多媒体技术 周苏 07-数字视频技术

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1、第7章 数字视频技术,周苏 教授 Z 电话: 13805784515 Q Q: 81505050 http:/ (感悟人生),第7章 数字视频技术,视频技术包括视频信号数字化和视频编码两个方面 视频数字化的目的是将模拟视频信号经模数转换和彩色空间变换等过程，转换成数字计算机可以显示和处理的数字信号 视频编码是将数字化视频信号经过编码成为电视信号，从而可以录制到录像带上或在电视上播放,第7章 数字视频技术,在视频技术中，全屏幕动态视频始终是多媒体计算机追求的主要目标之一，新趋势之一是与多媒体计算机密切相关的高清晰度电视 (HDTV),第7章 数字视频技术,7.1 动态图像及其特性 7.2 模拟视

2、频与数字视频 7.3 视频信息的处理 7.4 视频卡 7.5 视频和动画格式 7.6 流媒体技术 7.7 准备视频素材 7.9 实训与思考：Movie Maker视频处理软件,7.1 动态图像及其特性,人眼的视觉与其主观亮度感觉和光的作用时间有关。光像一旦在视网膜上形成，在它消失后，视觉对这个光像的感觉要维持一个有限的时间 (约1/201/10秒) ，即视觉暂留特性,7.1 动态图像及其特性,动态图像是由多幅连续的画面序列构成，沿着时间轴，每一幅画面保持一定时间，顺序地在人眼感觉不到的情况 (每秒2530帧) 下更换另一幅画面，连续不断，给人以真实的连续感觉。电影、电视以及计算机都是利用这样的

3、原理实现“动”的视觉感受的,动态图像的主要特征,动态图像的主要特性有： 动态图像具有时间连续性，适合于表示事件的“过程”，且具有更加丰富的信息内涵和更强、更生动、更自然的表现力 动态图像必须在规定的时间内更换画面，因此要求更强的实时性 动态图像的数据量更大，故必须采用合适的压缩方法才能在计算机中使用 动态图像的帧与帧之间具有很强的相关性,动态图像的主要技术参数,动态图像的主要技术参数包括 帧速：动态图像利用快速更换帧的内容来产生“动”的视觉感受，理想的情况为每秒24 30帧。但如减至每秒16帧，也能被人的视觉所接受 图像质量：图像质量除了与原始数据质量有关外，还与数据压缩倍数有关。当压缩超过一

4、定倍数后，将会明显看出质量的下降 数据量：动态图像的数据量相当可观。除了采取压缩算法外，还可通过减低帧速和缩小画面尺寸等方法来减小数据量,动画是由一系列静止的帧画面按一定的顺序排列而成的，以一定的速度连续播放，每一帧与相邻的帧略有不同，由于视觉的暂留现象而造成了连续的动态效果 按画面形成的规则和形式，动画可以分为过程动画、运动动画和变形动画,动画的分类与实现,过程动画 指根据指令进行运动的动画，这些指令也称为脚本 (Script) 。过程动画中运动的主体称为角色 (Actor) ，角色按照指定的路径进行运动 过程动画最适合于描述一个实体构造和建筑过程，如演示或模拟复杂几何形体是怎样由简单形体拼

5、接而成的，等等,动画的分类与实现,运动动画 运动动画中物体的运动一般由其物理规律来描述。它能够真实地再现诸如物体的碰撞、抛射体的运动轨迹等，以及实验室或自然界所发生的、可以根据数学公式进行描述和处理的其他现象 变形动画 通过连续的彩色插值和路径变换，可以将一幅画面渐变为另一幅画面,动画的分类与实现,动画实现技术概括起来有以下几种： 帧动画，也称全屏动画或页动画。事先建立并存储许多全屏画面，播放时将这些帧画面按适当的顺序和速度拷贝到屏幕上，以产生动画效果。这是产生各种动画的基本方法 位块动画，也称为块图形动画。它仅对屏幕的一小块进行操作，其特点是速度快,动画的分类与实现,实时动画。帧动画和位块动

