多媒體技術(shù)與應(yīng)用視頻

1、1西西 南南 交交 通通 大大 學(xué)學(xué)多媒體技術(shù)與應(yīng)用多媒體技術(shù)與應(yīng)用西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)2第第8 8章章 視頻視頻2西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)3基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)v視頻的定義視頻的定義 人類(lèi)接受的信息人類(lèi)接受的信息70%70%來(lái)自視覺(jué)來(lái)自視覺(jué), , 其中活動(dòng)圖像其中活動(dòng)圖像是信息量最豐富、直觀、生動(dòng)、具體的一種承載是信息量最豐富、直觀、生動(dòng)、具體的一種承載信息的媒體。視頻（信息的媒體。視頻（VideoVideo）就其本質(zhì)而言，實(shí)際就其本質(zhì)而言，實(shí)際上就是其內(nèi)容隨時(shí)間變化的一組動(dòng)態(tài)圖像上就是其內(nèi)容隨時(shí)間變化的一組動(dòng)態(tài)圖像(25(25或或3030幀幀/ /秒秒) )，所以視頻又叫作，所以視頻又叫作

2、運(yùn)動(dòng)圖像或活動(dòng)圖像。 從數(shù)學(xué)角度描述，視頻指隨時(shí)間變化的圖像，或從數(shù)學(xué)角度描述，視頻指隨時(shí)間變化的圖像，或稱(chēng)為稱(chēng)為時(shí)變圖像。l內(nèi)容隨時(shí)間而變化內(nèi)容隨時(shí)間而變化l伴隨有與畫(huà)面動(dòng)作同步的聲音伴隨有與畫(huà)面動(dòng)作同步的聲音( (伴音伴音) )西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)4視頻和圖像視頻和圖像v圖像與視頻是兩個(gè)既有聯(lián)系又有區(qū)別的概圖像與視頻是兩個(gè)既有聯(lián)系又有區(qū)別的概念念l靜止的圖片稱(chēng)為圖像（靜止的圖片稱(chēng)為圖像（Image），），運(yùn)動(dòng)的圖像運(yùn)動(dòng)的圖像稱(chēng)為視頻（稱(chēng)為視頻（Video）。）。l此外，兩者的信源方式不同，圖像的輸入要靠此外，兩者的信源方式不同，圖像的輸入要靠掃描儀、數(shù)字照相機(jī)等設(shè)備；而視頻的輸入是掃描

3、儀、數(shù)字照相機(jī)等設(shè)備；而視頻的輸入是電視接收機(jī)、攝象機(jī)、錄象機(jī)、影碟機(jī)以及可電視接收機(jī)、攝象機(jī)、錄象機(jī)、影碟機(jī)以及可以輸出連續(xù)圖像信號(hào)的設(shè)備。以輸出連續(xù)圖像信號(hào)的設(shè)備。 西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)5v 計(jì)算機(jī)能處理生動(dòng)的圖形、圖像和動(dòng)畫(huà)使得多媒體計(jì)算計(jì)算機(jī)能處理生動(dòng)的圖形、圖像和動(dòng)畫(huà)使得多媒體計(jì)算機(jī)更具有影響力。機(jī)更具有影響力。 v 視頻和基于計(jì)算機(jī)的動(dòng)畫(huà)已成為多媒體系統(tǒng)的基本媒體視頻和基于計(jì)算機(jī)的動(dòng)畫(huà)已成為多媒體系統(tǒng)的基本媒體并且是多媒體計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。通常用活動(dòng)圖像并且是多媒體計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。通常用活動(dòng)圖像表示視頻，活動(dòng)圖形表示動(dòng)畫(huà)。也就是說(shuō)，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)表示視頻，活動(dòng)圖形表示動(dòng)畫(huà)

4、。也就是說(shuō)，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)和視頻的主要差別類(lèi)似和視頻的主要差別類(lèi)似圖形與圖像圖形與圖像的區(qū)別，即幀圖像畫(huà)的區(qū)別，即幀圖像畫(huà)面的產(chǎn)生方式有所不同。面的產(chǎn)生方式有所不同。v 在多媒體應(yīng)用中視頻圖像的處理也是最困難的部分。所在多媒體應(yīng)用中視頻圖像的處理也是最困難的部分。所謂視頻信號(hào)的處理主要包括視頻圖像的獲取、壓縮和存謂視頻信號(hào)的處理主要包括視頻圖像的獲取、壓縮和存儲(chǔ)，各種編碼技術(shù)、變換技術(shù)和傳輸技術(shù)等。按處理方儲(chǔ)，各種編碼技術(shù)、變換技術(shù)和傳輸技術(shù)等。按處理方式的不同，視頻分為模擬視頻和數(shù)字視頻。式的不同，視頻分為模擬視頻和數(shù)字視頻。視頻和動(dòng)畫(huà)視頻和動(dòng)畫(huà)西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)6v模擬視頻是一種用于傳輸

