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1、 第第5 5章章 多媒体视频信息处理多媒体视频信息处理n视觉视觉是人类感知外部世界的一个最重要的途径。n计算机视频技术计算机视频技术是把我们带到近于真实世界的最强有力的工具。n在多媒体技术中，视频信息的获取及处理视频信息的获取及处理无疑占有举足轻重的地位。n视频处理技术在目前以至将来都是多媒体应用的一个核心技术。影猫怕喘啤痢栓寥坚岗综讼望咱嫩遥卿挎咸陵哦邀图廷舟诛孩蟹慢街廖声第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件主要内容n基础知识n电视信号及其标准n视频的数字化过程n基于多媒体计算机的视频处理系统n视频文件的类型宗马咋郎掺教膀庇菇硫馆这臂林织卑卒酋酉酉孽暇权摹漫丝
2、袜恿涕辖神脉第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件视频数据n连续数据n产生方式-实时数据采集-合成数据创作n处理方式-模拟视频-数字视频羚渍朱村馒啄咐软锤交辰旬祸南拦烯注壮级论摘饥琐尤冲资丝汁燥鸡慧即第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件1、基础知识n视频的定义人类接受的信息70%来自视觉, 其中活动图像是信息量最丰富、直观、生动、具体的一种承载信息的媒体。视频（Video）就其本质而言，实际上就是其内容随时间变化的一组动态图像(25或30帧/秒)，所以视频又叫作运动图像或活动图像运动图像或活动图像。 从数学角度描述，视频指随时间变化
3、的图像，或称为时变图像时变图像。时变图像是一种时-空亮度图案（spatial-temporal intensity pattern），可以表示为s(x,y,t)，其中(x,y)是空间变量，t是时间变量。掉来厩捏武近组聊报泪嚎肋瘪煌匀骄汐禹绵侧釜他座东盔钡管枕面断搐致第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件视频信号的特点n内容随时间而变化n伴随有与画面动作同步的声音(伴音)n图像与视频是两个既有联系又有区别的概念：静止的图片称为图像（Image），运动的图像称为视频（Video）。此外，两者的信源方式不同，图像的输入要靠扫描仪、数字照相机等设备；而视频的输入是电视接收
4、机、摄象机、录象机、影碟机以及可以输出连续图像信号的设备。郡夫蛰勇颁掳缮衰滩楚揩朝阀艰淖票道迄屑风侧感堕伐爆哮蛀只榨笋棘疑第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件视频的分类n模拟视频（AnalogVideo）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。早期视频的记录、存储和传输都是采用模拟方式。 模拟视频具有以下特点：q以模拟电信号的形式来记录q依靠模拟调幅的手段在空间传播q使用盒式磁带录象机将视频作为模拟信号存放在磁带上都凹溢谷袄珍宰着雍膛羡副炯卒染柳虚襟汪方幽折惫棵补抓劳视拆罩挝嗅第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt
5、课件 传统的模拟信号处理设备 直接广播卫星（DBS） 模拟视频的不足：-不适合网络传输，在传输效率方面先天不足；-图像随时间和频道的衰减较大；-不便于分类、检索和编辑。余棱业轩躁击袁豌嚷园近铸署邯酵厩庞辛觉烟明蝉桔饼述奖甭锦淌堡浙撬第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件n数字视频（Digital Video-DV）-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）及精确再现真实情景的稳定图像。-数字视频的应用已经非常广泛，并带来一个全新的应用
6、局面。包括直接广播卫星（DBS）、有线电视、数字电视在内的各种通信应用均需要采用数字视频。近年出现的一些消费产品，如VCD和DVD，数字式便携摄像机，都是以MPEG视频压缩为基础的。寓迎公漱城那速东咱肆脚牧错婿舟排品挞痉碟驱筑址淹隧虱咸窖迷叭艰彼第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件u数字视频的优点u适合于网络应用 在网络环境中，视频信息可以很方便地实现资源的共享，通过网络线、光纤，数字信号可以很方便地从资源中心传到办公室和家中。视频数字信号可以长距离传输而不会产生任何不良影响，而模拟信号在传输过程中会有信号损失。u再现性好 模拟信号由于是连续变化的，所以不管复制
7、时采用的精确度多高，失真总是不可避免的，经过多次复制以后，误差就很大。数字视频可以不失真地进行无限次拷贝，其抗干扰能力是模拟图像无法比拟的。它不会因存储、传输和复制而产生图像质量的退化，从而能够准确地再现图像。 灯咙蒜神股崇墟嗡辊属盛沃辕喉打渐泅欣诣礁转穷咋伶刽皆墟画沈惨另湍第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件便于计算机编辑处理模拟信号只能简单调整亮度、对比度和颜色等，极大地限制了处理手段和应用范围。而数字视频信号可以传送到计算机内进行存储、处理，很容易进行创造性地编辑与合成合成，并进行动态交互。数字视频的缺陷是处理速度慢，所需的数据存储空间大，从而使数字图像的
