数字视频处理

1、数字视频处理(chl)Digital Video Processing共六十五页第一章 绪论(xln)1.1数字视频基本概念共六十五页图像(t xin)(Picture/Image)当光辐射能量照在物体上，经过它的反射(fnsh)或投射，或由发光物体本身发出的光能量在人眼中所重现出的物体的视觉信息图像分类：按色调分：无色调的灰度(黑白)图像和有色调的彩色图像两种按产生机制或捕捉方法分：红外图像、微波图像、CT图像、遥感图像 共六十五页视频(shpn)(Video) 视频是一组图像序列按时间顺序的连续展示，是利用(lyng)人类视觉暂留（视觉惰性）的原理，通过播放一系列的图像，使人眼产生运动的感

2、觉序列(Sequence)帧(Frame)像素(Pixel) 共六十五页像素(xin s)“像素”（Pixel） 是由 Picture(图像) 和 Element(元素)这两个单词的字母(zm)所组成的一个像素通常被视为图像的最小的完整采样 共六十五页视频(shpn)其内容随时间变化的一组动态图像，所以又叫运动图像或活动图像(Motion picture)它是一种信息量最丰富、直观、生动、具体的承载(chngzi)信息的媒体 共六十五页图像(t xin)分辨率(Picture Resolution)图像分辨率是指组成一幅图像的像素密度的度量方法，一般用图像水平和垂直的像素数目表示AB对同样(t

3、ngyng)大小的一幅图像，如果组成该图像的像素数目越多，则说明图像的分辨率越高，看起来越逼真；相反，图像显得越粗糙 共六十五页显示(xinsh)分辨率(Display Resolution)显示分辨率是指显示屏上能够显示出的像素数目。屏幕能够显示的像素越多，说明(shumng)显示设备的分辨率越高 共六十五页分辨率图像分辨率与显示分辨率是两个不同的概念。图像分辨率是确定组成一幅图像的像素数目(shm)，而显示分辨率表示显示屏上可用于显示图像的像素的数量 共六十五页 640X480 320X240 160X120 80X60 共六十五页分辨率640X480 共六十五页分辨率320X240 共六

4、十五页分辨率160X120 共六十五页分辨率80X60 共六十五页视频(shpn)按照(nzho)视频的存储与处理方式不同，可分为模拟视频和数字视频两种共六十五页模拟(mn)视频(Analog Video)一种用于传输视频图像的随时间连续变化的电信号普通广播电视信号是一种典型的模拟视频信号电视摄像机通过电子扫描将所描述(mio sh)的景物进行光电转换后，得到电信号，即用一个电信号来表征景物，这种电视信号称为模拟电视信号 共六十五页模拟(mn)视频(Analog Video)电视接收机通过显示器进行电光转换，产生为人眼所接受的“模拟”信号的光图像模拟视频(shpn)指的是视频(shpn)的记录

5、、存储和传输以模拟的形式进行，通常在普通电视上看到的、摄像机录制的、录像机播放的信号都是模拟视频(shpn)信号模拟视频图像可由摄影用电子摄像机获得，并记录在录像带上；也可用电影摄像机采集，并存入电影胶片中共六十五页模拟(mn)视频特点以连续的模拟信号形式记录视频信息模拟(mn)设备编辑处理用模拟调幅的手段在空间传播在磁带或胶片中存放视频信号随存储时间、拷贝次数和传输距离的增加衰减较大，产生信号的损失，不适合网络传输，也不便于分类、检索编辑共六十五页模拟(mn)信号处理设备共六十五页数字视频(Digital Video)要使计算机能够对视频进行处理，必须把模拟视频信号进行数字(shz)化，形成

6、数字(shz)视频信号数字视频是以离散的数字信号方式表示、存储、处理和传输的视频信息，所用的存储介质、处理设备以及传输网络都是数字化的 共六十五页数字视频特点(tdin)以离散的数字信号形式记录视频信息用数字化设备编辑处理通过数字化宽带网络传播(chunb)存储在数字存储媒体上共六十五页数字视频优点(yudin)视频信号数字化以后，克服了模拟视频的局限性，有着模拟信号无可比拟的优点：再现性好：模拟信号由于是连续变化的，所以不管复制时采用的精确度多高，失真总是(zn sh)不可避免的，经过多次复制以后，误差会很大。数字视频可以不失真地进行无限次复制，其抗干扰能力是模拟图像无法比拟的。它不会因存储

