多媒體視頻信息處理

1、多媒體視頻信息處理第1頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二5.1 視頻基礎(chǔ)知識 5.1.1 視頻的定義人類接受的信息70%來自視覺, 其中活動圖像是信息量最豐富、直觀、生動、具體的一種承載信息的媒體。視頻（Video）就其本質(zhì)而言，實際上就是其內(nèi)容隨時間變化的一組動態(tài)圖像(25或30幀/秒)，所以視頻又叫作運動圖像或活動圖像。 從數(shù)學(xué)角度描述，視頻指隨時間變化的圖像，或稱為時變圖像。時變圖像是一種時-空（顏色）密度模式（spatial-temporal intensity pattern），可以表示為s(x,y,t)，其中(x,y)是空間變量，t是時間變量。 第2頁，共9

2、3頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 視頻信號具有以下特點： 內(nèi)容隨時間而變化伴隨有與畫面動作同步的聲音(伴音) 圖像與視頻是兩個既有聯(lián)系又有區(qū)別的概念：靜止的圖片稱為圖像（Image），運動的圖像稱為視頻（Video）。此外，兩者的信源方式不同，圖像的輸入要靠掃描儀、數(shù)字照相機等設(shè)備；而視頻的輸入只能是電視接收機、攝象機、錄象機、影碟機以及可以輸出連續(xù)圖像信號的設(shè)備。 第3頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二5.1.2 視頻的分類 按照處理方式的不同，視頻分為模擬視頻和數(shù)字視頻。模擬視頻（Analog Video）模擬視頻是一種用于傳輸圖像和聲音的并且隨時

3、間連續(xù)變化的電信號。早期視頻的記錄、存儲和傳輸都是采用模擬方式，例如：我們在電視上所見到的視頻圖像是以一種模擬電信號的形式來記錄的，并依靠模擬調(diào)幅的手段在空間傳播，再用盒式磁帶錄像機將其作為模擬信號存放在磁帶上。 第4頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 傳統(tǒng)的模擬信號處理設(shè)備 直接廣播衛(wèi)星（DBS） 第5頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 模擬視頻具有以下特點： 以模擬電信號的形式來記錄 依靠模擬調(diào)幅的手段在空間傳播 使用盒式磁帶錄象機將視頻作為模擬信號存放在磁帶上 傳統(tǒng)上，視頻都以模擬方式進行存貯和傳送，然而模擬視頻不適合網(wǎng)絡(luò)傳輸，在傳輸效率方

4、面先天不足，而且圖像隨時間和頻道的衰減較大，不便于分類、檢索和編輯。 第6頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二數(shù)字視頻（Digital Video-DV） 要使計算機能夠?qū)σ曨l進行處理，必須把視頻源-即來自與電視機、模擬攝像機、錄像機、影碟機等設(shè)備的模擬視頻信號，轉(zhuǎn)換成計算機要求的數(shù)字視頻形式并存放在磁盤上，這個過程稱為視頻的數(shù)字化過程（包括采樣、量化和編碼）。 數(shù)字視頻克服了模擬視頻的局限性，這是因為數(shù)字視頻可以大大降低視頻的傳輸和存貯費用、增加交互性（數(shù)字視頻可通過光纖等介質(zhì)高速隨機讀?。┘皫砭_再現(xiàn)真實情景的穩(wěn)定圖像。 如今，數(shù)字視頻的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，并帶來一個

5、全新的應(yīng)用局面。首先，包括直接廣播衛(wèi)星（DBS）、有線電視、數(shù)字電視在內(nèi)的各種通信應(yīng)用均需要采用數(shù)字視頻。其次，一些消費產(chǎn)品，如VCD和DVD，數(shù)字式便攜攝像機，都是以MPEG視頻壓縮為基礎(chǔ)的。 第7頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二5.1.3 數(shù)字化視頻的優(yōu)點視頻信號數(shù)字化后，就能做到模擬視頻信號所無法實現(xiàn)的事情。它的主要優(yōu)點有： 適合于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，視頻信息可以很方便地實現(xiàn)資源的共享，通過網(wǎng)絡(luò)線、光纖，數(shù)字信號可以很方便地從資源中心傳到辦公室和家中。視頻數(shù)字信號可以長距離傳輸而不會產(chǎn)生任何不良影響，而模擬信號在傳輸過程中會有信號損失。再現(xiàn)性好 模擬信號由于

6、是連續(xù)變化的，所以不管復(fù)制時采用的精確度多高，失真總是不可避免的，經(jīng)過多次復(fù)制以后，誤差就很大。數(shù)字視頻可以不失真地進行無限次拷貝，其抗干擾能力是模擬圖像無法比擬的。它不會因存儲、傳輸和復(fù)制而產(chǎn)生圖像質(zhì)量的退化，從而能夠準(zhǔn)確地再現(xiàn)圖像。 第8頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二便于計算機編輯處理模擬信號只能簡單調(diào)整亮度、對比度和顏色等，極大地限制了處理手段和應(yīng)用范圍。而數(shù)字視頻信號可以傳送到計算機內(nèi)進行存儲、處理，很容易進行創(chuàng)造性地編輯與合成，并進行動態(tài)交互。 數(shù)字視頻的缺陷是處理速度慢，所需的數(shù)據(jù)存儲空間大，從而使數(shù)字圖像的處理成本增高。通過對數(shù)字視頻的壓縮，這樣可以節(jié)

7、省大量的存儲空間，光盤技術(shù)的應(yīng)用也使得大量視頻信息的存儲成為可能。 第9頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二5.1.4 視頻的應(yīng)用領(lǐng)域廣播電視 地面、衛(wèi)星電視廣播 有線電視（CATV:Community Antenna TV ） 數(shù)字視頻廣播(Digital Video Broadcast） 交互式電視（ITV:Interactive TV ） 高清晰度電視（HDTV） 通信 可視電話（Videophone ） 視頻會議（Videoconferencing ） 視頻點播（VOD:Video On Demand ） 視頻數(shù)據(jù)庫 第10頁，共93頁，2022年，5月20日，1