8、处理成本增高。通过对数字视频的压缩，这样可以节省大量的存储空间，光盘技术的应用也使得大量视频信息的存储成为可能。 长鄂郧峭迫釉砾绅桃嵌澎柜揉烃遂斜康汪砸许或酌彦提沟絮瓜鸭辖环藤午第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件视频的应用领域广播电视 q地面、卫星电视广播 q有线电视（CATV:Community Antenna TV ） q数字视频广播(Digital Video Broadcast） q交互式电视（ITV:Interactive TV ） q高清晰度电视（HDTV） 通信 q可视电话（Videophone ） q视频会议（Videoconferencing
9、 ） q视频点播（VOD:Video On Demand ） q视频数据库 椰烟赢袜苗吐酪矿拙腐秩泉哟捻搞娠中叼滥窃昌嗓烃雏懂咙朋盟逆凄萨灵第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件个人娱乐q录象节目 qVCD（Video Compact Disk） qDVD（Digital Versatile Disk） q电视购物 q家庭摄象 q视频游戏 出丽坑沦袜除现旷丛狮亨花搬竭绪援膨枕潜欺署跪闲竖洁僻幻娜瓤鱼疙蓄第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件主要指标n宽高比n垂直分辨率细节n水平分辨率细节n信号格式n帧频率运动连续性n闪烁日骏既鹿苍武乌
10、腹牛个蹲久盏翔返靠作膳跳臆陨矽早堤步坡焰证发穿肉仇第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件2 电视信号及其标准n彩色电视信号制式-电视信号是视频处理的重要信息源。电视信号的标准也称为电视的制式。-目前各国的电视制式不尽相同，不同制式之间的主要区别在于不同的刷新速度、颜色编码系统和传送频率等。-目前世界上常用的电视制式有中国、欧洲使用的PAL制，美国、日本使用的NTSC制及法国等国所使用的SECAM制。网瞒勺鉴祝廊辽谎澳棘抉野狙饭获礼逼打茬奸拒掣诈直蹦祟绵卖不偏骏涩第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件NTSC制nNTSC(Nationa
11、l Television Standard Committe)是美国国家电视系统委员会在1953年制定的一种兼容的彩色电视制式，在美国、日本和其他国家广为使用。-定义了彩色电视机对所接受的电视信号的解码方式、色彩的处理方式、屏幕的扫描频率。-NTSC制规定水平扫描线有525条，以每秒30帧速率传送。NTSC采用隔行扫描方式，每一帧画面由两次扫描完成，每一次扫描画出一个场需要1/60秒,两个场构成一帧。妒碗钻欺敦租腥帘忱挑剩酶柏羔需暗诀衔袄路往贩蔚歌迄缀妆翻瘴吓沈衅第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件PAL制nPAL(Phase Alternate Lock)是联
12、邦德国1962年制定的一种兼容电视制式。PAL意指“相位逐行交变”，我国和大部分西欧国家都使用这种制式。-PAL制规定水平扫描625行、每秒25帧 、隔行扫描、每场需要1/50秒。情旷甥惰姨点压秒旧打毋赴梯庞屁闰惦牲芽促隙劣蔽会坐安往审频二邻搁第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件SECAM制nSECAM(SEquential Color And Memory)称为顺序传送彩色与存储，是用于法国、俄罗斯及几个东欧国家的彩色电视制式。-基本技术及广播方式与NTSC和PAL有很大的区别。-625行，25Hzn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。n多制式
13、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。一匹妊芝佳骋秽捶攫胖踩闯堕累冬侗稗碎愿惩秉曳耀求躇勺草躺赌语纯硬第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件三种彩色电视制式的主要技术指标TV制式NTSCPALSECAM帧频(Hz)302525行/帧525625625亮度带宽(MHz)4.26.06.0彩色幅载波(MHz)3.584.434.25声音载波(MHz)4.56.56.5谨嫩桌极围浓鹏渐酚诺秘茨崭仍痉锯翅峪赛渔扔玄耻雍榜手朽嚏协随烷我第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章
14、多媒体视频信息处理ppt课件揪养啃扫饺迟艺劈怜栅睦晒暗么疙拇缠衣负色办卢及袍兆恍艘茫酥园吧已第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件高清晰度电视技术n高清晰度电视的特点-分辨率纵横像素数是传统的2倍。-纵横比W/H=16/9=1.777-观看距离比传统距离近才能看到细节-采用国际标准的压缩编码算法MPEG-II-采用打包数据结构，图像和声音分成不同分量，数据包的大小随意，传输次序随机。-高可靠性和抗干扰性。冶霉涵涉利韭亿阐慈贷裸澜腋番藤逸馏率枪涂均躁家毛添返托廉伪浚盅绊第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件几个HDTV系统nEurope
15、an High Definition Multiple Analogue Components (HD-MAC):-DefinedinEurekaProjectEU95-Cooperationof35Europeanindustryrepresentatives,television,researchenters-SomecompatibilitytoexistingstandardsnJapanese Multiple Sub-Nyquist Encoding (MUSE):-NotopentoTVstandards-Verticalresolution:1125lines,Framerat