6、画都是在播放前将动画中的画面绘制并存储；而在实时动画中，计算机的CPU交替进行画面的建立和显示，它需要两个画面页缓冲区，当CPU在屏幕上显示一个画面缓冲区内容的同时，在另一个画面缓冲区户绘制下一幅画面 调色板动画，也称色彩循环动画。该方法的特点是静态的，即屏幕上显示的画面不变，而是通过不断改变调色板的颜色值，使屏幕上画面的颜色不断地变化，从而产生动画的效果,动画的分类与实现,动态影像视频,影像视频，(视频, Video) ，与动画一样，也是由连续画面组成的，只不过画面是自然景物的图像 视频的许多概念来自于电视，因此其处理过程也受到电视技术的各种影响 由于电子信号是一维的，而图像是二维的，这样就

7、需要使用光栅扫描的方法完成一维电子信号到二维图像间的转换 每秒扫描的帧数称为帧频。典型的帧频为每秒24 30帧，这样的视频图像看起来才有平滑和连续的运动感觉,7.2 视频技术的发展,在多媒体系统中，视频以其直观、生动的特点得到广泛的应用 但数字化图像资料数据过于庞大，使图像数据的存储和传输面临困难。多媒体中的视频技术一直是多媒体技术中较为困难的部分,计算机和电视,20世纪40年代中期发明计算机 60年代文字进入计算机 70年代图像、声音进入计算机 80年代电视进入计算机 90年代能实时处理数据量很大的声音和图像信息,计算机和电视,20世纪20年代发明电视 50年代开发的电视技术一直沿着模拟信号

8、处理技术的方向发展 70年代开始开发数字电视 模拟电视正在向数字电视过渡,图像是由许多像素点单元构成的一幅图画 图像分辨率是度量像素密度的一种方法，也是衡量图像质量、存储图像所需要的存储空间以及在显示器上显示图像的大小的重要指标,图像显示和显示器,对同一幅图像，像素密度越高，图像就显得越清晰，存储这幅图像所需要的存储空间就越大 640480 800600 1024768,图像显示和显示器,图像显示和显示器,彩色显示器使用彩色显象管CRT 彩色显象管用红、绿、蓝三个电子枪来产生电子束 使用红、绿、蓝三种图像数据分别控制三个电子束的发光强度，使能够看到不同颜色、不同亮度的彩色图像,电影光盘,电影光

9、盘可分为三种 大影碟LD，直径为30厘米，用模拟方式存储声音和图像 小影碟VCD，单面，但可存放74分钟的内容 只存放声音的普通CD唱盘 (CD-Audio) 存放程序和数据的计算机专用数据盘 (CD-ROM) 存放声音和动态图像的小影碟，即VCD。严格地说，由于VCD这种声音和图像的存放方式是数字式的，其实它也是数据盘 DVD光盘,视频和动画一样，都是由一幅幅独立的画面 (称为帧，frame) 序列组成的。这些帧以一定的速率 (帧率fps，即每秒钟显示的帧数目) 连续地投射到屏幕上，使观察者具有图像连续运动的感觉 伴随着视频图像还有一个或多个音频轨，用来为视频图像提供伴音,7.3 模拟视频与

10、数字视频,视频图像的数字化与音频数据的数字化原理极其相似，所不同的是 把连续的视频信号通过模数转换器转换成数字信号，供计算机处理 然后又可以通过显示器内数模转换器变成模拟的视频信号，由显示器输出显示 彩色视频信号的数字化需要对三种基色 (例如红、绿、蓝) 进行量化，变成三种颜色的灰度数值，这要比音频信息数字化复杂很多,7.3 模拟视频与数字视频,模拟视频图像 具有成本低和还原度好等优点 最大缺点是被记录的清晰图像经过长时间存放后，视频质量将大为降低；或者经过多次复制之后，图像的失真就会很明显,7.3 模拟视频与数字视频,数字视频 可以无失真地进行无限次复制 还可以对视频进行创造性的编辑，如特技

11、效果,7.3 模拟视频与数字视频,数字视频技术有两层涵义 将模拟视频信号输入计算机进行数字化视频编辑，最后制成数字视频产品，即模拟视频的数字化处理、存储和输出 指视频图像由数字摄像机拍摄下来，从信号源开始，就是无失真的数字视频，当输入计算机时不再考虑视频质量的衰减问题，然后通过软件编辑制成产品。这种才是更为纯粹的数字视频技术,7.3 模拟视频与数字视频,视频图像的数字化是把连续的视频信号通过模数转换器转换成数字信号，供计算机处理，然后又可以通过显示器内数模转换器变成模拟的视频信号，由显示器输出显示 与音频数字化不同的是，彩色视频信号的数字化需要对三种基色 (例如红、绿、蓝) 进行量化，变成三种