8、3點56分，星期二個人娛樂錄象節(jié)目 VCD（Video Compact Disk） DVD（Digital Versatile Disk） 電視購物 家庭攝象 視頻游戲 5.2 電視信號及其標(biāo)準(zhǔn) 5.2.1 彩色電視信號制式電視信號是視頻處理的重要信息源。電視信號的標(biāo)準(zhǔn)也稱為電視的制式。目前各國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)和傳送頻率等。目前世界上常用的電視制式有中國、歐洲使用的PAL制，美國、日本使用的NTSC制及法國等國所使用的SECAM制。 第11頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二NTSC制 NTSC(National

9、Television Standard Committe)是美國國家電視系統(tǒng)委員會在1953年制定的一種兼容的彩色電視制式，是目前常用的視頻標(biāo)準(zhǔn)，在美國、日本和其他國家廣為使用。它定義了彩色電視機對于所接受的電視信號的解碼方式、色彩的處理方式、屏幕的掃描頻率。NTSC制規(guī)定水平掃描線有625條，以每秒30幀速率傳送。NTSC采用隔行掃描方式，每一幀畫面由兩次掃描完成，每一次掃描畫出一個場需要1/60秒,兩個場構(gòu)成一幀。 第12頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二PAL制PAL(Phase Alternate Lock)是聯(lián)邦德國1962年制定的一種兼容電視制式。PAL意指

10、“相位逐行交變”，我國和大部分西歐國家都使用這種制式。PAL制規(guī)定水平掃描625行、每秒25幀 、隔行掃描、每場需要1/50秒。 SECAM SECAM(Sequential Color and Memory)稱為順序傳送彩色與存儲，是用于法國、俄羅斯及幾個東歐國家的彩色電視制式。但基本技術(shù)及廣播方式與NTSC和PAL有很大的區(qū)別。 不同制式的電視機只能接收和處理其對應(yīng)制式的電視信號。也有多制式或全制式的電視機，這為處理和轉(zhuǎn)換不同制式的電視信號提供了極大的方便。全制式電視機可在各國各地區(qū)使用，而多制式電視機一般為指定范圍的國家生產(chǎn)。 第13頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星

11、期二 表5-1 三種彩色電視制式的主要技術(shù)指標(biāo) TV制式NTSC PALSECAM幀頻(Hz)302525行/幀525625625亮度帶寬(MHz)4.26.06.0彩色幅載波(Hz)3.584.434.25聲音載波(MHz)4.56.56.5第14頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二5.2.2 電視視頻信號的掃描方式電視攝像機的作用就是將視頻圖像轉(zhuǎn)換為電信號。任何時刻，電信號只有1個值，即是一維的。但視頻圖像通常是二維的，將二維視頻圖像轉(zhuǎn)換為一維電信號是通過光柵掃描實現(xiàn)的。掃描方式主要有逐行掃描和隔行掃描兩種。隔行掃描行的集合稱為場。因此，一幀由兩個場組成。逐行掃描有以

12、下優(yōu)點：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。其缺點是：數(shù)碼率高，行掃描頻率增高，硬件難度加大。目前的電視系統(tǒng)大都采用隔行掃描，因為隔行掃描能節(jié)省頻帶，且硬件實現(xiàn)簡單。但逐行掃描能獲得更好的圖像質(zhì)量和更高的清晰度，不過這是以增加帶寬和成本為代價的。 第15頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 奇數(shù)場 偶數(shù)場 一幀 第16頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二5.2.3 YUV與RGB彩色模型YUV模型 在PAL彩色電視制式中采用YUV模型來表示彩色圖像。其是Y表示亮度，U，V用來表示色差，是構(gòu)成彩色的兩個

13、分量。與此類似，在NTSC彩色電視制式中使用YIQ模型，其中的Y表示亮度，I，Q是兩個彩色分量。YUV表示法的重要性是它的亮度信號(Y)和色度信號(U、V)是相互獨立的，也就是Y信號分量構(gòu)成的黑白灰度圖與用U、V信號構(gòu)成的另外兩幅單色圖是相互獨立的。由于Y、U、V是獨立的，所以可以對這些單色圖分別進行編碼。采用YUV模型的優(yōu)點之一是亮度信號和色差信號是分離的，容易使彩色電視系統(tǒng)與只對亮度敏感的黑白電視機亮度信號兼容。 第17頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二PAL彩色電視制式中采用YUV模型來表示彩色圖像YUV第18頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星

14、期二RGB模型RGB分別代表紅（Red）、綠(Green)、藍（Blue）三種基本顏色。電視機和計算機顯示器使用的陰極射線管(Cathode Ray Tube，CRT)是一個有源物體。CRT使用3個電子槍分別產(chǎn)生紅、綠和藍三種波長的光(RGB三種電子束)，分別產(chǎn)生并以相對強度轟擊CRT的熒光涂層屏幕以產(chǎn)生顏色。并以各種不同的相對強度綜合起來產(chǎn)生顏色。組合這三種光波以產(chǎn)生特定顏色稱為相加混色，或稱為RGB相加模型。相加混色是計算機應(yīng)用中定義顏色的基本方法。 第19頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 CRT顯示器采用RGB彩色模型 A-陰極 B-導(dǎo)電涂層 C-陽極 D-熒光

15、屏 E-電子束 F-蔭罩板 第20頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二YUV與RGB彩色空間變換 由于所有的顯示器都采用RGB值來驅(qū)動，這就要求在顯示每個像素之前，需要把YUV彩色分量值轉(zhuǎn)換成RGB值。這種轉(zhuǎn)換需要花費一定的計算時間。這是一個在設(shè)計軟硬件視頻處理系統(tǒng)要綜合考慮的問題。 在考慮人的視覺系統(tǒng)和陰極射線管(CRT)的非線性特性之后，RGB和YUV的對應(yīng)關(guān)系可以近似地用下面的方程式表示： Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B U = - 0.169R - 0.331G + 0.5B V = 0.500R - 0.419G - 0.081B 第2

16、1頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二或者寫成矩陣的形式: 5.2.4 彩色電視的信號類型 電視頻道傳送的電視信號主要包括亮度信號、色度信號、復(fù)合同步信號和伴音信號，這些信號或者可通過頻率域，或者可通過時間域相互分離出來。電視接收機能夠?qū)⑺邮盏降母哳l電視信號還原成視頻信號和低頻伴音信號，并能夠在其熒光屏上重現(xiàn)圖像，在其揚聲器上重現(xiàn)伴音。 第22頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 根據(jù)不同的信號源，電視接收機的輸入、輸出信號有三種類型：高頻或射頻信號 為了能夠在空中傳播電視信號，必須把視頻全電視信號調(diào)制成高頻或射頻（RFRadio Frequenc