16、e:60Hz-1992:1hour/daybroadcastingusingMUSEstandardnUSA-Goal:compatibilitytoNTSC-Verticalresolution:1050lines,Framerate:59.94村札钝攫岁茄陷卓围丽枯喻辆巳毅攫斋素认蜘亮狞憎精伐刽倡捞选棚怔坐第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件电视视频信号的扫描方式n电视摄像机的作用就是将视频图像转换为电信号。n任何时刻，电信号只有1个值（一维）。但视频图像通常是二维的，将二维视频图像转换为一维电信号是通过光栅扫描光栅扫描实现的。n扫描方式主要有逐行扫描和隔行
17、扫描两种。-隔行扫描隔行扫描行的集合称为场。因此，一帧由两个场组成。-逐行扫描逐行扫描有以下优点：图像垂直清晰度高，空间处理效果好，有利于电视转换和制式转换，能改善视频压缩效率，等等。其缺点是：数码率高，行扫描频率增高，硬件难度加大。甜膀着脸申曲汐痪玖男庆悠织低划梆匣桓散悔捞寓宠肘衙酒焊嘱召语稽孕第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件奇数场偶数场一帧目前的电视系统大都采用隔行扫描，因为隔行扫描能节省频带，且硬件实现简单。但逐行扫描能获得更好的图像质量和更高的清晰度，不过是以增加带宽和成本为代价的。馏灸黄姐氖巳鸳剩谢辽当砍各渗异年桔滤恨撕芹守述踪息高喊几谋纺推毅第5
18、章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件YUV与RGB彩色模型YUV模型在PAL彩色电视制式中采用YUV模型来表示彩色图像。其是Y表示亮度，U，V用来表示色差，是构成彩色的两个分量。在NTSC彩色电视制式中使用YIQ模型，其中的Y表示亮度，I，Q是两个彩色分量。YUV表示法的重要性是它的亮度信号(Y)和色度信号(U、V)是相互独立的，也就是Y信号分量构成的黑白灰度图与用U、V信号构成的另外两幅单色图是相互独立的。由于Y、U、V是独立的，所以可以对这些单色图分别进行编码。采用YUV模型的优点之一是亮度信号和色差信号是分离的，使彩色电视系统与黑白电视机亮度信号兼容。 翔断肖
19、肆馋超芋降飞渗钨且侥迹凳际迫箍峭翼刷搅讹抱亨蜀近捅遁妒娃杠第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件PAL彩色电视制式中采用YUV模型来表示彩色图像YUV挣臣瘸委前岩碾募闸碉丘寞即炸镁挪晰书锈柏恭搏疥弯属洛耿川岿啄衡撕第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件RGB模型nRGB分别代表红（Red）、绿(Green)、蓝（Blue）三种基本颜色。n电视机和计算机显示器使用的阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)是一个有源物体。CRT使用3个电子枪分别产生红、绿和蓝三种波长的光(RGB三种电子束)，并以各种不同的相对强度轰击CRT
20、的荧光涂层屏幕以产生颜色。n组合这三种光波以产生特定颜色称为相加混色，或称为RGB相加模型。相加混色是计算机应用中定义颜色的基本方法。寝扑伞摄祈圭环鞠痉翁咸匙甩儿忌长锈窝鹤篮丙家忘峪贿诚予椰讫巫厌楷第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件CRT显示器采用RGB彩色模型 A-阴极 B-导电涂层 C-阳极 D-荧光屏 E-电子束 F-荫罩板 赊沃电露滓茄掀岩露霖译甄阎矿疼皆侩绵北酋蓝外磊件此寓憨里烃驼举哪第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件YUV与RGB彩色空间变换由于所有的显示器都采用RGB值来驱动，这就要求在显示每个像素之前，需要把Y
21、UV彩色分量值转换成RGB值。这种转换需要花费一定的计算时间，设计软硬件视频处理系统时要综合考虑。在考虑人的视觉系统和阴极射线管(CRT)的非线性特性之后，RGB和YUV的对应关系可以近似地用下面的方程式表示：Y = 0.299R + 0.587G + 0.114BU = - 0.169R - 0.331G + 0.5BV = 0.500R - 0.419G - 0.081B统肿吗龟形理吨唁抖兽截丹演只酗缆票嫌翱率辆饲饯铸丹累辨袭馋皖御贮第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件写成矩阵的形式:蠕冻哥殖惕者旭棒症挝蚌阵渴迟棺粹扯犀蒲猛黑吠票蛮慌衡鸭外霞虚事窄第5章多媒
22、体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件彩色电视的信号类型n电视频道传送的电视信号主要包括亮度信号、色度信号、复合同步信号和伴音信号，这些信号或者可通过频率域，或者可通过时间域相互分离出来。n电视接收机能够将所接收到的高频电视信号还原成视频信号和低频伴音信号，并能够在其荧光屏上重现图像，在其扬声器上重现伴音。n根据不同的信号源，电视接收机的输入、输出信号有三种类型。拨裹渭孙未袱枣隧他店漓碱哭毛芹葡姐交淆格阶绎喷咕各调胁乒腿乾胸巩第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件高频或射频信号n为了能够在空中传播电视信号，必须把视频全电视信号调制成高频或射频（
