1、5.4 数字视频及应用数字视频及应用5.4.1 数字视频基础数字视频基础5.4.2 数字视频的压缩编码数字视频的压缩编码5.4.3 数字视频的编辑数字视频的编辑5.4.4 合成视频合成视频计算机动画计算机动画5.4.5 数字视频的应用数字视频的应用 5.4.1 数字视频基础数字视频基础彩色电视信号的发送与接收彩色电视信号的发送与接收n彩色电视信号的发送与接收：彩色电视信号的发送与接收：PAL制彩色电视信号的颜制彩色电视信号的颜色不使用色不使用RGB表示，而表示，而是使用亮度信号是使用亮度信号Y和两个和两个色度信号色度信号U、V来表示来表示 为进行远距离传为进行远距离传输必须进行调制输必须进行调
2、制 RGBRGBYUV 复合复合 调制调制摄像机摄像机 话筒话筒发射发射天线天线RGBYUV分路分路解调解调接收接收天线天线RGB将将Y、U、V信号信号转换成为转换成为R、G、B 信号，然后再信号，然后再进行显示进行显示n使用使用Y、U，V彩色空间的原因：彩色空间的原因：与黑白电视保持兼容与黑白电视保持兼容利用人的视觉特性来节省电视信号的带宽和发射功率利用人的视觉特性来节省电视信号的带宽和发射功率数字视频信号的获取数字视频信号的获取 视频信号的数字化过程视频信号的数字化过程:与图像、声音的数字化过程相仿，但更复杂一些与图像、声音的数字化过程相仿，但更复杂一些(8-10 bits)滤波取样量化编
3、码数字数字视频视频信息信息模拟模拟视频视频信号信号VUYUVY 数字视频的获取设备：数字视频的获取设备：视频采集卡（简称视频卡）视频采集卡（简称视频卡）数字摄像头，通过光学镜头和数字摄像头，通过光学镜头和CCD器件采集动态图像，转换器件采集动态图像，转换成数字信号并输入成数字信号并输入PC机机 脱机获取设备：数码摄像机脱机获取设备：数码摄像机视频捕获视频捕获(采集采集)卡卡的功能的功能n从多种视频源中选择一种作为视频输入从多种视频源中选择一种作为视频输入;n支持不同的电视制式支持不同的电视制式;n能同时处理图像信号的伴音能同时处理图像信号的伴音;n可在显示器上监看输入的视频信号可在显示器上监看
4、输入的视频信号,其位置及大小可调其位置及大小可调;n能将计算机生成的图像能将计算机生成的图像/图形图形/文本与视频图像迭加处理文本与视频图像迭加处理;n可随时冻结可随时冻结(定格定格)一幅画面一幅画面,并按指定格式保存并按指定格式保存;n可可 实时压缩与存储视频及其伴音信息实时压缩与存储视频及其伴音信息;n可可 实时解压缩并播放视频及其伴音信息实时解压缩并播放视频及其伴音信息,输出设备可选输出设备可选(VGA监视器、电视机、录相机等监视器、电视机、录相机等)视频卡、显卡与主机视频卡、显卡与主机的关系的关系视频视频捕获器捕获器视频视频缓冲器缓冲器叠加叠加/转换器转换器TV编码器编码器图形图形控制
5、器控制器显示显示存储器存储器内存内存CPUDSP处理器处理器PCI总线总线视频视频信号信号显示器显示器TV机机硬盘硬盘硬硬 盘盘（视频卡和显示卡）（视频卡和显示卡）（主机）（主机）视频信视频信号数字号数字化并存化并存入硬盘入硬盘在屏幕上监看视频信号在屏幕上监看视频信号计算机图形文字输出计算机图形文字输出在电脑上播放视频在电脑上播放视频在电视机上播放视频在电视机上播放视频数字摄像头数字摄像头n最高分辨率为最高分辨率为640480，一般都，一般都是是352288，n速度一般在速度一般在30fps（每秒（每秒30帧）帧）以下，以下，n镜头的视角可达到镜头的视角可达到45-60度度,n支持支持USB接
6、口接口 或或IEEE1394（火（火线）接口。线）接口。数码摄像机数码摄像机 n提供提供480线以上的分辨率，清线以上的分辨率，清晰度高晰度高n自动对焦，自动曝光自动对焦，自动曝光 n使用使用MPEG-2进行压缩编码，进行压缩编码，然后记录在硬盘上然后记录在硬盘上n具有录音功能具有录音功能n数据量很大，采用数据量很大，采用USB接口或接口或IEEE1394接口接口 5.4.2 数字视频的压缩编码数字视频的压缩编码数字视频的压缩编码数字视频的压缩编码n视频数据压缩的可能性：视频数据压缩的可能性：n数字视频的数据量大得惊人，数字视频的数据量大得惊人，1分钟的数字电视图像未压缩时分钟的数字电视图像未
