1、第五章第五章 数字视频基础数字视频基础授课教师：学习目标学习目标了解了解说出常用的电视制式有几种，我国采用的是哪种说出常用的电视制式有几种，我国采用的是哪种 。陈述数字视频信号压缩的原因，简述什么是有损压缩、无损压缩。陈述数字视频信号压缩的原因，简述什么是有损压缩、无损压缩。 理解理解 简述彩色电视的原理简述彩色电视的原理 。简述视频数字化的过程简述视频数字化的过程 。 应用应用 使用至少两种方法进行视频文件格式的转换使用至少两种方法进行视频文件格式的转换 。使用数码摄像机进行视频的采集。使用数码摄像机进行视频的采集。使用使用“会声会影会声会影”制作课件的片花。制作课件的片花。本章知识结构图本
2、章知识结构图案例引入：案例引入：【案例描述案例描述】 数字视频在教育领域的应用越来越广泛，国内外很多高校和数字视频在教育领域的应用越来越广泛，国内外很多高校和中小学都将课堂教学实况做成完整的教学视频在网络上共享，受到国内外中小学都将课堂教学实况做成完整的教学视频在网络上共享，受到国内外师生的欢迎。如国外的师生的欢迎。如国外的MITMIT公开课、国内的公开课、国内的6868所网校精品课程、北京市政所网校精品课程、北京市政府的十二五重点工程府的十二五重点工程“名师同步课堂名师同步课堂”等，都制作并共享了很多名师的课等，都制作并共享了很多名师的课堂教学视频，不仅让优质的教育资源得以长期保存，而且让教
3、育资源较为堂教学视频，不仅让优质的教育资源得以长期保存，而且让教育资源较为缺乏的偏远地区因此受益，在一定程度上促进了教育的均衡发展。如果你缺乏的偏远地区因此受益，在一定程度上促进了教育的均衡发展。如果你是一个中学老师，看到网上的视频非常心动，希望将自己的课堂录制下来是一个中学老师，看到网上的视频非常心动，希望将自己的课堂录制下来放到网上与同行交流，该如何完成这个心愿？放到网上与同行交流，该如何完成这个心愿？某学校的公开课视频某学校的公开课视频 【案例分析案例分析】拍摄策划课堂拍摄视频素材获取根据实际需求安排摄像的时间、地点、摄像机台数、机位布置、布光等。把拍摄到的视频以及相关的照片、音乐等进行
4、统一整理。对视频素材进行筛选、截取、整理、为某段视频添加特效、相邻两个镜头之间设置过渡方式、添加片头、字幕、片尾、配音处理等。剪辑合成按照实际需要导出合适的视频格式。渲染输出按照策划进行课堂拍摄。案例引入：案例引入：需要掌握的知识与技术如下需要掌握的知识与技术如下: :知识知识技术技术1.视频原理视频原理2.视频的数字化视频的数字化3.图形图像和视频的格式图形图像和视频的格式4.图形图像和视频不同格式之图形图像和视频不同格式之间的转换间的转换1.图形图像以及视频的获取图形图像以及视频的获取 2.图形图像以及视频的剪辑图形图像以及视频的剪辑3.图形图像以及视频的特效处理图形图像以及视频的特效处理
5、4.常用视频剪辑软件的操作常用视频剪辑软件的操作 案例引入：案例引入：第一节第一节 视频原理视频原理 视频（视频（video）一词源于电视技术，由多幅连续图像按时间序列构成，一词源于电视技术，由多幅连续图像按时间序列构成，每一幅图像称为一帧。它之所以会呈现出动态效果，是因为人眼所具有的每一幅图像称为一帧。它之所以会呈现出动态效果，是因为人眼所具有的“视觉暂留视觉暂留”现象。人眼观看物体时，物体成像于视网膜上，并由视神经现象。人眼观看物体时，物体成像于视网膜上，并由视神经输入人脑，感觉到物体的像。但当物体移去时，视神经对物体的印象不会输入人脑，感觉到物体的像。但当物体移去时，视神经对物体的印象不
6、会立即消失，而要延续立即消失，而要延续0.1-0.4秒的时间。当人眼每秒钟看到的图像达到一定秒的时间。当人眼每秒钟看到的图像达到一定数目时，由于视觉暂留就会产生动态效果。数目时，由于视觉暂留就会产生动态效果。 传统的电影和电视都是以模拟的方式来记录、传播和重现活动的画面传统的电影和电视都是以模拟的方式来记录、传播和重现活动的画面的。数字视频最早是从模拟视频转换而来的，虽然它采用数字的方式，但的。数字视频最早是从模拟视频转换而来的，虽然它采用数字的方式，但构成活动影像的基本工作原理与模拟视频相同。构成活动影像的基本工作原理与模拟视频相同。 一一、视频的获取、视频的获取 除了人眼可以感受视频信息外