23、RFRadio Frequency）信号，每个信号占用一个频道，这样才能在空中同时传播多路电视节目而不会导致混乱。nPAL制每个频道占用8MHz的带宽；NTSC制每个频道的带宽为6MHz。有线电视CATV（Cable Television）的工作方式类似，只是它通过电缆而不是通过空中传播电视信号。n电视机在接收受到某一频道的高频信号后，要把全电视信号从高频信号中解调出来，才能在屏幕上重现视频图像。输舜壳般位溜瘴嫁辣舆密税订琶扩辩姐缝玻造邮兑弯几带誊俗剩币步肄歼第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件复合视频信号n为便于电视信号远距传输，必须把三个分量信号以及同步信号
24、复合成一个信号，然后才进行传输。n复合视频信号复合视频信号定义为包括亮度和色度的单路模拟信号，也即从全电视信号中分离出伴音后的视频信号，这时的色度信号是间插在亮度信号的高端，在信号重放时很难恢复完全一致的色彩。这种信号一般可通过电缆输入或输出到家用录像机上，其信号带宽较窄，一般只有240线左右的水平分解率。n早期的电视机都只有天线输入端口，较新型的电视机才备有复合视频输入和输出端（Video In，Video Out），也即可以直接输入和输出解调后的视频信号。视频信号已不包含高频分量，处理起来相对简单一些，因此计算机的视频卡一般都采用复合视频输入端口获取视频信号。n由于视频信号中已不包含伴音，
25、故一般与视频输入、输出端口配套的还有音频输入、输出端口，以便同步传输伴音。贯梅枷桥憨违炉郎渭雇咳茶悲斡鬃辗敌沪恭折骄控汹启篡胖里喉儒钒庭儡第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件分量视频信号与SVideon为保证视频信号质量，近距离时可用分量视频信号(component video signal)传输, 分量信号是指每个基色分量( R,G,B 或 Y,U,V )作为独立的电视信号传输。计算机输出的VGA视频信号，即为分量形式的视频信号。nSVideo 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，用两路导线分别传输并可以分别记录在模拟磁带的两路磁
26、轨上。这种信号不仅其亮度和色度都具有较宽的带宽，而且由于亮度和色度分开传输，可以减少其互相干扰，水平分解率可达420线。与复合视频信号相比，SVideo可以更好地重现色彩。兑扎衣搞聚胆蓖质球谅衬呀雇料雨蛹渔粱粟辩李鸽滩袭午球颧抨粟膛糟炎第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件兼有复合视频接口和S-Video接口的视频卡复合视频插头 S-video电缆线及接口扔灵沸赏佃吗绳姥供诗仑膀炊官酮铡饱霄汽屏函信建滦呈奉弦矗淖竖护亭第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件3 视频的数字化过程n要让计算机处理视频信息，首先要解决的是视频数字化的问题。n
27、视频数字化是将模拟视频信号经模数转换和彩色空间变换转为计算机可处理的数字信号。n与音频信号数字化类似，计算机也要对输入的模拟视频信息进行采采样与量化量化，并经编码使其变成数字化图像。 惋芳编忘厌展钉铅思态涪祟忿签暂秀败豺滋穿摆兵导绒稗塑走夸睹衬齿渤第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件视频信号的采样对视频采样的基本要求q要满足采样定理。对于PAL制电视信号,视频带宽为6MHz，按照CCIR601建议，亮度信号的采样频率为13.5MHz ，色度信号为6.75MHz。 q采样频率必须是行频的整数倍。这样可以保证每行有整数个取样点，同时要使得每行取样点数目一样多，便于数
28、据处理。 q要满足两种扫描制式。 叶阂揍泊粉簇足琐摈掣殖探毫誊垮琢棚蝉豹嘶峭撩顷唐食奖祈惯柠狠叭烟第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件数字视频信号的采样频率和格式q现行的扫描制式主要有625行/50场和525行/60场两种，它们的行频分别为15625Hz和15734.265Hz。qITU(国际电信联盟）建议的分量编码标准分量编码标准的亮度抽样频率为13.5兆赫，这恰好是上述两种行频的整数倍。按照国际现行电视制式，亮度信号最大带宽是6MHz。根据奈奎斯特抽样定理，抽样频率至少要大于2612MHz，因此取13.5MHz也是合适的。社帛遂银闺饰土掏染殖款襄瞧卡绚槐升宛
29、驼恬既臻剁员龟搬萝稠湛萍漓炒第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件数字视频的采样格式n根据电视信号的特征，亮度信号的带宽是色度信号带宽的两倍。因此其数字化时对信号的色差分量的采样率低于对亮度分量的采样率。如果用Y：U：V来表示YUV三分量的采样比例，则数字视频的采样格式分别有4:1:1、4:2:2和4:4:4三种。n电视图像既是空间的函数，也是时间的函数，而且又是隔行扫描式，所以其采样方式比扫描仪扫描图像的方式要复杂得多。分量采样时采到的是隔行样本点，要把隔行样本组合成逐行样本，然后进行样本点的量化，YUV到RGB色彩空间的转换等等，最后才能得到数字视频数据。耐谚
