多媒体图像处理_数字电视

1、数字电视基础数字电视基础n提纲视频处理系统非线性编辑系统视频文件类型3.1 视频基础知识n视频的定义n视频（Video）本质上是指内容随时间变化地一组动态图像，运动图像或活动图像。n从数学角度上讲，视频是指随时间变化的图像，或称时变图像。n特点：内容随时间变化，伴随与画面同步的声音（伴音）。n图像与视频两者的信源不同。图像输入设备有扫描仪、数字照相机等;视频输入设备有电视接收机、摄像机、影碟机及其它可输出连续图像信号的设备。s=(x,y,t)xyt=25帧帧/秒秒3.1 视频基础知识n视频的分类n模拟模拟视频视频：是一种用于传输图像和声音的并随时连续变化的电信号。 特点：模拟电信号、调幅传播、

2、存放在磁带上。 缺点：存储和传送都是模拟方式，不适合网络传输、传输效率先天不足，且随时间和频道的衰减较大，易受干扰，易失真，不便于分类检索和编辑。n数字数字视频视频：是一种以数字形式存储的视频资料。模拟视频通过采样、量化和编码进行数字化后的视频。 优势：适合网络应用；再现性好；便于编辑与处理。 缺点：处理速度慢、高质量的数字视频需要的存储空间大。3.1 视频基础知识n视频的应用领域 广播电视广播电视地面、卫星电视广播有线电视(CATV)数字视频广播(Digital Video Broadcast)交互式电视ITV-Interactive TV高清电视HDTV 通信通信可视电话(Videopho

3、ne)视频会议(Videocongerencing)视频点播VOD(Video On Demand)视频数据库 娱乐娱乐录像节目，VCD，DVD，家庭摄像，视频游戏 3.2 电视信号及其标准n电视电视 （TelevisionTele+Vision）n目前世界上现行的彩色电视制式有三种：目前世界上现行的彩色电视制式有三种：NTSC制、制、PAL制和制和SECAM制（不包括高清晰度彩色制（不包括高清晰度彩色电视，电视，HDTV） 。NTSC1952年，北美、日本等国家采用年，北美、日本等国家采用PAL1962年，西欧、中国等国家采用年，西欧、中国等国家采用SECAM法国、东欧等国采用法国、东欧等国

4、采用nNTSC制、制、PAL制和制和SECAM制都是兼容制式。制都是兼容制式。所谓所谓“兼容兼容”是指黑白电视机能接收彩色电视是指黑白电视机能接收彩色电视广播，同时彩色电视机能接收黑白电视广播。广播，同时彩色电视机能接收黑白电视广播。3.2 电视信号及其标准n彩色电视制式彩色电视制式NTSC 1953年由美国国家电视标准委员会指定的彩色电视广播标准，它采用正交平衡调幅的技术方式，故也称为正交平衡调幅制。美国、加拿大等大部分西半球国家以及中国的台湾、日本、韩国、菲律宾等均采用这种制式。水平扫描525线/帧，30帧/秒，隔行扫描，场频60Hz。SECAM SECAM是法文的缩写，意为顺序传送彩色信

5、号与存储恢复，是由法国在1956年提出，1966年制定的一种新的彩色电视制式。它也克服了NTSC制式相位失真的缺点，但采用时间分隔法来传送两个色差信号。使用SECAM制的国家主要集中在法国、东欧和中东一带。水平扫描625线/帧，25帧/秒，隔行扫描，场频50Hz。PAL 西德在1962年指定的彩色电视广播标准，它采用逐行倒相正交平衡调幅的技术方法，克服了NTSC制相位敏感造成色彩失真的缺点。西德、英国等一些西欧国家，新加坡、中国大陆及香港，澳大利亚、新西兰等国家采用这种制式。PAL制式中根据不同的参数细节，又可以进一步划分为G、I、D等制式，其中PALD制是我国大陆采用的制式。水平扫描625线

6、/帧，25帧/秒，隔行扫描，场频50Hz。 n电视扫描电视扫描电子束在磁场控制下，在屏幕上电子束在磁场控制下，在屏幕上从左到右、从上到下来回扫描。扫描的电子打从左到右、从上到下来回扫描。扫描的电子打击荧光屏后便形成一幅图像。击荧光屏后便形成一幅图像。单色显示屏只有一种颜色的荧光体沉积在屏单色显示屏只有一种颜色的荧光体沉积在屏幕上。通过正确地控制电子束强度，就可以幕上。通过正确地控制电子束强度，就可以显示出具有亮暗层次的灰度图像。显示出具有亮暗层次的灰度图像。彩色屏幕的像点上有三种不同的荧光体，当彩色屏幕的像点上有三种不同的荧光体，当它们被激活时，形成红、绿、蓝色。通过人它们被激活时，形成红、绿

