电影的剪辑是电视编辑源泉

1、1、电影的剪辑是电视编辑源泉、电影的剪辑是电视编辑源泉2 2、电子编辑的发展、电子编辑的发展 1 1：1 1电视编辑系统电视编辑系统 多对一特技电视编辑系统多对一特技电视编辑系统 电视图文创作系统电视图文创作系统 摄录设备的数字化摄录设备的数字化 第三章第三章 非线性编辑系统（非线性编辑系统（NLE）基础知）基础知第一节、电视编辑的回顾与发展第一节、电视编辑的回顾与发展 非线性编辑系统非线性编辑系统1 1、电影的剪辑是、电影的剪辑是NLENLE的初级形式。的初级形式。2 2、磁带非线性编辑系统、磁带非线性编辑系统 3 3、激光唱片（、激光唱片（LDLD）非线性编辑系统）非线性编辑系统4 4、计

2、算机磁盘非线性编辑系统（、计算机磁盘非线性编辑系统（NLENLE）第二节第二节 NLE的发展的发展摄象机摄象机/录象机录象机V/A采集卡采集卡高速硬盘高速硬盘加工处理加工处理 一一 、NLE概念：能完成视音频素材的非线性编辑，在编辑过概念：能完成视音频素材的非线性编辑，在编辑过程中同时完成程中同时完成A/B卷编辑、多通道特技，图文字幕叠加，配音配卷编辑、多通道特技，图文字幕叠加，配音配乐的电视制作设备。乐的电视制作设备。第三节今天的数字第三节今天的数字NLE二、二、NLE采用的主要技术采用的主要技术 1、视音频信号的数字化、视音频信号的数字化 “0”、“1”二进制数字信号，有利于多次复制，二进

3、制数字信号，有利于多次复制，发挥计算机的随机存取优势，有利于电视系统网络的形成与发展。发挥计算机的随机存取优势，有利于电视系统网络的形成与发展。 2、压缩技术、压缩技术 数字化视频数据码流相当高，数字化视频数据码流相当高，4：2：2采样比的方向。采样比的方向。M-JPEG是相当成熟的压缩技术。是相当成熟的压缩技术。 3、计算机技术、计算机技术 对数据的处理、存储、速度的快速发展。对数据的处理、存储、速度的快速发展。 4 4、存储技术、存储技术 磁盘容量的快速提升，特别磁盘冗余阵列磁盘容量的快速提升，特别磁盘冗余阵列(RAID)技术的运用，技术的运用，标志着存储技术的飞速发展。它利用如小型硬盘加

4、上控制器，按一定的条件标志着存储技术的飞速发展。它利用如小型硬盘加上控制器，按一定的条件组合而成的一个大容量、高速度、高可靠性的存储系统。组合而成的一个大容量、高速度、高可靠性的存储系统。 、简化电视节目制作设备的种类和数量、简化电视节目制作设备的种类和数量 、编辑功能强大、方便实用、编辑功能强大、方便实用 对视频、图像、图形、字幕、动画、特技、声音的创作对视频、图像、图形、字幕、动画、特技、声音的创作和处理在一个环境中完成。和处理在一个环境中完成。 、数字技术保证高质量的图像、数字技术保证高质量的图像 多代复制和多层特技不损坏画面。多代复制和多层特技不损坏画面。 、编辑时间缩短，修改随心所欲

5、、编辑时间缩短，修改随心所欲 、提高设备可靠性和使用寿命、提高设备可靠性和使用寿命输入输出两次使用录像机，输入输出两次使用录像机， 大大减少机械磨损。大大减少机械磨损。 、易于网络化形成，达到资源共享、易于网络化形成，达到资源共享 三、三、NLE的优越性的优越性第四节第四节 非线编辑的基本概念非线编辑的基本概念 一、线性与非线性一、线性与非线性 1、 线性线性非线性与物理数学上的意义不同。传统的线性是成比非线性与物理数学上的意义不同。传统的线性是成比例的变化，这里的例的变化，这里的“线性线性”是指信息存储的样式与接受信息的顺是指信息存储的样式与接受信息的顺序相关性。序相关性。 2、 线性线性-

6、是指信息存储的样式与接受信息的顺序密切相关。磁是指信息存储的样式与接受信息的顺序密切相关。磁带上信息的位置决定读出的顺序。从第一个镜头到第三个镜头无带上信息的位置决定读出的顺序。从第一个镜头到第三个镜头无论以何种方式必须经过第二个镜头，本质上与磁带无关。磁带是论以何种方式必须经过第二个镜头，本质上与磁带无关。磁带是一种典型代表。一种典型代表。 3、 非线性非线性-是指信息存储的样式与接受信息的不相关。以任何是指信息存储的样式与接受信息的不相关。以任何方式随机读取磁盘上的信息，不同镜头及每个镜头的时间线可以方式随机读取磁盘上的信息，不同镜头及每个镜头的时间线可以任意跨越，本质上与磁盘无关，磁盘是

7、一种典型代表，还有光盘。任意跨越，本质上与磁盘无关，磁盘是一种典型代表，还有光盘。 二、联机编辑与脱机编辑二、联机编辑与脱机编辑 1、 脱机编辑脱机编辑-将素材以高压缩比输入非线性编辑系统，进将素材以高压缩比输入非线性编辑系统，进行编辑、特技处理并不断修改，从而产生编辑决定表（行编辑、特技处理并不断修改，从而产生编辑决定表（EDL）。）。表内包括每个镜头的入点、出点、长度的绝对地址码表内包括每个镜头的入点、出点、长度的绝对地址码(TC)和特和特技代码及相关参数（如，过度时间、方向、起始位置）软件非技代码及相关参数（如，过度时间、方向、起始位置）软件非实时特技。实时特技。 2、 联机编辑联机编辑