12、颜色的灰度数值，这要比音频信息数字化复杂很多,7.3 模拟视频与数字视频,模拟视频基于模拟技术以及图像的广播与显示所确定的国际标准 模拟视频图像具有成本低和还原度好等优点，因此在电视上看到风景录像，往往具有身临其境的感觉 最大缺点是不论被记录的图像多么清晰，经过长时间的存放之后，视频质量将大大降低；或者经过多次复制之后，图像的失真就会很明显 数字视频可以弥补这些缺陷,7.3 模拟视频与数字视频,数字视频是基于数字技术以及其他更为拓展的图像显示标准。数字视频技术有两层涵义 一是将模拟视频信号输入计算机进行数字化视频编辑，最后制成数字视频产品 二是指视频图像由数字摄像机拍摄下来，从信号源开始，就是

13、无失真的数字视频，当输入计算机时不再考虑视频质量的衰减问题，然后通过软件编辑制成产品。这才是更为纯粹的数字视频技术,7.3 模拟视频与数字视频,按回放功能划分，视频可分为三类 全屏幕实时信号源播放 全屏幕全数字化视频信号播放 局部屏幕全数字化视频信号播放,7.3 模拟视频与数字视频,全屏幕视频指显示的视频图像充满整个屏幕,因此这与显示分辨率有关。对于标准VGA全屏幕意味着640480分辨率，而对于Super VGA则可能是800600或1024768等分辨率 全运动视频指以每秒30帧的速度刷新画面，这样快的速度不会产生闪烁和不连贯。有些计算机只能以每秒15帧的速度播放视频图像，这就达不到全运动

14、效果,7.3 模拟视频与数字视频,全屏幕和全运动是两个完全不同的概念 比如可以在一个小窗口内实现全运动视频 也能以全屏幕显示静止图像 随着数字视频技术的发展和PC机速度的不断提高，使得在PC机上编辑全屏幕全运动高质量的视频图像成为可能,7.3 模拟视频与数字视频,在多媒体数字视频中有三个因素将最终影响视频图像的质量，分别是 数据速率：是指每秒钟文件占用的字节数。数据速率越高，图像质量就越好，同时文件所占磁盘空间增加，并加大了系统开销 压缩比：这在一定程度上也将影响到视频回放时视频图像的质量，如果采用视频压缩比过大，在回放时花费在解压的时间就长,7.3 模拟视频与数字视频,关键帧 (Keyfra

15、me) ：关键帧的确立是视频压缩过程中影响视频质量的一项重要技术指标，尤其是对于含有频繁运动的视频图像序列，如关键帧数少，会出现图像不稳定的现象,7.3 模拟视频与数字视频,此外，计算机本身的性能也将影响视频图像的质量。例如，CPU的类型及速度、磁盘控制器、操作系统的内存开销、等待状态和视频设置等因素都将影响数据速率，因而选择一个性能良好的多媒体计算机系统也是十分必要的,7.3 模拟视频与数字视频,国际上流行的视频制式标准主要有NTSC、PAL和SECAM等 美国、日本和我国台湾等地区使用NTSC制式，规定每秒30帧视频画面，采用隔行扫描方式 中国大陆及欧洲大多数地区使用PAL制式，规定每秒2

16、5帧，隔行扫描方式 法国、苏联、非洲地区采用SECAM制式 这些制式标准定义了彩色电视机对视频信号的解码方式,7.3 模拟视频与数字视频,7.3 模拟视频与数字视频,通常，NTSC、PAL和SECAM制式的视频信号都是模拟的，在进入计算机前必须进行数字化处理，即模/数转换和彩色空间变换等 视频数字化的过程称为捕捉，是指在一段时间内以一定的速度对视频信号进行捕捉并加以采样后，形成数字化数据的处理过程 视频编码则是将数字化视频信号经过编码成为电视信号，从而可以录制到录像带上或在电视上播放,7.4 视频信息的处理,在多媒体计算机系统中，对视频信号的应用大致可分为三个过程 视频信息的采集 编辑 应用,对视频媒体信息的编辑处理可借助编辑软件来完成。常用的视频编辑软件主要有： Video for Windows：是在Windows平台上实现简单视频编辑工作的软件 QuickTime：是Apple公司最早在Apple机上推出的视频处理软件 Adobe Premiere：提供了较强的视频线性编辑功