chap5-數(shù)字視頻技術(shù)

1、Chap5 數(shù)字視頻技術(shù)Chap 5 數(shù)字視頻技術(shù)數(shù)字視頻技術(shù)本章內(nèi)容: 5.1 數(shù)字視頻基礎(chǔ) 5.2 視頻的數(shù)字化 5.3 運(yùn)動(dòng)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn) 5.4 彩色數(shù)字電視基礎(chǔ)5.1 數(shù)字視頻基礎(chǔ)數(shù)字視頻基礎(chǔ)1、視頻的基本概念1）視覺暫留現(xiàn)象 為什么人覺得視頻中的物體是運(yùn)動(dòng)的？2）視頻的定義 PAL: 25幀/秒 NTSC:30幀/秒視頻就是利用人眼視覺暫留的原理，通過播放一系列的圖片，使人眼產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的感覺（實(shí)際上就是系列圖片）。常見的視頻信號(hào)有：電影、電視、動(dòng)畫。3）視頻的特點(diǎn)人類接受信息的70%來自視覺(重要獲取)視頻信息確切、直觀、生動(dòng)視頻信息容量大如果不壓縮，以PAL制為例，1小時(shí)的視頻：72

2、0X576X3X25X60X60112GB關(guān)鍵：采用壓縮技術(shù)，它決定了視頻的格式2、視覺的時(shí)間域響應(yīng)特性、視覺的時(shí)間域響應(yīng)特性 臨界閃爍頻率 閃爍感剛好消失重復(fù)頻率，經(jīng)測(cè)定為46HZ。 電影播放過程中，每秒投射24幅畫面，通過機(jī)械擋光閥遮擋得到48HZ的閃爍頻率。 要保持畫面中物體運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性，要求每秒鐘攝取的畫面數(shù)約為25幀左右。3、數(shù)字視頻的分類、數(shù)字視頻的分類）可編輯視頻特點(diǎn)：數(shù)據(jù)量大、視頻質(zhì)量最好、可以進(jìn)行精確到幀的 剪輯和后期制作。 種類：mpeg2-I、dvcpro50、m-jpeg、dvcpro25、 dvcam、dv 2） vcddvdPAL 352x288NTSC 320 x

3、240 11.5Mb/s畫面尺寸帶寬PAL 720 x576NTSC 720 x48048Mb/sVCDDVD3）流媒體特點(diǎn)：適合網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)播放，可以控制播放，如：快進(jìn)、倒 帶、尋跡等操作Real Networks公司的Real Media ：rm、ram、rmvbMicrosoft公司的Windows Media ：.asf、.wmv、.wmaApple公司的QuickTime ：.mov、.qt4）本地播放視頻非流媒體格式：divx(.avi)、navi(. smr )等4、數(shù)字視頻的文件格式、數(shù)字視頻的文件格式1. AVI文件AVI(audio video interleaved)文件將視

4、頻和音頻信號(hào)混合交錯(cuò)地存儲(chǔ)在一起。其文件擴(kuò)展名為“.AVI”,采用了Intel公司的Indeo視頻有損壓縮技術(shù)，較好地解決了音頻信息與視頻信息同步的問題。采用幀內(nèi)壓縮2. MOV文件MOV 是Macintosh 計(jì)算機(jī)用的影視文件格式。也采用了Intel公司的Indeo視頻有損壓縮技術(shù)，以及視頻與音頻信息混排技術(shù)。幀內(nèi)壓縮和幀間壓縮 QuickTime3. MPG文件是PC機(jī)上全屏幕活動(dòng)視頻的標(biāo)準(zhǔn)文件格式，它是使用MPEG 方法進(jìn)行壓縮的全運(yùn)動(dòng)視頻圖像。4. DAT文件(數(shù)字音頻磁帶)DAT 是Video CD 或Karaoke CD數(shù)據(jù)文件的擴(kuò)展名，也是基于MPEG 壓縮方法的一種文件格式。

5、4 4、視頻技術(shù)的應(yīng)用、視頻技術(shù)的應(yīng)用1）在廣播電視中的應(yīng)用常規(guī)數(shù)字電視、高清晰度電視2）在通信領(lǐng)域中的應(yīng)用可視電話、視頻會(huì)議、視頻點(diǎn)播3）在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中的應(yīng)用視頻制作、VCD、DVD、視頻數(shù)據(jù)庫、動(dòng)畫4）在其它領(lǐng)域中的應(yīng)用 數(shù)字圖書館、視頻游戲、網(wǎng)上購物、軍事5.2 5.2 視頻的數(shù)字化視頻的數(shù)字化1.視頻信號(hào)數(shù)字化過程掃描掃描采樣采樣量化量化編碼編碼模擬視模擬視頻信號(hào)頻信號(hào)數(shù)字視數(shù)字視頻信號(hào)頻信號(hào)模擬視頻：一種傳輸圖像和聲音的連續(xù)變動(dòng)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。數(shù)字視頻：用符合計(jì)算機(jī)要求的數(shù)字信號(hào)來表示的視頻。2、視頻數(shù)字化的優(yōu)點(diǎn)與模擬視頻相比，數(shù)字視頻的優(yōu)點(diǎn)是：