7、压缩时其数据量约为其数据量约为1G字节，对存储、传输和处理都有很大的困难字节，对存储、传输和处理都有很大的困难n视频数据压缩的可能性：视频数据压缩的可能性：n视频信息的每个画面内部有很多信息冗余视频信息的每个画面内部有很多信息冗余n相邻画面的内容有高度的连贯性相邻画面的内容有高度的连贯性n人眼的视觉灵敏度有限，允许画面有一定失真人眼的视觉灵敏度有限，允许画面有一定失真n结论：结论：n数字视频的数据量可压缩几十倍甚至几百倍数字视频的数据量可压缩几十倍甚至几百倍 数字视频压缩编码的国际标准数字视频压缩编码的国际标准名名 称称图像格式图像格式压缩后的码率压缩后的码率主要应用主要应用MPEG-1360
8、288大约大约1.2 Mb/s 1.5Mb/s适用于适用于VCD、数码相机、数字、数码相机、数字摄像机等摄像机等H.261360288 或或180144Px64 kb/s (P=1、2时，只支时，只支持持180144格式，格式，P6时，时，可支持可支持360288格式格式)应用于视频通信，如可视电话、应用于视频通信，如可视电话、会议电视等会议电视等MPEG-2(MPML)7205765 Mb/s 15Mb/s用途最广用途最广,如如DVD、卫星电视、卫星电视直播、数字有线电视等直播、数字有线电视等MPEG-2高清格式高清格式144011521920115280 Mb/s 100Mb/s高清晰度电
9、视（高清晰度电视（HDTV）领域）领域MPEG-4(H.26L)多种不同的多种不同的视频格式视频格式与与MPEG-1，MPEG-2相当，相当，但最低可达到但最低可达到64kb/s适合于交互式和移动多媒体应适合于交互式和移动多媒体应用，包括虚拟现实、远程教学、用，包括虚拟现实、远程教学、手机、手机、MP4播放器等播放器等数字视频的常用文件格式数字视频的常用文件格式n.mpeg（.mpg，.dat）使用使用MPEG编码的电影文件编码的电影文件n.mp2MPEG-2 编码的电影文件编码的电影文件n.mp4MPEG-4 编码的电影文件编码的电影文件n.avi（.navi）微软公司的视频剪辑文件微软公司
10、的视频剪辑文件 n.wmv微软公司的流式视频文件微软公司的流式视频文件n.asf微软公司的流式视频文件微软公司的流式视频文件n.rm(RealAudio)RealNetworks的流式视频文件的流式视频文件n.mov(.qt)苹果公司的流式视频文件苹果公司的流式视频文件n DivX格式格式MPEG-4 v3 改进后的一种格式，在改进后的一种格式，在MP4播放播放器上使用器上使用5.4.3 数字视频的编辑数字视频的编辑例：简单的视频编辑软件例：简单的视频编辑软件 Windows Movie Maker n由微软公司开发，在由微软公司开发，在Windows XP平台上运行平台上运行n功能：功能：n
11、通过摄像机、数字摄像头或其他视频源将音频和视通过摄像机、数字摄像头或其他视频源将音频和视频捕获到计算机中频捕获到计算机中n打开已有的音频、视频或静止图片，对音频与视频打开已有的音频、视频或静止图片，对音频与视频内容进行编辑（包括添加片头、使用视频过渡或特内容进行编辑（包括添加片头、使用视频过渡或特技效果等）技效果等）n将制作的视频保存到硬盘中，或刻录在将制作的视频保存到硬盘中，或刻录在CD或或DVD光光盘上，供盘上，供“媒体播放器媒体播放器”进行播放进行播放 5.4.4 合成视频合成视频计算机动画计算机动画什么是计算机动画？什么是计算机动画？n计算机动画计算机动画使用计算机生成一系列内容连续的
12、画面供实使用计算机生成一系列内容连续的画面供实时演播的一种技术，它是一种计算机合成的数字视频，而不时演播的一种技术，它是一种计算机合成的数字视频，而不是用摄像机拍摄的是用摄像机拍摄的“自然视频自然视频”n上世纪九十年代开始，计算机动画技术应用于电影特技，如上世纪九十年代开始，计算机动画技术应用于电影特技，如电影电影“侏罗纪公园侏罗纪公园”、玩具总动员玩具总动员、泰坦尼克泰坦尼克等，等，取得轰动效应取得轰动效应n应用领域：应用领域：n影视和广告领域：电影特技、动画片、电视广告制作等影视和广告领域：电影特技、动画片、电视广告制作等n教育和培训领域：辅助教学、驾驶员训练等教育和培训领域：辅助教学、驾