8、-利用利用EDL表控制高档线性编辑系统，自动编制表控制高档线性编辑系统，自动编制出高质量的节目。硬件实时特技。出高质量的节目。硬件实时特技。 3、 二者是一个事件的两个过程。脱机编辑是一个信号质量高二者是一个事件的两个过程。脱机编辑是一个信号质量高的结构形式完整的节目制作过程，联机编辑是利用前者的形式的结构形式完整的节目制作过程，联机编辑是利用前者的形式去组合高质量的素材。分两阶段是由于非线编的存储能力和运去组合高质量的素材。分两阶段是由于非线编的存储能力和运算能力低，取样算法和压缩技术不够科学所致。算能力低，取样算法和压缩技术不够科学所致。 目前，合而为一目前，合而为一-非线编，二者消失。非

9、线编，二者消失。 1、 复制复制-磁带编辑就是信号的复制过程，从素材带按磁带编辑就是信号的复制过程，从素材带按一定的顺序逐个复制到录机磁带，这个过程需要多次的换带、一定的顺序逐个复制到录机磁带，这个过程需要多次的换带、搜索、暂停，太麻烦而且信号不断损失。搜索、暂停，太麻烦而且信号不断损失。 2、 跳跃跳跃-磁盘编辑就是信号的跳跃过程，从素材带到磁盘编辑就是信号的跳跃过程，从素材带到非线编后就可以处理，不受顺序的制约，无数次点用，在时间非线编后就可以处理，不受顺序的制约，无数次点用，在时间轨上随意跳跃，不会有信号下降。轨上随意跳跃，不会有信号下降。三、复制与跳跃三、复制与跳跃A1BCDE2345

10、AC2E4素材带一素材带一编辑母带编辑母带素材带二素材带二线性编辑过程线性编辑过程CA1BCDE2345AC2E4磁盘上素材一磁盘上素材一时间线时间线非线性编辑过程非线性编辑过程C磁盘上素材二磁盘上素材二 压缩从两个方面考虑：压缩从两个方面考虑： 一是利用图像的统计特性进行压缩，去掉那些表示冗余信息的一是利用图像的统计特性进行压缩，去掉那些表示冗余信息的比特数；比特数； 二是利用人眼的视觉特性进行压缩，对人眼不太敏感的信息，二是利用人眼的视觉特性进行压缩，对人眼不太敏感的信息，用较少的比特数来表示，有损伤但人眼觉察不到，信息论认为：用较少的比特数来表示，有损伤但人眼觉察不到，信息论认为：（有用

11、）信息量（有用）信息量= =总数据量总数据量（无用的）冗余量。不采用数码压缩（无用的）冗余量。不采用数码压缩技术，数字电视节目就无法存储、处理、传输，多媒体技术和非线技术，数字电视节目就无法存储、处理、传输，多媒体技术和非线性编辑技术无法实现，数字化就无法发展。性编辑技术无法实现，数字化就无法发展。 压缩的作用：节省存储空间；缩短处理时间；节约传输通道，压缩的作用：节省存储空间；缩短处理时间；节约传输通道，充分利用频谱资源。充分利用频谱资源。 码率压缩技术是实现非线性编辑系统的基石。目前大多采用码率压缩技术是实现非线性编辑系统的基石。目前大多采用Motion-JPEGMotion-JPEG有损

12、算法。有损算法。Motion-JPEG（M-JPEG）为内压缩，符）为内压缩，符合视频编辑的要求，对称式压缩合视频编辑的要求，对称式压缩/解压结构，编解压结构，编/解码可采用相同的解码可采用相同的软、硬件实现，算法简单，节约时间编辑精确到帧。压缩比是可以软、硬件实现，算法简单，节约时间编辑精确到帧。压缩比是可以调整的：调整的：1:1:1-100：1 四、压缩与存储四、压缩与存储压缩比压缩比相当于模拟视频质相当于模拟视频质量量每每GBGB硬盘存储硬盘存储时音频时间时音频时间1 1：1 1D1D1（不压缩）（不压缩）4949s s2 2：1 1数字数字BetacamBetacam, D5, D51

13、m37s1m37s5 58 8：1 1BetacamBetacam-SP, MII-SP, MII4 46 6m30sm30s101015 15 ：1 1U-matic,Hi-88 81212m m2020：1 1专业专业S-VHSS-VHS16m16m30304040：1 1S-VHSS-VHS，VHSVHS24243232m m6060：1 1脱机脱机48m48m120120：1 1脱机脱机96m96mM-jpeg-jpeg压缩比与硬盘存储容量，画面质量对照表压缩比与硬盘存储容量，画面质量对照表选择压缩算法的依据：选择压缩算法的依据：1 1、具有快速算法和硬件处理器的支持；、具有快速算法和

14、硬件处理器的支持；2 2、经过压缩形成的数据文件应具备兼用性和标准化格式；、经过压缩形成的数据文件应具备兼用性和标准化格式；3、必须满足特殊系统的需求、必须满足特殊系统的需求 。常用的压缩算法常用的压缩算法: : 1、Motion-JPEG（M-JPEG）是）是NLE最常用的压缩方式。最常用的压缩方式。2 2、MPEG 4MPEG 4：2 2：2 2 PMLPML MPEG是一种帧内压缩和帧间压缩相是一种帧内压缩和帧间压缩相 结合的压缩方式。结合的压缩方式。3 3、DVDV和和DvcproDvcamDvcproDvcam格式格式 DVDV格式基于格式基于DCT(DCT(离散余弦变换离散余弦变换

