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1、多媒体技术基础 -数字视频,授课教师： Email:,2019/7/12,2,学习目标,1了解模拟视频的基本知识。 2理解视频的数字化及压缩原理。 3熟悉MPEG视频标准。 4熟悉各种常见数字视频的文件格式及特点。 5掌握将模拟视频转换为数字视频的方法。 6掌握使用数字摄像机采集视频的方法。 7了解非线性编辑的基本知识及常用的非线性编辑软件特点和功能。 8能够用某一视频编辑软件进行基本的视频编辑，将编辑好的数字视频制作为视频节目光盘。,2019/7/12,3,内容框架,2019/7/12,4,7.1 视频,视频（video）一词源于电视技术，是与动画类似的一种运动图像，也是由一系列连续的画面组
2、成，我们通常把采集于自然景物的动态影像称之为视频，而这一过程通常是借助摄像机来完成的。,2019/7/12,5,7.1 视频,7.1.1 视频的原理 1.当物体反射回来的光线通过摄像机的透镜时，该光线被CCD（Charge-Coupled Device，电荷耦合器）传感器件转换为电信号。 2.模拟摄像机的视频信号被传送到录像机（VCR，Video Cassette Recorder），录像系统采用电磁转换的方式将视频信号记录在磁带上。 3.在数字摄像机中，经CCD处理得到的视频信号首先被数字化成为一个单独的帧，然后这些数字数据被写入磁带。不同的数字摄像机采用的录制格式也不同，如DV、DVCPR
3、O、DVCAM等。,2019/7/12,6,7.1 视频,7.1.1 视频的原理,YUV色彩模型 在现代彩色电视系统中，通常采用YUV色彩模型。采用YUV色彩模型的要点是，色彩的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。如果只有Y信号分量而没有U、V分量，那么这样表示的图就是黑白灰度图。彩色电视采用YUV空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题，使黑白电视机也能接收彩色信号。,2019/7/12,7,7.1 视频,7.1.2 模拟电视制式,2019/7/12,8,7.1 视频,7.1.3 模拟视频信号的类型,RF射频输入输出接口,S-Video输入输出端子,复合视频接口,分量信号
4、接口,2019/7/12,9,7.1 视频,7.1.3 模拟视频信号的类型 1RF射频信号（radio frequency） RF射频信号（radio frequency）是一种为了能在空中传播电视信号，而由视频全电视信号调制成的信号。电视机从天线或有线电视电缆接收到的就是射频信号。,2019/7/12,10,7.1 视频,7.1.3 模拟视频信号的类型 2复合视频信号（composite video signal） 包含亮度信号、色差信号和所有同步信号的单一信号叫做复合电视信号。复合电视信号是把亮度信号和色差信号复合在一起，使用一条信号电缆线传输，并可以记录在模拟磁带的单路磁迹上。,复合视频
5、信号接口（左）及连接电缆,2019/7/12,11,7.1 视频,7.1.3 模拟视频信号的类型 3S-Video信号 S-Video（Separated video）是一种两分量的视频信号，它把亮度和色度信号分成两路独立的模拟信号（称为Y/C信号），使用两条信号电缆线分别传输，并可以记录在模拟磁带的两路磁迹上。,S端子和S端子连接电缆,2019/7/12,12,7.1 视频,7.1.3 模拟视频信号的类型 4分量视频信号 分量视频信号（component video signal）指每个基色分量作为独立的电视信号。每个基色既可以用RGB表示，也可以用亮度-色差表示，如YIQ，YUV，它通过3
6、路导线传输并记录在模拟磁带的3路磁迹上。,2019/7/12,13,7.2 视频的数字化,7.2.1 分量数字化,“分量数字化”（component digitization），表示对彩色空间的每一个分量进行数字化。通常的做法是首先把模拟的全彩色电视信号分离成YCbCr，YUV，YIQ或RGB彩色空间中的分量信号，然后用三个A/D转换器分别对它们数字化。,2019/7/12,14,7.2 视频的数字化,7.2.2 视频数字化的采样与量化 1彩色空间的转换 RGB彩色空间转换为YCbCr彩色空间可以通过以下公式转换： Y=0.299R+0.587G+ 0.114B Cr=(R-Y)0.713+
7、128 Cb=(B-Y)0.564+ 128,2019/7/12,15,7.2 视频的数字化,7.2.2 视频数字化的采样与量化 2CCIR为NTSC制、PAL制和SECAM制规定了共同的电视图像采样频率fs=13.5Hz。根据采样频，可以算出每一扫描行采样的样本点数： 对PAL制、SECAM制，采样频率fs=62525N=15625N=13.5MHz，N=864； 对NTSC制，采样频率 fs=52529.97N=15734N=13.5MHz，N=858,2019/7/12,16,7.2 视频的数字化,7.2.2 视频数字化的采样与量化 3采样格式 对彩色电视图像进行采样时，可以采用两种采样
8、方法。一种是使用相同的采样频率对图像的亮度信号和色差信号进行采样，另一种是对亮度信号和色差信号分别采用不同的采用频率进行采样。如果对色差信号使用的采样频率比对亮度信号使用的采样频率低，这种采样就称为图像子采样(subsampling)。,2019/7/12,17,7.2 视频的数字化,7.2.2 视频数字化的采样与量化 3采样格式 （1）4:4:4 YCbCr格式 （2）4:2:2 YCbCr格式 （3）4:1:1 YCbCr格式,2019/7/12,18,7.2 视频的数字化,7.2.2 视频数字化的采样与量化 4量化 CCIR061规定，每个分量的每个样本精度为8比特，即256个等级，但实