7、，获取视频信号的最主要工具是摄像机。除了人眼可以感受视频信息外，获取视频信号的最主要工具是摄像机。当摄像机的输出为当摄像机的输出为模拟视频信号模拟视频信号时（不经过时（不经过A/DA/D转换），称为模拟摄像机；转换），称为模拟摄像机；当输出为当输出为数字视频信号数字视频信号时，称为时，称为数字摄像机数字摄像机。 不论是什么摄像机，其工作的基本原理都是一样的，即把光学图像信不论是什么摄像机，其工作的基本原理都是一样的，即把光学图像信号转变为电信号，这由摄像机的感光元件完成。按感光元件不同，可以把号转变为电信号，这由摄像机的感光元件完成。按感光元件不同，可以把摄像机分为摄像管摄像机、摄像机分为摄像
8、管摄像机、CCDCCD摄像机与摄像机与CMOSCMOS摄像机。根据对图像质量的摄像机。根据对图像质量的要求可将摄像机分为广播级、专业级和家用级。广播级的摄像机通常有要求可将摄像机分为广播级、专业级和家用级。广播级的摄像机通常有3 3个摄像管或个摄像管或3 3片片CCDCCD，以确保画面可以达到高分辨率及精确的色彩重现效果，以确保画面可以达到高分辨率及精确的色彩重现效果，而家用级的摄像机通常只有一个摄像管或一片而家用级的摄像机通常只有一个摄像管或一片CCDCCD。 第一节第一节 视频原理视频原理自然景物图像光电转换处理模拟制彩色全电视信号输出物镜R摄像管G摄像管B摄像管RGB图图5-1 5-1
9、摄像管摄像机获取视频信号的原理摄像管摄像机获取视频信号的原理图图 第一节第一节 视频原理视频原理 传统的模拟制彩色电视传送方案，是根据三基色原理，在发送端把自然传统的模拟制彩色电视传送方案，是根据三基色原理，在发送端把自然景物的色彩利用分色系统分解成红、绿、蓝景物的色彩利用分色系统分解成红、绿、蓝3种基色，进而用种基色，进而用3支摄像管把三支摄像管把三基色的光图像变换成相应的基色的光图像变换成相应的3个电信号，如图个电信号，如图5-1所示。通过有线或无线的形所示。通过有线或无线的形式传送到接收端，从而产生了模拟制彩色电视信号。式传送到接收端，从而产生了模拟制彩色电视信号。 从从20世纪世纪70
10、年代开始，年代开始，CCD摄像机逐步替代摄像管摄像机。摄像机逐步替代摄像管摄像机。CCD摄像摄像机的原理与摄像管摄像机的原理基本相同。机的原理与摄像管摄像机的原理基本相同。 广播级广播级CCD摄像机中分别设有摄像机中分别设有3块分光三棱镜和块分光三棱镜和3片片CCD。3块三棱镜把块三棱镜把光源分为红、绿、蓝三基色光，如图光源分为红、绿、蓝三基色光，如图5-2所示。三基色光信号分别经过所示。三基色光信号分别经过3片片CCD处理后转换成电信号，这些电信号是很微弱的，必须经过摄像机的电处理后转换成电信号，这些电信号是很微弱的，必须经过摄像机的电路系统进一步放大，形成符合特定技术要求的电信号。路系统进
11、一步放大，形成符合特定技术要求的电信号。图图5-2 3CCD摄像机示意图摄像机示意图 第一节第一节 视频原理视频原理 家用级家用级CCD摄像机通常是单片摄像机通常是单片CCD。单片。单片CCD摄像机将彩色滤镜阵摄像机将彩色滤镜阵列列CFA直接制作在直接制作在CCD片上，结构简单，可靠性好。片上，结构简单，可靠性好。CCD上相邻的上相邻的3个个像素分别对应像素分别对应R、G、B这这3个色点，仅能当一个图像点用，所以实际的清个色点，仅能当一个图像点用，所以实际的清晰度不高，总像素点只有广播级晰度不高，总像素点只有广播级CCD摄像机的摄像机的1/3。 二、视频类型二、视频类型 模拟视频信号有模拟视频
12、信号有4种类型，视种类型，视频系统采用不同的接口输入、输出频系统采用不同的接口输入、输出这些信号，如图这些信号，如图5-3所示。不同的接所示。不同的接口采用的连接线也不同，如图口采用的连接线也不同，如图5- 4所示。所示。图图5-3 5-3 常见模拟视频接口常见模拟视频接口第一节第一节 视频原理视频原理复合视频接线复合视频接线 S-videoS-video端子视频线端子视频线 RFRF射频接线射频接线 图5- 4 常见视频接线 1射频信号射频信号 射频信号（射频信号（radio frequency，RF）是一种为了能在空中传播电视信）是一种为了能在空中传播电视信号，而由视频全电视信号调制成的信
13、号。电视机从天线或有线电视电缆接号，而由视频全电视信号调制成的信号。电视机从天线或有线电视电缆接收到的就是射频信号。收到的就是射频信号。 2复合视频信号复合视频信号 复合视频信号（复合视频信号（composite video signal）把亮度信号、色差信号和）把亮度信号、色差信号和所有同步信号复合在一起，使用一条信号电缆线传输，并可以记录在模拟磁所有同步信号复合在一起，使用一条信号电缆线传输，并可以记录在模拟磁带的单路磁迹上。由于复合视频的亮度和色度是间插在一起的，因此在信号带的单路磁迹上。由于复合视频的亮度和色度是间插在一起的，因此在信号重放时很难恢复完全一致的色彩。电视机、重放时很难恢