7、、蓝色。通过人的视觉平均效果，将这三种颜色合成为其它的视觉平均效果，将这三种颜色合成为其它的颜色，三基色的相对强度决定了眼睛在屏的颜色，三基色的相对强度决定了眼睛在屏幕上看到的像素的颜色。幕上看到的像素的颜色。 3.2 电视信号及其标准n扫描有隔行扫描扫描有隔行扫描(interlaced scaning)和非隔行和非隔行（也称逐行，（也称逐行，progressive）扫描之分。扫描之分。非隔行扫描，电子束从显示屏的左上角一行非隔行扫描，电子束从显示屏的左上角一行接一行地扫到右下角，在显示屏上扫一遍就接一行地扫到右下角，在显示屏上扫一遍就显示一幅完整的图像显示一幅完整的图像在隔行扫描中，电子束扫

8、完第在隔行扫描中，电子束扫完第1行后回到第行后回到第3行开始的位置接着扫然后在行开始的位置接着扫然后在5，7，行上扫，行上扫，直到最后一行。奇数行扫完后接着扫偶数行，直到最后一行。奇数行扫完后接着扫偶数行，这样就完了一帧这样就完了一帧(frame)的扫描。的扫描。隔行扫描的一帧图像由两部分组成：一部分隔行扫描的一帧图像由两部分组成：一部分是由奇数行组成称奇数场，另一部分是偶数是由奇数行组成称奇数场，另一部分是偶数组成，称为偶数场，两场合起来组成一帧。组成，称为偶数场，两场合起来组成一帧。 3.2 电视信号及其标准n电视视频信号扫描方式电视视频信号扫描方式隔行扫描(interlaced scan

9、ning)逐行扫描(non-interlaced scanning)行频、场频、帧频(奇偶场)n电子束从左到右的扫描过程称为电子束从左到右的扫描过程称为行正程行正程扫描，所扫描，所需时间称为行正程扫描时间。需时间称为行正程扫描时间。n电子束从右到左的扫描过程称为行逆程扫描，或电子束从右到左的扫描过程称为行逆程扫描，或称称行回扫行回扫，所需时间为行回扫时间。，所需时间为行回扫时间。n电子束从屏左上角到屏右下角的扫描称为电子束从屏左上角到屏右下角的扫描称为帧正程帧正程扫描，所需时间为帧正程时间。扫描，所需时间为帧正程时间。n从右下角返回左上角为帧逆程扫描或从右下角返回左上角为帧逆程扫描或帧回扫。帧

10、回扫。n逐行扫描具有简单、可靠、图像清晰稳定等特逐行扫描具有简单、可靠、图像清晰稳定等特点，但必须要求传输通道具有很宽的频带，因点，但必须要求传输通道具有很宽的频带，因此，在广播电视节目系统中，目前都不采用逐此，在广播电视节目系统中，目前都不采用逐行扫描，而采用隔行扫描，而在计算机显示系行扫描，而采用隔行扫描，而在计算机显示系统中，都采用逐行扫描。统中，都采用逐行扫描。n隔行扫描虽然存在着行间闪烁和运动图像清晰隔行扫描虽然存在着行间闪烁和运动图像清晰度下降等缺点，但通常情况下，上述缺点并不度下降等缺点，但通常情况下，上述缺点并不明显。由于它能使图像信号的带宽减少一半，明显。由于它能使图像信号的

11、带宽减少一半，利大于弊，所以获得广泛的应用。利大于弊，所以获得广泛的应用。 隔行扫描示例隔行扫描示例nPALPAL制电视的扫描特性制电视的扫描特性 ：625行（扫描线）行（扫描线）/帧，帧，25帧帧/秒（秒（40ms/帧）帧）.高宽比：高宽比：4：3。隔行扫描，隔行扫描，2场场/帧，帧，312.5行行/场。场。颜色模型：颜色模型：YUV 每行每行64m ms；传送图像时间传送图像时间52.2m ms，11.8m ms行行回扫描时间，不传送图像，同时用作行同步回扫描时间，不传送图像，同时用作行同步及消隐。及消隐。n每一场的扫描行数为每一场的扫描行数为625/2=312.5行，其中行，其中25行行

12、作场回扫，不传送图像，传送图像的行数每场作场回扫，不传送图像，传送图像的行数每场只有只有287.5行，每帧只有行，每帧只有575行显示图像。行显示图像。 nPAL视频行时序视频行时序nNTSC制的扫描特性制的扫描特性 525行行/帧，帧，30帧帧/s(29.97fps, 33.37ms/frame)高宽比高宽比: 4:3隔行扫描，一帧分成隔行扫描，一帧分成2场场(field), 262.5线线/场。场。每行每行63.5m ms，水平回扫时间水平回扫时间10m ms（包含包含5m ms的水平同步脉冲），显示时间的水平同步脉冲），显示时间53.5m ms。颜色模型：颜色模型：YIQ。 n每一场的扫

