chap5-数字视频技术

1、Chap5 数字视频技术Chap 5 数字视频技术数字视频技术本章内容: 5.1 数字视频基础 5.2 视频的数字化 5.3 运动图像压缩标准 5.4 彩色数字电视基础5.1 数字视频基础数字视频基础1、视频的基本概念1）视觉暂留现象 视频就是利用人眼视觉暂留的原理，通过播放一系列的图片，使人眼产生运动的感觉（实际上就是系列图片） 采用压缩技术3）视频的特点人类接受信息的70%来自视觉(重要获取)视频信息确切、直观、生动视频信息容量大 PAL: 25帧/秒 NTSC:30帧/秒常见的视频信号有：电影、电视、动画。2、视觉的时间域响应特性、视觉的时间域响应特性 临界闪烁频率 闪烁感刚好消失的重复

2、频率，经测定为46HZ。 电影播放过程中，每秒投射24幅画面，通过机械挡光阀遮挡得到48HZ的闪烁频率。 要保持画面中物体运动的连续性，要求每秒钟摄取的画面数大于24帧。3、数字视频的分类、数字视频的分类）可编辑视频特点：数据量大、视频质量最好、可以进行精确到帧的 剪辑 和后期制作。 种类：mpeg2-I、dvcpro50、m-jpeg、dvcpro25、 dvcam、dv 2） vcddvd3）流媒体适合网络实时播放，可以控制播放4）本地播放视频非流媒体格式4、数字视频的文件格式、数字视频的文件格式1. AVI文件将视频和音频信号混合交错地存储在一起。采用帧内压缩2. MOV文件有损压缩技术

3、，以及视频与音频信息混排技术。帧内压缩和帧间压缩 QuickTime3. MPG文件全屏幕活动视频的标格式，使用MPEG 方法压缩的全运动视频图像。4. DAT文件(数字音频磁带)基于MPEG 压缩方法的一种文件格式。5.2 5.2 视频的数字化视频的数字化6过程扫描扫描采样采样量化量化编码编码模拟视模拟视频信号频信号数字视数字视频信号频信号5优点 数字视频便于创造性的编辑与合成视频数字信号可长距离传输而不损耗数字视频可不失真地进行多次复制在网络环境下容易实现资源共享数字视频可与其它媒体组合使用缺陷:处理速度慢,数据量大(压缩、光盘) 运动图像的压缩依据 mpeg 12347冗余数据重复数据像

4、素间的相关性时间方向上的相关性超过人眼识别极限数据变换编码、预测编码帧间预测、运动补偿非线性量化1 1）MPEG-1MPEG-1标准标准CD-ROM上存储的数字视频上存储的数字视频 用于 1.5Mbps速率的数字存储媒体运动图像及伴音编码标准。应用：数字录音带、磁盘、通信网络以及VCD等。画面尺寸：PAL 352x288；NTSC 320 x240 数据输出速率： 11.5Mb/s常见后缀：mpg目标：数字电视目标：数字电视 一个直接与数字电视广播有关的高质量图像和声音编码标准 。 主要应用：DVD、数字电视、视频会议以及多媒体邮件等。2 2）MPEG-2MPEG-2标准标准3 3）MPEG-

5、MPEG-4 4标准标准目标：网络环境下、交互式视频目标：网络环境下、交互式视频 用于低比特率( 64kbps)的视频压缩编码标准，注重基于视频、音频对象的交互。 应用：可视(4)电话、实时多媒体监控、网络 视(4)频流。 MPEG-7(多媒体内容描述接口, 规定一套描述符标准，用于描述各种多媒体信息，以便更快更有效地检索信息。 主要应用：数字图书馆、广播媒体选择、多媒体编辑以及多媒体索引服务非流媒体格式：divx(.avi)、navi(. smr )等 流媒体格式：wmv、asf、 rmvb、mov等4 4）MPEG-7MPEG-7标准标准5.4 彩色数字电视基础彩色数字电视基础1、彩色电视