5、圖像和聲音的并且隨模擬視頻是一種用于傳輸圖像和聲音的并且隨時(shí)間連續(xù)變化的電信號(hào)。早期視頻的記錄、存時(shí)間連續(xù)變化的電信號(hào)。早期視頻的記錄、存儲(chǔ)和傳輸都是采用模擬方式。儲(chǔ)和傳輸都是采用模擬方式。 模擬視頻具有以下特點(diǎn)：模擬視頻具有以下特點(diǎn)： q以模擬電信號(hào)的形式來(lái)記錄以模擬電信號(hào)的形式來(lái)記錄 q依靠模擬調(diào)幅的手段在空間傳播依靠模擬調(diào)幅的手段在空間傳播 q使用盒式磁帶錄象機(jī)將視頻作為模擬信號(hào)存放在磁使用盒式磁帶錄象機(jī)將視頻作為模擬信號(hào)存放在磁帶上帶上5.1 5.1 模擬視頻模擬視頻西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)7傳統(tǒng)的模擬信號(hào)處理設(shè)備直接廣播衛(wèi)星（DBS）模擬視頻的不足：模擬視頻的不足：l不適合網(wǎng)絡(luò)傳輸，

6、在傳輸效率方面先天不足；不適合網(wǎng)絡(luò)傳輸，在傳輸效率方面先天不足；l圖像隨時(shí)間和頻道的衰減較大；圖像隨時(shí)間和頻道的衰減較大；l不便于分類(lèi)、檢索和編輯。不便于分類(lèi)、檢索和編輯。 西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)81 1、視頻的形成原理、視頻的形成原理v視頻是由于視覺(jué)的視頻是由于視覺(jué)的時(shí)間域響應(yīng)特性時(shí)間域響應(yīng)特性而產(chǎn)生的。而產(chǎn)生的。v視覺(jué)的時(shí)間域響應(yīng)特性：指的是讓觀察者觀察按視覺(jué)的時(shí)間域響應(yīng)特性：指的是讓觀察者觀察按時(shí)間重復(fù)的亮度脈沖，如果閃爍頻率比較低，人時(shí)間重復(fù)的亮度脈沖，如果閃爍頻率比較低，人眼就有一亮一暗的感覺(jué)；如果閃爍頻率足夠高，眼就有一亮一暗的感覺(jué)；如果閃爍頻率足夠高，人眼看到的則是一個(gè)恒定的亮

7、點(diǎn)。人眼看到的則是一個(gè)恒定的亮點(diǎn)。v閃爍感剛好消失的重復(fù)頻率叫做閃爍感剛好消失的重復(fù)頻率叫做臨界閃爍頻率臨界閃爍頻率，經(jīng)測(cè)定為經(jīng)測(cè)定為46HZ46HZ。如果場(chǎng)頻大于。如果場(chǎng)頻大于5050次每秒，人眼就次每秒，人眼就感覺(jué)不到閃爍。感覺(jué)不到閃爍。西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)92 2、黑白電視信號(hào)、黑白電視信號(hào)v （1 1）電視原理）電視原理v 電視攝像機(jī)的作用就是將視頻圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。同樣也是電視攝像機(jī)的作用就是將視頻圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。同樣也是采用動(dòng)畫(huà)的視覺(jué)原理構(gòu)造而成的，其基本原理為逐行掃描和采用動(dòng)畫(huà)的視覺(jué)原理構(gòu)造而成的，其基本原理為逐行掃描和傳輸圖像信號(hào)，然后在接收端同步再現(xiàn)。傳輸圖像信號(hào)，然后

8、在接收端同步再現(xiàn)。v 任何時(shí)刻，電信號(hào)只有任何時(shí)刻，電信號(hào)只有1 1個(gè)值（一維）。但視頻圖像通常是二個(gè)值（一維）。但視頻圖像通常是二維的，將二維視頻圖像轉(zhuǎn)換為一維電信號(hào)是通過(guò)維的，將二維視頻圖像轉(zhuǎn)換為一維電信號(hào)是通過(guò)光柵掃描實(shí)實(shí)現(xiàn)的。現(xiàn)的。v 光柵掃描方式主要有光柵掃描方式主要有逐行掃描逐行掃描和和隔行掃描隔行掃描兩種。兩種。l隔行掃描：掃描一幅完整的畫(huà)面分為兩場(chǎng)，稱(chēng)為奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng)，每隔行掃描：掃描一幅完整的畫(huà)面分為兩場(chǎng)，稱(chēng)為奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng)，每幀畫(huà)面需要掃描兩次，一次奇數(shù)場(chǎng)、一次偶數(shù)場(chǎng)。幀畫(huà)面需要掃描兩次，一次奇數(shù)場(chǎng)、一次偶數(shù)場(chǎng)。l逐行掃描：電子束從顯示屏的左上角一行接一行地掃到右下角，在顯