17、y）信號，每個信號占用一個頻道，這樣才能在空中同時傳播多路電視節(jié)目而不會導(dǎo)致混亂。PAL制每個頻道占用8MHz的帶寬；NTSC制每個頻道的帶寬為4MHz。有線電視CATV（Cable Television）的工作方式類似，只是它通過電纜而不是通過空中傳播電視信號。電視機在接收到某一頻道的高頻信號后，要把全電視信號從高頻信號中解調(diào)出來，才能在屏幕上重現(xiàn)視頻圖像。 第23頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二復(fù)合視頻信號 為便于電視信號遠距傳輸，必須把三個分量信號以及同步信號復(fù)合成一個信號，然后才進行傳輸。復(fù)合視頻信號定義為包括亮度和色度的單路模擬信號，也即從全電視信號中分離出

18、伴音后的視頻信號，這時的色度信號是間插在亮度信號的高端。由于復(fù)合視頻的亮度和色度是間插在一起的，在信號重放時很難恢復(fù)完全一致的色彩。這種信號一般可通過電纜輸入或輸出到家用錄像機上，其信號帶寬較窄，一般只有240線左右的水平分解率。早期的電視機都只有天線輸入端口，較新型的電視機才備有復(fù)合視頻輸入和輸出端（Video In，Video Out），也即可以直接輸入和輸出解調(diào)后的視頻信號。視頻信號已不包含高頻分量，處理起來相對簡單一些，因此計算機的視頻卡一般都采用復(fù)合視頻輸入端口獲取視頻信號。由于視頻信號中已不包含伴音，故一般與視頻輸入、輸出端口配套的還有音頻輸入、輸出端口，以便同步傳輸伴音。 第24

19、頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二圖7-7 復(fù)合視頻線及接口第25頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二分量視頻信號與SVideo為保證視頻信號質(zhì)量，近距離時可用分量視頻信號(component video signal)傳輸, 分量信號是指每個基色分量( R,G,B 或 Y,U,V )作為獨立的電視信號傳輸。計算機輸出的VGA視頻信號，即為分量形式的視頻信號。 SVideo 是一種兩分量的視頻信號，它把亮度和色度信號分成兩路獨立的模擬信號，用兩路導(dǎo)線分別傳輸并可以分別記錄在模擬磁帶的兩路磁軌上。這種信號不僅其亮度和色度都具有較寬的帶寬，而且由于亮度

20、和色度分開傳輸，可以減少其互相干擾，水平分解率可達420線。與復(fù)合視頻信號相比，SVideo可以更好地重現(xiàn)色彩。 第26頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二圖7-8 S-VIDEO視頻線及接口第27頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二5.3 視頻的數(shù)字化過程要讓計算機處理視頻信息，首先要解決的是視頻數(shù)字化的問題。視頻數(shù)字化是將模擬視頻信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換和彩色空間變換轉(zhuǎn)為計算機可處理的數(shù)字信號，與音頻信號數(shù)字化類似，計算機也要對輸入的模擬視頻信息進行采樣與量化，并經(jīng)編碼使其變成數(shù)字化圖像。 第28頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二5

21、.3.1 視頻信號的采樣對視頻采樣的基本要求 對視頻信號進行采樣時必須滿足三個方面的要求。 要滿足采樣定理。對于PAL制電視信號。視頻帶寬為6MHz，按照CCIR601建議，亮度信號的采樣頻率為13.5MHz ，色度信號為6.75MHz。 采樣頻率必須是行頻的整數(shù)倍。這樣可以保證每行有整數(shù)個取樣點，同時要使得每行取樣點數(shù)目一樣多，具有正交結(jié)構(gòu)，便于數(shù)據(jù)處理。 要滿足兩種掃描制式。 數(shù)字視頻信號的采樣頻率和格式現(xiàn)行的掃描制式主要有625行/50場和525行/60場兩種，它們的行頻分別為15625Hz和15734.265Hz。ITU(國際電信聯(lián)盟）建議的分量編碼標(biāo)準(zhǔn)的亮度抽樣頻率為13.5兆赫，這

22、恰好是上述兩種行頻的整數(shù)倍。按照國際現(xiàn)行電視制式，亮度信號最大帶寬是6MHz。根據(jù)奈奎斯特抽樣定理，抽樣頻率至少要大于2612MHz，因此取13.5MHz也是合適的。 第29頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二數(shù)字視頻的采樣格式 根據(jù)電視信號的特征，亮度信號的帶寬是色度信號帶寬的兩倍。因此其數(shù)字化時對信號的色差分量的采樣率低于對亮度分量的采樣率。如果用Y：U：V來表示YUV三分量的采樣比例，則數(shù)字視頻的采樣格式分別有4:1:1、4:2:2和4:4:4三種。 電視圖像既是空間的函數(shù)，也是時間的函數(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要復(fù)雜得多。分量采樣

23、時采到的是隔行樣本點，要把隔行樣本組合成逐行樣本，然后進行樣本點的量化，YUV到RGB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)。 第30頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二4:2:2采樣格式模擬視頻的數(shù)字化包括不少技術(shù)問題，如電視信號具有不同的制式而且采用復(fù)合的YUV信號方式，而計算機工作在RGB空間；電視機是隔行掃描，計算機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。因此，模擬視頻的數(shù)字化主要包括色彩空間的轉(zhuǎn)換、光柵掃描的轉(zhuǎn)換以及分辨率的統(tǒng)一。模擬視頻一般采用分量數(shù)字化方式，先把復(fù)合視頻信號中的亮度和色度分離，得到Y(jié)UV或YIQ分量，然后用三

24、個模數(shù)轉(zhuǎn)換器對三個分量分別進行數(shù)字化，最后再轉(zhuǎn)換成RGB空間。 第31頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 4:2:2采樣格式 圖7-13 4:2:2采樣格式示意第32頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 為了在PAL、NTSC和 SECAM電視制式之間確定共同的數(shù)字化參數(shù)，國家無線電咨詢委員會（CCIR）制定了廣播級質(zhì)量的數(shù)字電視編碼標(biāo)準(zhǔn)，稱為CCIR 601標(biāo)準(zhǔn)(現(xiàn)在的ITU-R標(biāo)準(zhǔn))。在該標(biāo)準(zhǔn)中，對采樣頻率、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)實驗，人眼對顏色的敏感程度遠不如對亮度信號那么靈敏，所以色度信號的取樣頻率可以比亮度信號的取

