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1、第五章 数字视频基础,5.1 数字视频基础,一、视频的基本概念 1.视觉暂留现象 人眼具有一种视觉暂留的生物现象，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(24-30f/s)连 续播放，人就会感觉画面变 成了连续活动的场景。,5.1 数字视频基础,一、视频的基本概念 2.视频的定义 视频又称运动图像，它是连续地随着时间变化的一组图像(24f/s、25f/s、30f/s)。 常见的视频信号有：电影、电视、动画。 3.视频的特点 人类接受信息的70%来自视觉(重要获取)
2、视频信息确切、直观、生动 视频信息容量大,5.1 数字视频基础,一、视频的基本概念 4.电视的制式 NTSC制式(美国、日本、台湾地区) 525行/帧，30帧/秒(29.97fps) 隔行扫描：2场/帧，262.5行/场 宽高比：4:3 颜色模型：YIQ,5.1 数字视频基础,1帧,奇数场,偶数场,5.1 数字视频基础,一、视频的基本概念 PAL制式(中国、多数欧洲国家) 625行/帧，25帧/秒 隔行扫描：2场/帧，312.5行/场 宽高比：4:3 颜色模型：YUV SECAM制式(法国、俄罗斯、中东国家) 类似PAL制式，色度信号调频，PAL制调幅 HDTV(高清晰度电视) 图像清晰度是现
3、行电视的2倍 宽高比：16:9，多声道环绕声音,5.1 数字视频基础,二、视频的数字化 1.视频信号数字化过程,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,二、视频的数字化 图像是离散的视频，视频是连续的图像。,5.1 数字视频基础,5.1 数字视频基础,二、视频的数字化 2.视频数字化的优点 与模拟视频相比，数字视频的优点是： 数字视频便于创造性的编辑与合成 视频数字信号可长距离传输而不损耗 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),5.1 数字视频基础,三、数字视频的文件格式
4、1.AVI文件 AVI(Audio Video Interleave)文件是一种音视频交叉记录的数字视频文件格式。微软公司于1992年推出了AVI技术及其应用软件VFW。 特点：AVI采用帧内压缩,可用一般的视频编辑软件进行编辑或处理。 提供无硬件视频回放，其窗口大小和帧率可根据播放环境进行调整。,5.1 数字视频基础,三、数字视频的文件格式 2.MPG文件 MPG文件是采用MPEG算法进行压缩的全运动视频文件格式。它在1024*768的分辨率下可用每秒25或30帧的速率同步播放全运动视频图像和CD音乐伴音，其文件大小为AVI的1/6。 DAT文件也是基于MPEG压缩算法的一种文件格式,它是V
5、ideo CD和卡拉OK CD数据文件的扩展名。,5.1 数字视频基础,三、数字视频的文件格式 3.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。 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。,5.1 数字视频基础,四、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
6、、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,5.2 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编码国际标准。 1.MPEG-1标准 MPEG-1是1992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,一、MPEG标准概述 2.MPEG-2标准 MPEG-2是1
7、994年通过的用于4-15Mbps速率的广播级运动图像及伴音编码的国际标准。 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)。,5.2 运动图像压缩标准,一、MPEG标准概述 4.MPEG-7标准 MPEG-7(多媒体内容描述接口,Multimedia Content Description Interface)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、
8、多媒体编辑以及多媒体索引服务。,17,5.2 运动图像压缩标准,一、MPEG标准概述 5.MPEG-21标准 多媒体框架(Multimedia Framework) MPEG-21可以描述成一些关键技术的集成,这些技术可以通过访问全球网络和设备实现对多媒体资源的使用. MPEG-21的最终目标是要为多媒体信息的用户提供透明而有效的电子交易和使用环境.,5.5 数字视频压缩算法,（MPEG-1标准）,MPEG-1标准叫作“运动图像和伴随声音的编码用于速率约在1.5Mb/s以下的数字存储媒体”，主要用于多媒体存储与再现，帧速率为25帧/秒或30帧/秒，码率为1.5Mb/s 动态图像与静态图像：,5
