多媒體技術(shù)應(yīng)用

1、本章要點(diǎn) 1數(shù)字視頻基礎(chǔ)2視頻的編輯與處理3“會(huì)聲會(huì)影”視頻編輯軟件第8章數(shù)字視頻的處理 傳統(tǒng)的視頻是指圖像信號(hào)的頻率覆蓋范圍，一般為 0到幾 MHz。傳統(tǒng)的視頻信號(hào)稱(chēng)為“模擬的”圖像和聲音信息是由連續(xù)的電子波形表示的，如錄像帶中的信號(hào)。錄像帶中的模擬信號(hào)表示的是實(shí)際的真實(shí)圖像，而在計(jì)算機(jī)上通過(guò)視頻源如錄像機(jī)、電視機(jī)、攝像機(jī)或視頻播放機(jī)等用視頻卡捕獲下來(lái)的數(shù)字化信息或從數(shù)字?jǐn)z像機(jī)獲得的信息則是數(shù)字視頻信息。 81數(shù)字視頻基礎(chǔ) 1NTSC 制式 NTSC 是 1953 年美國(guó)研制成功的一種兼容彩色電視制式。NTSC 是國(guó)家電視制式委員會(huì)（National Television System Co

2、mmittee）的縮寫(xiě)。按色度信號(hào)的特點(diǎn)，這一制式又稱(chēng)為正交平衡調(diào)幅制。美國(guó)、日本、加拿大及南美等國(guó)都使用 NTSC 制式。 NTSC 制在信號(hào)傳輸無(wú)失真的情況下具有較高的彩色圖像質(zhì)量，清晰度較高，無(wú)明顯的“爬行”和亮度閃爍現(xiàn)象。NTSC 制易于實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理，色度信號(hào)的形成和處理都比較簡(jiǎn)單。但是 NTSC 制色度信號(hào)的幅度失真會(huì)影響重現(xiàn)彩色的飽和度，已調(diào)色信號(hào)的相位失真也會(huì)影響重現(xiàn)彩色的飽和度，而且傳輸通道的頻率特性對(duì)色度信號(hào)頻帶不對(duì)稱(chēng)，有損于色飽和度和色調(diào)的正確重現(xiàn)。811幾種電視標(biāo)準(zhǔn) PAL（Phase Alternation Line by Line）制式是 1962 年由原聯(lián)邦德國(guó)提出

3、來(lái)的一種彩色電視制式。PAL 制又稱(chēng)為逐行倒相正交平衡調(diào)幅制，于 1967 年正式廣播。 PAL 制對(duì)相位失真不敏感，即使是在傳輸通道頻率持續(xù)不好，對(duì)色度信號(hào)頻帶不對(duì)稱(chēng)時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生交叉串色現(xiàn)象。但是 PAL 制存在重現(xiàn)圖像有“爬行”的現(xiàn)象和半幀頻閃爍，彩色清晰度比 NTSC 制低，編、解碼較復(fù)雜等問(wèn)題。我國(guó)及德國(guó)目前采用該制式。 2 PAL 制式 SECAM (法文：Sequential Coleur Avec Memoire)制式也是為了克服微分相位失真的缺點(diǎn)而出現(xiàn)的又一種彩色電視制式。SECAM又稱(chēng)為順序傳送彩色與存儲(chǔ)制。1956 年由法國(guó)工程師亨利佛朗斯提出，1959 年開(kāi)始研究，于 1

4、966 年才確定現(xiàn)行的SECAM制式。法國(guó)、俄羅斯、東歐及非洲等國(guó)采用 SECAM 制。這種制式與PAL制式類(lèi)似，其差別是SECAM中的色度信號(hào)是頻率調(diào)制(FM)，而且它的兩個(gè)色差信號(hào)：紅色差(R-Y)和藍(lán)色差(B-Y)信號(hào)是按行的順序傳輸?shù)摹?SECAM 制由于沒(méi)有得到廣大用戶(hù)的支持，使用范圍逐步減少，目前絕大多數(shù)的多媒體產(chǎn)品都不支持這種制式。3SECAM 制式 1視頻（Video） 視頻是由一幅幅單獨(dú)的畫(huà)面（即幀）序列組成的。這些畫(huà)面以一定的速率投射在屏幕上，使觀察者具有圖像連續(xù)運(yùn)動(dòng)的感覺(jué)。 2全運(yùn)動(dòng)（Full Motion） 以 30 幀 / 秒的速度刷新畫(huà)面，使屏幕上的畫(huà)面不會(huì)產(chǎn)生閃爍

5、和不連貫。 3全屏幕（Full Screen） 顯示的圖像充滿整個(gè)屏幕，而不是只在屏幕的一個(gè)窗口中顯示。812 有關(guān)視頻圖像的一些概念 1 AVI 文件： AVI（AudioVideo Interleaved）是 Video for Windows 所使用的文件格式。它將視頻和音頻信號(hào)混合交錯(cuò)地存儲(chǔ)在一起，簡(jiǎn)稱(chēng)為 AVI 文件或 AVI 格式。 2 MOV 文件：MOV 文件是 Macintosh 計(jì)算機(jī)用的視頻文件格式。它原是 Quick Time for Windows的專(zhuān)用文件格式，也使用有損壓縮方法。 3 DAT 文件：DAT 是 Video CD 或 Karaoke CD（卡拉 OK