25、樣頻率低，以減少數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量。ITU-R建議使用了4:2:2采樣結(jié)構(gòu)。所謂“4:2:2”是指色度信號取亮度信號取樣頻率的一半。即此時信號是用一個亮度分量，兩個色度分量來表達的。 第33頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 根據(jù)ITU推薦的采樣率，可計算出在不同的采樣格式下數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量: 由表中看出，未壓縮的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)量十分巨大，對于目前的計算機和網(wǎng)絡(luò)存儲或傳輸都是不現(xiàn)實的，因此在多媒體中應(yīng)用數(shù)字視頻的關(guān)鍵問題是數(shù)字視頻的壓縮技術(shù)。 采樣格式(Y:U:V）數(shù)據(jù)量(Mbyte/s）4:2:2274:4:440第34頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，

26、星期二5.3.2 量化 采樣過程是把模擬信號變成了時間上離散的脈沖信號，量化過程則是進行幅度上的離散化處理。因此在時間軸的任意一點上量化后的信號電平與原模擬信號電平之間在大多數(shù)情況下總是存在有一定的誤差，量化所引入的誤差是不可避免的同時也是不可逆的，由于信號的隨機性這種誤差大小也是隨機的，這種表現(xiàn)類似于隨機噪聲效果，具有相當(dāng)寬度的頻譜，因此我們又把量化誤差稱為量化噪聲。但量化誤差與噪聲是有本質(zhì)的區(qū)別的。 如果視頻信號量化比特率為8Bit，信號就有個量化值。若最大信號正好用足比特的話，小于1/256的信號就只能當(dāng)零處理了。而且每二個相鄰數(shù)字的差距也必需大于1/256才能分得開，當(dāng)二個原來不同的數(shù)

27、值用同一個二進制值來表示時，實際數(shù)值與記錄數(shù)值之差就成為量化噪聲。所以，比特率已決定了整個系統(tǒng)的理想狀態(tài)下的最小噪聲、動態(tài)范圍和信噪比，模擬信號在理想狀態(tài)是沒有這種限制的。亮度信號用比特量化，灰度等級最多只有256個，如果RGB三個色度信號都用比特量化，就可以獲得25625625616777216，即近17萬種色彩。 第35頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 5比特量化有32個灰度等級 8比特量化有256個灰度等級 第36頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 量化比特率愈高，層次就分得愈細，但數(shù)據(jù)量也成倍上升。每增加一個比特，數(shù)據(jù)量就翻一翻，例如播

28、放機視頻量化位數(shù)多為10比特，灰度等級達到1024個，然而數(shù)據(jù)量是比特量化的倍。量化的過程是不可逆的，這是因為量化本身給信號帶來的損傷是不可彌補的。量化時比特數(shù)選取過小則不足以反映出圖像的細節(jié)，比特數(shù)選取過大則會產(chǎn)生龐大的數(shù)碼率，從而占用大量的頻帶，給傳輸帶來困難。有一種方法可以用小比特數(shù)量化而獲得大比特數(shù)量化時的效果。降低量化誤差的方法最直接的就是增加量化級數(shù)減小最小量化間隔，但由此帶來碼率的增加從而要求更大的處理帶寬，一般現(xiàn)在的視頻信號均采用8比特、10比特，在信號質(zhì)量要求較高的情況下采用12比特量化。 第37頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 正如模擬音頻信號傳輸

29、過程中采用不均勻量化一樣。在視頻信號的量化過程中也可以采用不均勻量化方式，即將模擬信號先進行對數(shù)變換，其目的是讓變化量大的地方變化小，讓變化量小的地方變化大，然后，再進行普通的8比特量化，經(jīng)傳輸后再恢復(fù)出來的模擬信號可以通過指數(shù)變換予以還原，此時，信號傳輸?shù)男Ч愃朴?2比特量化的效果。 第38頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二5.3.3 視頻信號的壓縮與編碼 抽樣、量化后的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字符號才能進行傳輸，這一過程稱為編碼。視頻壓縮編碼的理論基礎(chǔ)是信息論。信息壓縮就是從時間域、空間域兩方面去除冗余信息，將可推知的確定信息去掉。 在通信理論中，編碼分為信源編碼和信道編碼兩

30、大類。所謂信源編碼是指將信號源中多余的信息除去，形成一個適合用來傳輸?shù)男盘?。為了抑制信道噪聲對信號的干擾，往往還需要對信號進行再編碼，使接收端能夠檢測或糾正數(shù)據(jù)在信道傳輸過程引起的錯誤，這稱為信道編碼。 視頻編碼技術(shù)主要包括MPEG與H.261標(biāo)準(zhǔn)，編碼技術(shù)主要分成幀內(nèi)編碼和幀間編碼。前者用于去掉圖像的空間冗余信息，后者用于去除圖像的時間冗余信息。 第39頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二5.3.4 數(shù)字視頻DV格式數(shù)字視頻（Digital Video-DV）是定義壓縮圖像和聲音數(shù)據(jù)記錄及回放過程的標(biāo)準(zhǔn)。DV格式是一種國際通用的數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)，是由10余家公司共同制定的標(biāo)

31、準(zhǔn)。 DV格式具有如下視頻特點： 高清晰度，水平分辨率可達500線； 寬色度帶寬，還原色彩絢麗的圖像；第40頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 當(dāng)前有三種常用DV格式：miniDV、DVCPro和DVCam。miniDV 最常見，通常是家用攝像機使用的格式。DVCPro和DVCam為專業(yè)格式。DV格式數(shù)字?jǐn)z像機對視頻采用 4:1:1數(shù)字分量采樣標(biāo)準(zhǔn)，8比特量化，基于離散余弦變量DCT的5:1幀內(nèi)壓縮，數(shù)據(jù)傳輸率為24.948 Mbps對音頻信號采用兩種PCM脈沖調(diào)制編碼方式 ：一是采樣頻率48kHz、16比特量化的雙聲道立體聲方式。另一種是采樣頻率為32kHz、12比特