15、) ) 算法的家用数字录像机格式，算法的家用数字录像机格式，DvcproDvcamDvcproDvcam则是在则是在DVDV格式的格式的 基础上衍生出来的格式，均为帧内编码方式。基础上衍生出来的格式，均为帧内编码方式。4 4、小波变换（、小波变换（WTWT） 是一个满足能量守恒的变换又叫子波变是一个满足能量守恒的变换又叫子波变 幻，它对时间和频率同时进行分解，利用小波变换进行压缩。幻，它对时间和频率同时进行分解，利用小波变换进行压缩。 VGA 640 *480 ;SVGA 800*600;XGA 1024*768;SXGA 1280*960;UXGA 1600*1200;QXGA 2048*1

16、536.显示设置：显示设置：第五节第五节 非线性编辑系统的组成和功能非线性编辑系统的组成和功能一、一、 NLENLE基本组成基本组成1 1、信号输入、信号输入/ /输出接口输出接口( (一一) )DV/1394DV/1394输入输入/ /输出接口输出接口 13941394卡的全称是卡的全称是IEEE1394 Interface CardIEEE1394 Interface Card，它是，它是IEEEIEEE标准化标准化 组织制定的一项具有视频数据传输速度的串行接口标准组织制定的一项具有视频数据传输速度的串行接口标准IEEE 1394的主要性能特点的主要性能特点 :（1）数字接口：从而降低了设

17、备的复杂性，保证了信号的质量；）数字接口：从而降低了设备的复杂性，保证了信号的质量； （2） “热插拔热插拔”： （3） 即插即用：无需设定即插即用：无需设定ID（识别符）或终（识别符）或终端负载，主节点可以动态确定；端负载，主节点可以动态确定； （4） 总线结构：采用读写映射空间的结构，而不是总线结构：采用读写映射空间的结构，而不是IEEE1212标准规定的寻址发送数据方式，对于外部电缆和底板技术规格，标准规定的寻址发送数据方式，对于外部电缆和底板技术规格，都有详细规定；都有详细规定； （5） 速度快：速度快：IEEE 1394标准定义了三种传输速率：标准定义了三种传输速率：98304 Mb

18、ps，196608 Mbps，392216 Mbps。 （6） 兼容性好：兼容性好：IEEE 1394总线可适应台式个人机用户的总线可适应台式个人机用户的全部全部IO要求，并可以与要求，并可以与SCSI并口（小型计算机系统接口）、并口（小型计算机系统接口）、RS232标准串口、标准串口、IEEE 1284标准并口、标准并口、Centronics接口、接口、Apples Desktop Bus等接口兼容；等接口兼容； （7） 接口设备对等（接口设备对等（peertopeer），不分主从设备，），不分主从设备，都是主导者和服务者。其中有足够的智能用于连接，不需附都是主导者和服务者。其中有足够的智能

19、用于连接，不需附加控制功能。如此便可不通过计算机而在两台摄像机之间直加控制功能。如此便可不通过计算机而在两台摄像机之间直接传递数据，也可以让多台计算机共享一台摄像机；接传递数据，也可以让多台计算机共享一台摄像机； （8） 物理体积小，制造成本低，易于安装；物理体积小，制造成本低，易于安装； （9） 非专利性：使用非专利性：使用IEEE 1394串行总线不存在专利问题；串行总线不存在专利问题； （10） 价廉：适合于家电产品。价廉：适合于家电产品。IEEE 1394的价格降低，部分的价格降低，部分原因是通过串行数据传输来达到的，它采用了简化电子电路和原因是通过串行数据传输来达到的，它采用了简化电

20、子电路和电缆设计。其发送和接收器件作为标准芯片组提供，处理寻电缆设计。其发送和接收器件作为标准芯片组提供，处理寻址、初始化、仲裁和协议。址、初始化、仲裁和协议。 IEEE1394接口的两种类别：接口的两种类别： IEEE1394接口有接口有6针和针和4针两种类型。针两种类型。6角形的接口为角形的接口为6针，针， 小型四角形接口则为小型四角形接口则为4针。针。 IEEE1394和和USB比较比较IEEE1394和和USB早期的版本早期的版本1.1在速度上也没有什么可比性，在速度上也没有什么可比性，IEEE 1394以其以其400Mbps的传输速率峰值遥遥领先，而的传输速率峰值遥遥领先，而USB

21、1.1最大只有最大只有12Mbps。USB2.0USB2.0的出现，传输速率在理论上能达到的出现，传输速率在理论上能达到480Mbps480Mbps，已经超过了，已经超过了IEEE1394IEEE1394的速度。的速度。 USB 1.1版版. USB 2.0版版.IEEE1394目前目前12Mbps480Mbps100Mbps 200 Mbps 400 Mbps将来将来800Mbps1600 Mbps1Gbps 2Gbps 4Gbps 8Gbps传输速率比较传输速率比较（二）（二）SDI CSDI QSDI接口接口 这三接口都是广播级的数字分量传输口，与高档的这三接口都是广播级的数字分量传输口