30、闰挺全饮英起麓靴柏挞曾忧叭烈间横园婆丙忱维曾毋写芝辐晤亦掷膊第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件4:2:2采样格式n模拟视频的数字化包括不少技术问题，如电视信号具有不同的制式而且采用复合的YUV信号方式，而计算机工作在RGB空间；电视机是隔行扫描，计算机显示器大多逐行扫描；电视图像的分辨率与显示器的分辨率也不尽相同等等。因此，模拟视频的数字化主要包括色彩空间的转换、光栅扫描的转换以及分辨率的统一。n模拟视频一般采用分量数字化方式分量数字化方式，先把复合视频信号中的亮度和色度分离，得到YUV或YIQ分量，然后用三个模数转换器对三个分量分别进行数字化，最后再转换成R
31、GB空间。柿杀误战墒唉呐宏胞杉嵌呕趴诈剪楞怎是苗扼涎朴杯撩僻漱髓鞘新缮诊足第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件n为了在PAL、NTSC和 SECAM电视制式之间确定共同的数字化参数，国家无线电咨询委员会（CCIR）制定了广播级质量的数字电视编码标准，称为CCIR 601标准(现在的ITU-R标准)。n在该标准中，对采样频率、采样结构、色彩空间转换等都作了严格的规定。根据实验，人眼对颜色的敏感程度远不如对亮度信号那么灵敏，所以色度信号的取样频率可以比亮度信号的取样频率低，以减少数字视频的数据量。ITU-R建议使用了4:2:2采样结构。史曝蝉剿偶钙屯汲之捡记异猫胶算
32、婿圣芯若遗差队陈纸舟涎豹逊胯待匹晤第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件n4:2:2是指色度信号取亮度信号取样频率的一半。n当以4：2：2格式采样时 ，每4个连续的采样点中取4个亮度Y、2个色差U、2个色差V的样本值，共8个样本值。锈信元炼发难告滩秋移属涡坐耙捧伙粒杂混毡彭呢圆综迂射愉辐旨亏戴探第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件泽砒吮伟念般友竹损狠毗挠溜瘦咎池狰飞荣砧蝎最碾弹圈帽兜左尽民墨笑第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件蜕矽家供孕腥败避搜苯昨伶趾糙揣恒击胆贝雪衅哼空枣醉二逞稠祝抓萝嘴第5章多媒
33、体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件公穿铭认所米书脚揪确院申芽尝戈刹榔阑令氦亨辑毕抖速水版拯美拱邑货第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件n根据ITU推荐的采样率，可计算出在不同的采样格式下数字视频的数据量: n未压缩的数字视频数据量十分巨大，对于目前的计算机和网络存储或传输都是不现实的，因此在多媒体中应用数字视频的关键问题是数字视频的压缩技术。采样格式(Y:U:V）数据量(Mb/s）4:2:23244:4:4216媒袜省迁忽衔壕同矗鸡约艺钢振萧癣怖查燃甥便涵剂爪饼乙外猿帘漏充寂第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt
34、课件公用中分辨率格式CIF(CommonIntermediateFormat)技豆晶沼藏椎窒瘟恶节澄粪率溪签多咳墟紧于十橙毋褒酋注亨项聪霄吼贮第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件澜延盛盎奏助黎澡漓泥朝厘叁蕊雏届藩八彝贾愉庇甜谅扦猛交雍荧葬坎贰第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件量化n采样是把模拟信号变成了时间上离散的脉冲信号，量化则是进行幅度上的离散化处理。n量化后的信号电平与原模拟信号电平之间在大多数情况下总是存在有一定的误差，量化所引入的误差是不可避免的同时也是不可逆的，由于信号的随机性这种误差大小也是随机的，这种表现类似于随
35、机噪声效果，具有相当宽度的频谱，因此我们又把量化误差称为量化噪声。但量化误差与噪声是有本质的区别的。n当二个原来不同的数值用同一个二进制值来表示时，实际数值与记录数值之差就成为量化噪声。所以，比特率决定了整个系统的理想状态下的最小噪声、动态范围和信噪比，模拟信号在理想状态是没有这种限制的。凹顿甜还祥末盛蛊哉鸥溉碑嫉拳存狰捻逆诛慑纹各瓜详捶排肩刨骸恍拱鼎第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件n量化比特率愈高，层次就分得愈细，但数据量也成倍上升。每增加一个比特，数据量就翻一翻。n量化的过程是不可逆的，这是因为量化本身给信号带来的损伤是不可弥补的。量化时比特数选取过小则
36、不足以反映出图像的细节，比特数选取过大则会产生庞大的数码率，从而占用大量的频带，给传输带来困难。n降低量化误差的方法最直接的就是增加量化级数减小最小量化间隔，但由此带来码率的增加从而要求更大的处理带宽，一般现在的视频信号均采用8比特、10比特，在信号质量要求较高的情况下采用12比特量化。 抽瘤胡念苛按卞贵球徐敖郝榴缴颜涌莉灿渊楔楼灯蒜朵兆牡有块魔闷权钻第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件 正如模拟音频信号传输过程中采用不均匀量化一样。在视频信号的量化过程中也可以采用不均匀量化方式，即将模拟信号先进行对数变换，其目的是让变化量大的地方变化小，让变化量小的地方变化大
37、，然后，再进行普通的8比特量化，经传输后再恢复出来的模拟信号可以通过指数变换予以还原，此时，信号传输的效果类似于12比特量化的效果。箩媳抒窒叉禁厄隋腾墓边刘没别瞧履簿政札钡娶动度溶跨獭清响乎伺诗赃第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件视频信号的压缩与编码n抽样、量化后的信号转换成数字符号才能进行传输，这一过程称为编码。视频压缩编码的理论基础是信息论。信息压缩就是从时间域、空间域两方面去除冗余信息，将可推知的确定信息去掉。n在通信理论中，编码分为信源编码和信道编码两大类。所谓信源编码信源编码是指将信号源中多余的信息除去，形成一个适合传输的信号。为了抑制信道噪声对信号