9、逐行掃描：電子束從顯示屏的左上角一行接一行地掃到右下角，在顯示屏上掃一遍就顯示一幅完整的圖像。逐行掃描一次為一幀。示屏上掃一遍就顯示一幅完整的圖像。逐行掃描一次為一幀。西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)10 奇數(shù)場(chǎng)奇數(shù)場(chǎng) 偶數(shù)場(chǎng)偶數(shù)場(chǎng) 一幀一幀 目前的目前的電視系統(tǒng)電視系統(tǒng)大都采用隔行掃描，因?yàn)楦粜袙呙枘芄?jié)省頻帶，且硬件實(shí)大都采用隔行掃描，因?yàn)楦粜袙呙枘芄?jié)省頻帶，且硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單?，F(xiàn)簡(jiǎn)單。但逐行掃描但逐行掃描有以下優(yōu)點(diǎn)：圖像垂直清晰度高，空間處理效果好，有利于電有以下優(yōu)點(diǎn)：圖像垂直清晰度高，空間處理效果好，有利于電視轉(zhuǎn)換和制式轉(zhuǎn)換，能改善視頻壓縮效率等等。視轉(zhuǎn)換和制式轉(zhuǎn)換，能改善視頻壓縮效率等等。計(jì)算機(jī)計(jì)

10、算機(jī)顯示圖像時(shí)一般都顯示圖像時(shí)一般都采用逐行掃描。其缺點(diǎn)是：數(shù)碼率高，行掃描頻率增高，硬件難度加大。采用逐行掃描。其缺點(diǎn)是：數(shù)碼率高，行掃描頻率增高，硬件難度加大。逐行掃描能獲得更好的圖像質(zhì)量和更高的清晰度，不過(guò)是以增加帶寬和成逐行掃描能獲得更好的圖像質(zhì)量和更高的清晰度，不過(guò)是以增加帶寬和成本為代價(jià)的。本為代價(jià)的。光柵掃描的四個(gè)重要參數(shù)：掃描線(xiàn)、幀、水平回掃期和垂直回掃期西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)112 2、黑白電視信號(hào)、黑白電視信號(hào)v（2 2）模擬視頻信號(hào)的重要參數(shù)）模擬視頻信號(hào)的重要參數(shù)v 主要包括主要包括垂直清晰度、寬高比、場(chǎng)頻和幀頻垂直清晰度、寬高比、場(chǎng)頻和幀頻。v 其中，垂直清晰度是指

11、眼睛可分辨的水平線(xiàn)其中，垂直清晰度是指眼睛可分辨的水平線(xiàn)數(shù)目。（與掃描行數(shù)密切相關(guān)）數(shù)目。（與掃描行數(shù)密切相關(guān)）v 寬高比是指掃描行的長(zhǎng)度與在圖像垂直方向?qū)捀弑仁侵笒呙栊械拈L(zhǎng)度與在圖像垂直方向上的所有掃描行所跨過(guò)的距離之比。上的所有掃描行所跨過(guò)的距離之比。v 在電視信號(hào)中，場(chǎng)頻值為幀頻值的兩倍。在電視信號(hào)中，場(chǎng)頻值為幀頻值的兩倍。v（3 3）全電視信號(hào)）全電視信號(hào)v 電視信號(hào)中除了圖像信號(hào)（視頻信號(hào)）外，電視信號(hào)中除了圖像信號(hào)（視頻信號(hào)）外，還包括復(fù)合校隱信號(hào)和復(fù)合同步信號(hào)。一幀電視信還包括復(fù)合校隱信號(hào)和復(fù)合同步信號(hào)。一幀電視信號(hào)稱(chēng)為一個(gè)全電視信號(hào)，它又由奇數(shù)行信號(hào)和偶數(shù)號(hào)稱(chēng)為一個(gè)全電視信號(hào)，

12、它又由奇數(shù)行信號(hào)和偶數(shù)場(chǎng)行信號(hào)順序構(gòu)成。場(chǎng)行信號(hào)順序構(gòu)成。西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)123 3、彩色電視信號(hào)、彩色電視信號(hào)v問(wèn)題：如何實(shí)現(xiàn)彩色與黑白電視的兼容？問(wèn)題：如何實(shí)現(xiàn)彩色與黑白電視的兼容？使亮度和色度信號(hào)分開(kāi)傳送使亮度和色度信號(hào)分開(kāi)傳送用用YUVYUV空間表示法空間表示法 YUVYUV模型模型Y Y表示亮度，表示亮度，U U，V V用來(lái)表示色差，是構(gòu)成彩色的兩個(gè)分量。用來(lái)表示色差，是構(gòu)成彩色的兩個(gè)分量。YUVYUV表示法的重要性是它的亮度信號(hào)表示法的重要性是它的亮度信號(hào)( (Y)Y)和色度信號(hào)和色度信號(hào)( (U U、V)V)是相互獨(dú)立是相互獨(dú)立的，也就是的，也就是Y Y信號(hào)分量構(gòu)成的黑白

13、灰度圖與用信號(hào)分量構(gòu)成的黑白灰度圖與用U U、V V信號(hào)構(gòu)成的另外兩信號(hào)構(gòu)成的另外兩幅單色圖是相互獨(dú)立的。由于幅單色圖是相互獨(dú)立的。由于Y Y、U U、V V是獨(dú)立的，所以可以對(duì)這些單是獨(dú)立的，所以可以對(duì)這些單色圖分別進(jìn)行編碼。色圖分別進(jìn)行編碼。采用采用YUVYUV模型的優(yōu)點(diǎn)之一是亮度信號(hào)和色差信號(hào)是分離的，使彩色電模型的優(yōu)點(diǎn)之一是亮度信號(hào)和色差信號(hào)是分離的，使彩色電視系統(tǒng)與黑白電視機(jī)亮度信號(hào)兼容。視系統(tǒng)與黑白電視機(jī)亮度信號(hào)兼容。 西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)13PALPAL彩色電視制式中采用彩色電視制式中采用YUVYUV模型來(lái)表示彩色圖像模型來(lái)表示彩色圖像YUV西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)144 4