32、量化的四聲道方式，這種方式可方便后期編輯中的配音配樂。 第41頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 目前 DV 格式數(shù)字?jǐn)z錄機，其記錄圖像的水平分辨率為500線。在記錄過程中，亮度信號Y與兩個色差信號 U、V，三者不在同一頻帶傳輸并分別記錄，避免了相互串?dāng)_和影響。此外，視頻和音頻信號在輸出時先要進入數(shù)字存儲器，然后以新的時間碼標(biāo)準(zhǔn)輸出，這樣就消除了使用模擬機常見的圖像抖動、扭曲等時間碼誤差，使圖像和聲音更加穩(wěn)定。使用數(shù)字存儲器還能有效的進行信號失落補償，消除模擬機播放錄像時常見的“雪花”現(xiàn)象。同時，由于對聲音的處理采用了與音樂 CD 和數(shù)字錄音帶相同的編碼方式，所以圖像清

33、晰度高、色彩還原逼真、音響效果好。 第42頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二5.4基于多媒體計算機的視頻處理系統(tǒng) 在多媒體計算機系統(tǒng)中，視頻處理一般是借助于一些相關(guān)的硬件和軟件，在計算機上對輸入的視頻信號進行接收、采集、傳輸、壓縮、存儲、編輯、顯示、回放等多種處理。視頻信號主要是指來自電視機、錄/放像機、攝像機等視頻設(shè)備的信號，也可以是來自影碟機的影視節(jié)目。 第43頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二5.4.1 數(shù)字視頻系統(tǒng)的組成 從硬件平臺的角度分析，一個視頻采集系統(tǒng)要包括視頻采集設(shè)備、視頻信號源設(shè)備、大容量存儲設(shè)備、以及配置有相應(yīng)視頻處理軟件的

34、高性能計算機系統(tǒng)。 提供模擬視頻輸出的設(shè)備有錄像機、電視機 、影碟機等；對模擬視頻信號進行采集、量化和編碼的設(shè)備由視頻采集卡來完成；最后，由計算機接收和記錄編碼后的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。在這一過程中起主要作用的是視頻采集卡，它不僅提供接口以連接模擬視頻設(shè)備和計算機，而且具有把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的功能。 第44頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二5.4.2 視頻采集卡的工作原理 視頻采集卡是一個安裝在計算機擴展槽上的一個硬卡。它可以匯集多種視頻源的信息，如電視、影碟、錄像機和攝像機的視頻信息，對被捕捉和采集到的畫面進行數(shù)字化、凍結(jié)、存儲、輸出及其他處理操作，如編輯、修整、裁剪、

35、按比例繪制、像素顯示調(diào)整、縮放功能等。視頻卡為多媒體視頻處理提供了強有力的硬件支持。 視頻采集卡的工作原理如圖5-1所示 。視頻卡一般具有多種視頻接口，可接收來自攝像機 、錄像機、VCD機等多種視頻信號，通過視頻軟件可選擇所需的視頻源。 第45頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 從彩色攝像機、錄像機或其他視頻信號源得到的彩色電視信號 ，經(jīng)視頻接口送入視頻采集卡，信號首先經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，然后送到多制式數(shù)字解碼器進行解碼 。模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）又是一個視頻解碼器，其任務(wù)是對視頻信號解碼和數(shù)字化 。采用不同的顏色空間可選擇不同的視頻輸入解碼器芯片。 圖5-1 視頻卡的工作原理

36、框圖 第46頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 經(jīng)ADC解碼后得到的YUV信號格式。當(dāng)以4：2：2格式采樣時 ，每4個連續(xù)的采樣點中取4個亮度Y、2個色差U、2個色差V的樣本值，共8個樣本值。YUV信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換可變成RGB信號。 RGB信號然后被送入視頻處理芯片，對其進行剪裁，變化等處理。視頻處理芯片是用于視頻捕獲、播放、顯示用的專用控制芯片，主要功能可分為PC總線接口、視頻輸入剪裁、變化比例、與VGA信號同步 、色鍵控制以及對幀存儲器VRAM的讀寫和刷新控制。 視頻信息可實時地存到VRAM中，計算機可以通過視頻處理器對幀存儲器的內(nèi)容進行讀寫操作 ，幀存儲器的視頻像素信

37、息讀到計算機后 ，通過編程可以實現(xiàn)各種算法，完成視頻圖像的編輯與處理。 第47頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 視頻采集卡主要有兩種控制方式把視頻信號與VGA 信號疊加顯示 ，即色鍵方式和窗口方式。視頻輸出的RGB信號與VGA顯示卡引過來的RGB信號是完全同步的，用適當(dāng)?shù)姆椒ń惶媲袚Q兩路信號，即可實現(xiàn)兩路輸出的疊加 。上述兩種RGB信號經(jīng)過 DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換變成模擬信號 ，并在顯示器的窗口中顯示。 由于視頻信息量巨大，如果直接存儲，會占用大量的存儲空間 。以電視圖像為例 ，電視上一秒鐘的畫面 ，其實是由幾十幅連續(xù)所組成的 ，如果直接將這些視頻信息存儲起來，至少

38、也要十幾MB的容量 。所以視頻卡又提供了對視頻數(shù)字信號的壓縮功能 ，并以壓縮的圖像文件格式進行存儲 。當(dāng)在計算機上播放視頻圖像時還得經(jīng)過解壓縮過程，使其還原成圖像信息才能播放。 第48頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二5.4.3 視頻采集卡的性能指標(biāo)根據(jù)不同的應(yīng)用、不同的適用環(huán)境和不同的技術(shù)指標(biāo)，目前有多種規(guī)格的視頻采集卡?？梢詺w納出以PC機為硬件環(huán)境的視頻采集卡的主要功能和技術(shù)指標(biāo)： 接口 視頻采集卡的接口包括視頻與PC機的接口和與模擬視頻設(shè)備的接口。目前PC 視頻采集卡通常采用32位的PCI總線接口，它插到PC機主板的擴展槽中，以實現(xiàn)采集卡與PC機的通信與數(shù)據(jù)傳輸。

39、 視頻采集卡至少要具有一個復(fù)合視頻接口（Video In）以便與模擬視頻設(shè)備相連。高性能的采集卡一般具有一個復(fù)合視頻接口和一個SVideo接口。一般的采集卡都支持PAL和NTSC兩種電視制式。 第49頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 視頻采集卡如果不具備電視天線接口和音頻輸入接口，就不能用視頻采集卡直接采集電視射頻信號，同時也不能直接采集到模擬視頻中的伴音信號。要采集伴音，PC機上必需要裝有聲卡，視頻采集卡通過PC機上的聲卡獲取數(shù)字化的伴音并把伴音與采集到的數(shù)字視頻同步到一起。 一般而言, 視頻采集卡有單工卡和雙工卡兩種。單工卡只提供視頻輸入接口,雙工卡還提供輸出接口