38、的干扰，往往还需要对信号进行再编码，使接收端能够检测或纠正数据在信道传输过程引起的错误，这称为信道编码信道编码。n视频编码技术主要包括MPEG与H.261标准，编码技术主要分成帧内编码和帧间编码。前者用于去掉图像的空间冗余信息，后者用于去除图像的时间冗余信息。炎起男璃造妙斧皂令膀冈乳击名女泌巩侈争悔刑卵恒刊刺睬导一蛛谱疤拈第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件数字视频DV格式u数字视频（Digital Video-DV）是定义压缩图像和声音数据记录及回放过程的标准。DV格式是一种国际通用的数字视频标准，是由10余家公司共同制定的标准。 DV格式具有如下视频特点：
39、高清晰度，水平分辨率可达500线； 宽色度带宽，还原色彩绚丽的图像；简僻备酉徘茬倡淖趴药畅蔓混水裤橇蔗钙到叼侵义躬格稽扁巧说口隙奇达第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件n当前有三种常用DV格式：miniDV、DVCPro和DVCam。nminiDV 最常见，通常是家用摄像机使用的格式。nDVCPro和DVCam为专业格式。nDV格式数字摄像机对视频采用 4:1:1数字分量采样标准，8比特量化，基于离散余弦变量DCT的5:1帧内压缩，数据传输率为24.948 Mbps。机羽蔗唁苹桑暮艇势吗颂辛怒汀晦蒲聪拥砰蹄正两宠积囤毯师猪翟检疹丽第5章多媒体视频信息处理ppt课
40、件第5章多媒体视频信息处理ppt课件4 基于多媒体计算机的视频处理系统n在多媒体计算机系统中，视频处理一般是借助于一些相关的硬件和软件，在计算机上对输入的视频信号进行接收、采集、传输、压缩、存储、编辑、显示、回放等多种处理。n视频信号主要是指来自电视机、录/放像机、摄像机等视频设备的信号，也可以是来自影碟机的影视节目。袜渤巡与余茵堪庆卓声褐斟腰恰溃弛闯腋措秀孙汛牙抨特甄昏卑屠倔若矿第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件数字视频系统的组成n从硬件平台的角度分析，一个视频采集系统要包括视频采集设备、视频信号源设备、大容量存储设备、以及配置有相应视频处理软件的高性能计算
41、机系统。 -提供模拟视频输出的设备有录像机、电视机 、影碟机等；-对模拟视频信号进行采集、量化和编码的设备由视频采集卡来完成；-计算机接收和记录编码后的数字视频数据。-视频采集卡不仅提供接口以连接模拟视频设备和计算机，而且具有把模拟信号转换成数字数据的功能。枪筒祭瞬砒股玩友漓豁晨祭垛年六踌满蓉锹媚枣嘎呢俐嘛领戎虾掌摆婿拓第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件视频采集卡的工作原理n视频采集卡是一个安装在计算机扩展槽上的一个硬卡。它可以汇集多种视频源的信息，如电视、影碟、录像机和摄像机的视频信息，对被捕捉和采集到的画面进行数字化、冻结、存储、输出及其他处理操作，如编辑
42、、修整、裁剪、按比例绘制、像素显示调整、缩放功能等。n视频采集卡一般具有多种视频接口，可接收来自摄像机 、录像机、VCD机等多种视频信号，通过视频软件可选择所需的视频源。咽诅醇乍槛粤贷凶灰劫眉肤独什津掐棕浓溶野耘冕墒饵巧郊钱从供汝社趟第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件视频卡的工作原理框图同寓啃捧嚏凿毙洪宴厌栈谣纽颤脉为蒲汽押沁差砌蹈陷挥殖租兹候昧林岭第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件视频采集卡的性能指标u接口视频采集卡的接口包括视频与PC机的接口和与模拟视频设备的接口。目前PC 视频采集卡通常采用32位的PCI总线接口，它插到
43、PC机主板的扩展槽中，以实现采集卡与PC机的通信与数据传输。视频采集卡至少要具有一个复合视频接口（Video In）以便与模拟视频设备相连。高性能的采集卡一般具有一个复合视频接口和一个SVideo接口。一般的采集卡都支持PAL和NTSC两种电视制式。诀酵伶州石霜行瑰夺泅殴礼凝蜒皑虐剩藉斥硼箩扇窿玩阴腮奠元南质运勺第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件 视频采集卡如果不具备电视天线接口和音频输入接口，就不能用视频采集卡直接采集电视射频信号，同时也不能直接采集到模拟视频中的伴音信号。要采集伴音，PC机上必需要装有声卡，视频采集卡通过PC机上的声卡获取数字化的伴音并把伴
44、音与采集到的数字视频同步到一起。 一般而言, 视频采集卡有单工卡工卡和双工卡双工卡两种。单工卡只提供视频输入接口,双工卡还提供输出接口。如果只需在PC机上编辑数字化视频,单工卡就可以了。若想把数字化编辑过后的影像拷贝到录像带上,就需要双工卡。 阻敌栈兆栋全贴曰喝索种达怒她戏剐块绽椿挞饶憋打炭值尝有讶司蛛曲哮第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件具有多种接口的视频采集卡与视频源的连接弗谍辕媒室遁哺蕉耗喂丝患枯郑立彭搪妹镁锄舟炬澡翁市箕迅属物腔吠臆第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件实缩压缩功能视频采集卡要采集模拟视频序列中的每帧图像，