14、、彩色電視的制式、彩色電視的制式l電視信號(hào)是視頻處理的重要信息源。傳送電視信號(hào)所電視信號(hào)是視頻處理的重要信息源。傳送電視信號(hào)所采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也稱(chēng)為電視的制式。采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也稱(chēng)為電視的制式。l目前各國(guó)的電視制式不盡相同，不同制式之間的主要目前各國(guó)的電視制式不盡相同，不同制式之間的主要區(qū)別在于不同的刷新速度、顏色編碼系統(tǒng)和傳送頻率區(qū)別在于不同的刷新速度、顏色編碼系統(tǒng)和傳送頻率等，因此互相并不通用。等，因此互相并不通用。l目前世界上常用的電視制式有中國(guó)、歐洲使用的目前世界上常用的電視制式有中國(guó)、歐洲使用的PALPAL制，美國(guó)、日本使用的制，美國(guó)、日本使用的NTSCNTSC制及法國(guó)等國(guó)所使用的制及法

15、國(guó)等國(guó)所使用的SECAMSECAM制。制。西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)15NTSCNTSC制制 vNTSC(National Television Standard NTSC(National Television Standard Committe)Committe)是美國(guó)國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì)在是美國(guó)國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì)在1951952 2年年制定的一種兼容的彩色電視制式，在美國(guó)、日本制定的一種兼容的彩色電視制式，在美國(guó)、日本和其他國(guó)家廣為使用。和其他國(guó)家廣為使用。l定義了彩色電視機(jī)對(duì)所接受的電視信號(hào)的解碼方式、定義了彩色電視機(jī)對(duì)所接受的電視信號(hào)的解碼方式、色彩的處理方式、屏幕的掃描頻率。色彩的處理

16、方式、屏幕的掃描頻率。lNTSCNTSC制規(guī)定水平掃描線(xiàn)有制規(guī)定水平掃描線(xiàn)有525525條，以每秒條，以每秒3030幀速率傳幀速率傳送。送。NTSCNTSC采用隔行掃描方式，每一幀畫(huà)面由兩次掃描采用隔行掃描方式，每一幀畫(huà)面由兩次掃描完成，每一次掃描畫(huà)出一個(gè)場(chǎng)需要完成，每一次掃描畫(huà)出一個(gè)場(chǎng)需要1/601/60秒秒, ,兩個(gè)場(chǎng)構(gòu)兩個(gè)場(chǎng)構(gòu)成一幀。成一幀。西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)16PALPAL制制vPAL(Phase Alternate Lock)PAL(Phase Alternate Lock)是聯(lián)邦德國(guó)是聯(lián)邦德國(guó)19621962年年制定的一種兼容電視制式。制定的一種兼容電視制式。PALPAL意指

17、意指“相位逐行相位逐行交變交變”，我國(guó)和大部分西歐國(guó)家都使用這種制式，我國(guó)和大部分西歐國(guó)家都使用這種制式。lPALPAL制規(guī)定水平掃描制規(guī)定水平掃描625625行、每秒行、每秒2525幀幀 、隔行掃描、隔行掃描、每場(chǎng)需要每場(chǎng)需要1/501/50秒。秒。西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)17SECAMSECAM制制v SECAM(SEquential Color And Memory)SECAM(SEquential Color And Memory)稱(chēng)為順序傳送彩稱(chēng)為順序傳送彩色與存儲(chǔ)，是用于法國(guó)、俄羅斯及幾個(gè)東歐國(guó)家的彩色色與存儲(chǔ)，是用于法國(guó)、俄羅斯及幾個(gè)東歐國(guó)家的彩色電視制式。電視制式。l基本技術(shù)及

18、廣播方式與基本技術(shù)及廣播方式與NTSCNTSC和和PALPAL有很大的區(qū)別。有很大的區(qū)別。l625625行，行，25Hz25Hz西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)18全制式全制式 多制式多制式v不同制式的電視機(jī)只能接收和處理其對(duì)應(yīng)不同制式的電視機(jī)只能接收和處理其對(duì)應(yīng)制式的電視信號(hào)。制式的電視信號(hào)。v多制式或全制式的電視機(jī)，為處理和轉(zhuǎn)換多制式或全制式的電視機(jī)，為處理和轉(zhuǎn)換不同制式的電視信號(hào)提供了極大的方便。不同制式的電視信號(hào)提供了極大的方便。全制式電視機(jī)可在各國(guó)各地區(qū)使用，而多全制式電視機(jī)可在各國(guó)各地區(qū)使用，而多制式電視機(jī)一般為指定范圍的國(guó)家生產(chǎn)。制式電視機(jī)一般為指定范圍的國(guó)家生產(chǎn)。西南交通大學(xué)西南交通大