14、复完全一致的色彩。电视机、VCD和和DVD影碟机通常都备有影碟机通常都备有复合视频信号的输入复合视频信号的输入/输出端口。由于复合视频信号中不包含伴音，故一般输出端口。由于复合视频信号中不包含伴音，故一般与视频输入与视频输入/输出端口配套的还有音频输入输出端口配套的还有音频输入/输出端口，以便同步转输伴音。输出端口，以便同步转输伴音。一般情况下，视音频接口通常排列在一起，视频接口以黄色表示，音频接口一般情况下，视音频接口通常排列在一起，视频接口以黄色表示，音频接口以白色和红色表示。以白色和红色表示。 第一节第一节 视频原理视频原理 3S-Video信号信号 S-Video（separated
15、video）是一种两分量的视频信号，它把亮度）是一种两分量的视频信号，它把亮度信号和色度信号分成两路独立的模拟信号（称为信号和色度信号分成两路独立的模拟信号（称为Y/C信号），使用两条信信号），使用两条信号电缆线分别传输，并可以记录在模拟磁带的两路磁迹上。使用号电缆线分别传输，并可以记录在模拟磁带的两路磁迹上。使用S-Video有两个优点：减少亮度信号和色度信号之间的交叉干扰；亮度信号和色度有两个优点：减少亮度信号和色度信号之间的交叉干扰；亮度信号和色度信号都具有较宽的带宽。与复合视频信号相比，信号都具有较宽的带宽。与复合视频信号相比，S-Video信号可以更好地信号可以更好地重现色彩。重现色
16、彩。 第一节第一节 视频原理视频原理 4分量视频信号分量视频信号 分量视频信号（分量视频信号（component video）指每个基色分量作为独立的）指每个基色分量作为独立的电视信号。每个基色既可以用电视信号。每个基色既可以用RGB表示，也可以用表示，也可以用YIQ、YUV表示。表示。它通过它通过3路信号电缆线传输并记录在模拟磁带的路信号电缆线传输并记录在模拟磁带的3路磁迹上。使用分量路磁迹上。使用分量视频信号是表示颜色的最好方法，但需要比较宽的带宽和同步信号。视频信号是表示颜色的最好方法，但需要比较宽的带宽和同步信号。广播级的录像机通常按分量视频格式记录信号。广播级的录像机通常按分量视频格
17、式记录信号。 第一节第一节 视频原理视频原理第一节第一节 视频原理视频原理 YUVYUV色彩模型是在现代彩色电视系统中通常采用的色彩模型。采用色彩模型是在现代彩色电视系统中通常采用的色彩模型。采用YUVYUV色彩模型的要点是，色彩的亮度信号色彩模型的要点是，色彩的亮度信号Y Y和色度信号和色度信号U U、V V是分离的。如是分离的。如果只有果只有Y Y信号分量而没有信号分量而没有U U、V V分量，那么表示的图就是黑白灰度图。彩色分量，那么表示的图就是黑白灰度图。彩色电视采用电视采用YUVYUV色彩模型正是为了用亮度信号色彩模型正是为了用亮度信号Y Y解决彩色电视机与黑白电视解决彩色电视机与黑
18、白电视机的兼容问题，使黑白电视机也能接收彩色信号。机的兼容问题，使黑白电视机也能接收彩色信号。YUVYUV是是PALPAL制电视系统制电视系统中采用的色彩模型，中采用的色彩模型，NTSCNTSC制中采用的是制中采用的是YIQYIQ色彩模型，其中色彩模型，其中Y Y表示亮度，表示亮度，I I和和Q Q是两个彩色分量。是两个彩色分量。拓展阅读拓展阅读三、视频信号的显示三、视频信号的显示 摄像机录制下来的视频信号经调制后，通过电缆、天线、卫星摄像机录制下来的视频信号经调制后，通过电缆、天线、卫星等不同的传输系统将视频信号传送出去，电视系统如图等不同的传输系统将视频信号传送出去，电视系统如图5-55-
19、5所示。所示。摄像机电缆发射机卫星光盘DVD机发射机卫星DVD机图图5-5 电视系统电视系统第一节第一节 视频原理视频原理 当电视机接收到传来的信号时，对它进行逆处理，由显像管通过当电视机接收到传来的信号时，对它进行逆处理，由显像管通过扫描重新将电信号转换成光信号，在电视上重现活动的影像。电视图扫描重新将电信号转换成光信号，在电视上重现活动的影像。电视图像的重现实质上是一种光电互换的过程，是由显像管通过扫描来完成像的重现实质上是一种光电互换的过程，是由显像管通过扫描来完成的。扫描分为逐行扫描和隔行扫描两种。如图的。扫描分为逐行扫描和隔行扫描两种。如图5-6所示为这两种扫描。所示为这两种扫描。在
