多媒体视频信息处理课件.ppt
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1、 第六章多媒体视频信息处理 第六章多媒体视频信息处理1一、视频一、视频 广义的图像分为两种:静止的图像和活动的图像。视频视频实际上就是一系列连续播放的动态图像。在多媒体技术中,视频处理一般是指借助于一系列相关的硬件和软件,在计算机上对输入的视频信号进行接收、采集、传输、存储、编辑、现实、回访等多种处理。视频信号主要来自电视机、录像机、摄像机等视频设备,也可以是来自影碟机的影视节目。21 1、视频的分类:、视频的分类:模拟视频模拟视频 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。例如,人们在电视上看到的视频图像是以一种模拟电信号的形式来记录的,它依靠模拟调幅的手段在空间传播,再
2、用盒式磁带录像机将其作为模拟信号存放在磁带上。3 数字视频数字视频 要使计算机能够对视频进行处理,必须把视频源,即来自于电视机、模拟摄像机、录像机、影碟机等设备的模拟视频信号,转换成计算机要求的数字视频形式,并存放在磁盘上,这个过程称为视频的数字化过程(包括采样、量化和编码)。4数字化视频的优点数字化视频的优点 适合于网络应用 在网络环境中,视频信息可以很方便的实现资源的共享,视频数字信号可以长距离传输,而模拟信号在传输过程中容易产生信号损耗和失真。5 再现性好 模拟信号是连续变化的,所以不管复制时采用的精确度多高,失真总是不可避免的,数字视频可以不失真的进行多次拷贝,它不会因存储、传输和复制
3、而产生图像质量的退化,从而能够准确的再现图像。6便于计算机处理 模拟视频信号只能简单的调整亮度、对比度和颜色等,极大的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,很容易进行创造性的编辑与合成,并进行动态交互。72 2、视频的应用领域、视频的应用领域视频的主要应用领域有广播电视通信、个人娱乐。广播电视广播电视 地面、卫星电视广播 有线电视(CATV)交互式电视(ITV)高清晰度电视(HDTV)数字视频广播(DVB)8 通信通信 可视电话 视频会议 视频点播(VOB)视频数据库 个人娱乐个人娱乐 录像节目 VCD/DVD 电视购物 家庭摄像 视频游戏9二、电视广播技术
4、的发展历史二、电视广播技术的发展历史 1884年,德国人P.G.尼普科夫发明了可实现机械电视的扫描盘。1897年德国人K.F.布劳恩发明了阴极射线管。1925年英国的J.L.贝尔德表演了实用的机械扫描电视。1930年左右英国、前苏联等国家进行了机械电视的广播。1933年美国的V.K.兹沃赖金发明了光电摄像管,可以把光图像变成电信号,为真正的电子电视奠定了基础。1936年贝尔德电视公司在英国开始了电子方式的黑白电视广播,从此开始了电子电视的时代。10 1954年美国正式开播NTSC兼容制彩色电视。1967年前联邦德国正式广播PAL兼容制彩色电视,同年,法国和前苏联开播了SECAM兼容制彩色电视。
5、从20世纪90年代开始,出现了数字电视广播标准,如欧洲的DVB系统、美国的ATSC系统、日本的ISDB系统等。1119581958年年9 9月月2 2日我国电视第一次播出时的画面日我国电视第一次播出时的画面19461946年美国第一次播出年美国第一次播出黑白电视。图为黑白电视。图为5050年代年代电视节目录制现场电视节目录制现场12补充补充补充补充 普通电视、纯平电视普通电视、纯平电视 对于我们熟知的普通电视是一种使用阴极射线管(Cathode Ray Tube)的显示器,阴极射线管主要有五部分组成:电子枪(Electron Gun),偏转线圈(Defiection coils),荫罩(Sha
6、dow mask),荧光粉层(Phosphor)及玻璃外壳。13 电子枪的发射点是固定的,使用球面的荧光屏可以使荧光屏上的各个点和电子枪的发射点的距离相等,这样在形成象的工艺上更简单一点。这是以前技术不发达,为了降低制造的难度的无奈之举啊!14 电视机的显象管是电真空器件,荧光屏越平问题越多,如三基色的会聚,图象的几何失真/即S形失真,以及为了提高荧光屏抗大气压的强度,越早期的越凸。随着制造技术和电子技术的进步,越来越平了,超平(微凸),纯平的都已经不成问题了。15 液晶电视液晶电视 依靠液晶投影显示器(LiquidCrystal Display,简称LCD)。LCD的工作原理是靠后方一组日光
