。 24位：用三个8位分别表示RGB，称为三个颜色通道，可生成的颜色数为16 777 216种，约16 M种颜色，这已成为真彩色。 32位：同24位颜色深度一样，也是用三个8位通道分别表示RGB三种颜色，剩余的8位用来表示图像的其他属性。,Alpha通道 使用32位颜色深度时，用一个8位来表示图像的透明度信息，这个8位通道称为Alpha通道。,Alpha
7、通道分为两种类型：Straight和Premultiplied通道。 Straight Alpha通道将像素的透明度信息保存在独立的Alpha通道中，它也被称为不带遮罩的Alpha通道。 Premultiplied Alpha通道不但保存Alpha通道中的透明度信息，而且同时保存RGB通道中的相同信息，因而它也被称为带有背景色遮罩的Alpha通道。,数字视频原理及标准,1动态图形与图像的视觉原理 人眼具有“视觉暂留”的时间特性，人眼对光像的主观亮度感觉与光像对人眼作用的时间并不同步,主观感觉亮度是逐渐下降的, 如图所示:,视觉暂留一般时间较短暂(约0.1s0.4s)。 利用这一现象，将一系列画
8、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，就会产生连续活动的场景。 （电影电视里屏幕闪烁、车轮风扇反转等）,2.视频的定义 视频又称运动图像或活动图像，它是指连续地随着时间变化的一组图像。 （一般情况下该组图像具有相关性，趋于一致） 帧：一幅单独的图像(frame) 帧率：每秒种播放的帧数，单位是f/s 典型的帧率：24f/s、25f/s、30f/s 常见的视频信号：电影、电视,3.视频信号的描述,普通电视制式:PAL、NTSC、SECAM制,从扫描的形式上看，可以分为非交错式和交错式。（逐行、隔行）,NTSC制式(美国、日本、中国台湾等) National Televisio
9、n Systems Committee (1953，美国) 30帧/秒(29.97fps)，525行/帧 隔行扫描：2场/帧，262.5行/场 颜色模型：YIQ 宽高比：4:3(帧大小：352*240),PAL制式(中国、德国、英国、朝鲜等) Phase Alternation Line(1962，德国) 25帧/秒，625行/帧 隔行扫描：2场/帧，312.5行/场 颜色模型：YUV 宽高比：4:3(帧大小：352*288) SECAM制式(法国、俄罗斯、东欧国家) “轮流传送彩色与存储”(1966年，法国) 类似PAL制式,数字电视： 拍摄、编辑、制作、传输、播出、接收电视信号全过程都使用
10、数字技术的电视系统。 目前数字视频可以分为三种不同的标准： （1）ATSC (Advanced Television Systems Committee, 广播行业组织，美国高级电视系统委员会)标准 ,该标准中14种采用逐行扫描方式。 高清晰度电视（HDTV）为19201080F，帧频F为60（59.94）Hz/隔行扫描，帧频30（29.97）Hz/逐行扫描，帧频24（23.92）Hz/逐行扫描；还有（HDTV）1280720F，帧频F为60（59.94）Hz/逐行扫描，帧频30（29.97）Hz/逐行扫描，帧频24Hz/逐行扫描。 目前的HDTV有三种显示分辨率格式，分别是：720P(128
11、0720，逐行)、1080i(19201080，隔行)和1080P(19201080，逐行)。 常规清晰度电视（SDTV）为704 480 F和64O 480 F，帧频F可以是 23.976、24、29.97、30、59.94和60Hz。,4、数字视频标准,（2）DVB（The Digital Video Broadcasting Project，数字视频广播节目）标准（是以欧洲为典型的数字视频标准） 25Hz帧频的SDTV IRD可以接收扫描格式为72057625、54457625、35257625的图像; 3OHz帧频的SDTV IRD可以支持30000/1001Hz的帧频，可以接收扫描格
12、式为72048030、54448030、48068030、35248030和352240O30的图像。 对25Hz的HDTV IRD，可以接收扫描格式为1152192OF和10801920F的图像。,（3）ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting，综合业务数字广播)标准 它是由欧洲的DVB-T衍生出来的集中在日本的数字视频标准，可以说是经修改的欧洲方案。与DVB-T相比，ISDB-T增加了部分接收和分层传输功能，是一种标准化的复用方案，可以灵活地集成和发送多节目的电视和其它数据业务。它可以接收的扫描格式与DVB系统相近。,其电视接收器按清晰度
13、等级可分,收看数字电视：数字机顶盒/AV端子智能卡,1.视频数字化过程,视频是连续的图像 图像是离散的视频,二、视频的数字化,2.数字视频的优点 与模拟视频相比，其优点： 数字视频便于创造性的编辑与合成 数字视频可不失真地进行多次复制 在网络环境下容易实现资源共享 数字视频可与其它媒体组合使用 缺陷：处理速度慢 数据量大(压缩、光盘),运动图像压缩标准,一、MPEG标准概述 MPEG(Moving Picture Experts Group,运动图像专家组)是在1988年由ISO/IEC联合成立的工作组，其主要任务是制订各种运动图像及其伴音信号的数字压缩国际标准。 1.MPEG-1标准 MPE
14、G-1是92年通过的用于1.5Mbps速率的数字存储媒体运动图像及伴音编码标准。 MPEG-1主要应用：光盘、数字录音带、磁盘、通信网络以及VCD等。,5.2 运动图像压缩标准,2.MPEG-2标准 MPEG-2是1994年通过的用于4-15Mbps速率的广播级运动图像及伴音编码国际标准。 MPEG-2主要应用：DVD、HDTV(高清晰度电视)、视频会议以及多媒体邮件等。 3.MPEG-4标准 MPEG-4是1998年通过的用于低比特率(64kbps)的视频压缩编码标准。 主要应用：可视电话、视听对象(交互) 衍生DIVX：DivX是将影片的音频由MP3来压缩、视频由MPEG-4技术来压缩，最
15、后再将两部分合成制作而成的 Xvid （真正全开放，性能比DIVX更佳）,运动图像压缩标准,4.MPEG-7标准 MPEG-7(Multimedia Content Description Interface，多媒体内容描述接口)规定一套描述符标准，用于描述各种多媒体信息，以便更快更有效地检索信息。 主要应用：数字图书馆、广播媒体选择、多媒体编辑以及多媒体索引服务。 5.MPEG-21标准 多媒体框架(Multimedia Framework),运动图像压缩标准,6.H.264/AVC 是由ITU-T视频编码专家组（VCEG）和ISO/IEC动态图像专家组（MPEG）联合组成的联合视频组（JV
16、T，Joint Video Team）提出的高度压缩数字视频编解码器标准。 (H.264/MPEG-4 AVC ) x.264是H.264的另外一种开源编码格式 ,相对依赖CPU软件解码. 7.VC-1 微软公司高清电视压缩标准，VC-1和H.264一样是下一代数字高清电视的视频压缩标准 , VC-1是SMTP(美国电影协会）所有，只有付费才能拿到,运动图像压缩标准,8.AVS AVS（Audio and Video coding Standard Workgroup of China） ：“信息技术先进音视频编码”是我国具备自主知识产权的第二代信源编码标准是我国具备自主知识产权的第二代信源编码标准.是国家标准之一。 据传：AVS和H.264即将成为IPTV的候选国际标准。MPEG-4未入选,视频容器格式定义了怎么存储数据（视频和音频），而不论存储什么类型的数据，不是所有视频格式能兼容该容器格式。 （一般我们说视频文件格式主要是指容器格式，而不是指编码格式） 1.AVI文件 AVI(Audio Video In