20、逐行扫描中，电子束从显示屏左上角一行一行地扫描到右下角，在在逐行扫描中，电子束从显示屏左上角一行一行地扫描到右下角，在显示屏上扫一遍就显示一帧完整的图像。在隔行扫描中，电子束扫完显示屏上扫一遍就显示一帧完整的图像。在隔行扫描中，电子束扫完第一行后回到第三行开始的位置接着扫，直到最后一行，形成奇数场。第一行后回到第三行开始的位置接着扫，直到最后一行，形成奇数场。奇数行扫描完后扫偶数行，构成偶数场。由此可见，隔行扫描的一帧奇数行扫描完后扫偶数行，构成偶数场。由此可见，隔行扫描的一帧图像由奇数场和偶数场两部分组成。黑白电视和彩色电视都用隔行扫图像由奇数场和偶数场两部分组成。黑白电视和彩色电视都用隔行
21、扫描，而计算机显示图像时一般都采用逐行扫描。描，而计算机显示图像时一般都采用逐行扫描。 第一节第一节 视频原理视频原理完整图像完整图像逐行扫描逐行扫描 一次扫描成帧一次扫描成帧 奇数场扫描奇数场扫描 偶数场扫描偶数场扫描 两场扫描成帧两场扫描成帧 图图5-6 逐行扫描与隔行扫描逐行扫描与隔行扫描 每秒钟扫描多少行称为行频，每秒钟扫描多少场称为场频，每秒每秒钟扫描多少行称为行频，每秒钟扫描多少场称为场频，每秒钟扫描多少帧称为帧频。钟扫描多少帧称为帧频。第一节第一节 视频原理视频原理四、模拟电视制式四、模拟电视制式 电视信号是视频处理的重要信息源。为了使电视系统中各种信号和设备有统一电视信号是视频
22、处理的重要信息源。为了使电视系统中各种信号和设备有统一的规范，必须制定电视制式。它是一个电视体统的体制和标准。不同国家的视的规范，必须制定电视制式。它是一个电视体统的体制和标准。不同国家的视频系统有不同制式，世界上现行的模拟电视制式有频系统有不同制式，世界上现行的模拟电视制式有3 3种：种：NTSCNTSC制、制、 PALPAL制和制和SECAMSECAM制，具体参数见表制，具体参数见表5-15-1。第一节第一节 视频原理视频原理电视制式电视制式NTSCNTSCPALPALSECAMSECAM扫描方式扫描方式隔行扫描隔行扫描隔行扫描隔行扫描隔行扫描隔行扫描帧频帧频303025252525行行/
23、 /帧帧525525625625625625分辨率分辨率640640480480768768576576768768576576颜色模型颜色模型YIQYIQYUVYUVYUVYUV NTSCNTSC（national television systems committeenational television systems committee）彩彩色电视制式即正交平衡调幅制，是由美国制定的。目前在美色电视制式即正交平衡调幅制，是由美国制定的。目前在美国、加拿大、韩国、日本等国和中国的台湾地区广为使用。国、加拿大、韩国、日本等国和中国的台湾地区广为使用。 PALPAL（phase-alter
24、native linephase-alternative line）彩色电视制式即逐行彩色电视制式即逐行倒相正交平衡调幅制，是由德国制定的。它弥补了倒相正交平衡调幅制，是由德国制定的。它弥补了NTSCNTSC制存制存在的相位敏感造成色彩失真的缺点。目前在德国、英国等一在的相位敏感造成色彩失真的缺点。目前在德国、英国等一些西欧国家，以及中国大陆、朝鲜等国家和地区广为使用。些西欧国家，以及中国大陆、朝鲜等国家和地区广为使用。 SECAMSECAM（法文：（法文：sequential coleur avec memoiresequential coleur avec memoire）彩彩色电视广播标
25、准，称为顺序传送彩色与存储制，是由法国制色电视广播标准，称为顺序传送彩色与存储制，是由法国制定的。目前在法国、俄罗斯及东欧国家广为使用。定的。目前在法国、俄罗斯及东欧国家广为使用。第一节第一节 视频原理视频原理第二节第二节 模拟视频数字化模拟视频数字化一、数字视频概述一、数字视频概述 数字视频是指用二进制表示的视频信号，数字视频既可以直接来源于数字数字视频是指用二进制表示的视频信号，数字视频既可以直接来源于数字摄像机，也可以将模拟视频信号经过数字化处理变成数字视频信号。摄像机，也可以将模拟视频信号经过数字化处理变成数字视频信号。 数字视频信号和模拟视频信号相比有以下优点：数字视频信号和模拟视频