19、學(xué)19三種彩色電視制式的主要技術(shù)指標(biāo)三種彩色電視制式的主要技術(shù)指標(biāo)TVTV制式制式NTSCNTSC PAL PALSECAMSECAM幀頻幀頻(Hz)303025252525行行/幀幀525525625625625625像素值像素值/行行700700864864864864亮度帶寬亮度帶寬(MHz)4.24.26.06.06.06.0彩色幅載波彩色幅載波(MHz)3.583.584.434.434.254.25聲音載波聲音載波(MHz)4.54.56.56.56.56.5調(diào)制方式調(diào)制方式AMAMAMAMFMFM西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)205 5、模擬視頻標(biāo)準(zhǔn)、模擬視頻標(biāo)準(zhǔn)v模擬視頻信號(hào)主要包括

20、五種成分：模擬視頻信號(hào)主要包括五種成分：亮度信號(hào)、色亮度信號(hào)、色度信號(hào)、色同步信號(hào)、復(fù)合同步信號(hào)和伴音信號(hào)度信號(hào)、色同步信號(hào)、復(fù)合同步信號(hào)和伴音信號(hào)，根據(jù)不同的信號(hào)源，模擬視頻標(biāo)準(zhǔn)有以下三種，根據(jù)不同的信號(hào)源，模擬視頻標(biāo)準(zhǔn)有以下三種類(lèi)型：類(lèi)型：v復(fù)合視頻復(fù)合視頻：包含亮度信號(hào)、色差信號(hào)和所有定時(shí)：包含亮度信號(hào)、色差信號(hào)和所有定時(shí)同步信號(hào)的單一電視信號(hào)，占用單倍帶寬傳輸。同步信號(hào)的單一電視信號(hào)，占用單倍帶寬傳輸。v分量視頻分量視頻：每個(gè)分量都是一個(gè)單獨(dú)的單色視頻信：每個(gè)分量都是一個(gè)單獨(dú)的單色視頻信號(hào)，三個(gè)分量（號(hào)，三個(gè)分量（R R、G G、B B）完全同步。）完全同步。v分離視頻分離視頻：前面兩

21、種的折中，將色度信號(hào)組合后：前面兩種的折中，將色度信號(hào)組合后加上亮度信號(hào)共兩個(gè)信號(hào)參與傳輸。加上亮度信號(hào)共兩個(gè)信號(hào)參與傳輸。西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)21v1 1、數(shù)字視頻的概念、數(shù)字視頻的概念v視頻數(shù)字化是將模擬視頻信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換和彩色視頻數(shù)字化是將模擬視頻信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換和彩色空間變換轉(zhuǎn)為計(jì)算機(jī)可處理的數(shù)字信號(hào)?？臻g變換轉(zhuǎn)為計(jì)算機(jī)可處理的數(shù)字信號(hào)。v模擬視頻的數(shù)字化包括不少技術(shù)問(wèn)題，如電視信模擬視頻的數(shù)字化包括不少技術(shù)問(wèn)題，如電視信號(hào)具有不同的制式而且采用復(fù)合的號(hào)具有不同的制式而且采用復(fù)合的YUVYUV信號(hào)方式信號(hào)方式，而計(jì)算機(jī)工作在，而計(jì)算機(jī)工作在RGBRGB空間；電視機(jī)是隔行掃描空間；電視

22、機(jī)是隔行掃描，計(jì)算機(jī)顯示器大多逐行掃描；電視圖像的分辨，計(jì)算機(jī)顯示器大多逐行掃描；電視圖像的分辨率與顯示器的分辨率也不盡相同等等。率與顯示器的分辨率也不盡相同等等。v因此，模擬視頻的數(shù)字化主要包括色彩模型的轉(zhuǎn)因此，模擬視頻的數(shù)字化主要包括色彩模型的轉(zhuǎn)換、光柵掃描的轉(zhuǎn)換及分辨率的統(tǒng)一。換、光柵掃描的轉(zhuǎn)換及分辨率的統(tǒng)一。5.2 5.2 數(shù)字視頻數(shù)字視頻西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)22RGBRGB色彩模型色彩模型根據(jù)三基色原理，用基色光根據(jù)三基色原理，用基色光單位來(lái)表示光的量，則在單位來(lái)表示光的量，則在RGBRGB色彩模型，任意色光都色彩模型，任意色光都可以用可以用R R、G G、B B三色不同分三色不

23、同分量的相加混合而成量的相加混合而成： R(R(紅色的百分比紅色的百分比) )G(G(綠色綠色的百分比的百分比) )B(B(藍(lán)色的百分藍(lán)色的百分比比) )顏色顏色 西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)23v模擬視頻一般采用模擬視頻一般采用分量數(shù)字化方式，先把復(fù)，先把復(fù)合視頻信號(hào)中的亮度和色度分離，得到合視頻信號(hào)中的亮度和色度分離，得到Y(jié)UVYUV或或YIQYIQ分量，然后用三個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)三個(gè)分量分別分量，然后用三個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)三個(gè)分量分別進(jìn)行數(shù)字化，最后再轉(zhuǎn)換成進(jìn)行數(shù)字化，最后再轉(zhuǎn)換成RGBRGB空間?？臻g。v計(jì)算機(jī)彩色視頻信號(hào)發(fā)送與接收的原理如下計(jì)算機(jī)彩色視頻信號(hào)發(fā)送與接收的原理如下圖所示：圖所示：西