13、描行数为每一场的扫描行数为525/2=262.5行，场回扫行，场回扫20行，实际每帧传送的图像行数行，实际每帧传送的图像行数485行（行（Laser disc约约420线，线，S-VHS约约320线）。线）。 3.2 电视信号及其标准n彩色电视的信号类型彩色电视的信号类型n高频或射频信号高频或射频信号RF:把视频全信号调制到高频或射频信号传送，接收方把全电视信号从高频信号中解调出来。PAL频道带宽8MHz, NTSC频道带宽4MHz。天线和模拟闭路连接电视机就是采用射频（RF）接口。作为最常见的视频连接方式，它可同时传输模拟视频以及音频信号。RF接口传输的是视频和音频混合编码后的信号，显示设备

14、的电路将混合编码信号进行一系列分离、解码在输出成像。由于需要进行视频、音频混合编码，信号会互相干扰，所以它的画质输出质量是所有接口中最差的。有线电视和卫星电视接收设备也常用RF连接，但这种情况下，它们传输的是数字信号。n复合电视信号复合电视信号包含亮度、色差信号以及所有定时信号的单包含亮度、色差信号以及所有定时信号的单一电视信号称为复合电视信号（一电视信号称为复合电视信号（composite video signal），），又称全电视信号。又称全电视信号。n分量电视信号分量电视信号分量电视信号分量电视信号(component video signal)指每指每个基色分量作为独立的电视信号。每个

15、基色个基色分量作为独立的电视信号。每个基色既可以用既可以用R、G和和B，也可以用亮度色差，也可以用亮度色差表示，如表示，如YIQ、YUV。分量电视信号是表示颜色的最好方法，但需分量电视信号是表示颜色的最好方法，但需要比较宽的带宽和同步信号。要比较宽的带宽和同步信号。 3.2 电视信号及其标准n彩色电视的信号类型彩色电视的信号类型n复合视频（复合视频（Composite Video） 复合视频端子也叫AV端子或者Video端子，是目前最普遍的一种视频接口，几乎所有的电视机、影碟机类产品都有这个接口。它是声、画分离的视频端子，一般由黄、白、红三个独立的RCA插头（又叫梅花接口RCA端子）组成。复合

16、视频端子是一种混合视频信号，没有经过RF射频信号那些调制、放大、检波、解调等过程，信号保真度相对较好，分辨率一般可达350-450线，不过由于它是模拟接口，当用于数字显示设备时，需要一个模拟转数字的过程，会损失不少信噪比，所以一般数字显示设备不建议使用。 “复合”含义是同一信道中传输亮度和色度信号的模拟信号，但电视机如果不能很好的分离这两种信号，就会出现虚影。3.2 电视信号及其标准n彩色电视的信号类型彩色电视的信号类型nS端子（端子（S-Video） S端子也是非常常见的端子，其全称是Separate Video，也称为 SUPER VIDEO。S-Video连接规格是由日本人开发的一种规格

17、，S指的是“SEPARATE（分离）”，它将亮度和色度分离输出，避免了混合视讯讯号输出时亮度和色度的相互干扰。S端子实际上是一种五芯接口，由两路亮度信号、两路色度信号和一路公共屏蔽地线共五条芯线组成。同复合视频接口相比，由于它不再进行Y/C混合传输，因此也就无需再进行亮色分离和解码工作，而且使用各自独立的传输通道在很大程度上避免了视频设备内信号串扰而产生的图像失真，极大地提高了图像的清晰度。但S-Video 仍要将两路色差信号(Cr Cb)混为一路色度信号C，进行传输然后再在显示设备内解码为Cb和Cr进行处理，多少仍会带来一定信号损失而产生失真。nS-video信号信号 S-Video(Sep

18、arated video-VHS)是亮度和色是亮度和色差分离的一种电视信号，是分量模拟电视信差分离的一种电视信号，是分量模拟电视信号和复合模拟电视信号的一种折衷方案。号和复合模拟电视信号的一种折衷方案。nS-Video的两个优点：的两个优点：减少亮度信号和色差信号之间的交叉干扰；减少亮度信号和色差信号之间的交叉干扰；不需要使用梳状滤波器来分离亮度信号和色不需要使用梳状滤波器来分离亮度信号和色差信号，这样可提高亮度信号的带宽。差信号，这样可提高亮度信号的带宽。nS-Video信号使用单独的两条信号电缆线，一信号使用单独的两条信号电缆线，一条用于亮度信号，另一条用于色差信号，这两条用于亮度信号，另