22、，与高档的NLE相连相连可以实现四倍速上下载可以实现四倍速上下载特点：专用性强特点：专用性强 只用于只用于SONY/ PANASONIC /JVC的高档次的的高档次的摄录设备与专业的高档板卡上；摄录设备与专业的高档板卡上； 速度快速度快 400Mbps的传输码率的传输码率 价格昂贵价格昂贵(三）模拟接口三）模拟接口 分量分量YUV; S-video; video 特点：这些口使用时间较长，使用简单，不需要计算机控制特点：这些口使用时间较长，使用简单，不需要计算机控制和设置，连接唯一性和设置，连接唯一性SDI串行数字接口串行数字接口 即即SMPTE259M,传递传递4：2：2串行不压缩数串行不压

23、缩数 字分量视频信号。传输速率为字分量视频信号。传输速率为270Mbps，用单根视频电缆，用单根视频电缆 连接，最长距离连接，最长距离300米。米。 sony Digital Betacam最早使用最早使用SDI输入输出接口。输入输出接口。SDTI(QSDI/CSDI)压缩串行数字接口压缩串行数字接口 即即SMPTE305M，支持四，支持四倍速上下载（俗称打包上下载），传输倍速上下载（俗称打包上下载），传输DV/DVCPRO/DVCAM压缩数字视频。压缩数字视频。SDTI-CP压缩串行数字接口压缩串行数字接口 这是是这是是Betacan SX数字录像机输出数字录像机输出标准标准MPEG ES比

24、特流与其他厂家的非线性编辑产品相联接，比特流与其他厂家的非线性编辑产品相联接， 2、采集卡、采集卡输入、输出接口输入、输出接口压缩方式压缩方式输出格式输出格式实时特技层数实时特技层数接口与采集处理卡是不同的接口与采集处理卡是不同的 作用：信号的传输，作用：信号的传输，A/D转换，格式的转换，特技过度的处理。转换，格式的转换，特技过度的处理。3、多媒体计算机目前，高档的多媒体计算机能够满足多数采集卡的需要，只是目前，高档的多媒体计算机能够满足多数采集卡的需要，只是系统的集成需要一定的经验。原则是各部分性能一致，不要设系统的集成需要一定的经验。原则是各部分性能一致，不要设有瓶颈现象。有瓶颈现象。作

25、用：运行平台，运算能力。作用：运行平台，运算能力。二、二、 NLE的功能的功能具有以下设备功能具有以下设备功能1、硬盘数字录像机（记录、存储、播放）；、硬盘数字录像机（记录、存储、播放）；2、编辑控制器（控制入出点，标记）；、编辑控制器（控制入出点，标记）；3、切换台（多路视音信号的选择）；、切换台（多路视音信号的选择）；4、特技机（利用软、硬件特技系统进行多信号处理）；、特技机（利用软、硬件特技系统进行多信号处理）；5、字幕和图文创作；、字幕和图文创作；6、数字录音机、音源和调音台。、数字录音机、音源和调音台。三、三、 NLE分类分类 （一）、根据硬件平台分（一）、根据硬件平台分 1、基于、

26、基于PC平台的系统。这类系统以平台的系统。这类系统以Intel及其兼容芯片为核及其兼容芯片为核心，型号丰富，性能价格比高，装机量大，发展速度快，是目前心，型号丰富，性能价格比高，装机量大，发展速度快，是目前和今后一段的主导系统。和今后一段的主导系统。 2、基于、基于MAC平台的系统。以平台的系统。以Avid的的 Media composer系列和系列和data Translation的的Media100等产品为代表，在早期流行，目前等产品为代表，在早期流行，目前与基于与基于PC平台的系统相当，其发展受单一的苹果硬件平台的制平台的系统相当，其发展受单一的苹果硬件平台的制约。约。 3、基于工作站的

27、系统。大多建在、基于工作站的系统。大多建在SGI的图形工作站的基础上。的图形工作站的基础上。一般图形和动画功能较强，但价格昂贵，软硬件支持不充分。一般图形和动画功能较强，但价格昂贵，软硬件支持不充分。 4、基于传统编辑、基于传统编辑VTR和编辑控制器的系统。如和编辑控制器的系统。如Betacam-SX 系列和系列和ES-7编辑站，它提供与传统线性系统的逐渐过渡，吸取了编辑站，它提供与传统线性系统的逐渐过渡，吸取了线性和非线性的两种系统的优点，自成体系，处理通用多媒体数线性和非线性的两种系统的优点，自成体系，处理通用多媒体数据的功能较弱。据的功能较弱。 1、Motion-JPEG（M-JPEG）

28、是）是NLE最常用的压缩方式。基最常用的压缩方式。基于于PC/MACPC/MAC平台，不相互兼容。平台，不相互兼容。 2 2、MPEG 4MPEG 4：2 2：2 2 PMLPML MPEG是一种帧内压缩和帧间压缩是一种帧内压缩和帧间压缩相结合的压缩方式。相结合的压缩方式。SONYSONY公司公司Betacam-SX系列采用，在保证图系列采用，在保证图像质量的基础，可以获得较高的质量比。像质量的基础，可以获得较高的质量比。 3 3、DVDV和和DvcproDvcamDvcproDvcam格式格式 DVDV格式基于格式基于DCT(DCT(离散余弦变换离散余弦变换) )算法的家用数字录像机格式，算

29、法的家用数字录像机格式，DvcproDvcamDvcproDvcam则是在则是在DVDV格式的基础格式的基础上衍生出来的格式，均为帧内编码方式。上衍生出来的格式，均为帧内编码方式。DVDV格式开始开发用于民格式开始开发用于民用，由于其图象质量高，在专业领域被广泛应用。用，由于其图象质量高，在专业领域被广泛应用。 4 4、小波变换（、小波变换（WTWT） 是一个满足能量守恒的变换又叫子波是一个满足能量守恒的变换又叫子波变幻，它对时间和频率同时进行分解，利用小波变换进行压缩。变幻，它对时间和频率同时进行分解，利用小波变换进行压缩。（二）、根据压缩方法划分（主要视频压缩）（二）、根据压缩方法划分（主