6、制式NTSC制式(正交平衡调幅制) 525行/帧，30帧/秒（精确：29.97） 隔行扫描：2场/帧，262.5行/场 宽高比：4:3(电影为3:2) 颜色模型：YIQ 采用于美国、日本、台湾地区PAL制式(倒相正交平衡调幅制)625行/帧，25帧/秒 隔行扫描：2场/帧，312.5行/场宽高比：4:3颜色模型：YUV (u =uorpen v=china) 采用于中国、多数欧洲国家SECAM制式(顺序传送彩色与存储制) 类似PAL制式，色度信号调频， SECAM制调幅 采用于法国、俄罗斯、中东国家2、彩色电视信号的类型、彩色电视信号的类型 高频信号：把视频全电视信号调制成高频信号，每个信号占

7、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。 复合电视信号：包含亮度信号、色差信号和所有定时同步信号的单一电视信号。单根导线传输。 分量电视信号：是指每个基色分量（RGB/YUV/YIQ）作为独立的电视信号。需要比较宽的带宽和同步信号。 分离电视信号（SVideo信号）：是亮度和色差分离的一种电视信号。使用2条导线传输。3、电视扫描和同步、电视扫描和同步隔行扫描(interlaced scanning)逐行扫描(non-interlaced scanning)行频、场频、帧频先扫奇数行，再扫偶数行要求总行数为奇数4、电视图像数字化、电视图像数字化电视图像数字化常用的方法有两种

8、：1）先分离，后数字化。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。2）先数字化，再分离。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，以获得所希望的YUV，YIQ或RGB分量数据。ITU-RBT.601电视图像数字化标准电视图像数字化标准1、采样频率 CCIR(国际无线电咨询委员会)为NTSC制、PAL制和SECAM制规定了共同的电视图像采样频率。 亮度信号采样频率： fs=13.5MHZ =N62525（PAL） 或 =N52529.97（约30）（NTSC） 色度信号采样频率 fc6.75

9、MHZ 或 13.5MHZ 每行采样点数 N = 864 (PAL) ，858（NTSC） 对于所有制式，每个扫描行的有效样本数均为720。2、数字信号取值范围： 每个样本点8位量化，亮度信号220级，色度信号225级，其他位作同步、编码等空中用。3、图像子采样格式： 4：4：4， 4：2：2， 4：1：1，4：2：0图像子采样图像子采样 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)。图像子采样格式图像子采样格式 图像子采样格式图像子采样格式 “Y : U : V = 4 : 2 : 2”采样方式：每 4 个连续采样点上，取 4

10、个亮度 Y 的样本值，而色差 U 和 V 分别取其第一和第三点的样本值，一共 8 个样本，即每个像素2个样本。此方式能给信号转换留有一定余量，效果更好一些，是通常使用的方式。 图像子采样格式图像子采样格式“Y : U : V = 4 : 4 : 4”采样方式：每个采样点，亮度 Y、色差 U 和 V 各取一个样本值。这种格式对于原本就具有较高质量的信号源，可以保证其色彩质量，但是信息量大。这种格式也用在 R、G、B 分量的采样上。视频数据量计算视频数据量计算 每个样本点按8位量化，如果子采样格式为4：2：2，则1秒的数字视频数据量为：13.52(每个样本的像素）8/8 约为 27MB/s如果按4：4：4格式采样，每秒数字视频数据量约为40MB！数字电视数字电视 数字电视的定义： 数字电视系统是将活动图像、声音和数据，通过数字技术进行压缩、编码、传输/存储 ，实时发送/广播或者经过记录媒体的传播，供观众接收/播放的视听系统。包含3大部分：信源部分、信道部分和信宿部分。标准清晰度数字电视（SDTV）高清晰度数字电视（HDTV）按照其活动的图像比特率的大小高清晰度电