19、一条用于色差信号，这两个信号称为个信号称为Y/C信号。信号。 3.2 电视信号及其标准n彩色电视的信号类型彩色电视的信号类型n色差端子色差端子 色差端子是在S端子的基础上，把色度（C）信号里的蓝色差（b）、红色差（r）分开发送，其分辨率可达到600线以上。它通常采用YPbPr和YCbCr两种标识，前者表示逐行扫描色差输出，后者表示隔行扫描色差输出。现在很多电视类产品都是靠色差输入来提高输入讯号品质，而且透过色差端子，可以输入多种等级讯号，从最基本的480i到倍频扫描的480p，甚至720p、1080i等等，都是要通过色差输入才有办法将信号传送到电视当中，因此色差分量的接口方式是目前模拟的各种视

20、频输出接口中最好的之一。因此不少DVD以及高清播放设备上都采用该接口。如果使用优质的线材和接口，即使采用10米长的线缆，色差线也能传输优秀的画面。3.2 电视信号及其标准n彩色电视的信号类型彩色电视的信号类型nDVI DVI（Digital Visual Interface）接口与VGA都是电脑中最常用的接口，与VGA不同的是，DVI可以传输数字信号，不用再进过数模转换，所以画面质量非常高。目前，很多高清电视上也提供了DVI接口。需要注意的是，DVI接口有多种规范，常见的是DVI-D（Digital）和DVI-I（Integrated）。DVI-D只能传输数字信号，可以用它来连接显卡和平板电视

21、。DVI-I则可以在DVI-D和VGA相互转换。3.2 电视信号及其标准n彩色电视的信号类型彩色电视的信号类型nHDMI HDMI（High Definition Multimedia Interface）接口是最近才出现的接口，它同DVI一样是传输全数字信号的。不同的是HDMI接口不仅能传输高清数字视频信号，还可以同时传输高质量的音频信号，HDMI接口可以提供高达5Gbps的数据传输带宽。同时功能跟射频接口相同，不过由于采用了全数字化的信号传输，不会像射频接口那样出现画质不佳的情况。对于没有HDMI接口的用户，可以用适配器将HDMI接口转换位DVI接口，但是这样就失去了音频信号。高质量的HD

22、MI线材，即使长达20米，也能保证优质的画质。HDMI技术不仅能提供清晰的画质，而且由于音频/视频采用同一电缆，大大简化了家庭影院系统的安装。 3.2 电视信号及其标准n彩色电视的信号类型彩色电视的信号类型HDMI：对应电视产品：画质表现：性价比：使用便利度：购买便利度：综合评价：色差分量：色差分量：对应电视产品：画质表现：性价比：使用便利度：购买便利度：综合评价：复合视频：复合视频：对应电视产品：画质表现：性价比：使用便利度：购买便利度：综合评价：色差线显示的人物 复合视频线显示出来的人物 HDMI线显示出来的人物 3.3 视频数字化过程n数字电视数字电视 数字电视是电视节目从录制、播出、发

23、射和接收全部采用数字编码与数字传输技术的新一代电视，即所谓全数字电视系统。为了称呼方便，“全数字电视”就简称“数字电视”。 按分辨率，数字电视可分为高清晰度电视(HDTV)、标准清晰度 电视(SDTV)和VCD质量的低清晰度电视 (LDTV) 等。 标准清晰度电视(SDTV，Standard Definition TV)480隔行扫描，主要是对应于现有电视的分辨率量级。在声音处理方面，有两路数字伴音，具有CD级的音质 （目前模拟电视只有一路伴音，经过电路处理后可转换成为立体声） 。 高清晰度电视(HDTV，High Definition TV)为最高级，其图像清晰度可达35mm胶片电影水平。其

24、水平和垂直清晰度是常规电视的两倍左右(最低：1280720，最高：19201080)。有多路数字伴音，除了音质好外，还具有真正的环绕音效。高清晰度电视画面可以提供相当于标准清晰度电视画面 5 倍的信息量。 数字电视，是将传统的模拟电视信号经过抽样、量化和编码，转换成用二进制数代表的数字式信号，然后进行各种功能的处理、传输、存储和记录，也可以用电子计算机进行处理、监测和控制。采用数字技术不仅使各种电视设备获得比原有模拟式设备更高的技术性能，而且还具有模拟技术不能达到的新功能， 例如，可直接进行随机存储使电视图像的检索变得很方便，复制数字电视图像和在网络上传输数字电视图像都不会造成质量下降，很容易