30、要视频压缩）第六节第六节 数字视频信号分析数字视频信号分析一、图象和视频数据的处理一、图象和视频数据的处理 1、图象的数据模型、图象的数据模型 图象信息在数学上可表示为图象信息在数学上可表示为 I=f (x,y,z,t,) 其中其中（ x,y,z）是三维空间坐标；）是三维空间坐标；t 代表时间，形成活动图象；代表时间，形成活动图象； 是波长，它对图象是波长，它对图象类型产生影响。类型产生影响。 Fr=25/30Hz 帧速率帧速率 一般用于电视的隔行扫描，每帧由奇、偶两场组成。一般用于电视的隔行扫描，每帧由奇、偶两场组成。HDTV系统系统Fr=50-60Hz ， 当当Fr=50-60Hz 时基本

31、上没有闪烁现象，高质量的工时基本上没有闪烁现象，高质量的工作站显示器通常使用这种帧率。作站显示器通常使用这种帧率。R 1 0 1.042 YG 1 -0.34414 -0.71414 UB 1 1.1772 0 V0.299 0.587 0.144 R -0.1678 -0.3313 -0.5 G 0.5 -0.4187 -0.0813 B2、彩色空间、彩色空间 RGB 和和YUV转换关系转换关系标准标准行数行数/帧帧行数行数/场场活动视频行活动视频行场速率场速率水平同步脉冲速率水平同步脉冲速率NTSC525262.548059.9415734PAL625312.557650156253、标准

32、视频、标准视频NTSC（美国国家电视系统委员会）和（美国国家电视系统委员会）和PAL(Phase lternating Line)逐行倒相格式，逐行倒相格式，SECAM（Sequential Color and memory)串行色彩存储格式。串行色彩存储格式。 4、SIF(source input format)格式定义两种位流格式格式定义两种位流格式PAL 352像素像素*288行行*25HzNTSC 352像素像素*240行行*30Hz因为因为SIF帧速率是帧速率是NTSC和和PAL场速率的场速率的1/2，所有视频显示硬件必须把每个，所有视频显示硬件必须把每个SIF帧帧显示两次。显示两次

33、。5、ITU-R601编码方案编码方案 国际电信联盟无线电通信部门以演播室质量标准，把国际电信联盟无线电通信部门以演播室质量标准，把模拟的模拟的Y U V与分量编码使用的与分量编码使用的Y Cb Cr在彩色空间具有数字等价性。在彩色空间具有数字等价性。4：2：2方案中的编码参数植方案中的编码参数植参数参数525行行/59.94Hz场速率系统场速率系统（NTSC）625行行/50Hz场速率系统场速率系统（PAL）编码信号编码信号从加玛预校正信号中获得从加玛预校正信号中获得从加玛预校正信号中获得从加玛预校正信号中获得Y，Cr, Cb每行的样本数：每行的样本数：Y858864Cr, Cb429432

34、采样频率：采样频率：Y13.5MHz13.5MHzCr, Cb6.75MHz6.75MHz编码形式编码形式正规正规PCM，8位位/样本样本正规正规PCM，8位位/样本样本每个数字活动行的样本数每个数字活动行的样本数Y720720Cr, Cb360360模拟与数字水平时序关系：模拟与数字水平时序关系：16个色度时钟周期个色度时钟周期12个色度时钟周期个色度时钟周期从数字活动行结束到行同步的从数字活动行结束到行同步的上升沿上升沿摄像机摄像机照相机照相机扫描仪扫描仪TV彩色监视器彩色监视器打印机打印机计算机计算机光盘光盘 录像带录像带数据流带数据流带 磁盘磁盘图象获取图象获取显示输出显示输出图象处理

35、图象处理图象存储图象存储图象通信图象通信数字图象处理系统的基本组成数字图象处理系统的基本组成二、数字图象处理系统二、数字图象处理系统 1 1、图象获取、图象获取 利用各种传感器把相应波长的信号检索出来，利用各种传感器把相应波长的信号检索出来，对信号进行数字化处理并在计算机中存储起来。对信号进行数字化处理并在计算机中存储起来。 2 2、存储、存储 一是供处理过程中使用的短暂存储器，计算机的内存和专用一是供处理过程中使用的短暂存储器，计算机的内存和专用图形图象处理板卡上的帧缓冲区；图形图象处理板卡上的帧缓冲区； 二是在线存储区，能提供较快的存取速度，有磁盘、优盘、二是在线存储区，能提供较快的存取速

36、度，有磁盘、优盘、光盘等存储介质；光盘等存储介质； 三是图象档案的存储区，存储量大，访问频率低，常用磁带三是图象档案的存储区，存储量大，访问频率低，常用磁带和光盘等存储介质。和光盘等存储介质。 3 3、图象处理、图象处理 图象的增强和恢复、分析、重建和压缩等。图象的增强和恢复、分析、重建和压缩等。软件实现较慢，硬件快。软件实现较慢，硬件快。 4 4、通信、通信 局部和远程局部和远程 必须压缩传输后解压。必须压缩传输后解压。 5 5、显示输出、显示输出 监视器是常用的，打印机，胶片记录仪等输监视器是常用的，打印机，胶片记录仪等输出设备。出设备。 1 1、模拟视频信号行场结构、模拟视频信号行场结构

