lecture07数字视频

1、2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础1多媒体技术基础视觉媒体基础(四)向辉山东大学计算机学院2009年秋季2022-5-15多媒体技术视觉媒体基础2本章内容n视觉媒体基本概念n颜色基础n数字图像n数字视频2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础3动态的画面2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础4视频（Video）2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础5电视扫描（scanning）n扫描指电子束遍历整个屏幕的方法n两种形式：n隔行扫描(interlaced scanning)n非隔行扫描（Noninterlaced Scanning）或称为逐行扫描（Progressive

2、 Scanning）n黑白电视和彩色电视一般都用隔行扫描，而计算机显示图像时一般都采用非隔行扫描 2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础6逐行扫描n扫描线（scanline）：组成图象的水平线n一副画面又称为一帧（frame）n从观察位置从左至右n从上至下n刷新率（Refresh Rate）n每秒钟多少幅画面 ppsn画面无闪烁 50n运动画面 152022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础7逐行扫描实例2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础8隔行扫描n场（Fields）n一副画面分为两场n奇数场（Odd field）n偶数场（Even field）n场频 fields per

3、second (fps)n30 pps 相当于 60 fpsn一般大于 60 fps时画面无闪烁1234567891011121314152022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础9隔行扫描实例2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础10彩色电视Y、C1, C2彩色表示法分别表示亮度信号和两个色差信号2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础11彩色电视制式n电视信号的标准也称为电视的制式nNTSC制、PAL制和SECAM制n兼容制制式：n黑白电视机能接收彩色电视广播，显示的是黑白图像n彩色电视机能接收黑白电视广播，显示的也是黑白图像，这叫逆兼容性2022-5-15多媒体技术基础视觉媒

4、体基础12彩色电视制式的基本要求n必须采用与黑白电视相同的一些基本参数n如扫描方式、扫描行频、场频、帧频、同步信号、图像载频、伴音载频等等n摄像机输出的三基色信号转换成一个亮度信号，以及代表色度的两个色差信号，并将它们组合成一个彩色全电视信号进行传送n在接收端，彩色电视机将彩色全电视信号重新转换成三个基色信号，在显象管上重现发送端的彩色图像2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础13NTSC制式nNational Television Systems Committeen1952年美国国家电视标准委员会定义n正交平衡调幅制n美国、加拿大等大部分西半球国家，以及日本、韩国、菲律宾等国和中国的

5、台湾采用这种制式2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础14NTSC制式的扫描特性n525行/帧, 30帧/秒n宽高比（Aspect Ratio）：电视画面的长宽比(电视为4:3；电影为3:2；高清晰度电视为16:9) n扫描方式：隔行扫描，一帧分成2场(field)，262.5线/场 n控制信息：每场的开始部分保留20扫描线作为控制信息，因此只有485条线的可视数据nLaser disc约：420线，S-VHS约：320线n颜色模型：YIQ2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础15PAL制式nNTSC制缺点n相位敏感造成彩色失真nPhase-Alternative Linen德国(

6、当时的西德)于1962年制定n称为逐行倒相正交平衡调幅制n德国、英国等一些西欧国家，以及我国大陆、朝鲜等采用这种制式n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2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础16PAL制式n625行(扫描线)/帧，25帧/秒(40 ms/帧) n宽高比(aspect ratio)：4:3 n扫描方式：隔行扫描，2场/帧，312.5行/场n25行作场回扫，不传送图像，传送图像的行数每场只有287.5行，因此每帧只有575行有图像显示n颜色模型：YUV2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础17SECAM制式nSeq

7、uential Coleur Avec Memoiren法国在1956年提出，1966年研制成功n称为顺序传送彩色与存储制n两个色差信号逐行依次传送，不怕干扰，彩色效果好，但其兼容性较差n其它参数类同PAL制式n法国、东欧国家以及中东采用这种制式2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础18电视信号n传送的电视信号主要包括五种成分：n亮度信号、色度信号、色同步信号、复合同步信号和伴音信号n射频信号：视频全电视信号调制成高频或射频（RFRadio Frequency）信号，每个信号占用一个频道n有线电视（Cable TV）信号n类似与射频信号n通过电缆而不是通过空中传播电视信号2022-5-1