26、信号相比有以下优点： 数字视频信号从整体上讲已经不是一个连续的随时间变化的电信号，而是数字视频信号从整体上讲已经不是一个连续的随时间变化的电信号，而是由二进制由二进制“0”0”和和“1”1”编码的比特流，它比模拟信号更精确，抗干扰能力更强。编码的比特流，它比模拟信号更精确，抗干扰能力更强。 不经过压缩的数字视频的数据量非常大，因此在存储与传输的过程中必须不经过压缩的数字视频的数据量非常大，因此在存储与传输的过程中必须进行压缩编码，从而在网络上实现流畅的传输。进行压缩编码，从而在网络上实现流畅的传输。 数字视频有多种媒体格式，按照不同的压缩编码标准、存储介质类型、记数字视频有多种媒体格式，按照不
27、同的压缩编码标准、存储介质类型、记录方式、应用领域及其平台类型等，形成了各自不同的格式标准。录方式、应用领域及其平台类型等，形成了各自不同的格式标准。 数字视频可以不失真地进行无数次复制，而模拟视频信号每转录一次，就数字视频可以不失真地进行无数次复制，而模拟视频信号每转录一次，就会有一次误差积累，从而造成信号失真。同时，数字视频支持非线性编辑，还会有一次误差积累，从而造成信号失真。同时，数字视频支持非线性编辑，还可以添加各种特技效果。可以添加各种特技效果。二、模拟视频数字化过程二、模拟视频数字化过程 常用的视频数字化方法有常用的视频数字化方法有复合数字化（复合数字化（composite dig
28、itizationcomposite digitization）和和分量数字化（分量数字化（component digitizationcomponent digitization）。复合数字化是用高速模。复合数字化是用高速模/ /数（数（A/DA/D）转换器对彩色全电视信号进行数字化，然后对亮度与色度）转换器对彩色全电视信号进行数字化，然后对亮度与色度信号进行分离的方法。分量数字化是先从彩色全电视信号中分离出亮信号进行分离的方法。分量数字化是先从彩色全电视信号中分离出亮度与色度信号，然后分别进行数字化的方法。度与色度信号，然后分别进行数字化的方法。 由于从彩色全电视信号中分离亮度与色度信号相
29、对容易，所以，目由于从彩色全电视信号中分离亮度与色度信号相对容易，所以，目前分量数字化的应用更为广泛。与图像的数字化类似，视频信号的数前分量数字化的应用更为广泛。与图像的数字化类似，视频信号的数字化也经过采样、量化和编码等过程。字化也经过采样、量化和编码等过程。 第二节第二节 模拟视频数字化模拟视频数字化 （一）采样（一）采样 采样采样是指对模拟视频信号在时间上进行离散化处理。是指对模拟视频信号在时间上进行离散化处理。2020世纪世纪8080年代年代初，国际无线电咨询委员会（初，国际无线电咨询委员会（international radio consultative international
30、radio consultative committeecommittee）制定了广播级质量的电视图像数字化标准（）制定了广播级质量的电视图像数字化标准（CCIR 601CCIR 601标标准）。该标准规定了彩色电视图像转换成数字图像时使用的采样频率、准）。该标准规定了彩色电视图像转换成数字图像时使用的采样频率、采样格式、采样格式、RGBRGB和和YCbCrYCbCr两个彩色空间之间的转换关系等。两个彩色空间之间的转换关系等。第二节第二节 模拟视频数字化模拟视频数字化 1.采样频率采样频率 CCIR CCIR为为NTSCNTSC制、制、PALPAL制和制和SECAMSECAM制规定了共同的电视
31、图像采样频率制规定了共同的电视图像采样频率fs=13.5 Hzfs=13.5 Hz。根据采样频率，可以算出每一扫描行采样的样本点数：。根据采样频率，可以算出每一扫描行采样的样本点数： 对于对于PALPAL制、制、SECAMSECAM制，采样频率制，采样频率fs=625fs=6252525N=15 625N=15 625N=13.5 N=13.5 MHzMHz，N=864N=864； 对于对于NTSCNTSC制，采样频率制，采样频率fs=525fs=52529.9729.97N=15 734N=15 734N=13.5 MHzN=13.5 MHz，N=858N=858。 也就是说，对于也就是说，