37、 PALPAL制：行频制：行频 15625Hz15625Hz，场频，场频 50Hz 50Hz ，2525帧，每帧帧，每帧2 2场；场； 一行扫描时间一行扫描时间64 64 s s （=1/15625 s=1/15625 s），其中），其中12 12 s s是行消隐，是行消隐，（4.7 4.7 s s同步头）；有效显示时间同步头）；有效显示时间52 s52 s。一帧（副）画面扫描行一帧（副）画面扫描行 625625行（行（=15625/25=15625/25） 其中其中5050行为行为场消隐，有效行为场消隐，有效行为575575行这样有效行场数只占总数的行这样有效行场数只占总数的75%75%。三

38、、视频信号的数字化三、视频信号的数字化 2、数字化、数字化 数字化数字化AV信号的取样频率信号的取样频率fsfs ，量化位数为，量化位数为R R，则其二进制编，则其二进制编码的传输速率（或称位率、码率、比特率、数据率）码的传输速率（或称位率、码率、比特率、数据率）I= I= fs fs R R bps(b bit; ps bps(b bit; ps per second)per second) 数字电话的数字电话的f fs s= 8 kHz, R = 8 bit,I = 8 = 8 kHz, R = 8 bit,I = 8 8 = 64 kbps;8 = 64 kbps; CD-DA CD-D

39、A的音频信号的每一路的音频信号的每一路f fs s= 44.1 kHz, R = 16 bit,= 44.1 kHz, R = 16 bit,I= 44.1 I= 44.1 16=705.6 kbps16=705.6 kbps，立体声信号为，立体声信号为; ; I= 1.4112 Mbps;I= 1.4112 Mbps; 视频信号的带宽为视频信号的带宽为6M，采样定理要求，取样频率采样定理要求，取样频率应是信号带宽的应是信号带宽的2倍以上。倍以上。CCIR规定采样频率规定采样频率13.5MHz,13.5MHz/15625=864=13.5MHz64 s, 色度信号的带宽为色度信号的带宽为1.3

40、MHz，取样频率为，取样频率为6.75MHz。常见数字视频格式（常见数字视频格式（PAL）图像格式图像格式 水平样点数水平样点数 直样点数（行数）直样点数（行数）典型应用典型应用亮度亮度色度色度亮度亮度色度色度4：2：2704352576576MPEG-24：2：0704352576288MPEG-2HHF352176576288S-VCDCIF352176288144VCDQCIF1768814472可视电话可视电话SQCIF128649648Internet 科学实验表明：人眼对从纯黑到纯白分辨灰度级为科学实验表明：人眼对从纯黑到纯白分辨灰度级为64级，用级，用6比特来表示图象的灰度级就够

41、了，实际中为提高质量，减低噪声，比特来表示图象的灰度级就够了，实际中为提高质量，减低噪声，采样过程中，最低用采样过程中，最低用256级取样电平，即每个取样点需要用级取样电平，即每个取样点需要用 8比特比特来表示，广播级的图象处理采用来表示，广播级的图象处理采用10、12、14比特。比特。 活动图象数字化后数据速率：活动图象数字化后数据速率：13.58(Y) + 6.75 8(U) + 6.75 8(V)=216Mbps CCIR601建议建议 规定正程扫描规定正程扫描52 s ，一行采样点数，一行采样点数52 13.5=702点，压缩算法要求水平方向上的采样点必须为点，压缩算法要求水平方向上的

42、采样点必须为32或或16的倍数，通常的倍数，通常704取取720点。有效行点。有效行625-50=575取取576。 4：2：2格式数字图象数据速率：格式数字图象数据速率： （704 576+352 576 +352 576） 8 25=162.2Mbit/s162.2/216=75%(720 576+352 2 576) 8 25=165.888Mbit/s165.888/216=76. 8 %对彩色电视信号采样时，有两种方法：一是用同一种采样频率对图象的亮度、色差对彩色电视信号采样时，有两种方法：一是用同一种采样频率对图象的亮度、色差信号进行采样；二是对色差信号采用比亮度信号低的频率采样，

43、这就是图象子采样。信号进行采样；二是对色差信号采用比亮度信号低的频率采样，这就是图象子采样。4:2:0Y10Y11Y12Y13Y20Y21Y22Y23U（12）0U（12）1V（12）0V（12）1在水平和垂直方向每在水平和垂直方向每2个连个连续的采样点取续的采样点取4个个Y、1个个Cr、1个个Cb样本样本,每一个像素用每一个像素用1.5个样个样本表示。本表示。是子采样格式是子采样格式Y10Y11Y12Y13Y20Y21Y22Y23U10U11U12U13U20U21U22U23V10V11V12V13V20V21V22V23每条扫描线每每条扫描线每4个连个连续的采样点取续的采样点取4个个Y、

44、4个个Cr、4个个Cb样本样本,每一个像素用每一个像素用3个样个样本表示。本表示。不是子采样格式不是子采样格式4:4:4Y10Y11Y12Y13Y20Y21Y22Y23U10U11U20U21V10V11V20V21每条扫描线每每条扫描线每4个连个连续的采样点取续的采样点取4个个Y、2个个Cr、2个个Cb样本样本,每一个像素用每一个像素用2个样个样本表示。本表示。是子采样格式是子采样格式4:2:2Y10Y11Y12Y13Y20Y21Y22Y23U10U20V10V20每条扫描线每每条扫描线每4个连个连续的采样点取续的采样点取4个个Y、1个个Cr、1个个Cb样本样本,每一个像素用每一个像素用1.