25、进行非线性电视编辑。3.3 视频数字化过程n电视信号的数字化电视信号的数字化u先从复合彩色电视图像中分离出彩色分量，然后数字化。大多数电视信号源都是彩色全电视信号，如来自录象带、激光视盘、摄象机等的电视信号。对这类信号的数字化，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。u首先用一个高速A/D转换器对彩色全电视信号进行数字化，然后在数字域中进行分离，获得所希望的YCbCr、YUV、YIQ或RGB分量数据。 在大多数情况下，数字电视系统都希望用彩色分量来表示图像数据，如用YCbCr，YUV，YIQ或RGB彩色分量

26、。因此，电视图像数字化常用“分量数字化(component digitization)”这个术语，它表示对彩色空间的每一个分量进行数字化。电视图像数字化常用的方法有两种：n电视图像数字化方法电视图像数字化方法： 1.从复合彩色电视图像中分离出彩色分量，然从复合彩色电视图像中分离出彩色分量，然后数字化，通常的做法是首先把模拟的全彩后数字化，通常的做法是首先把模拟的全彩色电视信号分离成色电视信号分离成YCbCr, YUV, YIQ或或RGB彩色空间中的分量信号，然后用彩色空间中的分量信号，然后用3个个A/D转换转换器分别对它们数字化。器分别对它们数字化。2.用一个高速用一个高速A/D转换器对彩色全

27、电视信号进转换器对彩色全电视信号进行数字化，然后在数字域中进行分离，获得行数字化，然后在数字域中进行分离，获得所希望的所希望的YCbCr, YUV, YIQ或或RGB分量数据。分量数据。 3.3 视频数字化过程n视频信号的采样视频信号的采样u采样：采样：连续图像函数f(x,y,t)进行空间的 连续坐标（x,y,t）的离散化。u对视频采样的要求：对视频采样的要求： 要满足采样定理； 采样频率必须是行频的整数倍； 要满足两种扫描制式。u ITU-R BT.601标准摘要标准摘要 为了便于国际间的节目交换，为消除数字设备之间的制式差别，和为 625行电视系统与 525行电视系统之间兼容，在 1982

28、年 2月国际无线电咨询委员会(CCIR) 通过了 601号建议，确定以分量编码为基础， 即以亮度分量Y、和两个色差分量R-Y、B-Y为基础进行编码,作为电视演播室数字编码的国际标准。该标准规定: 不管是PAL制，还是NTSC制电视，Y、R-Y、B-Y三分量的抽样频率分别为13.5MHz、6.75MHz、6.75MHz。 抽样后采用线性量化，每个样点的量化比特数用于演播室为10bit， 用于传输为8bit。 Y、R-Y、B-Y三分量样点之间比例为4:2:2。 对PAL制、SECAM制，采样频率fs为 fs=62525N=15625N=13.5MHz其中，N=864，为每一扫描行上的采样数目。 对

29、NTSC制，采样频率fs为 fs=52529.97N=15734N=13.5 MHz其中，N=858，为每一扫描行上的采样数目。对于所有制式，每个扫描行的有效样本数均为720n采样频率采样频率nBT.601为为NTSC制、制、PAL制和制和 SECAM制规定制规定了共同的电视图像采样频率了共同的电视图像采样频率13.5MHz，这个采这个采样频率同样也用于远程图像通信中的电视采样。样频率同样也用于远程图像通信中的电视采样。对于对于PAL制、制、SECAM制，采样频率制，采样频率fs为为： fs=62525N=15 625N=13.5 MHz N=864 对于对于NTSC制，采样频率为：制，采样频

30、率为： fs=52530N=15 735N=13.5 MHz N=858 n N为每一扫描行上的采样数目。为每一扫描行上的采样数目。nBT.601 BT.601 有效分辨率有效分辨率对所有的制式，每一行的有效样本数均为对所有的制式，每一行的有效样本数均为720720个。个。 3.3 视频数字化过程n视频信号的采样视频信号的采样u采样格式涉及的技术问题：采样格式涉及的技术问题：不同制式、复合信号、扫描方式、分辨率等。u电视信号中亮度信号是色度信号带宽的两倍，以YUV为例来说采样格式有4:1:1，4:2:2，4:4:4。u人眼对颜色的敏感程度远不如对亮度信号那么灵敏，所以色度信号的采样频率可以比亮