6、 數(shù)字視頻便于創(chuàng)造性的編輯與合成視頻數(shù)字信號(hào)可長距離傳輸而不損耗數(shù)字視頻可不失真地進(jìn)行多次復(fù)制在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下容易實(shí)現(xiàn)資源共享數(shù)字視頻可與其它媒體組合使用缺陷:處理速度慢,數(shù)據(jù)量大(壓縮、光盤)5.3 運(yùn)動(dòng)圖像的壓縮標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)圖像的壓縮標(biāo)準(zhǔn)MPEG(Moving Picture Experts Group,運(yùn)動(dòng)圖像專家組)是在1988年由ISO和IEC（國際電工委員會(huì)）聯(lián)合成立的工作組，其主要任務(wù)是制訂各種運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音信號(hào)的數(shù)字壓縮編碼國際標(biāo)準(zhǔn)。 開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)：MPEG-1， MPEG-2 MPEG-4， MPEG-7 運(yùn)動(dòng)圖像的壓縮依據(jù)冗余數(shù)據(jù)重復(fù)數(shù)據(jù)像素間的相關(guān)性時(shí)間方向上的相關(guān)性超過人眼識(shí)別

7、極限數(shù)據(jù)變換編碼、預(yù)測(cè)編碼幀間預(yù)測(cè)、移動(dòng)補(bǔ)償非線性量化1 1）MPEG-1MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)：目標(biāo)：CD-ROM上存儲(chǔ)的數(shù)字視頻上存儲(chǔ)的數(shù)字視頻 MPEG-1是1992年通過的用于 1.5Mbps速率的數(shù)字存儲(chǔ)媒體運(yùn)動(dòng)圖像及伴音編碼標(biāo)準(zhǔn)。 MPEG-1主要應(yīng)用：光盤、數(shù)字錄音帶、磁盤、通信網(wǎng)絡(luò)以及VCD等。畫面尺寸：PAL 352x288；NTSC 320 x240 數(shù)據(jù)輸出速率： 11.5Mb/s常見后綴：mpg2 2）MPEG-2MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)：數(shù)字電視目標(biāo)：數(shù)字電視 MPEG-2是1994年通過的一個(gè)直接與數(shù)字電視廣播有關(guān)的高質(zhì)量圖像和聲音編碼標(biāo)準(zhǔn) 。 MPEG-2主要應(yīng)

8、用：DVD、數(shù)字電視、視頻會(huì)議以及多媒體郵件等。畫面尺寸：PAL 720576，NTSC 720480數(shù)據(jù)輸出速率： 415Mb/s常見后綴：mpg、avi3 3）MPEG-4MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下、交互式視頻目標(biāo)：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下、交互式視頻 MPEG-4是1998年通過的用于低比特率( 64kbps)的視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，注重基于視頻、音頻對(duì)象的交互。 主要應(yīng)用：可視電話、實(shí)時(shí)多媒體監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)視頻流。非流媒體格式：divx(.avi)、navi(. smr )等 流媒體格式：wmv、asf、 rmvb、mov等4 4）MPEG-7MPEG-7標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) MPEG-7(多媒體內(nèi)容描述接口

9、, Multimedia Content Description Interface)規(guī)定一套描述符標(biāo)準(zhǔn)，用于描述各種多媒體信息，以便更快更有效地檢索信息。 主要應(yīng)用：數(shù)字圖書館、廣播媒體選擇、多媒體編輯以及多媒體索引服務(wù)。5.4 彩色數(shù)字電視基礎(chǔ)彩色數(shù)字電視基礎(chǔ)1、彩色電視制式NTSC制式(正交平衡調(diào)幅制) 525行/幀，30幀/秒 隔行掃描：2場(chǎng)/幀，262.5行/場(chǎng) 寬高比：4:3(電影為3:2) 顏色模型：YIQ 采用于美國、日本、臺(tái)灣地區(qū)PAL制式(倒相正交平衡調(diào)幅制)625行/幀，25幀/秒 隔行掃描：2場(chǎng)/幀，312.5行/場(chǎng)寬高比：4:3顏色模型：YUV 采用于中國、多數(shù)歐洲國

10、家SECAM制式(順序傳送彩色與存儲(chǔ)制) 類似PAL制式，色度信號(hào)調(diào)頻， SECAM制調(diào)幅 采用于法國、俄羅斯、中東國家2、彩色電視信號(hào)的類型、彩色電視信號(hào)的類型 高頻信號(hào)：把視頻全電視信號(hào)調(diào)制成高頻信號(hào)，每個(gè)信號(hào)占用一個(gè)頻道。這樣才能在空中同時(shí)傳播多路電視節(jié)目而不會(huì)導(dǎo)致混亂。 復(fù)合電視信號(hào)：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)。單根導(dǎo)線傳輸。 分離電視信號(hào)（SVideo信號(hào)）：是亮度和色差分離的一種電視信號(hào)。使用2條導(dǎo)線傳輸。 分量電視信號(hào)：是指每個(gè)基色分量（RGB/YUV/YIQ）作為獨(dú)立的電視信號(hào)。需要比較寬的帶寬和同步信號(hào)。 高頻解調(diào)電路伴音與視頻分離放大、亮色分離轉(zhuǎn)