13、驶员训练等n科技领域：科学计算可视化，复杂系统的动态模拟科技领域：科学计算可视化，复杂系统的动态模拟n军事领域：军事训练、作战模拟等军事领域：军事训练、作战模拟等n游戏游戏计算机动画的制作过程计算机动画的制作过程n计算机动画制作包括：在计算机中建立景物的模型、描述它计算机动画制作包括：在计算机中建立景物的模型、描述它们的运动、生成一系列逼真的图像们的运动、生成一系列逼真的图像n三维计算机动画制作过程分以下几个阶段：三维计算机动画制作过程分以下几个阶段：（1）描述景物的形状与结构（建模）描述景物的形状与结构（建模）（2）确定景物的颜色和材质（纹理）确定景物的颜色和材质（纹理）（3）设置灯光和确定
14、虚拟摄像机的位置）设置灯光和确定虚拟摄像机的位置（4）描述场景中物体的运动和摄像机的移动）描述场景中物体的运动和摄像机的移动（5）绘制一系列的图像）绘制一系列的图像（6）输出动画结果）输出动画结果动画制作软件动画制作软件n著名的商品化的造型与动画制作软件著名的商品化的造型与动画制作软件:n加拿大加拿大Alias公司的公司的Power animator n法国法国TDI公司的公司的Exploren荷兰荷兰ElectroGIG公司的公司的3DGOn加拿大加拿大Vertigo公司的公司的Vertigon美国美国Wavefront公司的公司的Advanced Visualizern美国美国SGI公司公
15、司Alias和和Wavefront 公司的公司的MAYAn美国美国Autodesk公司公司Discreet公司的公司的3ds max，Animator Studio互联网动画：互联网动画：GIF和和FlashnGIF动画动画(参见参见5.2节节)：nMacromedia公司的公司的Flash动画动画n画面大小可任意调节，用户可控制播放过程画面大小可任意调节，用户可控制播放过程n既可生成自动可执行文件既可生成自动可执行文件(*.exe)，还可生成用，还可生成用 Flash 播放器播放的文件播放器播放的文件(*.SWF)；n既可做成单独的动画，也可以嵌入网页文件既可做成单独的动画，也可以嵌入网页文
16、件n采用流式传输方式，可以边下载边进行播放采用流式传输方式，可以边下载边进行播放5.4.5 数字视频的应用数字视频的应用 VCD与与DVD 可视电话与视频会议可视电话与视频会议 数字电视数字电视 点播电视点播电视什么是什么是VCD,什么是什么是DVD?nVideoCD（简称（简称VCD）：按）：按MPEG-1标准将标准将60分钟的分钟的音频音频/视频节目记录在一张视频节目记录在一张CD光盘上，图像质量为光盘上，图像质量为VHS(352240)，即家用录放像机的水平，可播放立，即家用录放像机的水平，可播放立体声体声 nDVD-Video（简称为（简称为DVD）：按）：按MPEG-2标准将音频标准
17、将音频/视频节目记录在视频节目记录在DVD光盘上，图像质量为广播级光盘上，图像质量为广播级(720576)，可播放，可播放5.1声道的环绕立体声，单面单层声道的环绕立体声，单面单层DVD（容量为（容量为4.7GB）光盘可记录）光盘可记录120分钟以上的影视分钟以上的影视节目节目VCD与与DVD的比较的比较VCDDVD视频压缩编视频压缩编码标准码标准MPEG-1 video，图像分，图像分辨率为辨率为352240（家用（家用电视质量）电视质量）MPEG-2 video，图像分辨率为，图像分辨率为720480（广播级电视图像质量）（广播级电视图像质量）音频压缩编音频压缩编码标准码标准MPEG-1
18、audio，层，层2，支持双声道立体声支持双声道立体声MPEG-2audio或杜比或杜比AC-3,支持支持5.1声声道的三维环绕立体声道的三维环绕立体声光盘存储容光盘存储容量量650MB左右左右有多种不同规格。单面单层有多种不同规格。单面单层DVD容容量为量为4.7GB，单面双层为，单面双层为8.5GB播放时间播放时间1小时左右小时左右单面单层单面单层DVD光盘可播放光盘可播放2小时左右小时左右其他功能其他功能较少较少支持多种辅助功能，如多种文字字幕，支持多种辅助功能，如多种文字字幕，多种语言声音，多种视角，多种宽高多种语言声音，多种视角，多种宽高比等比等可视电话和视频会议可视电话和视频会议n