31、度信号的采样频率低，以减少视频数据量。注：例图针对625行扫描行系统 人眼对图像的亮度和颜色分辨率比较人眼对图像的亮度和颜色分辨率比较n人眼对色彩细节的分辨能力远比对亮度细节的人眼对色彩细节的分辨能力远比对亮度细节的分辨能力低，如图，等宽的蓝红相间的彩条、分辨能力低，如图，等宽的蓝红相间的彩条、蓝绿相间的彩条和黑白相间的条纹。蓝绿相间的彩条和黑白相间的条纹。n眼睛逐渐远离屏幕，当分辨不出彩条时，黑白眼睛逐渐远离屏幕，当分辨不出彩条时，黑白条还能清晰分辨。条还能清晰分辨。Copyright A.Kitaoka 2003n图像采样数据率估算n例：例：BT.601 4:4:4 有效数据率为：有效数据

32、率为： NTSC：480行行*720点点*24bit*30帧帧 = 249 Mbps PAL：576行行*720点点*24bit*25帧帧 = 249 MbpsnBT.601 4:2:2 NTSC有效数据率为：有效数据率为： 每个像素平均位数为：每个像素平均位数为：(4*8+2*8+2*8)/4=16 bits 480行行*720点点*16bit*30帧帧 =166 MbpsnBT.601 4:2:0 NTSC有效数据率为：有效数据率为： 每个像素平均位数为：每个像素平均位数为：(4*8+8+8)/4=12 bits 480行行*720点点*12bit*30帧帧 =124Mbpsn4:1:1格

33、式的数据量与格式的数据量与4:2:0相同，但相同，但4:2:0格式格式所表现的视频信号更精确一些，因为其色差信所表现的视频信号更精确一些，因为其色差信号位置可以更准确地反映真实情况号位置可以更准确地反映真实情况。n数字视频显示比例概念数字视频显示比例概念n图像宽高比图像宽高比（image aspect ratio，IAR) 视视频帧宽度与高度之比。频帧宽度与高度之比。NTSC、PAL： 4：3电影：电影： 3：2HDTV： 16：9n像素宽高比（像素宽高比（pixel aspect ratio，PAR) 图图像像素点的宽度与高度之比。像像素点的宽度与高度之比。 PAR = x/y = IAR

34、行数行数 / 点数点数对于对于NTSC，PAR = (4/3)*480/720 = 8/9对于对于PAL， PAR = (4/3)*576/720 = 16/15n即即NTSC、PAL TV显示时，荧光屏上像素点的显示时，荧光屏上像素点的宽高比应当分别是宽高比应当分别是8:9 和和16:15，画面才不失真。，画面才不失真。3.3 视频数字化过程n视频信号的量化与编码视频信号的量化与编码u量化：量化：量化是对经采样离散化后的脉冲信号在幅度上的离进行散化。一般采用8位、10位，较高的采用12位。量化位数过小则不足反映出图像的细节，位数选取过大会产生庞大的数码率，从而占用大量的频带，给传输带来难。u

35、编码：编码：把经过采样量化后的信号转换成数字符号过程称为编码。视频编码的理论基础是信息论。信息的压缩就是从时间域、空间域两方面除去冗余信息，将可推知的信息去掉。分为信源编码和信道编码两大类。u常用视频编码技术：常用视频编码技术：MPEG系列和H.26X系列。主要技术：帧内编码用于去除帧内冗余信息；帧间编码用于去除时间冗余信息。采样格式(Y:U:V)数据量（MB/s）4:2:2274:4:4403.3 视频数字化过程n数字视频数字视频DV 数字视频(DV-Digital Video),是定义压缩图像和声音数据记录及回放过程的标准。 特点：高清晰度，水平分辨率达500线；宽色度带宽。 4:1:1采

36、样，8位量化，DCT的5:1帧内压缩，数据传输率为14.948Mb/s。音频：48kHz/16位双声道或 32kHz/12位四声道。三 视频处理技术n提纲n数字视频系统借助于相关硬件（如视频采集卡）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、显示和回放等多种处理。3.4 视频处理系统视频信号源设备视频采集设备大容量存储设备高性能计算机视频处理软件 n数字视频系统的组成数字视频系统的组成n视频采集卡视频采集卡3.4 视频处理系统u 视频采集卡是将模拟摄像机、录像机、LD视盘机、电视机输出的视频信号等输出的视频数据或者视频音频的混合数据输入电脑，并转换成电脑可辨别的数

37、字数据，存储在电脑中，成为可编辑处理的视频数据文件。u 按照其用途可分为按照其用途可分为：广播级视频采集卡，专业级视频采集卡，民用级视频采集卡，它们档次的高低主要是采集图像的质量不同。u 广播级视频采集卡的广播级视频采集卡的最高采集分辨率一般为768X576(均方根值)PAL制，或720X576(CCIR-601值)PAL制25帧每秒，或640X480/720X480 NTSC制30帧，每秒最小压缩比一般在4：1以内。特点是采集的图像分辨率高,视频信噪比高，缺点是视频文件所需硬盘空间大。每分钟数据量至少要消耗200MB，一般连接BetaCam摄/录像机，所以它多用于录制电视台所制作的节目。u