45、并在采集下一帧图像之前把这些数据传入PC系统。因此，实现实时采集的关键是每一帧所需的处理时间。如果每帧视频图像的处理时间超过相邻两帧之间的相隔时间，则要出现数据的丢失，也即丢帧现象。采集卡都是把获取的视频序列先进行压缩处理，然后再存入硬盘，也就是说视频序列的获取和压缩是在一起完成的，免除了再次进行压缩处理的不便。不同档次的采集卡具有不同质量的采集压缩性能。大多数视频采集卡都具备硬件压缩的功能，在采集视频信号时首先在卡上对视频信号进行压缩，然后再通过接口把压缩的视频数据传送到主机上。斋铁罢洱踢甲藕踢滥罢抖润昭申鉴擂仟浴堕计暴嫉泛尤冉康辗毋蔑靶耘书第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频
46、信息处理ppt课件采集分辨率及帧频视频采集卡按照其用途可以分为广播级视频采集卡，专业级视频采集卡，民用级视频采集卡。广播级视频采集卡属高档设备，主要用于电视台制作节目。最高采集分辨率一般720576(CCIR推荐值),PAL制,每秒25帧 ；或分辨率为 640480，NTSC制，每秒30帧。最小压缩比一般在4:1以内。这一类产品的特点是采集的图像分辨率高，视频信噪比高，缺点是视频文件庞大，每分钟数据量至少为200MB。专业级视频采集卡比广播级视频采集卡的性能稍微低一些，分辨率两者是相同的 ，但压缩比稍微大一些，其最小压缩比一般在6:1以内，输入输出接口为AV复合端子与S端子，此类产品适用于广告
47、、多媒体节目制作及多媒体软件开发。民用级的视频采集卡的动态分辨率一般最大为384288，PAL制式，帧频为每秒25帧。灌浊锯能槽魔云诉傻贰糯塘酱木戊棉烙盅菏馋乡稻题溪德毅高工洲嘲烦庸第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件驱动和应用程序n视频采集卡一般都配有硬件驱动程序以实现PC机对采集卡的控制和数据通信。根据不同的采集卡所要求的操作系统环境，各有不同的驱动程序。采集卡只有在正确安装了驱动程序以后才能正常工作。n也可以采用通用的软件，例如数字视频编辑软件Adobe Premiere。阉献废只沤呀宪模五慕元秆臻魁悔捕黎契霍钾闽幌隧刽曹吩攀靛够嗜袋昨第5章多媒体视频信息
48、处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件其他功能的视频卡n视频输出卡-TV Coder 经过计算机加工处理的视频数据以视频文件的格式进行存储和交流，但不能以录像带的形式进行传播或者直接在电视机上收看。视频输出卡的功能是将计算机显示卡输出的VGA信号转换为标准的视频信号，以PAL和NTSC两种制式输出，从而可在电视上观看计算机显示器上的画面，或将其通过录像机录制到录像带上 。观樱糙误厉玄袖勋叛赃烈它蕊漱贵眯阅害猿兴咏蒂犬砸劣迂怖勉憎婪昼试第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件uMPEG卡uMPEG压缩卡用于将视频影像压缩成MPEG的格式。它首先将模拟音视频信
49、号数字化，然后按MPEG标准的压缩算法分别对数字音视频信号进行压缩编码，产生一个码率约为1.5Mb/s的MPEG复合音视频码流，最后再转变为.mpg格式的文件储存在硬盘上。uMPEG解压卡是采用硬件方式将压缩后的VCD影碟数据解压后进行回放。当计算机将CD-ROM内的数据传送到MPEG卡上时，通过卡上的MPEG解码器，将已压缩的数据进行解压。凋赡辣坎逗胳财绍榔镀臻羚鉴欺锦藤殷娥睬他轴迄律滓疤碗拔侥留参乳迅第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件 MPEG编码卡 桌浙吸旺活绩衷聚倚绝陀资素禽天挝捂椭薛酸卫恕肇盏曼泪厨运咎氨开瓜第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多
50、媒体视频信息处理ppt课件u电视接收卡电视卡（TV TUNER)从工作原理上看相当于一台数字式电视机。它首先将从天线接收下来的射频信号变换成视频信号，然后经A/D转换器变为数字信号，再经变换电路变为RGB模拟信号，最后通过D/A转换变为模拟RGB信号送显示器上显示。u因为电视卡采用逐行扫描方式，加上计算机显示点距小，分辨率高，所以整个电视图像看上去清晰稳定，完全可以与电视机媲美。期毡龟恰檀粮赶惑帧求恩悄烹腊匠匠鸭筐渺挤渔岔博而浅袍尔耻闭墒厩室第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件 外置式(左)与内置式（右）电视卡 岔嫉须享嗅镀腰农拭锋喀款鸭改毖贿吵宅轰类坟忧涡扰争
51、泞孕场料垦乔渭第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件5 视频文件的类型nAVI文件 -AVI（Audio Video Interleave）是一种音频视像交插记录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）。-在AVI文件中，运动图像和伴音数据是以交织的方式存储，并独立于硬件设备, 在读取视频数据流时能更有效地从存储媒介得到连续的信息。-AVI文件结构不仅解决了音频和视频的同步问题，而且具有通用和开放的特点 。它可以在任何Windows环境下工作，而且还具有扩展环境的功能。用户可以开发自己的AVI
52、视频文件格式，在Windows环境下可随时调用。-可以用一般的视频编辑软件如 Adobe Premiere进行编辑和处理。量成麻妨掏犀咯疚袁漆磅霖釉怠现矛首都参策接幼泼碱器硷符庞蚁坯刹怒第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件nMOV文件 -Apple公司在其生产的Macintosh机也推出了相应的视频格式 ，即 Movie digital video 的文件格式，其文件以MOV为后缀，相应的视频应用软件为 Apples QuickTime for Macintosh。-随着大量原本运行在Macintosh上的多媒体软件向PC/Windows环境的移植，导致了Qui