7、灯管发光,然后经由一组菱镜片与背光模块,将光源均匀地传送到前方,依照所接收的影像讯号,液晶画素玻璃层内的液晶分子会作相对应的排列,决定哪些光线是需偏折或阻隔的。16 等离子电视等离子电视 等离子电视,PDP TV(Plasma Display Panel),是指通过在两张薄玻璃板之间充填混合气体,施加电压使之产生离子气体,然后使等离子气体放电并与基板中的荧光体发生反应,从而产生彩色影像的电视产品。17 它以等离子管作为发光元件,大量的等离子管排列在一起构成屏幕,每个等离子对应的每个小室内都充有氖氙气体,在等离子管电极间加上高压后,封在两层玻璃之间的等离子管小室中的气体会产生紫外光,并激发平板显
8、示屏上的红绿蓝三基色荧光粉发出可见光。每个等离子管作为一个像素,由这些像素的明暗和颜色变化组合使之产生各种灰度和色彩的图像,类似显像管发光。18 等离子电视屏在近几年中已经历了大致四个发展阶段。第一代屏亮度低于550尼特,对比度500:1,第二代屏亮度700尼特,对比度1000:1,第三代屏亮度达到1000-1200尼特,对比度3000:1到5000:1,第四代屏亮度1300-1500尼特,对比度10000:119 就技术角度而言,由于PDP中发光的等离子管在平面中均匀分布,这样显示图像的中心和边缘完全一致,不会出现扭曲现象,实现了真正意义上的纯平面并且没有任何图像失真。显示过程中没有电子束运
9、动,不需要借助于电磁场,因此外界的电磁场也不会对其产生干扰,具有较好的环境适应性。20 相比液晶和传统CRT电视机,等离子的耗电量是很惊人的。一般40英寸的等离子电视机的耗电量都在300W以上,高耗电量势必造成机体发热速度快,等离子电视机的巨大散热量,对该产品的整体制造工艺也是一个考验,如果元件不达要求很容易在高热环境下老化,因此生产企业就需要对等离子电视的每一个配件有非常严格的标准。21 LEDLED电视电视 LED全称“Light Emitting Diode”,译为发光二极管,是一种半导体组件。由于LED对电流的通过非常敏感,极小的电流就可以让它发光,而且寿命长,能够长时间闪烁而不损坏,
10、因此广泛用于电子产品的指示灯。我们在电子产品上看到的绿豆般大小能够快速闪烁的指示灯,一般都是由LED做成的。22 很多销售LED电视的服务人员都会给出“LED比LCD更先进、更高级,是一种替代LCD的技术”这样的描述,但必须清楚的是目前市场所有的家用LED电视实际上都是LCD电视的一种,只是背光源有所区别而已。上述说法严重偷换了概念。23因此,如果按照背光源的类型来划分LCD电视的种类,即可以分成:CCFL背光源LCD(也即通常所谓的“传统液 晶电视”、“LCD”)LED背光源LCD(也即通常所谓的“LED电视”)HCFL背光源LCD(适合于较大尺寸电视,可 以应用到66英寸产品,市面 上较少
11、)24三、电视信号及其标准三、电视信号及其标准1 1、彩色电视的信号类型、彩色电视的信号类型 高频或射频信号高频或射频信号 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。25 复合视频信号复合视频信号 方便于电视信号 远距离传输,必须把3个信号分量以及同步信号复合成一个信号,然后才能传输。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。复合视频信号常用接线头和标准26 分量视频信号分量视频信号 分量信号是指每个基色分量(R、G、B)作为独立的电视信号传输。计
12、算机输出的VGA视频信号即为分量形式的视频信号。分量信号接入口分量信号接入口27 S-VideoS-Video S-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,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轨上。由于将亮度和色度分离,所以图象质量优于复合视频信号,色度对亮度的串扰现象也消失。S-VideoS-Video四芯插头(座)四芯插头(座)28 综上所述,分量信号的指标要高于S端子信号,而S端子信号指标高于复合视频信号指标。但并不是只要使用了分量接口则整个显示系统的画质指标就高于使用S端子的系统,因为整个显示系统的构成由视频信号发送设备,视频信号接收设