8、5多媒体技术基础视觉媒体基础19彩色视频信号的类型n三种彩色视频信号类型n复合视频信号(composite video signal)n分量视频信号(component video signal)n分离视频信号S-Video(Separated video）n各有应用场合2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础20复合视频信号n或者称为全电视信号（分离伴音）n包含亮度信号、色差信号和所有定时信号的单一信号n亮度和色度间插在一起，信号重放时很难恢复完全一致的色彩n信号带宽较窄，一般只有水平240线的分辨率n一般可通过视频线缆进行输入或输出n由于视频信号中已不包含伴音，故一般与视频端口配套的还

9、有音频端口，以便同步传输伴音nAV（Audio Video）端口2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础21分量电视信号n每个基色分量作为独立的电视信号nRGB或亮度-色差表示，如YIQ与YUVn表示颜色的最好方法n很宽的频带nDVD及投影电视n色差输出端子：Y, Cr, Cb2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础22 S-Video信号n亮度和色差分离n分量信号和复合信号的一种折中方案n优点：n减少亮度信号和色差信号之间的交叉干扰n可提高亮度信号的带宽2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础23 S-Video连接器 使用独立的两条信号电缆线，分别用于亮度信号和色差信号，称为Y

10、/C信号 使用4针连接器 区别S-Video和S-VHS (Super Video Home System) SVideo接口的产生最早来自于SVHS型的录像机2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础24电影与电视视频转换n电影与电视具有不同的刷新率n电视为 30 pps（NTSC）n电影为 24 ppsn显示方式不同n电影放映机将整幅画面直接放映n电视采用隔行扫描的方式n电影需要进行调整以适应电视（Telecine）n3:2 Pulldown for NTSCn2:2 Pulldown for PAL2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础253:2 Pulldown 2022-5-

11、15多媒体技术基础视觉媒体基础263:2 Pulldown 隔行隔行第1帧第2帧第3帧第4帧场2场1场2场1场2场1场2场1场2场12022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础273:2 Pulldown逐行 2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础28数字视频优点n检索方便n复制、传输（一般）不会造成质量下降n很容易进行非线性编辑n线性编辑：磁带记录画面是顺序的n非线性编辑：信息存储的位置是并列平行的，与原始素材的先后顺序无关2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础29数字化的方法n主要步骤n色彩空间的转换n光栅扫描的转换n分辨率的统一 n分量数字化n复合视频信号中的亮度和色度分离n

12、对三个分量分别进行数字化n数字域中进行分离2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础30采样方法n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n对亮度信号和色差信号分别采用不同的采样频率进行采样n亚采样（Subsampling）：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2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础31亚采样nHVS所具有的两条特性n人眼对色度信号的敏感程度比对亮度信号的敏感程度低n人眼对图像细节的分辨能力有一定的限度n常见采样格式,记为 a:b:cna is luma samplesnb is chroma samples per odd linenc i

13、s chroma samples per even line2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础32亚采样2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础334:2:0H.261, H.263和MPEG-1MPEG-22022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础34数字视频标准CCIR 601标准n1980年，国际无线电咨询委员会 (International Radio Consultative Committee）制定nITU-R BT.601标准n标准清晰度数字电视(SDTV)的技术标准n对采样频率、采样结构、色彩空间转换等都作了严格的规定2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础

14、35CCIR 601标准n以YCrCb为基础进行编码n亮度抽样频率为525/60和625/50三大制式行频公倍数的2.25MHz的6倍n即Y、Cr、Cb三分量的抽样频率分别为13.5MHz、6.75MHz、6.75MHzn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8bitn采样格式为4：2：2（720：360：360）nNTSC：72048030 PAL：720576252022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础36CIF、QCIF和SQCIFnCCITT规定nCIF：Common Intermediate FormatnQCIF：Quarter-CIFnSQ