7、、传输和复制而产生图像质量的退化，从而能够准确地再现图像共六十五页数字视频优点(yudin)适合于网络应用：在网络环境(hunjng)中，视频信息可以很方便地实现资源的共享，通过网线，数字信号可以很方便地从资源中心传到办公室和家中。视频数字信号可以长距离传输而不会产生任何不良影响（无传输差错条件），而模拟信号在传输过程中会有信号损失共六十五页数字视频优点(yudin)便于编辑处理(chl)：模拟信号只能简单调整亮度、对比度和颜色等，极大地限制了处理手段和应用范围。而数字视频信号可以传送到计算机内进行存储、处理，很容易进行创造性的编辑与合成，并进行动态交互共六十五页第一章 绪论(xln)1.1

8、数字视频基本概念1.2 数字视频的典型(dinxng)应用共六十五页1.2.1 视频(shpn)压缩（视频(shpn)编码）未经过压缩(y su)的原始视频的码率标清电视7205762581.5 119Mbps共六十五页未经过压缩的原始(yunsh)视频的码率720p高清电视(dinsh)12807203081.5 316Mbps1080p高清电视192010806081.5 1424Mbps100分钟的标清视频节目大小可达约86.9GB！共六十五页视频压缩的必要性有限的信道带宽在不经过数据压缩情况下，CD/DVD视频播放机根本无法达到实用目的结论：要使数字视频信号适合于实际存储和传输，必须压

9、缩数据量，降低传输数据码率前提：压缩后图像质量要满足(mnz)视觉要求共六十五页时间(shjin)冗余空间冗余信息熵冗余知识冗余视觉冗余 利用视频冗余性，对视频进行压缩(y su)编码视频的冗余性帧内地面结构相似帧间运动员动作连续共六十五页数据与信息(xnx)的区别数据用来记录和传送信息(xnx)，是信息(xnx)的载体；数据的处理的结果是信息(xnx)压缩的对象是数据，而不是“信息”压缩的目的是在传送和处理信息时，尽量减小数据量数据量与信息量的关系：数据量=信息量+冗余数据量共六十五页无损(w sn)/有损压缩从信息(xnx)在压缩过程中有否丢失来区分无损压缩压缩前和压缩后还原的数据完全一致

10、多采用概率统计编码如winrar文档压缩共六十五页无损(w sn)/有损压缩有损压缩压缩过程中会丢失视频中的一些信息通常压缩比例(bl)比较大如现有的绝大多数视频压缩标准共六十五页视频压缩标准(biozhn)Video Encoding/Decoding共六十五页国际电信联盟ITU国际电信联盟ITU（International Telecommunication Union）ITU的历史可以追溯到1865年。为了顺利实现国际电报(din bo)通信，1865年5月17日，法、德、俄、意、奥等20个欧洲国家的代表在巴黎签订了国际电报公约，国际电报联盟（International Telegrap

11、h Union ，ITU）也宣告成立共六十五页国际电信联盟ITU随着电话与无线电的应用与发展，ITU的职权不断扩大。1906年，德、英、法、美、日等27个国家的代表在柏林签订了国际无线电报公约1932年，70多个国家的代表在西班牙马德里召开会议，将国际电报公约与国际无线电报公约合并， 制定国际电信公约，并决定自1934年1月1日起正式(zhngsh)改称为“国际电信联盟”共六十五页国际电报(din bo)电话咨询委员会CCITTCCITT是国际电报电话咨询(zxn)委员会的简称，它是国际电信联盟（ITU）的常设机构之一。主要职责是研究电信的新技术、新业务和资费等问题，并对这类问题通过建议使全世

12、界的电信标准化 从1993年3月1日起，国际电报电话咨询委员会（CCITT）改组为国际电信联盟（ITU）电信标准化部门，简称ITU-T共六十五页MPEG专家组 MPEG（Moving Picture Expert Group）诞生于1991年，由国际标准化组织(International Organization for Standardization，ISO)和国际电工委员会(International Electrotechnical Commission，IEC)联合成立的专家组，负责开发影视(yn sh)图象、声音的处理、压缩、解压缩、编码和它们的组合标准。这个专家组开发标准称为MPE

13、G标准共六十五页由ITU提出针对ISDN网络上的视频应用，目标码率为n64kbps (64-2048 kbps)，典型为128kbps首次提出变换编码预测编码的混合编码架构，并一直被后续编码标准采用(ciyng)支持较小的分辨率图像H.261共六十五页由ISO/IEC 提出针对视频存储应用，如CD-ROM存储，最大目标(mbio)码率1.86Mbps(1.2Mbps-1.5Mbps)典型应用：VCD、MP3(MPEG Audio Layer III)MPEG-1共六十五页由ITU和ISO/IEC联合提出采用(ciyng)更高的目标码率（ 4Mbps-15Mbps，最大80Mbps,），更高的图