9、际上亮度信号占220级、色度信号占225级，其他们作同步、编码等控制用，这可以满足消费类和计算机应用。对于编辑类应用，每个分量的每个样本的精度则要为10比特，即每个像素样本要30位。,2019/7/12,19,7.2 视频的数字化,7.2.3 数字视频的压缩原理 （1）帧内压缩 也称空间压缩（spatial compression），当压缩一帧视频时，仅考虑本帧的数据而不考虑相邻帧之间的冗余信息，这实际上与静态图像压缩类似。 （2）帧间压缩 帧间压缩是基于许多视频的连续前后两帧具有很大的相关性，或者说前后两帧信息变化很小的特点，也就是说连续的视频其相邻帧之间具有冗余信息，根据这一特性，压缩相邻
10、帧之间的冗余量就可以进一步提高压缩量。,2019/7/12,20,7.3 MPEG标准,7.3.1 MPEG-1和MPEG-2数字视频 MPEG-1 MPEG-1标准的正式名称为“信息技术用于数据速率大约高达1.5Mb/s的数字存储媒体的运动图像和伴音编码”（Information technology-Coding of moving picture and associated audio for digital storage media at up to about 1.5Mb/s），主要是针对当时具有1.5Mb/s数据传输率的CD-ROM开发的，其目标是要把目前广播视频信号压缩到能够
11、记录在CD光盘上，并能够用单速光盘驱动器来播放，图像具有家用录像机VHS的质量和高保真的伴音效果。,2019/7/12,21,7.3 MPEG标准,7.3.1 MPEG-1和MPEG-2数字视频 2.MPEG-2 MPEG-2的标准名称为“信息技术-运动图像和伴音信息的通用编码（Information technologyGeneric coding of moving pictures and associated audio information）”，是1996年由MPEG组织推出的旨在解决多媒体传输问题的标准。MPEG-2是高分辨率视频图像的标准，针对分辨率为720484的广播级视频图
12、像，它要达到的最基本目标是位速率为4-9Mb/s，最高达15Mb/s。除了作为DVD的指定标准外，还为广播，有线电视，电缆网络以及卫星直播提供广播级的数字视频所采用的基本标准。,2019/7/12,22,7.3 MPEG标准,7.3.1 MPEG-1和MPEG-2数字视频,MPEG-1和MPEG-2的主要不同指标,2019/7/12,23,7.3 MPEG标准,7.3.2 MPEG-4多媒体交互标准 MPEG-4于1999年成为国际标准，标准名为Very-low bitrate audio-visual coding（超低速率视听编码），主要为视听（audio-visual）数据的编码和交互播
13、放开发算法和工具，是一个数据速率很低（64kb/s以下）的多媒体通信标准。,2019/7/12,24,7.4 视频文件的格式及播放,7.4.1 视频文件格式 1MPEG视频格式 MPEG-1标准文件 文件格式扩展名包括有.mpg、.mlv、.mpV、.mpeg，VCD光盘中MPEG视频文件的扩展名为.dat。 MPEG-2标准的视频文件 文件格式扩展名包括.mpg、.mpe、.mpeg、.m2v及DVD光盘上的.vob文件等。 MPEG4标准的视频文件 DivX格式是由MPEG4衍生出的另一种视频编码(压缩)标准，即通常所说的DVDrip格式。,2019/7/12,25,7.4 视频文件的格式
14、及播放,7.4.1 视频文件格式 2AVI视频格式 AVI（Audio Video Interleave）是一种音频视频交插记录的数字视频文件格式。是PC系统中使用最为广泛的视频文件格式，同QUICKTIME和MPEG并称为电脑的三大主流视频技术。 AVI文件可以采用不压缩的方式，在采集原始模拟视频时可以用不压缩方式获得最优质的图像，以便编辑后再压缩。 AVI格式还有一个特点就是具有开放性，它可以采用不同的压缩算法，也就是说，同样是以AVI为后缀的视频文件，其采用的压缩算法可能也不同，因此需要相应的解压缩软件才能识别和回放。,2019/7/12,26,7.4 视频文件的格式及播放,7.4.1
15、视频文件格式 3MOV视频格式 Apple公司的Macintosh机上的视频格式，MOV为后缀，相应的视频应用软件为Apples QuickTime for Macintosh。同时Apple公司也推出了适用于PC机的视频应用软件Apples QuickTime for Windows，因此在MPC机上也可以播放MOV视频文件。 MOV也可以作为一种流文件格式。QuickTime能够通过Internet提供实时的数字化信息流、工作流与文件回放功能，为了适应这一网络多媒体应用，QuickTime为多种流行的浏览器软件提供了相应的QuickTime Viewer插件（Plugin），能够在浏览器中
16、实现多媒体数据的实时回放。,2019/7/12,27,7.4 视频文件的格式及播放,7.4.1 视频文件格式 4Real Media视频格式 Real Media是目前互联网上最流行的跨平台的客户/服务器的多媒体应用标准，此格式由RealNetwork公司开创，采用流式技术，可以让浏览者一边下载一边观看，而不需要等到整个多媒体文件下载完成，很适合网络的发布。 Real Media包括了rm、.ra、.rp、.rt等文件格式，分别用于制作不同类型的流媒体文件。其中使用最广的Ra用以传输接近CD音质的音频数据，RM格式用来传输连续的视频数据。,2019/7/12,28,7.4 视频文件的格式及播放,7.4.1 视频文件格式 5ASF格式 Microsoft公司推出的ASF（Advanced Streaming Format，高级流格式)，是为了和Real Networks公司竞争而发展的一种在Internet上实时传播视频和音频的视频压缩文件格式。 采用MP