11、換電路RGB掃描輸出高頻輸入音頻處理伴音音頻輸出復(fù)合視頻輸入（Video In）分離視頻輸入（S-Video In）3、電視掃描和同步、電視掃描和同步隔行掃描(interlaced scanning)逐行掃描(non-interlaced scanning)行頻、場(chǎng)頻、幀頻先掃奇數(shù)行，再掃偶數(shù)行要求總行數(shù)為奇數(shù)4、電視圖像數(shù)字化、電視圖像數(shù)字化電視圖像數(shù)字化常用的方法有兩種：1）先分離，后數(shù)字化。把模擬的全彩色電視信號(hào)分離成YUV，YIQ或RGB彩色空間中的分量信號(hào)，然后用三個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器分別對(duì)它們數(shù)字化。2）先數(shù)字化，再分離。首先用一個(gè)高速A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)彩色全電視信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，然后在數(shù)字域

12、中進(jìn)行分離，以獲得所希望的YCbCr，YUV，YIQ或RGB分量數(shù)據(jù)。CCIR 601電視圖像數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)電視圖像數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)1、采樣頻率 CCIR(國際無線電咨詢委員會(huì))為NTSC制、PAL制和SECAM制規(guī)定了共同的電視圖像采樣頻率。 亮度信號(hào)采樣頻率： fs=13.5MHZ =62525N（PAL） 或 =52529.97N （NTSC） 色度信號(hào)采樣頻率 fc6.75MHZ 或 13.5MHZ 每行采樣點(diǎn)數(shù) N = 864 (PAL) ，858（NTSC） 對(duì)于所有制式，每個(gè)掃描行的有效樣本數(shù)均為720。2、數(shù)字信號(hào)取值范圍： 每個(gè)樣本點(diǎn)8位量化，亮度信號(hào)220級(jí)，色度信號(hào)225級(jí)，其他位

13、作同步、編碼等空中用。3、圖像子采樣格式： 4：4：4， 4：2：2、 4：1：1，4：2：0圖像子采樣圖像子采樣 如果對(duì)色差信號(hào)使用的采樣頻率比對(duì)亮度信號(hào)使用的采樣頻率低，這種采樣就稱為圖像子采樣(subsampling)。圖像子采樣格式圖像子采樣格式 4:4:44:2:24:1:14:2:0視頻數(shù)據(jù)量計(jì)算視頻數(shù)據(jù)量計(jì)算 CCIR(國際無線電咨詢委員會(huì)) 規(guī)定，每個(gè)樣本點(diǎn)按8位量化，如果子采樣格式為4：2：2，則1秒的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)量為：13.58/8+26.758/8=27MB/s1）如果按4：4：4格式采樣，每秒數(shù)字視頻數(shù)據(jù)量約為40MB！2）一張光盤680MB只能存儲(chǔ)25秒視頻！3）8倍

14、速光驅(qū)，數(shù)據(jù)傳輸率也只有每秒1.2Mb 27MB！數(shù)字視頻的壓縮很重要！數(shù)字電視數(shù)字電視 數(shù)字電視的定義： 數(shù)字電視系統(tǒng)是將活動(dòng)圖像、聲音和數(shù)據(jù)，通過數(shù)字技術(shù)進(jìn)行壓縮、編碼、傳輸/存儲(chǔ) ，實(shí)時(shí)發(fā)送/廣播或者經(jīng)過記錄媒體的傳播，供觀眾接收/播放的視聽系統(tǒng)。包含3大部分：信源部分、信道部分和信宿部分。 數(shù)字電視分類 標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視（SDTV）高清晰度數(shù)字電視（HDTV）按照其活動(dòng)的圖像比特率的大小高清晰度電視高清晰度電視原則上講，HDTV是由它所能提供的畫面質(zhì)量定義的。 分辨率:HDTV畫面水平和垂直的像素目都差不多是常規(guī)系統(tǒng)的2倍。寬高比:HDTV畫面的指定寬高比為16:9=1.777。 采用高清晰顯像管，點(diǎn)節(jié)距（即熒光點(diǎn)的大?。?yīng)小于 .毫米； 觀看距離:由于人眼分辨細(xì)節(jié)的能力是有限的，所以觀看細(xì)節(jié)更豐富的HDTV畫面，觀看距離要更近一些。中國數(shù)字電視進(jìn)度表中國數(shù)字電視進(jìn)度表 2000年和2001年是我國數(shù)字電視廣播試驗(yàn)?zāi)?，在北京、上海、深圳三個(gè)城市進(jìn)行數(shù)字廣播試驗(yàn)； 2002年，具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中國數(shù)字電視系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)獲最終確定； 2003年在全國更大范圍內(nèi)進(jìn)行數(shù)字電視商業(yè)廣播試驗(yàn)； 2005年全國四