14、像分辨率（最大1920 x1152），以获得更好的图像质量典型应用：DVD，有线电视网、卫星直播提供的广播级的数字视频MPEG-2/H.262共六十五页由ITU提出针对低带宽(di kun)条件下的视频通信应用以附录的形式引入编码工具，增加灵活性典型应用：可视电话H.263共六十五页由ITU提出进一步提高视频压缩率，同时针对网络传输应用，提高错误鲁棒性以附录的形式(xngsh)引入编码工具过多的附录选项阻碍了H.263+/H.263+的应用H.263+/H.263+共六十五页由ISO/IEC提出不仅是针对一定码率(564kbps)下的编码，更加注重多媒体系统的交互性和灵活性面向对象的编码概念（

15、并没有实质应用）典型应用：视频监控，把DVD里面的文件(wnjin)转换为数据量更小的文件(wnjin)MPEG-4共六十五页由ITU和ISO/IEC的JVT(联合视频组)提出与其它现有的视频编码标准相比，在相同的带宽下提供更加(gnji)优秀的图像质量典型应用：视频会议，视频监控等编码效率是MPEG-4/H.263的两倍以上H.264/MPEG-4 Part10/AVC共六十五页由中国的音视频编码专家组提出，有关政府部门认可(rnk)的我国具备自主知识产权的编码标准，节省音视频标准专利费在节省很大计算资源的情况下取得与H.264相近的编码效果典型应用：视频会议、视频监控等AVS共六十五页以召

16、开(zhoki)多方会议为目的，采用数字化、编码压缩技术，同时双向多方传输图像和声音，能够满足人们开会需求的新型高科技通信系统1.2.2 视频会议共六十五页长距离传输多方同时召开实时交流(jioli)多种媒体结合使用经济的网络和带宽视频会议共六十五页视频会议给用户(yngh)带来的好处 降低商用费用更加方便(fngbin)的沟通和信息共享提升整体办公效率，增加竞争力低高 交流程度反应时间高低WebOffice共六十五页数字视频水印技术是近十几年兴起的一种新兴(xnxng)技术，它横跨信号处理、数字通信、密码学、计算机网络技术等多门学科。数字水印技术主要用于多媒体版权保护等领域1.2.3 数字视

17、频水印(shuyn)共六十五页人们(rn men)对“水印”一词并不陌生，纸张中的水印可以跟踪纸张的来源以及对纸张的式样、质量和价格进行鉴定，纸币中的水印可以起到标识和防伪的作用数字水印与纸张水印的基本思想相似，即数字作品中的水印，可以起到标识和防伪的作用水印(shuyn)共六十五页顾名思义，数字视频水印就是加载在数字视频上的数字水印把表征版权(bnqun)的水印信息嵌入到数字视频内容中，以此作为版权(bnqun)保护的依据和凭证，从而既不影响视频质量，又能达到版权(bnqun)保护的目的数字视频水印(shuyn)定义共六十五页嵌入原始艺术品水印抽取可疑(ky)艺术品“攻击”?发布不可见地隐藏

18、(yncng)其中!含水印艺术品检测的水印共六十五页根据嵌入水印的可见性，视频水印可分为可见水印和不可见水印 根据嵌入的数据域不同(b tn)，视频水印可分为时空域水印和变换域水印 数字视频水印(shuyn)分类共六十五页根据被嵌入视频载体是否(sh fu)压缩，视频水印可分为压缩域水印和非压缩域水印 根据水印是否与内容相关，可分为基于内容的水印和与内容无关的水印 数字视频水印(shuyn)分类共六十五页可见(kjin)水印共六十五页可见(kjin)水印共六十五页可见(kjin)水印共六十五页不可见(kjin)水印共六十五页VOD Video On Demand，其中文意思(y s)就是根据用户的要求播放节目的视频点播系统。VOD泛指一类能在用户需要时随时提供交互式视频服务的业务，即“想看什么就看什么，想什么时候看就什么时候看”1.2.4 视频点播系统(xtng)共六十五页视频(shpn)点播具有提供给单个用户对大范围的影片、视频(shpn)节目、游戏、信息以及其它服务进行访问的能力视频点播系统(xtng)共六十五页视频信息检索是指根据用户的查询从视频数据库中提取相关的视频信息的技术直接(zhji)根据描述媒体对象内容的各种特征进行检索，它能从数据库中查找到具有指