13、备,连接导线三方面构成。29三、电视信号及其标准三、电视信号及其标准2 2、电视信号的标准也称为电视信号的制式、电视信号的标准也称为电视信号的制式q NTSCNTSC制式制式 是由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。它定义了彩色电视机对于所接收的电视信号的解码方式、色彩的处理方式、屏幕的扫描频率。其水平扫描线有525条,以每秒30桢速率30q PALPAL制式制式 是联邦德国1962年制定的一种兼容电视制式,我国和大部分西欧国家都使用这种制式。PAL规定水平扫描625行,每秒25桢,隔行扫描。q SECAMSECAM制式制式 成为顺序传送彩色与存储,是用于法国、俄罗
14、斯及几个东欧国家的彩色电视制式。31 NTSC制、PAL制和SECAM制都是兼容制式。这里所说的“兼容”与计算机的兼容含义不同,它是指黑白电视机可以接收彩色电视信号,显示的是黑白图像;另一方面是指彩色电视机能接收黑白电视信号,显示的也是黑白图像。这叫做逆兼容性。32四、视频的数字化处理过程四、视频的数字化处理过程 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样采样和量化量化,并经编码编码使其变成数字化图像。33 图像采样就是将二维空间上模拟的连续亮度或色彩信息,转化为一系列有限的离散数值来表示。具体做法是对连续图像在水平方向和垂直方向等间隔的分割成矩形网状结构,所形成的矩形微小区
15、域,称之为像素像素。v 图像采样图像采样34对视频采样的基本要求对视频采样的基本要求:要满足采样定理对于PAL制电视信号,视频带宽为6MHz,亮度信号的采样频率为13.5MHz,色度信号为6.75MHz。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,具有正交结构,便于数据处理。要满足两种扫描制式数字视频信号的采样频率和格式在现行的扫描制式中主要有625行/50场和525行/60场两种。3536v 图像量化图像量化 把采样后得到的量表示的像素值离散化为整数值的操作叫量化。37381比特量化比特量化2比特量化比特量化3比特量化比特量化4比特量化比特量化5
16、比特量化比特量化6比特量化比特量化7比特量化比特量化8比特量化比特量化3940v 图像编码图像编码41五、数字电视五、数字电视1 1、数字电视、数字电视 “数字电视”的含义并不是指我们一般人家中的电视机,而是指电视信号的处理、传输、发射和接收过程中使用数字信号的电视系统或电视设备。42 其具体传输过程是:由电视台送出的图像及声音信号,经数字压缩和数字调制后,形成数字电视信号,经过卫星、地面无线广播或有线电缆等方式传送,由数字电视接收后,通过数字解调和数字视音频解码处理还原出原来的图像及伴音。因为全过程均采用数字技术处理,因此,信号损失小,接收效果好。432 2、有线数字电视传输标准、有线数字电
17、视传输标准 目前,有线数字电视传输标准尚无统一的国际标准。美国、欧洲和日本各自形成三种不同的标准。美国的标准是ATSC(Advanced Television System Committee 先进电视制式委员会),欧洲的标准是DVB(Digital Video Broadcasting 数字视频广播),日本的标准是ISDB(Integrated Services Digital Broadcasting综合业务数字广播)。443 3、网络电视(、网络电视(IPTVIPTV)网络电视是一种利用宽带接入Internet收看电视节目的技术,网络电视不但能接收广播电视信号,而且还能实现用户与服务提供