15、CIF：Sub-Quarter CIFnCIF空间分辨率为352288,QCIF与SQCIF分别为其1/4和1/16n使用逐行扫描n使用NTSC帧速率29.97幅/秒n使用1/2的PAL水平分辨率，即288线nYCrCb分量编码2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础37SIF(Source Input File）n MPEG-I标准中使用Source Input Format (SIF)格式的视频信号作为输入n一般取CCIR601标准的半尺寸nSIF (NTSC): 360 x240nSIF (PAL) : 360 x288 n为了使宽高均为16的倍数进行了微调nSIF (NTSC):

16、352x240 nSIF (PAL) : 352x288 2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础38摄像机（Camcorder）nFull-Size VHSnCompact VHS (VHS-C）n8mmnSVHS-CnHI8nDigital8nMiniDV/DV2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础39摄像机全尺寸全尺寸VHSVHSn带宽12mm，大带n可以直接由普通VHSVCR播放n视频分辨率：240/250 linesn录影时间：2hrs(SP)或6hrs (EP/SLP)n必须采用肩背式摄像n录音效果较差n制造商: HitachiHitachi、RCA and Panaso

17、nicRCA and Panasonic2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础40摄像机VHS-CVHS-CnVHS带的缩小带n必须使用adapter以便在普通VCR中播放n视频分辨率: 240-250 linesn录影时间:SP(30min) and EP/SLP(90min) n容易手持n声音质量差n制造商：Panasonic, JVC, RCA, QuasarPanasonic, JVC, RCA, Quasar2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础41摄像机8mm8mmn8mm磁带n通过A/V线回放，但是无法在VCR中直接播放n视频分辨率：250 lines，色彩较VHS-

18、C略好n录影时间：2hrs(SP) or 4hr(LP by Sony)n容易手持n声音质量较好n制造商: Canon, Sony, Sharp, Samsung, Canon, Sony, Sharp, Samsung, HitachiHitachi2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础42摄像机 SVHS-CSVHS-Cn类似 VHS-C，除了n分辨率400 lines (比VHS高60%)n回放n可以在摄像机中回放n可以使用adapter在SVHS VCR中播放n摄像机可以播放和录制VHS-C格式tapenVHS-C摄像机不能播放录好的SVHS-C tapesn制造商: 主要是 J

19、VC2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础43摄像机 HI8HI8n类似 8mm，除了n分辨率达400线，约提高60%n回放n无法在一般的VCR中回放Hi8 tapesnHI-8 camcorders可以使用普通8mm tapen普通8mm摄像机不能播放录好的HI8 tapesn制造商: Canon, Sony, Sharp, Samsung, Canon, Sony, Sharp, Samsung, HitachiHitachi2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础44摄像机 Digital8Digital8n使用 8mm or HI8 tape，数字方式录制n通过camcord

20、er connected与TV连接回放n计算机数字回放通过IEEE-1394 portn摄像机可以播放模拟的8mm and HI8 tapesn视频分辨率接近：500 linesn录影时间：1 hr with 2hr HI8、8mm tapen声音效果很好n允许静态画面捕捉n制造商: 只有 SonySony2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础45DV（Digital Video）nDV使用6.35mm带宽的录影带n标准的DV带n缩小的MiniDV带：家用的摄影机nVideo resolution is 500 linesn录影时间为60min，LP模式可延长90minnSound quality is excellentnprovides still frame capturenManufacturers: Sony, Canon, Sharp, JVC, Sony, Canon, Sharp, JVC, Panasonic, and SamsungPanasonic, and Samsung2022-5-15多媒体技术基础视觉媒体基础46变焦(ZOOM)n两种变焦n光学变焦（Optical Zoom）n数码变焦（Digital Zoom）n光学