9、.5 数字视频压缩算法,（MPEG-1标准）,MPEG数据流采用分层结构 1） 运动图像系列：包含一个表头，一组或多组图像和系列 结束标志 2）图片组：由一系列图像组成，可以从运动系列中随机存取。 3） 图像：由一个亮度信号和两个色度信号组成。 4） 块：由一个8*8的亮度信息或色度信息组成 5）宏块：由一个16*16的亮度信息和两个8*8的色度信息构成。 6）图像切片：由一个或多个连续的宏块构成,5.5 数字视频压缩算法,（MPEG-1标准）,几个名词：空间冗余；时间冗余；帧内编码；帧间编码,5.5 数字视频压缩算法,（MPEG-1标准）,MPEG视频算法的两个基础： 基于16*16 块的运
10、动补偿缩减时间冗余技术 基于变换域（DCT）的缩减空间冗余技术 运动补偿技术采用纯预测编码算法和插值预测编码算法。预测误差在缩减空间冗余时被进一步压缩,5.5 数字视频压缩算法,（MPEG-1标准）,一 缩减时间冗余度 3种画面： 内帧：经过中度压缩，可作为随机访问点 预测帧：以参考帧为基础进行编码 内插帧：以前后两个参考帧为基础进行编码，其压缩比最高 运动补偿预测技术：假设每一帧当前画面都可以以前一帧画面为原型经过变换得到，这一变换是局部的。运动信息必须正确编码，它是重构画面所必需的信息的一部分。,5.5 数字视频压缩算法,（MPEG-1标准）,MPEG采用了运动补偿预测技术，在时域内以1/
11、15秒或1/10秒的时间间隔取参考子图，对低分辨率的子图进行编码，采用反映运动的附加校正信息进行插值，可得到全分辨率的视频信号。,5.5 数字视频压缩算法,（MPEG-1标准）,5.5 数字视频压缩算法,（MPEG-1标准）,由于插补运动补偿被编码的信息是低分辨率子图和反映运动的附加校正信息，同时由于视频信息时域冗余度很高，附加运动校正信息非常少，所以插补运动补偿编码，可获得极高的压缩比。,5.2 运动图像压缩标准,二、MPEG视频压缩工具 1.豪杰实用工具集 AVI转MPEG,5.2 运动图像压缩标准,二、MPEG视频压缩工具 1.豪杰实用工具集 DAT转MPEG,5.2 运动图像压缩标准,
12、二、MPEG视频压缩工具 2. Premiere视频编辑软件,5.3 数字摄像头与视频卡,一、数字摄像头 计算机摄象机(PC-camera)、电脑眼。 1.功能与应用 数字摄像头是一种数字视频输入设备。 应用：可视电话(Netmeeting) 实时监视 视频采集 网上教学 远程医疗,5.3 数字摄像头与视频卡,一、数字摄像头 2.性能指标 感光器：感光电子元器件。 CCD电荷耦合器件(高端技术元件) 特点：成像好、灵敏度高、抗震性强 CMOS互补金属氧化半导体(低端市场) 特点：成本低、反应快、功耗低 像素：10万像素352*288 30-100万像素640*480以上,5.3 数字摄像头与视
13、频卡,一、数字摄像头 捕获速度：采用最大分辨率的流畅度。 25-30f/s(出现延迟或跳帧) 接口方式：并口(淘汰产品) USB接口 附送软件：视频聊天软件 影像管理软件 图形图像处理软件 (品牌：朗视、创新、罗技等),5.3 数字摄像头与视频卡,二、视频卡 1.视频卡的功能 视频卡是基于PC机的一种多媒体视频信号处理平台，它汇集了视频源、音频源的信号，经过捕获、编码、存储、编辑和特技、输出等处理，可以产生非常漂亮的画面。 视频卡的功能还包括图像 的放大修整、捕捉特定镜头、 若干视频源图像叠合等。,5.3 数字摄像头与视频卡,二、视频卡 2.视频卡的分类 视频采集卡(视频捕获卡) 功能：对输入
14、的模拟视频进行采样、量化后转换为数字图像文件。 工作方式：单帧采集、连续采集 视频输出卡 功能：将视频输出到电视机或录像机。 接口方式：内置式插卡、外接盒式,5.3 数字摄像头与视频卡,二、视频卡 2.视频卡的分类 电视接收卡 功能：将从天线接收的射频信号变换成视频信号，经A/D转换成数字信号，再经变换电路变为RGB信号送显示器上。电视频道选台 视频叠加卡 功能：将标准视频信号与VGA信号叠加，并显示在显示器上，如卡拉OK歌词的叠加。 视频压缩卡(MPEG卡),5.3 数字摄像头与视频卡,二、视频卡 3.视频采集卡及应用 原理框图,5.3 数字摄像头与视频卡,二、视频卡 3.视频采集卡及应用 性能指标 输入输出接口：单工卡(视频输入) 双工卡(视频输入、输出) 采集像素：640*480、320*480 采集速率：30帧/秒 声音处理：音频输入接口 电视机调谐器：电视图像PC机,5.3 数字摄像头与视频卡,二、视频卡 3.视频采集卡及应用 外部接口(创新RT300视频采集卡),