38、专业级视频采集卡专业级视频采集卡的档次比广播级的性能稍微低一些，分辨率两者是相同的，但压缩比稍微大一些，其最小的压缩比一般在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公司和多媒体公司制作节目及多媒体软件应用。u 民用级视频采集卡民用级视频采集卡的动态分辨率一般较低，绝大多数不具有视频输出功能。LIQUID EDITION v6 价格：价格：7800元 n视频采集卡视频采集卡3.4 视频处理系统n视频采集卡的工作原理视频采集卡的工作原理3.4 视频处理系统视视频频源源模模数数转转换换解解码码器器颜颜色色转转换换视频处理视频处理芯片芯片数模转换数模转换视频处理芯片：视频处理

39、芯片：用于视频捕获、播放、显示用的专用控制芯片。主要功能可以分为PC总线接口、视频输入剪裁、变化比例、与VGA信号同步、色键控制以及对帧存储器VRAM的读写和刷新控制。VGA卡卡PC总线总线VRAMn视频采集卡的性能指标视频采集卡的性能指标3.4 视频处理系统品尼高品尼高 V9 AVDV全能王主要性能全能王主要性能具体类别采集卡接口类型PCI输入格式从DV、Digital8和MicoMV摄像机或录像机采集从DV和Digital8摄像机采集DVD质量得MPEG-2在预览质量下，每采集20分钟DV视频需要120MB磁盘空间输入接口2外部1个内部IEEE 1394 六针接头输出格式输出到DV或Dig

40、ital8磁带以及DV或Digital8配有CD-R或CD-RW驱动器的可输出成VCD或SVCD配有DVD-R、DVD-RW或DVD+RW的驱动器的可输出成DVDMPEG-1&MPEG-2、AVI、RealVideo8、Windows Media格式，包括Windows Media9输出接口2外部1个内部IEEE 1394 六针接头系统平台最低系统配置：Intel Pentium或AMD Athlon 800MHz或更高配置（建议使用1.5GHz或更高配置） 256 MB RAM(建议512MB)1个可用的PCI插槽Windows 98 SE, Windows Millenium, W

41、indows 2000 或 Windows XP（建议使用Windows XP，MicorMV支持需要Windows XP）兼容DirectX9u接口：接口：与计算机接口PCI；输入输出端口，如1394、复合视频、S-Video等。u功能：功能：硬件压缩（如AVI、MPEG）u采集质量：采集质量：不同级别视频采集卡的采集分辨率和帧频不同。u驱动和应用程序：驱动和应用程序：如编辑软件n种类繁多的视频采集卡种类繁多的视频采集卡3.4 视频处理系统n线性编辑线性编辑(Linear Editing)3.5 非线性编辑系统u 在传统的电视节目制作中，电视编辑是在编辑机上进行的。编辑机通常由一台放像机和一

42、台录像机组成，编辑人员通过放像机选择一段合适的素材，然后把它记录到录像机中的磁带上，然后再寻找下一个镜头，接着进行记录工作，如此反复操作，直至把所有合适的素材按照节目要求全部顺序记录下来。u 由于磁带记录画面是顺序的，无法在已有的画面之间插入一个镜头，也无法删除一个镜头，除非把这之后的画面全部重新录制一遍，这种编辑方式就叫做线性编辑，它给编辑人员带来很多的限制，编辑效率非常的低。n非线性编辑非线性编辑(Non-linear Editing)3.5 非线性编辑系统u 非线性编辑则是应用计算机多媒体处理技术，在计算机中对各种原始素材进行各种编辑操作，并将最终结果输出到计算机硬盘、磁带、录像带等记录

43、设备上这一系列完整的工艺过程。u 由于原始素材被数字化存储在计算机硬盘上，信息存储的位置是并列平行的，与原始素材输入到计算机时的先后顺序无关。这样，我们便可以对存储在硬盘上的数字化音视频素材进行随意的排列组合，并可进行方便的修改。 u 非线性编辑的优点：非线性编辑的优点： 编辑制作方便； 有利于反复编辑和修改； 图像与声音的同步对位准确方便； 制作图像画面的层次多。n非线性编辑系统的技术特性非线性编辑系统的技术特性3.5 非线性编辑系统u具有联机线性编辑和脱机非线性编辑两方式u实时双通道数字特技 u与其他软件的兼容性强u音频系统有多轨实时音频通道u多种视频接口 u可实现多机联网 n非线性编辑系