24、南交通大學(xué)西南交通大學(xué)24v與音頻信號(hào)數(shù)與音頻信號(hào)數(shù)字化類(lèi)似，計(jì)算機(jī)字化類(lèi)似，計(jì)算機(jī)也要對(duì)輸入的模擬也要對(duì)輸入的模擬視頻信息進(jìn)行視頻信息進(jìn)行采樣與與量化，并經(jīng)，并經(jīng)編碼使其變成數(shù)字化圖使其變成數(shù)字化圖像。像。西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)25數(shù)字視頻的采樣格式數(shù)字視頻的采樣格式v 根據(jù)電視信號(hào)的特征，亮度信號(hào)的帶寬是色度信號(hào)帶寬根據(jù)電視信號(hào)的特征，亮度信號(hào)的帶寬是色度信號(hào)帶寬的兩倍。因此其數(shù)字化時(shí)對(duì)信號(hào)的色差分量的采樣率低的兩倍。因此其數(shù)字化時(shí)對(duì)信號(hào)的色差分量的采樣率低于對(duì)亮度分量的采樣率。如果用于對(duì)亮度分量的采樣率。如果用Y Y：U U：V V來(lái)表示來(lái)表示YUVYUV三分三分量的采樣比例，則數(shù)字視

25、頻的采樣格式分別有量的采樣比例，則數(shù)字視頻的采樣格式分別有4:1:14:1:1、4:2:24:2:2和和4:4:44:4:4三種。三種。v 電視圖像既是空間的函數(shù)，也是時(shí)間的函數(shù)，而且又是電視圖像既是空間的函數(shù)，也是時(shí)間的函數(shù)，而且又是隔行掃描式，所以其采樣方式比掃描儀掃描圖像的方式隔行掃描式，所以其采樣方式比掃描儀掃描圖像的方式要復(fù)雜得多。分量采樣時(shí)采到的是隔行樣本點(diǎn)，要把隔要復(fù)雜得多。分量采樣時(shí)采到的是隔行樣本點(diǎn)，要把隔行樣本組合成逐行樣本，然后進(jìn)行樣本點(diǎn)的量化，行樣本組合成逐行樣本，然后進(jìn)行樣本點(diǎn)的量化，YUVYUV到到RGBRGB色彩空間的轉(zhuǎn)換等等，最后才能得到數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。色彩空間的

26、轉(zhuǎn)換等等，最后才能得到數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)26v為了在為了在PALPAL、NTSCNTSC和和 SECAMSECAM電視制式之間確定共同電視制式之間確定共同的數(shù)字化參數(shù)，國(guó)家無(wú)線(xiàn)電咨詢(xún)委員會(huì)（的數(shù)字化參數(shù)，國(guó)家無(wú)線(xiàn)電咨詢(xún)委員會(huì)（CCIRCCIR）制定了廣播級(jí)質(zhì)量的數(shù)字電視編碼標(biāo)準(zhǔn)，稱(chēng)為制定了廣播級(jí)質(zhì)量的數(shù)字電視編碼標(biāo)準(zhǔn)，稱(chēng)為CCIR 601CCIR 601標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)( (現(xiàn)在的現(xiàn)在的ITU-RITU-R標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)) )。v在該標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)采樣頻率、采樣結(jié)構(gòu)、色彩空間在該標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)采樣頻率、采樣結(jié)構(gòu)、色彩空間轉(zhuǎn)換等都作了嚴(yán)格的規(guī)定。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，人眼對(duì)顏轉(zhuǎn)換等都作了嚴(yán)格的規(guī)定。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，

27、人眼對(duì)顏色的敏感程度遠(yuǎn)不如對(duì)亮度信號(hào)那么靈敏，所以色的敏感程度遠(yuǎn)不如對(duì)亮度信號(hào)那么靈敏，所以色度信號(hào)的取樣頻率可以比亮度信號(hào)的取樣頻率色度信號(hào)的取樣頻率可以比亮度信號(hào)的取樣頻率低，以減少數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量。低，以減少數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量。ITU-RITU-R建議使用了建議使用了4:2:24:2:2采樣結(jié)構(gòu)。采樣結(jié)構(gòu)。數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)27v相對(duì)于模擬視頻有以下特點(diǎn)：相對(duì)于模擬視頻有以下特點(diǎn)：v 易于處理。易于處理。v 傳輸穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)，不失真。傳輸穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)，不失真。v 交互能力強(qiáng)，集成各種視頻應(yīng)用。交互能力強(qiáng)，集成各種視頻應(yīng)用。v 按照需要和傳輸能力改變

