多媒体技术基础-单元7课件.ppt
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- 多媒体技术 基础 单元 课件
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1、多媒体技术基础-数字视频授课教师:Email:2023-1-172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。2023-1-173内容框架2023-1-1747.1 视频一词源于电视技术,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
2、通常是借助摄像机来完成的。2023-1-1757.1 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、DVCPRO、DVCAM等。2023-1-1767.1 视频7.1.1 视频的原理Y
3、UV色彩模型色彩模型 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。2023-1-1777.1 视频7.1.2 模拟电视制式TV制式制定与使用行/帧帧/秒颜色模型PAL德国1962年制定,德国、英国等一些西欧国家,以及中国、朝鲜等国家采用这种制式。62525YUVNTSC1952年美国国家电视标准委员会定义,美国、加拿大等大部分西半球国家,以及日本、
4、韩国、菲律宾等国和中国台湾地区采用这种制式。52530YIQSECAM由法国制定,法国、前苏联及东欧国家采用这种制式。世界上约有65个地区和国家试验这制式。62525YUV2023-1-1787.1 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接口2023-1-1797.1 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。2023-1-17107.1
5、 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。复合视频信号接口(左)及连接电缆2023-1-17117.1 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
6、2023-1-17127.1 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路导线传输并记录在模拟磁带的3路磁迹上。2023-1-17137.2 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。
7、2023-1-17147.2 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+128 Cb=(B-Y)0.564+1282023-1-17157.2 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
8、率 fs=52529.97N=15734N=13.5MHz,N=8582023-1-17167.2 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)。2023-1-17177.2 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:
9、1 YCbCr格式2023-1-17187.2 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。2023-1-17197.2 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
10、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,压缩相邻帧之间的冗余量就可以进一步提高压缩量。2023-1-17207.3 MPEG标准7.3.1 MPEG-1和MPEG-2数字视频1.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 med
11、ia 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。2023-1-17217.3 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 informatio
12、n)”,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。2023-1-17227.3 MPEG标准7.3.1 MPEG-1和MPEG-2数字视频 MPEG-1和MPEG-2的主要不同指标名称MPEG-1MPEG-2(基本型)标准化时间1992年1994年(DIS)主要应用CD-ROM上的数字视频,VCD数字TV,DVD空间分辨率CI
13、F格式(1/4 TV),288360像素TV,576720像素时间分辨率25-30 帧/秒50-60 场/秒位速率1.5 Mbit/s15 Mbit/s质量相当于VHS相当于NTSC/PAL电视压缩率20 3030 402023-1-17237.3 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。2023-1-17247.4
14、 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。2023-1-17257.4 视频文件的格式及播放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
15、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。2023-1-17267.4 视频文件的格式及播放7.4.1 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 QuickTim
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