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1、1多媒体技术与应用多媒体技术与应用第第8 8章章 视频视频2 2基础知识基础知识v视频的定义视频的定义 人类接受的信息人类接受的信息70%70%来自视觉来自视觉, , 其中活动图像其中活动图像是信息量最丰富、直观、生动、具体的一种承载是信息量最丰富、直观、生动、具体的一种承载信息的媒体。视频（信息的媒体。视频（VideoVideo）就其本质而言，实际就其本质而言，实际上就是其内容随时间变化的一组动态图像上就是其内容随时间变化的一组动态图像(25(25或或3030帧帧/ /秒秒) )，所以视频又叫作，所以视频又叫作运动图像或活动图像。 从数学角度描述，视频指随时间变化的图像，或从数学角度描述，视
2、频指随时间变化的图像，或称为称为时变图像。l内容随时间而变化内容随时间而变化l伴随有与画面动作同步的声音伴随有与画面动作同步的声音( (伴音伴音) )3视频和图像视频和图像v图像与视频是两个既有联系又有区别的概图像与视频是两个既有联系又有区别的概念念l静止的图片称为图像（静止的图片称为图像（Image），），运动的图像运动的图像称为视频（称为视频（Video）。）。l此外，两者的信源方式不同，图像的输入要靠此外，两者的信源方式不同，图像的输入要靠扫描仪、数字照相机等设备；而视频的输入是扫描仪、数字照相机等设备；而视频的输入是电视接收机、摄象机、录象机、影碟机以及可电视接收机、摄象机、录象机、影
3、碟机以及可以输出连续图像信号的设备。以输出连续图像信号的设备。 4v 计算机能处理生动的图形、图像和动画使得多媒体计算计算机能处理生动的图形、图像和动画使得多媒体计算机更具有影响力。机更具有影响力。 v 视频和基于计算机的动画已成为多媒体系统的基本媒体视频和基于计算机的动画已成为多媒体系统的基本媒体并且是多媒体计算机的关键技术之一。通常用活动图像并且是多媒体计算机的关键技术之一。通常用活动图像表示视频，活动图形表示动画。也就是说，计算机动画表示视频，活动图形表示动画。也就是说，计算机动画和视频的主要差别类似和视频的主要差别类似图形与图像图形与图像的区别，即帧图像画的区别，即帧图像画面的产生方式
4、有所不同。面的产生方式有所不同。v 在多媒体应用中视频图像的处理也是最困难的部分。所在多媒体应用中视频图像的处理也是最困难的部分。所谓视频信号的处理主要包括视频图像的获取、压缩和存谓视频信号的处理主要包括视频图像的获取、压缩和存储，各种编码技术、变换技术和传输技术等。按处理方储，各种编码技术、变换技术和传输技术等。按处理方式的不同，视频分为模拟视频和数字视频。式的不同，视频分为模拟视频和数字视频。视频和动画视频和动画5v模拟视频是一种用于传输图像和声音的并且随模拟视频是一种用于传输图像和声音的并且随时间连续变化的电信号。早期视频的记录、存时间连续变化的电信号。早期视频的记录、存储和传输都是采用
5、模拟方式。储和传输都是采用模拟方式。 模拟视频具有以下特点：模拟视频具有以下特点： q以模拟电信号的形式来记录以模拟电信号的形式来记录 q依靠模拟调幅的手段在空间传播依靠模拟调幅的手段在空间传播 q使用盒式磁带录象机将视频作为模拟信号存放在磁使用盒式磁带录象机将视频作为模拟信号存放在磁带上带上5.1 5.1 模拟视频模拟视频6 传统的模拟信号处理设备 直接广播卫星（DBS） 模拟视频的不足：模拟视频的不足：l不适合网络传输，在传输效率方面先天不足；不适合网络传输，在传输效率方面先天不足；l图像随时间和频道的衰减较大；图像随时间和频道的衰减较大；l不便于分类、检索和编辑。不便于分类、检索和编辑。