28、圖像質(zhì)量和傳輸速按照需要和傳輸能力改變圖像質(zhì)量和傳輸速率。率。2 2、數(shù)字視頻的特點(diǎn)、數(shù)字視頻的特點(diǎn)西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)283 3 數(shù)字視頻的格式數(shù)字視頻的格式vAVIAVI格式格式 lAVIAVI（Audio Video InterleaveAudio Video Interleave）是一種音頻視像交插記錄的數(shù)字視是一種音頻視像交插記錄的數(shù)字視頻文件格式，是一種有損壓縮格式。頻文件格式，是一種有損壓縮格式。19921992年初微軟公司推出了年初微軟公司推出了AVIAVI技技術(shù)及其應(yīng)用軟件術(shù)及其應(yīng)用軟件VFWVFW（Video for WindowsVideo for Windows）。

29、）。l在在AVIAVI文件中，運(yùn)動(dòng)圖像和伴音數(shù)據(jù)是以交織的方式存儲(chǔ)，并獨(dú)立于文件中，運(yùn)動(dòng)圖像和伴音數(shù)據(jù)是以交織的方式存儲(chǔ)，并獨(dú)立于硬件設(shè)備硬件設(shè)備, , 在讀取視頻數(shù)據(jù)流時(shí)能更有效地從存儲(chǔ)媒介得到連續(xù)的信在讀取視頻數(shù)據(jù)流時(shí)能更有效地從存儲(chǔ)媒介得到連續(xù)的信息。息。lAVIAVI文件結(jié)構(gòu)不僅解決了音頻和視頻的同步問(wèn)題，而且具有通用和開(kāi)文件結(jié)構(gòu)不僅解決了音頻和視頻的同步問(wèn)題，而且具有通用和開(kāi)放的特點(diǎn)放的特點(diǎn) 。它可以在任何。它可以在任何WindowsWindows環(huán)境下工作，而且還具有擴(kuò)展環(huán)境環(huán)境下工作，而且還具有擴(kuò)展環(huán)境的功能。用戶(hù)可以開(kāi)發(fā)自己的的功能。用戶(hù)可以開(kāi)發(fā)自己的AVIAVI視頻文件格式，

30、在視頻文件格式，在WindowsWindows環(huán)境下可環(huán)境下可隨時(shí)調(diào)用。隨時(shí)調(diào)用。l可以用一般的視頻編輯軟件如可以用一般的視頻編輯軟件如 Adobe PremiereAdobe Premiere進(jìn)行編輯和處理。進(jìn)行編輯和處理。西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)29vMOVMOV、QTQT格式格式 lAppleApple公司在其生產(chǎn)的公司在其生產(chǎn)的MacintoshMacintosh機(jī)也推出了相應(yīng)的視頻格式機(jī)也推出了相應(yīng)的視頻格式 ，即，即 Movie digital video Movie digital video 的文件格式，其文件以的文件格式，其文件以MOVMOV為后綴，相應(yīng)的為后綴，相應(yīng)的視頻應(yīng)

31、用軟件為視頻應(yīng)用軟件為 Apples QuickTime for MacintoshApples QuickTime for Macintosh。l隨著大量原本運(yùn)行在隨著大量原本運(yùn)行在MacintoshMacintosh上的多媒體軟件向上的多媒體軟件向PC/WindowsPC/Windows環(huán)境環(huán)境的移植，導(dǎo)致了的移植，導(dǎo)致了QuickTimeQuickTime視頻文件的流行。視頻文件的流行。lAppleApple公司也推出了適用于公司也推出了適用于PCPC機(jī)的視頻應(yīng)用軟件機(jī)的視頻應(yīng)用軟件AppleApples s QuickTime for WindowsQuickTime for Wind

32、ows，因此在因此在PCPC機(jī)上也可以播放機(jī)上也可以播放MOVMOV視頻文件視頻文件。lMOVMOV格式的視頻文件可以采用不壓縮或壓縮的方式格式的視頻文件可以采用不壓縮或壓縮的方式lQuickTimeQuickTime還采用了一種稱(chēng)為還采用了一種稱(chēng)為 QuickTime VRQuickTime VR的虛擬現(xiàn)實(shí)（的虛擬現(xiàn)實(shí)（VRVR，Virtual RealityVirtual Reality）技術(shù)技術(shù) ，用戶(hù)只需通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤(pán)，就可以觀，用戶(hù)只需通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤(pán)，就可以觀察某一地點(diǎn)周?chē)炷骋坏攸c(diǎn)周?chē)?60360度的景象，或者從空間任何角度觀察某一物體度的景象，或者從空間任何角度觀察某一物體。 西

33、南交通大學(xué)西南交通大學(xué)30uMEPGMEPG文件文件- -MPEG/MPG/DATMPEG/MPG/DAT格式格式u將將MPEGMPEG算法用于壓縮全運(yùn)動(dòng)視頻圖像，就可以生成全屏幕活動(dòng)視頻算法用于壓縮全運(yùn)動(dòng)視頻圖像，就可以生成全屏幕活動(dòng)視頻標(biāo)準(zhǔn)文件：標(biāo)準(zhǔn)文件：MPGMPG文件。文件。MPGMPG格式文件在格式文件在10241024 786786的分辯率下可以用每的分辯率下可以用每秒秒2525幀（或幀（或3030幀）的速率同步播放全運(yùn)動(dòng)視頻圖像和幀）的速率同步播放全運(yùn)動(dòng)視頻圖像和CDCD音樂(lè)伴音，音樂(lè)伴音，并且其文件大小僅為并且其文件大小僅為AVIAVI文件的六分之一。文件的六分之一。uMPEG