32、对于PALPAL制和制和SECAMSECAM制的亮度信号，每一扫描行采取制的亮度信号，每一扫描行采取864864个样本；对于个样本；对于NTSCNTSC制的亮度信号，每一条扫描行采样制的亮度信号，每一条扫描行采样858858个样本。由于个样本。由于电视信号中每一行都包括一定的同步信号和回扫信号，故有效的图像样电视信号中每一行都包括一定的同步信号和回扫信号，故有效的图像样本点没有那么多，本点没有那么多，CCIR 601CCIR 601标准规定所有制式都规定每一扫描行的有效标准规定所有制式都规定每一扫描行的有效样本数均为样本数均为720720个。个。 第二节第二节 模拟视频数字化模拟视频数字化 不
33、同的制式，每帧的有效行数不同，不同的制式，每帧的有效行数不同，PALPAL制和制和SECAMSECAM制为制为576576行，行，NTSCNTSC制为制为484484行。对于高清晰度电视行。对于高清晰度电视HDTVHDTV（High Definition TVHigh Definition TV）标准，）标准，目前以美国高级电视系统委员会目前以美国高级电视系统委员会ATSCATSC定义的数字电视定义的数字电视DTVDTV标准和欧洲数字标准和欧洲数字电视广播标准电视广播标准DVBDVB最为普及，电视制式及分辨率、长宽比和帧频见表最为普及，电视制式及分辨率、长宽比和帧频见表5-25-2。第二节第二
34、节 模拟视频数字化模拟视频数字化表表5-2 5-2 电视制式及其分辨率、长宽比、帧频电视制式及其分辨率、长宽比、帧频电视制式分辨率宽长比帧频/(f/s)NTSC6404804:330PAL、SECAM7685764:325ATSC DTVDVBHDTV128072016:960p, 30p, 24p25/30i, 25/30p, 50/60p1920108016:930i, 30p, 24p25/30i, 25/30p, 50/60p注：注：p表示逐行扫描，表示逐行扫描，i表示隔行扫描，表示隔行扫描，25/30表示表示25或或30。 2.采样格式采样格式 YUV YUV适用于适用于PALPAL
35、和和SECAMSECAM彩色电视制式的模拟视频图像，彩色电视制式的模拟视频图像，YCbCrYCbCr色彩模色彩模型是目前数字视频图像使用的主要采样模型。它与型是目前数字视频图像使用的主要采样模型。它与YUVYUV的定义基本是相同的定义基本是相同的，它采用一个亮度信号的，它采用一个亮度信号Y Y和两个色差信号（和两个色差信号（CbCb（蓝色差）、（蓝色差）、CrCr（红色（红色差）的色彩编码方案，但应用有所不同。差）的色彩编码方案，但应用有所不同。第二节第二节 模拟视频数字化模拟视频数字化实际使用的采样格式有以下实际使用的采样格式有以下3 3种：种：4:4:4 YCbCr4:4:4 YCbCr格
36、式格式。这种采样格式可对所有的分量使用相同的采样频率，。这种采样格式可对所有的分量使用相同的采样频率，即在每条扫描线上每即在每条扫描线上每4 4个连续的采样点取个连续的采样点取4 4个亮度个亮度Y Y样本、样本、4 4个红色差个红色差CrCr样本和样本和4 4个蓝色差个蓝色差CbCb样本。采用这种方式对原来就有较高质量的信号源样本。采用这种方式对原来就有较高质量的信号源进行采样，可以保证其色彩质量，但数据量大。进行采样，可以保证其色彩质量，但数据量大。 4:2:2 YCbCr4:2:2 YCbCr格式格式。由于人眼对颜色的敏感程度远不如对亮度信号那么。由于人眼对颜色的敏感程度远不如对亮度信号那
37、么灵敏，因此色度信号的采样频率可以比亮度信号的采样率低。灵敏，因此色度信号的采样频率可以比亮度信号的采样率低。CCIR CCIR 601601标准规定的采样格式为标准规定的采样格式为4:2:24:2:2，即每条扫描线上每，即每条扫描线上每4 4个连续的采样点个连续的采样点取取4 4个亮度个亮度Y Y样本、两个红色差样本、两个红色差CrCr样本和两个蓝色差样本和两个蓝色差CbCb样本。样本。 4:1:1 YCbCr4:1:1 YCbCr格式格式。这种采样格式是指在每条扫描线上每。这种采样格式是指在每条扫描线上每4 4个连续的采个连续的采样点取样点取4 4个亮度个亮度Y Y样本、一个红色差样本、一
38、个红色差CrCr样本和一个蓝色差样本和一个蓝色差CbCb样本，数据样本，数据量较小。量较小。 第二节第二节 模拟视频数字化模拟视频数字化（二）量化二）量化 同图像的量化一样，模拟视频信号采样后得到时间上离散的信号，同图像的量化一样，模拟视频信号采样后得到时间上离散的信号，再对该离散信号的幅度进行离散化处理，即量化。再对该离散信号的幅度进行离散化处理，即量化。CCIR601CCIR601标准规标准规定，每个分量的每个样本精度为定，每个分量的每个样本精度为8 8位。位。 拓展阅读拓展阅读 视频解码器是对已编码的数字视频进行还原解码操作的程序视频解码器是对已编码的数字视频进行还原解码操作的程序（视频