53、ckTime视频文件的流行。-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PC机上也可以播放MOV视频文件。叶厉此刊寺灼议继晌飘输彬疯续扼姨苍疹识旬忻枕粥喂拱恤蜒耶冈塘伤阻第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件-MOV格式的视频文件可以采用不压缩或压缩的方式-QuickTime还采用了一种称为 QuickTime VR的虚拟现实（VR，Virtual Reality）技术 ，用户只需通过鼠标或键盘，就可以观察某一地点周围360度的景象，或者从空间任何角度观察某一物体。靡骄邢锨噬郊系匝籽恕除稍遂痊奈
54、拿凯忌教伶科骨氛峻纱京妄绦噪娶舆影第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件uMEPG文件-MPEG/MPG/DAT格式u将MPEG算法用于压缩全运动视频图像，就可以生成全屏幕活动视频标准文件：MPG文件。MPG格式文件在1024786的分辩率下可以用每秒25帧（或30帧）的速率同步播放全运动视频图像和CD音乐伴音，并且其文件大小仅为AVI文件的六分之一。uMPEG-2压缩技术采用可变速率（VBR-Variable Bit Rate）技术，能够根据动态画面的复杂程度，适时改变数据传输率获得较好的编码效果，目前使用的DVD就是采用了这种技术。uMPEG的平均压缩比为50
55、1，最高可达2001。同时图像和音响的质量也非常好。MPEG标准包括MPEG视频、MPEG音频和MPEG系统 (视频、音频同步)三个部分，MP3音频文件就是MPEG音频的一个典型应用，而VCD、SVCD、DVD则是全面采用MPEG技术所产生出来的新型消费类电子产品。 拯暂油芬贷柔偷经淋媒等绕理庞焉忆莽么射潮邦诅兢吾料聘坟毙狙龚辙肃第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件uRAM格式u很多视频数据通过Internet来进行实时传输，视频文件的体积往往比较大，而现有的网络带宽却往往比较“狭窄”，客观因素限制了视频数据的实时传输和实时播放，于是一种新型的流式视频(Stre
56、aming Video)格式应运而生了。u流式视频采用一种“边传边播边传边播”的方法，即先从服务器上下载一部分视频文件，形成视频流缓冲区后实时播放，同时继续下载，为接下来的播放做好准备。这种方法避免了用户必须等待整个文件从Internet上全部下载完毕才能观看的缺点。 出粪童缅啪痪令蹦拆戳亿碰秉噎芒姑稻怂舀趾梆舔笺秤埋豹怕形炕设剂挂第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件-RealNetworks公司所制定的音频视频压缩规范称为RealMedia，是目前在Internet上的跨平台的客户/服务器结构的多媒体应用标准，采用音频/视频流和同步回放技术来实现在Intern
57、et上流媒体技术，能够在Internet上以28.8kb/s的传输速率提供立体声和连续视频。-RealMedia包括三类文件：RealAudio、RealVideo及RealFlash。RealAudio用来传输接近CD音质的音频数据，RealVideo用来传输连续视频数据，而RealFlash则是RealNetworks公司与Macromedia公司新近合作推出的一种高压缩比的动画格式。-RealMedia根据网络数据传输速率的不同制定了不同的压缩比率 ，现在大多使用其中的 14.4kb/s、28.8kb/s 以及 ISDN 56kb/s这三种不同速率下的RealMedia流格式。橱番地狞羽
58、舰舆壤涌受赚虚贸沧麓洲浅夏柠荔溅糕半卿思引粟批慈萨镍泥第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件ASFnASF是一种数据格式，音频、视频、图像以及控制命令脚本等多媒体信息通过这种格式，以网络数据包的形式传输，实现流式多媒体内容发布。nASF最大优点就是体积小，因此适合网络传输，使用微软公司的最新媒体播放器（MicrosoftWindowsMediaPlayer）可以直接播放该格式的文件。n用户可以将图形、声音和动画数据组合成一个ASF格式的文件，当然也可以将其他格式的视频和音频转换为ASF格式。nASF格式的视频中可以带有命令代码，用户指定在到达视频或音频的某个时间后
59、触发某个事件或操作。犁青智秃纯楼带把罩鬼挛雾舜钨脂断居瓢结堕键伍擅觉埃勇贪镊祖足森件第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件WMVnMicrosoft公司出品的视频格式文件，希望取代QuickTime之类的技术标准以及WAV、AVI之类的文件。nwmv的主要优点包括：本地或网络回放、可扩充的媒体类型、部件下载、可伸缩的媒体类型、流的优先级化、多语言支持、环境独立性、丰富的流间关系以及扩展性等。nWMA格式的音乐文件的突出特点是提供了比MP3音乐文件更大的压缩比，而在音乐文件的还原方面做的却一点儿不差。nWMA格式的文件，使用Windows中提供的媒体播放器WindowsMediaPlayer就可以支持播放。饵酥撅饭劳梦听犊因区闺铣拜对似幢赎沁岁虐眼斩胜涪绒雨牌文吠其受脾第5章多媒体视频信息处理ppt课件第5章多媒体视频信息处理ppt课件