44、统处理视频的过程非线性编辑系统处理视频的过程3.5 非线性编辑系统 视频素材的准备和搜集 视频采集及数字化 数字视频编辑 预视过程，所见即所得 生成影片，生成连续的视频影像文件 回放或录制典型的编辑过程：典型的编辑过程：首先创建一个编辑的过程平台，将数字化的视频素材用拖拽的方式放入过程平台。这个平台可自由地设定视频展开的信息，可以逐帧展开也可以逐秒展开，间隔可以选择。调用编辑软件提供的各种手段，对各种素材进行剪辑、重排和衔接，添加各种特殊效果，二维或三维特技划像，叠加活动中英文字幕、动画、添加伴音和音效等。这些过程的各种参数可反复任意调整，使用户便于对过程的控制和对最终效果的把握。n常用非线性

45、编辑软件常用非线性编辑软件3.5 非线性编辑系统六大软件性能比较六大软件性能比较nUlead VideoStudio (友立友立 会声会影会声会影)3.5 非线性编辑系统n非线性编辑软件的功能非线性编辑软件的功能3.5 非线性编辑系统导入导入 q能够将视频从摄像机引入到软件中。提供对摄像机的远程控制，可以进行远程视频捕获，记录，播放，回放,快进以及暂停q用户可以在电脑屏幕上对数字摄像机中视频进行预览q自动镜头检测，可以对摄录的每一个镜头设定一个片段q音频和视频以数字化的方式在软件和数字摄像机间进行传输q可以在影音文件中引入静止图像n非线性编辑软件的功能非线性编辑软件的功能3.5 非线性编辑系统

46、视频编辑视频编辑q使用拖放对视频片段、音轨、过渡以及 标题进行编辑q对视频片段进行剪辑以除去不需要的内容q对片段或片段的一部分进行剪切，复制和粘贴q通过时间轴来重新定位和排列视频片段音频编辑音频编辑 q向已有的视频之中加入音乐声轨 q加入音效q使用麦克风记录用户的叙述q从CD中引入曲目q对音频进行淡入淡出，调节音量n非线性编辑软件的功能非线性编辑软件的功能3.5 非线性编辑系统 媒质管理媒质管理 q使用项目管理来图形化地管理视频片段q按名称、图标或注释对素材进行排序、 查看或搜索q判别硬盘可供存储视频片段的剩余空间标题和过渡效果标题和过渡效果 q向影片加入字幕 q有多种预定义的标题和过渡效果以

47、供选择q使用TrueType和PostScript字体q选用自定义的颜色改进标题效果q在画面间或镜头和场景间实时各种过渡效果q用滑动条设定过渡速度n非线性编辑软件的功能非线性编辑软件的功能3.5 非线性编辑系统输出输出q在电脑上以全屏播放制作完毕的电影文件q能以多种定义的格式保存影音文件q将完成的影音文件或单独的片段回传到便携式摄像机或在电视上欣赏q将单帧存成JPEG等格式的图片，将音频流单独输出为音频文件3.5 视频文件格式ASFASF 是 Advanced Streaming format 的缩写，ASF 是 MICROSOFT 为了和现在的 Real player 竞争而发展出来的一种可

48、以直接在网上观看视频节目的文件压缩格式。由于它使用了 MPEG4 的压缩算法，所以压缩率和图像的质量都很不错。因为 ASF 是以一个可以在网上即时观赏的视频“流”格式存在的，所以它的图象质量比 VCD 差一点点并不出奇，但比同是视频“流”格式的 RAM 格式要好。不过如果你不考虑在网上传播，选最好的质量来压缩文件的话，其生成的视频文件比 VCD （MPEG1）好是一点也不奇怪的，但这样的话，就失去了 ASF 本来的发展初衷，还不如干脆用 N AVI 或者 DIVX 。但微软的“子第”就是有它特有的优势，最明显的是各类软件对它的支持方面就无人能敌。 AVIAVI 是 Audio Video In

49、terleave 的缩写，这个微软由 WIN3.1 时代就发表的旧视频格式已经为我们服务了好几个年头了。 1992年微软推出，解决了音频和视频同步问题，且具有通用和开放的特点，兼容好、调用方便、图象质量好，缺点是尺寸大！就是因为这点，我们现在才可以看到由 MPEG1 的诞生到现在 MPEG4 的出台。 3.5 视频文件格式n AVIn AVI 是 newAVI 的缩写，是一个名为 ShadowRealm 的地下组织发展起来的一种新视频格式。它是由 Microsoft ASF 压缩算法的修改而来的（并不是想象中的 AVI），视频格式追求的无非是压缩率和图象质量，所以 NAVI 为了追求这个目标，改善了原始的 ASF 格式的一些不足，让 NAVI 可以拥有更高的帧率（frame rate）。当然，这是牺牲 ASF 的视频流特性作为代