40、。如果只需在PC機上編輯數(shù)字化視頻,單工卡就可以了。若想把數(shù)字化編輯過后的影像拷貝到錄像帶上,就需要雙工卡。 第50頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二具有多種接口的視頻采集卡與視頻源的連接第51頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二實時壓縮功能 由于模擬視頻輸入端可以提供不間斷的信息源，視頻采集卡要采集模擬視頻序列中的每幀圖像，并在采集下一幀圖像之前把這些數(shù)據(jù)傳入PC系統(tǒng)。因此，實現(xiàn)實時采集的關(guān)鍵是每一幀所需的處理時間。如果每幀視頻圖像的處理時間超過相鄰兩幀之間的相隔時間，則要出現(xiàn)數(shù)據(jù)的丟失，也即丟幀現(xiàn)象。采集卡都是把獲取的視頻序列先進行壓縮處理，然

41、后再存入硬盤，也就是說視頻序列的獲取和壓縮是在一起完成的，免除了再次進行壓縮處理的不便。不同檔次的采集卡具有不同質(zhì)量的采集壓縮性能。 大多數(shù)視頻采集卡都具備硬件壓縮的功能，在采集視頻信號時首先在卡上對視頻信號進行壓縮，然后再通過接口把壓縮的視頻數(shù)據(jù)傳送到主機上。視頻采集卡采用幀內(nèi)壓縮的算法把數(shù)字化的視頻存儲成AVI文件，高性能的視頻采集卡還能直接把采集到的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)實時壓縮成MPEG格式的文件。 第52頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 視頻捕獲卡一般都采用專業(yè)級的專用芯片來處理視頻的壓縮，例如:intel的i750。同時由于圖像采集要處理大量數(shù)據(jù)（分鐘的AVI文件大

42、約占30MB空間），所以對計算機硬件平臺的要求也較高。如果用軟件的方式進行數(shù)據(jù)壓縮，則對計算機的性能有很高的要求，否則抓取的畫面及播放畫面的速度便會受到相應(yīng)的影響。采集分辨率及幀頻 視頻采集卡按照其用途可以分為廣播級視頻采集卡，專業(yè)級視頻采集卡，民用級視頻采集卡。他們的區(qū)別主要是采集的圖像指標(biāo)不同。 廣播級視頻采集卡屬高檔設(shè)備，主要用于電視臺制作節(jié)目。廣播級視頻采集卡的最高采集分辨率一般720576(CCIR推薦值),PAL制,每秒25幀 ；或分辨率為 640480，NTSC制，每秒30幀。最小壓縮比一般在4:1以內(nèi)。這一類產(chǎn)品的特點是采集的圖像分辨率高，視頻信噪比高，缺點是視頻文件龐大，每分

43、鐘數(shù)據(jù)量至少為200MB。 第53頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 專業(yè)級視頻采集卡比廣播級視頻采集卡的性能稍微低一些，分辨率兩者是相同的 ，但壓縮比稍微大一些，其最小壓縮比一般在6:1以內(nèi)，輸入輸出接口為AV復(fù)合端子與S端子，此類產(chǎn)品適用于廣告、多媒體節(jié)目制作及多媒體軟件開發(fā)。 民用級的視頻采集卡的動態(tài)分辨率一般最大為384288，PAL制式，幀頻為每秒25幀。 驅(qū)動和應(yīng)用程序 視頻采集卡一般都配有硬件驅(qū)動程序以實現(xiàn)PC機對采集卡的控制和數(shù)據(jù)通信。根據(jù)不同的采集卡所要求的操作系統(tǒng)環(huán)境，各有不同的驅(qū)動程序。采集卡只有在正確安裝了驅(qū)動程序以后才能正常工作。也可以采用通用

44、的軟件，例如數(shù)字視頻編輯軟件Adobe Premiere。 第54頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二5.4.4 視頻設(shè)備及其連接 視頻信號源及設(shè)備 攝像機、錄像機等設(shè)備都帶有復(fù)合視頻輸出端口，有的帶有分量視頻輸出端口。由于視頻采集卡提供復(fù)合視頻輸入和分量視頻輸入口，因此只要具有復(fù)合視頻輸出或SVideo輸出端口的設(shè)備都可以為采集卡提供視頻信號源，把這些輸出端口與采集卡相應(yīng)的視頻輸入端口相連就可實現(xiàn)信號的連接。 視頻的質(zhì)量在很大程度上取決于模擬視頻信號源的質(zhì)量及視頻采集卡的性能。根據(jù)不同的模擬視頻信號源應(yīng)分別選擇相應(yīng)的設(shè)備。攝像機可以實時獲取動態(tài)實景。獲取的實景可以記錄在

45、與攝像機配套的磁錄像帶上，也可以直接通過攝像機的輸出端口輸出，有的攝像機還具有播放功能，可以播放其錄像帶上的信號并通過輸出端口輸出。磁帶錄像機及錄像帶是提供模擬視頻信號源的最常用設(shè)備。不同檔次和規(guī)格的錄像機對使用的磁帶有不同的要求，如VHS的磁帶僅適用于VHS錄像機。 第55頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二視頻設(shè)備與PC的連接 準(zhǔn)備好了模擬視頻信號源及其相應(yīng)的設(shè)備，剩下的工作就是把模擬視頻設(shè)備與PC機上的采集卡相連接。模擬設(shè)備與采集卡的連接包括模擬設(shè)備視頻輸出端口與采集卡視頻輸入端口的連接，以及模擬設(shè)備的音頻輸出端口與MPC聲卡的音頻輸入端口的連接。 如果采集卡只具有

46、視頻輸入端口而沒有伴音輸入端口 ，要同步采集模擬信號中的伴音，必須使用帶聲卡的計算機，通過聲卡來采集同步伴音。 視頻采集卡有兩種視頻輸入接口，要注意它們之間的區(qū)別，一種是具有標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合視頻輸入接口(RCA，俗稱蓮花接口)，標(biāo)準(zhǔn)視頻信號在輸出時要進行編碼，將信號壓縮后輸出，接收時還要進行解碼。這樣會損失一些信號。還有一種是S視頻輸入接口(S-Video)。由于S視頻信號不需要進行編碼、解碼，所以沒有信號損失，因此使用SVideo端口可以獲取更好的圖像質(zhì)量。 第56頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二兼有復(fù)合視頻接口和S-Video接口的視頻卡S-video電纜線及接口 復(fù)合視