18、商的互动,使用TCP/IP协议可以将电视服务与互联网浏览、电子邮件、多种在线咨询、娱乐、教育及电子商务功能整合在一起,具有一定的竞争优势。454 4、交互电视(、交互电视(ITVITV)交互电视是数字电视的一种应用,交互电视将数字电视技术所提供的所有基本元素加以有机的组合,使之发挥出独特的魅力。根据交互程度和交互方式,可以将交互电视分为广播方式和点播方式两大类。46六、视频卡的分类与功能六、视频卡的分类与功能 视频卡根据用途有不同的种类,每种卡适合完成一种或几种功能。例如为制作多媒体节目而采集视频图像素材时,就需要一块视频采集卡视频采集卡,要把计算机制作的动画转录到录像带上,就要选择视频输出卡
19、视频输出卡,而要在计算机上看电视,则非电视卡电视卡莫属了。47(一)视频采集卡(一)视频采集卡 视频采集卡的主要功能是从动态视频中实时或非实时捕获图像并存储。它可以将摄像机、录像机和其它视频信号源的模拟视频信号转录到计算机内部,也可以用摄像机将现场的图像实时输入计算机。视频采集卡能在捕捉视频信息的同时获得伴音,使音频部分和视频部分在数字化时同步保存、同步播放。视频采集卡不但能把视频图像以不同的视频窗口大小显示在计算机的显示器上,而且还能提供许多特殊效果,如冻结、淡出、旋转、镜像等。48491 1、视频采集卡的工作原理、视频采集卡的工作原理视频视频0 0视频视频1 1视频视频2 2视频源选择视频
20、源选择ADCADC视频处视频处理芯片理芯片DACDAC显示器显示器VGAVGA卡卡VRAMVRAMPCPC总线总线501.什么是传统机械按键设计?传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动PCBA上的开关按键来实现功能的一种设计方式。传统机械按键设计要点:1.合理的选择按键的类型,尽量选择平头类的按键,以防按键下陷。2.开关按键和塑胶按键设计间隙建议留0.050.1mm,以防按键死键。3.要考虑成型工艺,合理计算累积公差,以防按键手感不良。传统机械按键结构层图:按键开关键PCBA2 2、视频采集卡性能指标、视频采集卡性能指标q 输入输出接口输入输出接口 视频采集卡的接口包括视频与PC的接口和与模
21、拟视频设备的接口。视频采集卡至少要具有一个复合视频接口(Video In)以便于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S-Video接口。一般的采集卡都支持PAL和NTSC两种制式。一般而言,采集卡有单工卡和双工卡两种。52q 实时压缩功能实时压缩功能 大多数视频采集卡都具有硬件压缩的功能,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。视频采集卡采用帧内压缩的算法把数字化的视频存储为AVI文件,高性能的视频采集卡还能直接把采集到的数字视频压缩成MPEG格式的文件。53q 采集分辨率及帧频采集分辨率及帧频 视频采集卡按照用途可
22、以分为广播级视频采集卡、专业级视频采集卡和民用级视频采集卡三种。他们的区别主要是采集的图像指标不同。-广播级视频采集卡属高档设备,主要用于电视节目制作。扫描像素为720*576,PAL制,25帧/秒,最小压缩比一般在4:1以内。-专业级视频采集卡比广播级性能稍低一些,分辨率相同但压缩比稍大一些,主要用于广告、多媒体节目制作及多媒体软件开发。-民用级视频采集卡的动态扫描一般最大为384*288像素,PAL制,25帧/秒。54q 驱动和应用程序驱动和应用程序 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。不同的采集卡所要求的操作系统环境不同,其驱动程序也不同。55(1).硬
23、件安装步骤1 关闭计算机及所有外围设备的电源,并 拔去电源插头。步骤2 触摸计算机金属外壳并使自己接地,从 而放掉身上的静电。步骤3 打开主机箱。步骤4 将视频采集卡插入到主板上32位插槽内 再用螺钉把视频采集卡紧固在机箱上。步骤5 将机箱重新安装好。步骤6 视频采集卡与视频信号源的连接如下页 图所示。2 2、视频采集卡的安装、视频采集卡的安装56S-Video输入Video 1录像机摄像机影碟机Video 2(2).软件安装视频卡在硬件安装完成之后,开机系统就会自动地显示找到一个新设备,支持即插即用的采集卡可使用安装向导安装驱动程序。驱动程序安装完毕后再安装视频捕捉应用软件。57(二)视频输
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