19、可视电话：通话双方能互相看见的一种电话系统可视电话：通话双方能互相看见的一种电话系统n电话机具有摄像、显示、声音等功能，内置高质量电话机具有摄像、显示、声音等功能，内置高质量CCD镜头镜头及及MODEMn视频会议：多人同时参与的一种音视频会议：多人同时参与的一种音/视频通信系统视频通信系统n类似于可视电话，但多人参加通话，提供的功能也更加丰富类似于可视电话，但多人参加通话，提供的功能也更加丰富n两种实施方式：两种实施方式：n在电信局的数字通信网上进行在电信局的数字通信网上进行n在互联网上进行，例如使用下列即时通信软件：在互联网上进行，例如使用下列即时通信软件：微软的微软的MSN Messeng
20、er，腾迅的腾迅的QQ，网易的网易的POPO，新新浪的浪的UC等等什么是数字电视什么是数字电视?n数字电视指的是数字电视指的是:电视电视节目的制作（摄录、编辑）、处理、节目的制作（摄录、编辑）、处理、传输、接收播放全过程传输、接收播放全过程的数字化，特别是将电视信号进行数的数字化，特别是将电视信号进行数字化之后以字化之后以数字形式进行传输和接收数字形式进行传输和接收；n数字电视的范围：数字电视的范围：n高端高端高清晰度电视高清晰度电视(HDTV)，分辨率，分辨率1920 x1024n中端中端常规模拟电视的数字化（常规模拟电视的数字化（DTV）n低端低端包括互联网上的包括互联网上的IPTV等等
21、节目制作节目制作信号处理信号处理广播传输广播传输接收播放接收播放 1 2 3 4数字电视的优点数字电视的优点(1)频道利用率高频道利用率高可传输的数字电视节目比传输模拟电视节目增加好几倍可传输的数字电视节目比传输模拟电视节目增加好几倍(2)抗干扰能力强抗干扰能力强同等传输条件下的抗干扰能力优于模拟电视同等传输条件下的抗干扰能力优于模拟电视(3)图像清晰度高图像清晰度高用户接收到的图像质量能达到演播室水平用户接收到的图像质量能达到演播室水平(4)音响效果好音响效果好具有具有CD级音质效果，可支持级音质效果，可支持5.1环绕立体声家庭影院环绕立体声家庭影院(5)可开展基于可开展基于TV的交互式数据
22、业务的交互式数据业务包括电视购物、电视银行、电视商务、电视游戏、点播电视包括电视购物、电视银行、电视商务、电视游戏、点播电视等业务等业务 数字电视的传播途径数字电视的传播途径 数数字字视视频频节节目目制制作作视频视频服务器服务器光盘光盘制作制作地面无线地面无线(DVB-T)卫星卫星(DVB-S)数字数字CATV(DVB-C)Internet(IPTV)VCDDVD解码器解码器电视机电视机PC机机什么是点播电视什么是点播电视(VOD)？nVOD（点播电视）指用户可以自己选择观看需要的电视节（点播电视）指用户可以自己选择观看需要的电视节目，改变了电视台播什么用户只能看什么的电视收看模式目，改变了电
23、视台播什么用户只能看什么的电视收看模式 nVOD的分类（按响应方式）：的分类（按响应方式）：nTrue VOD：点播要求随时都会得到响应：点播要求随时都会得到响应nNear VOD：点播要求只能在特定时刻才会得到响应：点播要求只能在特定时刻才会得到响应用用 户户接入网接入网宽宽 带带广域网广域网交换器交换器LAN 家庭用户家庭用户单位用户单位用户视频视频服务器服务器28.8-128 kb/s 10-100Mb/s分配服务器分配服务器和和/或或智能部件智能部件网管网管工作站工作站节目制作中心节目制作中心VOD系统组成的示意图系统组成的示意图小结：为什么使用数字视频？小结：为什么使用数字视频？n数字视频易于使用计算机编辑、修改和处理数字视频易于使用计算机编辑、修改和处理n数字视频有利于存储和复制，复制不会产生失真数字视频有利于存储和复制，复制不会产生失真n数字视频有利于传输数字视频有利于传输(节省频率资源，抗干扰能力强节省频率资源，抗干扰能力强)n数字视频可以通过计算机网传输数字视频可以通过计算机网传输n用户接收的数字图像质量更好用户接收的数字图像质量更好(可达演播室水平可达演播室水平)n数字视频容易与其它媒体（声音、文字等）组合使用数字视频容易与其它媒体（声音、文字等）组合使用n数字视频便于进行管理和检索数字视频便于进行管理和检索