6、 71 1、视频的形成原理、视频的形成原理v视频是由于视觉的视频是由于视觉的时间域响应特性时间域响应特性而产生的。而产生的。v视觉的时间域响应特性：指的是让观察者观察按视觉的时间域响应特性：指的是让观察者观察按时间重复的亮度脉冲，如果闪烁频率比较低，人时间重复的亮度脉冲，如果闪烁频率比较低，人眼就有一亮一暗的感觉；如果闪烁频率足够高，眼就有一亮一暗的感觉；如果闪烁频率足够高，人眼看到的则是一个恒定的亮点。人眼看到的则是一个恒定的亮点。v闪烁感刚好消失的重复频率叫做闪烁感刚好消失的重复频率叫做临界闪烁频率临界闪烁频率，经测定为经测定为46HZ46HZ。如果场频大于。如果场频大于5050次每秒，人
7、眼就次每秒，人眼就感觉不到闪烁。感觉不到闪烁。82 2、黑白电视信号、黑白电视信号v （1 1）电视原理）电视原理v 电视摄像机的作用就是将视频图像转换为电信号。同样也是电视摄像机的作用就是将视频图像转换为电信号。同样也是采用动画的视觉原理构造而成的，其基本原理为逐行扫描和采用动画的视觉原理构造而成的，其基本原理为逐行扫描和传输图像信号，然后在接收端同步再现。传输图像信号，然后在接收端同步再现。v 任何时刻，电信号只有任何时刻，电信号只有1 1个值（一维）。但视频图像通常是二个值（一维）。但视频图像通常是二维的，将二维视频图像转换为一维电信号是通过维的，将二维视频图像转换为一维电信号是通过光栅
8、扫描实实现的。现的。v 光栅扫描方式主要有光栅扫描方式主要有逐行扫描逐行扫描和和隔行扫描隔行扫描两种。两种。l隔行扫描：扫描一幅完整的画面分为两场，称为奇数场和偶数场，每隔行扫描：扫描一幅完整的画面分为两场，称为奇数场和偶数场，每帧画面需要扫描两次，一次奇数场、一次偶数场。帧画面需要扫描两次，一次奇数场、一次偶数场。l逐行扫描：电子束从显示屏的左上角一行接一行地扫到右下角，在显逐行扫描：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显示一幅完整的图像。逐行扫描一次为一帧。示屏上扫一遍就显示一幅完整的图像。逐行扫描一次为一帧。9 奇数场奇数场 偶数场偶数场 一帧一帧 目前的目前
9、的电视系统电视系统大都采用隔行扫描，因为隔行扫描能节省频带，且硬件实大都采用隔行扫描，因为隔行扫描能节省频带，且硬件实现简单。现简单。但逐行扫描但逐行扫描有以下优点：图像垂直清晰度高，空间处理效果好，有利于电有以下优点：图像垂直清晰度高，空间处理效果好，有利于电视转换和制式转换，能改善视频压缩效率等等。视转换和制式转换，能改善视频压缩效率等等。计算机计算机显示图像时一般都显示图像时一般都采用逐行扫描。其缺点是：数码率高，行扫描频率增高，硬件难度加大。采用逐行扫描。其缺点是：数码率高，行扫描频率增高，硬件难度加大。逐行扫描能获得更好的图像质量和更高的清晰度，不过是以增加带宽和成逐行扫描能获得更好
10、的图像质量和更高的清晰度，不过是以增加带宽和成本为代价的。本为代价的。光栅扫描的四个重要参数：扫描线、帧、水平回扫期和垂直回扫期102 2、黑白电视信号、黑白电视信号v（2 2）模拟视频信号的重要参数）模拟视频信号的重要参数v 主要包括主要包括垂直清晰度、宽高比、场频和帧频垂直清晰度、宽高比、场频和帧频。v 其中，垂直清晰度是指眼睛可分辨的水平线其中，垂直清晰度是指眼睛可分辨的水平线数目。（与扫描行数密切相关）数目。（与扫描行数密切相关）v 宽高比是指扫描行的长度与在图像垂直方向宽高比是指扫描行的长度与在图像垂直方向上的所有扫描行所跨过的距离之比。上的所有扫描行所跨过的距离之比。v 在电视信号
11、中，场频值为帧频值的两倍。在电视信号中，场频值为帧频值的两倍。v（3 3）全电视信号）全电视信号v 电视信号中除了图像信号（视频信号）外，电视信号中除了图像信号（视频信号）外，还包括复合校隐信号和复合同步信号。一帧电视信还包括复合校隐信号和复合同步信号。一帧电视信号称为一个全电视信号，它又由奇数行信号和偶数号称为一个全电视信号，它又由奇数行信号和偶数场行信号顺序构成。场行信号顺序构成。113 3、彩色电视信号、彩色电视信号v问题：如何实现彩色与黑白电视的兼容？问题：如何实现彩色与黑白电视的兼容？使亮度和色度信号分开传送使亮度和色度信号分开传送用用YUVYUV空间表示法空间表示法 YUVYUV模