39、播放器）或设备。如果系统安装了（视频播放器）或设备。如果系统安装了realreal编码器，就能将其他编码器，就能将其他格式文件转换成格式文件转换成rmrm或或rmvbrmvb格式；如果安装了格式；如果安装了realreal解码器，就能播放解码器，就能播放rmrm或或rmvbrmvb格式文件。格式文件。 第二节第二节 模拟视频数字化模拟视频数字化 三、压缩编码标准三、压缩编码标准 模拟视频数字化后产生的数据量很大，每秒的数据量约为模拟视频数字化后产生的数据量很大，每秒的数据量约为27MB27MB，一张，一张680MB680MB的光盘只能记录约的光盘只能记录约2525秒的数字视频数据。这对于目前的
40、计算机和网络秒的数字视频数据。这对于目前的计算机和网络来说无论是存储或传输都是不现实的，因此，数字视频的关键是数据压缩技来说无论是存储或传输都是不现实的，因此，数字视频的关键是数据压缩技术。术。 数字视频中存在大量的时间、空间和频谱冗余，视频压缩技术就是通数字视频中存在大量的时间、空间和频谱冗余，视频压缩技术就是通过寻找这些冗余来达到压缩效果，同时要尽可能保证视觉效果。视频压缩分过寻找这些冗余来达到压缩效果，同时要尽可能保证视觉效果。视频压缩分为无损压缩和有损压缩。所谓无损压缩，就是进行数据压缩后，可完全恢复为无损压缩和有损压缩。所谓无损压缩，就是进行数据压缩后，可完全恢复原始数据而不引起任何
41、失真。有损压缩则是利用了人类对图像中的某些频率原始数据而不引起任何失真。有损压缩则是利用了人类对图像中的某些频率成分不敏感的特性，允许压缩过程中损失一定的信息。有损压缩虽然不能完成分不敏感的特性，允许压缩过程中损失一定的信息。有损压缩虽然不能完全恢复原始数据，但是所损失的部分对理解原始图像的影响很小，换来的是全恢复原始数据，但是所损失的部分对理解原始图像的影响很小，换来的是大得多的压缩比。因此，在视频处理中应用的是有损压缩。大得多的压缩比。因此，在视频处理中应用的是有损压缩。 第二节第二节 模拟视频数字化模拟视频数字化 20 20世纪世纪9090年代以来，年代以来，国际电信联盟（国际电信联盟（
42、ITU-TITU-T）和和国际标准化组织（国际标准化组织（ISOISO）制定了一系列音视频压缩编码技术标准和建议，其中最有代表性的就是制定了一系列音视频压缩编码技术标准和建议，其中最有代表性的就是MPEGMPEG数字视频压缩标准。自数字视频压缩标准。自19881988年以来，已有年以来，已有MPEG-1MPEG-1、MPEG-2MPEG-2、MPEG-4MPEG-4、MPEG-7MPEG-7等系列标准。每次新标准的制定都极大地推动了数字视频向更高质量和更广等系列标准。每次新标准的制定都极大地推动了数字视频向更高质量和更广泛的应用迈进。泛的应用迈进。第二节第二节 模拟视频数字化模拟视频数字化 （
43、一）一）MPEG-1MPEG-1 MPEG-1MPEG-1的标准名称为信息技术的标准名称为信息技术用于数据速率高达用于数据速率高达1.5 Mb/s1.5 Mb/s的数的数字存储媒体的运动图像和伴音编码。这里的数字存储媒体指字存储媒体的运动图像和伴音编码。这里的数字存储媒体指CD-ROMCD-ROM、硬盘、硬盘和可擦写光盘等。它的目标如下和可擦写光盘等。它的目标如下: : l把目前广播视频信号压缩到能够记录在把目前广播视频信号压缩到能够记录在CDCD光盘上。光盘上。l压缩后的数字视频能够用光盘驱动器进行播放。压缩后的数字视频能够用光盘驱动器进行播放。l解码后的图像具有家用录像机的质量和高保真的伴
44、音效果。解码后的图像具有家用录像机的质量和高保真的伴音效果。第二节第二节 模拟视频数字化模拟视频数字化 MPEG-1MPEG-1的标准图像格式（的标准图像格式（standard image formatstandard image format，SIFSIF）为）为352352240240的分辨率、的分辨率、30 Hz30 Hz的频率（的频率（NTSCNTSC制），或者为制），或者为352352288288的分辨率、的分辨率、25Hz25Hz的频率（的频率（PALPAL制）。制）。 （二）（二）MPEG-2MPEG-2 MPEG-2 MPEG-2的标准名称为的标准名称为“信息技术信息技术运动图