45、5个样个样本表示。本表示。是子采样格式是子采样格式4:1:13、图象子采样、图象子采样 比特比特bit（位）（位）:计算机中信息的最小量。数据速率计算机中信息的最小量。数据速率 常用常用bps(比特比特/秒）。秒）。 字节字节Byte:存储一个字符所需存储量。通常表示磁盘容量和文件大小。存储一个字符所需存储量。通常表示磁盘容量和文件大小。 1Byte=8bite常用单位及换算：常用单位及换算：1KB=1024B;1MB=1024KB;1GB=1024MB;1TB=1024GB;1PB=1024TB;1EB=1024PB; 以以PAL ITU-R601标准，标准，625/50电视系统的一帧电视系

46、统的一帧D1质量的电视图象，采用质量的电视图象，采用Y：U：V=4：2：2，8bit量化，数据速率：量化，数据速率：720576 （1+0.5 +0.5) 8 25=165888000bit/s(bps)=20736000B/s=19.78MB/s;每帧图象的数据为：每帧图象的数据为： 720 576 （1+0.5 +0.5) 8=6635520bit=0.791M B。 DV格式：速率格式：速率25 Mbits/s ,一小时节目所需要的容量为：一小时节目所需要的容量为：25 3600/8=11250MB=10.986328125GB=11GB.1394/DV接口速率接口速率 100/200/

47、400 Mbits/sSDI 接口速率接口速率 270 Mbits/s 4、数字视频的比特率和所需存储容量、数字视频的比特率和所需存储容量格式格式 参参 数数 BetacamBetacam- -SX SX DVCPRO DVCPRO DVCAM DVCAM Digital-S Digital-S 25 25 50 50 亮度信号（亮度信号（Y Y）取样率）取样率 13135MH5MHz z 13135MH5MHz z 13135MH5MHz z 13135MH5MHz z 13135MH5MHz z Y/R-YY/R-Y、B-YB-Y取样比取样比 4 4：2 2：2 2 4 4：1 1：1 1

48、4 4：2 2：2 2 4 4：2 2：0 0 4 4：2 2：2 2 量化比特量化比特8 8 8 88 8 8 8 8 8 压缩方式压缩方式 MPEG- MPEG- DV DV DV DV DV DV DV DV 压缩比压缩比 1010：1 1 5 5：1 1 3 33 3：1 1 5 5：1 1 3 33 3：1 1 数据率数据率 18Mb/s 18Mb/s 25 Mb/s 25 Mb/s 50 Mb/s 50 Mb/s 25 Mb/s 25 Mb/s 50 Mb/s 50 Mb/s 音频音频 16b/48KH16b/48KHz z 4 4声道声道16b/48KH16b/48KHz z 2

49、 2声道声道16b/48KH16b/48KHz z 4 4声道声道16b/48KH16b/48KHz z 2 2声道声道16b/48KH16b/48KHz z 4 4声道声道几种数字录象机记录格式技术参数比较几种数字录象机记录格式技术参数比较第七节第七节 基于基于DCT的图象压缩编码的图象压缩编码 离散余玄变换是一种正交变化，从空间领域或时域获取样离散余玄变换是一种正交变化，从空间领域或时域获取样点序列，并通过特定运算将其变换到频率域。对于图象而言，点序列，并通过特定运算将其变换到频率域。对于图象而言，X、Y坐标轴分别代表屏幕的两个方向，信号的幅度就是屏幕上像素坐标轴分别代表屏幕的两个方向，信

50、号的幅度就是屏幕上像素的样值，由此形成的矩阵就是信号的空间表示。的样值，由此形成的矩阵就是信号的空间表示。DCT将空间信将空间信息转换为频率和频谱信息，变换后的息转换为频率和频谱信息，变换后的X、Y轴分别代表两个方向轴分别代表两个方向上的频率分量。上的频率分量。熵编码熵编码图象分块图象分块运动估计与运动补偿运动估计与运动补偿DCT量化量化缓冲器缓冲器速率控制速率控制输入输入输出输出DCT图象压缩编码原理框图图象压缩编码原理框图一、图象分块一、图象分块 首先将首先将720*576（M*N）的图象分成没有重叠的子图象（正方形）的图象分成没有重叠的子图象（正方形L*L），），M、N必须是必须是L的整

51、数倍，每个图象块中各像素值差异很小，的整数倍，每个图象块中各像素值差异很小，特别相邻像素的值变化不大，图象信号的相关性（帧内）。这是数特别相邻像素的值变化不大，图象信号的相关性（帧内）。这是数字图象压缩的基础。通常字图象压缩的基础。通常16*16，现以，现以8*8为例。为例。取取样样离散余玄变换离散余玄变换 水平方向各频率项由左至右增加，垂直方向各频率项由上往下水平方向各频率项由左至右增加，垂直方向各频率项由上往下增加。所以左上角代表零频率或直流（平均）项，右下角为最高增加。所以左上角代表零频率或直流（平均）项，右下角为最高频率项。变换过程本身并不减少比特，因为变换块的每个系数所频率项。变换过

52、程本身并不减少比特，因为变换块的每个系数所需要的比特数与初始块的相同。需要的比特数与初始块的相同。 139 144 149 153 155 155 155 155144 151 153 156 159 156 156 156150 155 160 162 163 158 156 156159 161 162 160 160 159 159 159160 160 161 162 162 155 155 155161 161 161 161 160 157 157 157162 162 161 163 162 157 157 157 162 162 161 161 163 158 158 1582