47、頻插頭 第57頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二視頻采集的過程采集視頻的過程主要包括如下幾個步驟： 設(shè)置音頻和視頻源，把視頻源外設(shè)的視像輸出與采集卡相連、音頻輸出與MPC聲卡相連。 準(zhǔn)備好MPC系統(tǒng)環(huán)境，如硬盤的優(yōu)化、顯示設(shè)置、關(guān)閉其他進程等。 啟動采集程序，預(yù)覽采集信號，設(shè)置采集參數(shù)。啟動信號源，然后進行采集。 播放采集的數(shù)據(jù)，如果丟幀嚴(yán)重可修改采集參數(shù)或進一步優(yōu)化采集環(huán)境，然后重新采集。 由于信號源是不間斷地送往采集卡的視頻輸入端口的，可根據(jù)需要，對采集的原始數(shù)據(jù)進行簡單的編輯。如剪切掉起始和結(jié)尾處無用的視頻序列，剪切掉中間部分無用的視頻序列等，以減少數(shù)據(jù)所占的硬盤

48、空間。 第58頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二5.4.4 數(shù)字視頻的輸出 數(shù)字視頻的輸出是數(shù)字視頻采集的逆過程，也即把數(shù)字視頻文件轉(zhuǎn)換成模擬視頻信號輸出到電視機上進行顯示，或輸出到錄像機記錄到磁帶上，這需要專門的設(shè)備來完成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)到模擬信號之間的轉(zhuǎn)換。根據(jù)不同的應(yīng)用和需要，這種轉(zhuǎn)換設(shè)備也有多種。目前已有集模擬視頻采集與輸出于一體的視頻卡，可以與錄像機等設(shè)備相連，提供高質(zhì)量的模擬視頻信號采集和輸出。這種設(shè)備可以用于專業(yè)級的視頻采集、編輯及輸出。 第59頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二5.5 其他功能的視頻卡5.5.1 視頻輸出卡-TV Code

49、r 經(jīng)過計算機加工處理的視頻數(shù)據(jù)以視頻文件的格式進行存儲和交流，但不能以錄像帶的形式進行傳播或者直接在電視機上收看。視頻輸出卡的功能是將計算機顯示卡輸出的VGA信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號，以PAL和NTSC兩種制式輸出，從而可在電視上觀看計算機顯示器上的畫面，或?qū)⑵渫ㄟ^錄像機錄制到錄像帶上 。對計算機的VGA顯示卡輸出的以RGB形式表示的視頻數(shù)據(jù)進行編碼 ，將其轉(zhuǎn)換成可供錄象機和電視機輸入和顯示的復(fù)合視頻信號的接口卡叫視頻輸出卡或編碼卡（TVCoder）。 TVCoder 的功能是把計算機顯示器上顯示的內(nèi)容實時地轉(zhuǎn)換為模擬視頻信號并輸出到電視機或錄像機上，這對于多媒體演示和多媒體教育培訓(xùn)有很大幫

50、助。還可以把多媒體演示的內(nèi)容記錄到磁帶上。 第60頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二TVCoder具有以下幾種接口：VGA輸入端口：TVCoder的輸入信號取自于PC機的VGA顯示輸出端。輸出制式開關(guān)：TVCoder支持NTSC和PAL制式輸出，由制式選擇開關(guān)可選擇所需的輸出信號的制式。 模擬輸出端口：TVCoder 可提供復(fù)合視頻輸出，兩分量的SVideo輸出以及三分量RGB輸出。Video和SVideo輸出可與具有相應(yīng)視頻輸入端口的電視或錄像機相連；RGB輸出可以與RGB顯示器或其他具有RGB輸入端口的設(shè)備，如投影儀等相接。 VGA輸出：由于TVCoder要占用計算

51、機主機的VGA輸出端口，因此它還提供一個VGA輸出端口以便與計算機的顯示器連接。 第61頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二5.5.2 MPEG卡 MPEG是能將大量視頻信息進行壓縮的國際標(biāo)準(zhǔn)。在該標(biāo)準(zhǔn)的支持下，一套74分鐘的完整錄像畫面以及具有CD音質(zhì)的音頻信號，只要一張CD光盤即可存儲。由于MPEG將活動的圖像與聲音信號一體存儲，因此大大提高了播放質(zhì)量。 MPEG卡實際上分為兩類：MPEG壓縮卡和解壓卡。MPEG壓縮卡用于將視頻影像壓縮成MPEG的格式。它首先將模擬音視頻信號數(shù)字化，然后按MPEG標(biāo)準(zhǔn)的壓縮算法分別對數(shù)字音視頻信號進行壓縮編碼，產(chǎn)生一個碼率約為1.5m

52、 bit/s的MPEG復(fù)合音視頻碼流，最后再轉(zhuǎn)變?yōu)?mpg格式的文件儲存在硬盤上。根據(jù)所支持的信號輸入方式，MPEG壓縮設(shè)備可分為專業(yè)型和普及型；專業(yè)型MPEG壓縮卡可以支持YUV、SVideo和復(fù)合視頻等多種輸入。它們一般還帶有數(shù)字濾波預(yù)處理和專業(yè)分量型錄像機控制等功能。預(yù)處理功能除了能減小視頻信號中的噪聲外，還可限制視頻信號的動態(tài)范圍，使信號更容易壓縮，有效地降低了壓縮算法引起的壓縮失真，可大大提高圖像的主觀清晰度。 第62頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 MPEG解壓卡是采用硬件方式將壓縮后的VCD影碟數(shù)據(jù)解壓后進行回放。當(dāng)計算機將CD-ROM內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到MP

53、EG卡上時，通過卡上的MPEG解碼器，將已壓縮的數(shù)據(jù)進行解壓。品質(zhì)較好的MPEG卡可播放每秒30幀的電影畫面，速度和NTSC制式一樣。有些MPEG卡還提供了視頻輸出端口（Video Out）和音頻輸出端口（Audio Out）,可以將VCD畫面播放到大屏幕彩色電視機上或其他錄象設(shè)備上，具備了視頻輸出卡的功能。 第63頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 MPEG編碼卡 第64頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二5.5.3 電視接收卡電視卡（TV TUNER)從工作原理上看相當(dāng)于一臺數(shù)字式電視機。它首先將從天線接收下來的射頻信號變換成視頻信號，然后經(jīng)A