12、型模型Y Y表示亮度，表示亮度，U U，V V用来表示色差，是构成彩色的两个分量。用来表示色差，是构成彩色的两个分量。YUVYUV表示法的重要性是它的亮度信号表示法的重要性是它的亮度信号( (Y)Y)和色度信号和色度信号( (U U、V)V)是相互独立是相互独立的，也就是的，也就是Y Y信号分量构成的黑白灰度图与用信号分量构成的黑白灰度图与用U U、V V信号构成的另外两信号构成的另外两幅单色图是相互独立的。由于幅单色图是相互独立的。由于Y Y、U U、V V是独立的，所以可以对这些单是独立的，所以可以对这些单色图分别进行编码。色图分别进行编码。采用采用YUVYUV模型的优点之一是亮度信号和色
13、差信号是分离的，使彩色电模型的优点之一是亮度信号和色差信号是分离的，使彩色电视系统与黑白电视机亮度信号兼容。视系统与黑白电视机亮度信号兼容。 12PALPAL彩色电视制式中采用彩色电视制式中采用YUVYUV模型来表示彩色图像模型来表示彩色图像YUV134 4、彩色电视的制式、彩色电视的制式l电视信号是视频处理的重要信息源。传送电视信号所电视信号是视频处理的重要信息源。传送电视信号所采用的技术标准也称为电视的制式。采用的技术标准也称为电视的制式。l目前各国的电视制式不尽相同，不同制式之间的主要目前各国的电视制式不尽相同，不同制式之间的主要区别在于不同的刷新速度、颜色编码系统和传送频率区别在于不同
14、的刷新速度、颜色编码系统和传送频率等，因此互相并不通用。等，因此互相并不通用。l目前世界上常用的电视制式有中国、欧洲使用的目前世界上常用的电视制式有中国、欧洲使用的PALPAL制，美国、日本使用的制，美国、日本使用的NTSCNTSC制及法国等国所使用的制及法国等国所使用的SECAMSECAM制。制。14NTSCNTSC制制 vNTSC(National Television Standard NTSC(National Television Standard Committe)Committe)是美国国家电视系统委员会在是美国国家电视系统委员会在1951952 2年年制定的一种兼容的彩色电视制
15、式，在美国、日本制定的一种兼容的彩色电视制式，在美国、日本和其他国家广为使用。和其他国家广为使用。l定义了彩色电视机对所接受的电视信号的解码方式、定义了彩色电视机对所接受的电视信号的解码方式、色彩的处理方式、屏幕的扫描频率。色彩的处理方式、屏幕的扫描频率。lNTSCNTSC制规定水平扫描线有制规定水平扫描线有525525条，以每秒条，以每秒3030帧速率传帧速率传送。送。NTSCNTSC采用隔行扫描方式，每一帧画面由两次扫描采用隔行扫描方式，每一帧画面由两次扫描完成，每一次扫描画出一个场需要完成，每一次扫描画出一个场需要1/601/60秒秒, ,两个场构两个场构成一帧。成一帧。15PALPAL
16、制制vPAL(Phase Alternate Lock)PAL(Phase Alternate Lock)是联邦德国是联邦德国19621962年年制定的一种兼容电视制式。制定的一种兼容电视制式。PALPAL意指意指“相位逐行相位逐行交变交变”，我国和大部分西欧国家都使用这种制式，我国和大部分西欧国家都使用这种制式。lPALPAL制规定水平扫描制规定水平扫描625625行、每秒行、每秒2525帧帧 、隔行扫描、隔行扫描、每场需要每场需要1/501/50秒。秒。16SECAMSECAM制制v SECAM(SEquential Color And Memory)SECAM(SEquential Color And Memory)称为顺序传送彩称为顺序传送彩色与存储，是用于法国、俄罗斯及几个东欧国家的彩色色与存储，是用于法国、俄罗斯及几个东欧国家的彩色电视制式。电视制式。l基本技术及广播方式与基本技术及广播方式与NTSCNTSC和和PALPAL有很大的区别。有很大的区别。l625625行，行，25Hz25Hz17全制式全制式 多制式多制式v不同制式的电视机只能接收和处理其对应不同制式的电视机只