53、35.6-1.0-12.15.22.1-1.7-2.7-1.3-22.6-17.5-6.2-3.2-2.9-0.10.4-1.2-10.99.3-1.61.50.2-0.9-0.6-0.1-7.1-1.90.21.51.6-0.10.00.3-0.6-0.81.51.6-0.1-0.70.61.3-1.8-0.21.6-0.1-0.81.51.0-1.0-1.3-0.4-0.3-1.50.51.71.1-0.8-2.61.6-3.81.81.91.2-0.6-0.4二、二、DCT变换变换 DCT变换后，能量分布情况发生了改变。大部分系数的值都很小，只是在变换后，能量分布情况发生了改变。大部分系

54、数的值都很小，只是在F（0，0）位置附近有几个系数的指数大，变换域的低频系数集中了大量能量，而高频系数上的位置附近有几个系数的指数大，变换域的低频系数集中了大量能量，而高频系数上的能量很小。能量很小。 F（0，0）实际上等于所有像素的的平均值，叫直流系数（）实际上等于所有像素的的平均值，叫直流系数（DC系数系数 1个），个），重要系数，其余的系数都是交流系数（重要系数，其余的系数都是交流系数（AC系数系数63个）。个）。 DC系数周围的系数反应了图系数周围的系数反应了图象的低频信息，象的低频信息， F（8，8）附近的系数反应了图象中的高频分量。高频系数比较小，）附近的系数反应了图象中的高频分量

55、。高频系数比较小，图象细节比较多，反之细节少。图象细节比较多，反之细节少。三、量化三、量化 由于人眼对图象的低频特性，如物体的亮度之类的信息很敏由于人眼对图象的低频特性，如物体的亮度之类的信息很敏感，而对图象中的高频信息不敏感，因此在传输过程中可以少感，而对图象中的高频信息不敏感，因此在传输过程中可以少传或不传送高频信息。传或不传送高频信息。 量化过程是一个非线性过程，量化和反量化值存在一定的误量化过程是一个非线性过程，量化和反量化值存在一定的误差。这个误差在一定范围内，人眼很难觉察，这可以提高压缩差。这个误差在一定范围内，人眼很难觉察，这可以提高压缩编码的效率。编码的效率。150 -1 0

56、0 0 0 0 -2 -1 0 0 0 0 0 0-1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 q=1 ( 6个非个非0值）值）70 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 q=2( 1个非个非0值）值）量化后的系数量化后的系数量化步长量化步长 q 控制

57、量化误差大小，控制量化误差大小，q大，误差大，失真大。大，误差大，失真大。 四、熵编码四、熵编码 DCT变换后，可将非变换后，可将非0值发送到接受端，但是，在图象压缩编码中处理的图象是由值发送到接受端，但是，在图象压缩编码中处理的图象是由多个图象块构成的，这些图象块多个图象块构成的，这些图象块DCT后的后的DC系数之间实际上还是有很强的相关性。系数之间实际上还是有很强的相关性。为了节约带宽，对不同的为了节约带宽，对不同的DC系数采用了差分（差值）编码，既系数采用了差分（差值）编码，既 用前一量化后的用前一量化后的DC系数预测当前量化的系数预测当前量化的DC系数，然后再对其差值进行编码；对其他系

58、数，然后再对其差值进行编码；对其他AC系数还要进行系数还要进行ZigZag扫描（扫描（ Z字扫描值）。字扫描值）。 ZigZag扫描将二维的量化系数转换为一维时间序列，并在此基础上进行游程编码。扫描将二维的量化系数转换为一维时间序列，并在此基础上进行游程编码。游程编码的工作是将一维的时间序列变为一个一个的二维事件，每个事件包括两个游程编码的工作是将一维的时间序列变为一个一个的二维事件，每个事件包括两个部分。前一部分被称为游程，表示在非部分。前一部分被称为游程，表示在非 0系数之间系数之间 0的个数，后一部分为系数得值。的个数，后一部分为系数得值。上例上例Z字扫描值：字扫描值：0，-2，-1，-

59、1，-1，0，0，-1，0，0， 对这个数列进行游程编码：对这个数列进行游程编码： （1，-2），（），（0，-1）（0，-1），（），（0，-1），（），（2，-1）。这几个二维的事件）。这几个二维的事件就已经完全表示了量化后系数矩阵的所有信息。就已经完全表示了量化后系数矩阵的所有信息。 Z字扫描图字扫描图 为了进一步压缩传送这些二维事件所需的比特数，经统为了进一步压缩传送这些二维事件所需的比特数，经统计，根据二维事件出现的概率为每一事件分配了一个长度不计，根据二维事件出现的概率为每一事件分配了一个长度不同的码字来表示这些事件。如用同的码字来表示这些事件。如用01表示（表示（0，1）事件，）

60、事件， 010表示（表示（0，2）事件。这个过程被称为熵编码，又叫变长编码。）事件。这个过程被称为熵编码，又叫变长编码。通常用较短的码字表示出现概率大的事件，较长的码字表示通常用较短的码字表示出现概率大的事件，较长的码字表示出现概率小的事件。出现概率小的事件。 从上面的例子看到：一个图象块从上面的例子看到：一个图象块 64个像素，压缩编码后成个像素，压缩编码后成 5个事件，每个像素用个事件，每个像素用8比特，块像素数比特，块像素数 64*8=512个比特；个比特； 每每个事件都用个事件都用8比特，加上直流系数，总共比特数在比特，加上直流系数，总共比特数在50左右，这左右，这就获得就获得10：1