54、/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號，再經(jīng)變換電路變?yōu)镽GB數(shù)字信號，最后通過D/A轉(zhuǎn)換變?yōu)槟MRGB信號送顯示器上顯示。因為電視卡采用逐行掃描方式，加上計算機顯示點距小，分辨率高，所以整個電視圖像看上去清晰穩(wěn)定，完全可以與電視機媲美。電視卡的硬件部分是電視頻道的選臺電路，在MPC上安裝此卡后，允許用戶在MPC上用遙控器或鼠標(biāo)進行操作，對電視頻道進行選擇。不同的電視卡所能選擇的頻道數(shù)量各異，一般能達到100個左右。有些TV TUNER卡配有聲音輸出的接口，以供用戶連接到音箱或轉(zhuǎn)接到聲卡的輸入口。除頻道選擇之外，電視接收卡還可以進行頻道預(yù)設(shè)、亮度及音量調(diào)節(jié)、彩色調(diào)整等。 第65頁，共93頁，2022年，5月2

55、0日，13點56分，星期二 外置式(左)與內(nèi)置式（右）電視卡 第66頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二5.5.4 視頻卡的發(fā)展趨勢 系統(tǒng)集成是現(xiàn)代技術(shù)的主要趨勢，多媒體本身就是技術(shù)集成的產(chǎn)物。近年來，多媒 體視頻硬件主要在兩個領(lǐng)域發(fā)展。第一是與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)結(jié)合，由視頻采集卡附加網(wǎng)絡(luò) 通信卡構(gòu)成的多媒體視頻會議、S可視電話、視頻郵件、多媒體通信終端等?；趯拵Ф嗝襟w通信網(wǎng)絡(luò)的交互式電視（ITV）、點播電視（VOD）以及遠程教育系統(tǒng)、遠程醫(yī)療診斷系統(tǒng)、遠程電子圖書館等新技術(shù)正在普及實施，通過交互電視的機頂盒（STB）實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽、電視購物、收看VOD節(jié)目等，最終走向電視、電

56、腦與電信的三電合一的目的。 第67頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 第二方面是與影視制作技術(shù)結(jié)合，構(gòu)成集壓縮/解壓縮、合成輸出、特技效果為一體的影視制作非線形編輯系統(tǒng)。視頻處理硬件最終將從高檔系統(tǒng)的選件轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的組件。 從技術(shù)上看，電子器件的集成度越來越高；從應(yīng)用角度看，綜合處理多媒體功 能的需求越來越普遍，因此“集成到芯片中，設(shè)計在主板上”將會是新一代視頻/圖像處理硬件的發(fā)展趨勢。 第68頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二5.6 視頻文件的類型 5.6.1 AVI文件 AVI（Audio Video Interleave）是一種音頻視像

57、交插記錄的數(shù)字視頻文件格式。1992年初微軟公司推出了AVI技術(shù)及其應(yīng)用軟件VFW（Video for Windows）。在AVI文件中，運動圖像和伴音數(shù)據(jù)是以交織的方式存儲 ，并獨立于硬件設(shè)備。這種按交替方式組織音頻和視像數(shù)據(jù)，可使得讀取視頻數(shù)據(jù)流時能更有效地從存儲媒介得到連續(xù)的信息。 AVI文件結(jié)構(gòu)不僅解決了音頻和視頻的同步問題，而且具有通用和開放的特點 。它可以在任何Windows環(huán)境下工作，而且還具有擴展環(huán)境的功能。用戶可以開發(fā)自己的AVI視頻文件 ，在Windows環(huán)境下可隨時調(diào)用。 第69頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 AVI一般采用幀內(nèi)有損壓縮，可以用

58、一般的視頻編輯軟件如 Adobe Premiere進行再編輯和處理。 在AVI文件中，運動圖像和伴音數(shù)據(jù)是以交織的方式存儲，并獨立于硬件設(shè)備 。這種音頻和視像的交織組織方式與傳統(tǒng)的電影相似 ，在電影中包含圖像信息的幀順序顯示，同時伴音聲道也同步播放。 5.6.2 MOV文件 Apple公司在其生產(chǎn)的Macintosh機也推出了相應(yīng)的視頻格式 ，即 Movie digital video 的文件格式，其文件以MOV為后綴 ，相應(yīng)的視頻應(yīng)用軟件為 Apples QuickTime for Macintosh。隨著大量原本運行在Macintosh上的多媒體軟件向PC/Windows環(huán)境的移植，導(dǎo)致了

59、QuickTime視頻文件的流行。同時Apple公司也推出了適用于PC機的視頻應(yīng)用軟件Apples QuickTime for Windows，因此在MPC機上也可以播放MOV視頻文件。 第70頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二 MOV格式的視頻文件可以采用不壓縮或壓縮的方式，其壓縮算法包括 Cinepak、Intel Indeo Video R3.2 和Video編碼。其中Cinepak和Intel Indeo Video R3.2算法的應(yīng)用和效果與AVI格式中的應(yīng)用和效果類似。而Video格式編碼適合于采集和壓縮模擬視頻，支持16位圖像深度的幀內(nèi)壓縮和幀間壓縮，幀率

60、可達每秒10幀以上。 QuickTime還采用了一種稱為 QuickTime VR的虛擬現(xiàn)實（VR，Virtual Reality）技術(shù) ，用戶只需通過鼠標(biāo)或鍵盤，就可以觀察某一地點周圍360度的景象 ，或者從空間任何角度觀察某一物體。 QuickTime以其領(lǐng)先的多媒體技術(shù)和跨平臺特性 、較小的存儲空間要求 、技術(shù)的獨立性以及系統(tǒng)的高度開放性，目前已成為數(shù)字媒體軟件技術(shù)領(lǐng)域的事實上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)最近選擇QuickTime文件格式作為開發(fā)MPEG4規(guī)范的統(tǒng)一數(shù)字媒體存儲格式。 第71頁，共93頁，2022年，5月20日，13點56分，星期二5.6.3 MEPG文件-MP