45、像和伴音信息的通用编运动图像和伴音信息的通用编码码”。它是高分辨率视频图像的标准，针对分辨率为。它是高分辨率视频图像的标准，针对分辨率为720720484484的广播级的广播级视频图像。它要达到的最基本目标是数据率为视频图像。它要达到的最基本目标是数据率为4 49Mb/s9Mb/s，最高达，最高达15 Mb/s15 Mb/s。它可以将它可以将120min120min的电影压缩到的电影压缩到4-8GB4-8GB，但它的图像质量等性能方面的指标，但它的图像质量等性能方面的指标比比MPEG-1MPEG-1高。由于高。由于MPEG-2MPEG-2格式的数据量要比格式的数据量要比MPEG-1MPEG-1
46、大得多，尽管大得多，尽管CD-ROMCD-ROM有约有约600MB600MB的容量，也不能满足存放的容量，也不能满足存放MPEG-2MPEG-2视频节目的要求。为了解决视频节目的要求。为了解决MPEG-2MPEG-2的存储问题，就促成了的存储问题，就促成了DVDDVD的问世。的问世。 MPEG-1MPEG-1和和MPEG-2MPEG-2的主要异同的主要异同点点 见表见表5-35-3。第二节第二节 模拟视频数字化模拟视频数字化表表5-3 MPEG-15-3 MPEG-1和和MPEG-2MPEG-2的主要异同点的主要异同点 异同点MPEG-1MPEG-2不同点主要应用CD-ROM上的数字视频，VC
47、D数字TV，DVD空间分辨率CIF格式（1/4 TV），288360像素TV，576720像素时间分辨率2530 帧/秒5060 场/秒位速率1.5 Mb/s15 Mb/s质量相当于VHS相当于NTSC/PAL电视压缩率20303040相同点数据压缩编码方法基本相同，都采用以图像块作为基本单元进行变换、量化和移动补偿等技术来获得高压缩比第二节第二节 模拟视频数字化模拟视频数字化 （三）（三）MPEG-4MPEG-4 MPEG-4 MPEG-4不仅针对一定比特率下的不仅针对一定比特率下的视频视频、音频音频编码，更加注重多媒体系统的交编码，更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。互性和灵活性。MPEG
48、-4MPEG-4标准标准主要应用于视频电话，视频电子邮件，电子新闻及计算主要应用于视频电话，视频电子邮件，电子新闻及计算机图形、动画等。机图形、动画等。 MPEG-4 MPEG-4代表了基于模型代表了基于模型/ /对象的第二代压缩编码技术，是第一个使用户由被动对象的第二代压缩编码技术，是第一个使用户由被动变为主动（即具有交互性）的动态图像标准。为了支持基于内容编码，它提出了变为主动（即具有交互性）的动态图像标准。为了支持基于内容编码，它提出了AVAV对象这一重要概念。对象是指在一个场景中能够访问和操纵的实体，对象的划分可对象这一重要概念。对象是指在一个场景中能够访问和操纵的实体，对象的划分可根
49、据其独特的纹理、运动、形状、模型为依据。在根据其独特的纹理、运动、形状、模型为依据。在MPEG-4MPEG-4中，需将场景分成一个个中，需将场景分成一个个在时间和空间上相互联系的对象，然后对对象进行编码。传输到接收端后再对不同在时间和空间上相互联系的对象，然后对对象进行编码。传输到接收端后再对不同的对象分别解码，从而组合成所需要的视频和音频。这样既方便根据对象的特性对的对象分别解码，从而组合成所需要的视频和音频。这样既方便根据对象的特性对其采用不同的编码方法和表示方法，极大地提高编码效率，又可以方便地实现对于其采用不同的编码方法和表示方法，极大地提高编码效率，又可以方便地实现对于各种对象的操作
50、及编辑。这充分利用了人眼视觉特性，抓住了图像信息传输的本质。各种对象的操作及编辑。这充分利用了人眼视觉特性，抓住了图像信息传输的本质。从轮廓、纹理出发，支持基于视觉内容的交互功能，这适应了多媒体信息的应用由从轮廓、纹理出发，支持基于视觉内容的交互功能，这适应了多媒体信息的应用由播放型转向基于内容的访问、检索及操作的发展趋势。播放型转向基于内容的访问、检索及操作的发展趋势。 第二节第二节 模拟视频数字化模拟视频数字化 （四）（四）MPEG-7MPEG-7 MPEG-7 MPEG-7叫作多媒体内容描述接口（叫作多媒体内容描述接口（multimedia content multimedia cont