34、-2MPEG-2壓縮技術(shù)采用可變速率（壓縮技術(shù)采用可變速率（VBR-Variable Bit RateVBR-Variable Bit Rate）技術(shù)，能技術(shù)，能夠根據(jù)動(dòng)態(tài)畫(huà)面的復(fù)雜程度，適時(shí)改變數(shù)據(jù)傳輸率獲得較好的編碼夠根據(jù)動(dòng)態(tài)畫(huà)面的復(fù)雜程度，適時(shí)改變數(shù)據(jù)傳輸率獲得較好的編碼效果，目前使用的效果，目前使用的DVDDVD就是采用了這種技術(shù)。就是采用了這種技術(shù)。uMPEGMPEG的平均壓縮比為的平均壓縮比為501501，最高可達(dá)，最高可達(dá)20012001。同時(shí)圖像和音響的質(zhì)。同時(shí)圖像和音響的質(zhì)量也非常好。量也非常好。MPEGMPEG標(biāo)準(zhǔn)包括標(biāo)準(zhǔn)包括MPEGMPEG視頻、視頻、MPEGMPEG音頻

35、和音頻和MPEGMPEG系統(tǒng)系統(tǒng) ( (視頻視頻、音頻同步、音頻同步) )三個(gè)部分，三個(gè)部分，MP3MP3音頻文件就是音頻文件就是MPEGMPEG音頻的一個(gè)典型應(yīng)用音頻的一個(gè)典型應(yīng)用，而，而VCDVCD、SVCDSVCD、DVDDVD則是全面采用則是全面采用MPEGMPEG技術(shù)所產(chǎn)生出來(lái)的新型消費(fèi)技術(shù)所產(chǎn)生出來(lái)的新型消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品。類(lèi)電子產(chǎn)品。 西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)31uRAMRAM格式格式u很多視頻數(shù)據(jù)通過(guò)很多視頻數(shù)據(jù)通過(guò)InternetInternet來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，視頻文來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，視頻文件的體積往往比較大，而現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)帶寬卻往往比較件的體積往往比較大，而現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)帶寬卻往往比較

36、“狹窄狹窄”，客觀因素限制了視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和實(shí)，客觀因素限制了視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和實(shí)時(shí)播放，于是一種新型的流式視頻時(shí)播放，于是一種新型的流式視頻( (Streaming Video)Streaming Video)格式應(yīng)運(yùn)而生了。格式應(yīng)運(yùn)而生了。u流式視頻采用一種流式視頻采用一種“邊傳邊播”的方法，即先從服務(wù)的方法，即先從服務(wù)器上下載一部分視頻文件，形成視頻流緩沖區(qū)后實(shí)時(shí)器上下載一部分視頻文件，形成視頻流緩沖區(qū)后實(shí)時(shí)播放，同時(shí)繼續(xù)下載，為接下來(lái)的播放做好準(zhǔn)備。這播放，同時(shí)繼續(xù)下載，為接下來(lái)的播放做好準(zhǔn)備。這種方法避免了用戶(hù)必須等待整個(gè)文件從種方法避免了用戶(hù)必須等待整個(gè)文件從Internet

37、Internet上全上全部下載完畢才能觀看的缺點(diǎn)。部下載完畢才能觀看的缺點(diǎn)。 西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)325.3 5.3 數(shù)字電視數(shù)字電視v數(shù)字電視系統(tǒng)數(shù)字電視系統(tǒng)是將活動(dòng)圖像、聲音和數(shù)據(jù)，通過(guò)是將活動(dòng)圖像、聲音和數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)字技術(shù)進(jìn)行壓縮、編碼、傳輸數(shù)字技術(shù)進(jìn)行壓縮、編碼、傳輸/ /存儲(chǔ)，而實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，而實(shí)時(shí)發(fā)送發(fā)送/ /廣播或者通過(guò)記錄媒體的傳播，供觀眾接廣播或者通過(guò)記錄媒體的傳播，供觀眾接收收/ /播放的視聽(tīng)系統(tǒng)。播放的視聽(tīng)系統(tǒng)。v它可以劃分為它可以劃分為3 3大部分：大部分：信源部分信源部分（發(fā)送端）、（發(fā)送端）、信道部分信道部分（傳輸（傳輸/ /存儲(chǔ)過(guò)程）和存儲(chǔ)過(guò)程）和信宿部分信宿部分（接收（接收端）。端）。v數(shù)字電視系統(tǒng)業(yè)務(wù)可以按照其活動(dòng)的圖形比特率數(shù)字電視系統(tǒng)業(yè)務(wù)可以按照其活動(dòng)的圖形比特率的大小，粗略劃分為的大小，粗略劃分為標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視（SDTVSDTV）和）和高清晰度數(shù)字電視高清晰度數(shù)字電視（HDTVHDTV）西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)335.4 5.4 多媒體視頻與音頻同步多媒體視頻與音頻同步v在多媒體對(duì)象中，音