6、 CD）數(shù)據(jù)文件格式，是基于 MPEG壓縮算法的一種文件格式。 4 MPG 文件：MPG 文件是使用 MPEG 算法進(jìn)行壓縮的全運(yùn)動(dòng)視頻圖像文件格式。它的壓縮率比AVI高，圖像質(zhì)量卻比AVI好。813 視頻文件的格式 1數(shù)字化視頻圖像數(shù)據(jù)的獲取 數(shù)字化視頻圖像數(shù)據(jù)可用以下的方法來(lái)獲?。海?）直接選用數(shù)字化的視頻圖像；（2）利用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)獲得數(shù)字視頻圖像；（3）利用攝像機(jī)、視頻卡捕獲圖像。 計(jì)算機(jī)處理的視頻信號(hào)可分為視頻采集和視頻繪圖兩種。視頻采集是利用視頻卡將外界相當(dāng)于電視信號(hào)的活動(dòng)視頻輸入計(jì)算機(jī)；視頻繪圖是通過(guò)專(zhuān)門(mén)的軟件創(chuàng)建利用計(jì)算機(jī)顯示卡來(lái)產(chǎn)生圖像信號(hào)，視頻繪圖又可分為靜止圖像和活動(dòng)圖像。

7、814 數(shù)字視頻處理技術(shù) 對(duì)于視頻采集，需要把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能處理的數(shù)字信號(hào)。從空間上看，任何一幅圖像在二維空間上都是連續(xù)分布的，空間某一位置亮度電平的取值也是連續(xù)分布的。圖像的數(shù)字化可分為如下三個(gè)步驟： （1）空間采樣 把一幅連續(xù)的圖像在二維方向上分成 M*N 個(gè)網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格用一個(gè)亮度值表示。這樣一幅圖用 M*N 個(gè)亮度值表示，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為采樣。 （2）量化 采樣圖像亮度值在采樣的連續(xù)空間上仍然是連續(xù)的，把亮度分為 k 個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間對(duì)應(yīng)同一個(gè)亮度值。這樣共有 k 個(gè)不同的亮度值，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為量化。 （3）編碼 量化后的數(shù)據(jù)可進(jìn)一步壓縮編碼，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字圖像信號(hào)。2 視頻圖像的數(shù)字化

8、（1）設(shè)計(jì)數(shù)字信號(hào)處理器:為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)完成動(dòng)態(tài)圖像的實(shí)時(shí)采集、壓縮和播放，可采取設(shè)計(jì)專(zhuān)用的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）芯片的方法。（2）傳真視頻圖像技術(shù):傳真視頻圖像技術(shù)采取的方法是：以單幀的方式一幀一幀地獲取靜態(tài)圖像序列，分別壓縮后組織成一個(gè)圖像文件，播放時(shí)按圖像序列連續(xù)播放，以獲得運(yùn)動(dòng)圖像的效果。（3）壓縮和解壓縮的非對(duì)稱(chēng)性:由于視頻圖像實(shí)時(shí)采集、壓縮和存盤(pán)技術(shù)的難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)視頻圖像實(shí)時(shí)播放的實(shí)現(xiàn)難度，再加上多數(shù)的多媒體應(yīng)用并不要求把壓縮與還原處理放在一個(gè)環(huán)境中進(jìn)行，因此可采用壓縮和解壓縮非對(duì)稱(chēng)策略。（4）可縮放性技術(shù) 在進(jìn)行視頻播放時(shí)，為了適應(yīng)不同性能的計(jì)算機(jī)和不同的視頻信號(hào)處理運(yùn)

9、行環(huán)境，可采用可縮放技術(shù)，即圖像的質(zhì)量和幀速率可隨硬件速度的差異而不同。如 Video for Windows 軟件，CPU 的速度越快，播放的視頻圖像的分辨率和幀速率就越高。3 視頻圖像的實(shí)現(xiàn)策略 視頻和動(dòng)畫(huà)都是由一系列的“幀”（Frame）組成的，相鄰幀的畫(huà)面很相似，相似但并不相同。當(dāng)以一定的幀速率將這些幀播放出來(lái)時(shí)，畫(huà)面就產(chǎn)生了動(dòng)感。幀速率越大，動(dòng)態(tài)圖像就越平滑，圖像的質(zhì)量也就越高。多媒體中視頻最高幀速率為 30 fps（幀每秒），這與標(biāo)準(zhǔn)的電影和電視的幀速率相同，但實(shí)際上一般達(dá)到 15 fps就會(huì)使人感覺(jué)它在動(dòng)了。如果每秒播放的圖像太少，就會(huì)有并不連續(xù)的跳躍感。多媒體視頻和動(dòng)畫(huà)都需要很

10、強(qiáng)的計(jì)算能力，都需要足夠的內(nèi)存和處理速度以及性能良好的顯示系統(tǒng)。 視頻和動(dòng)畫(huà)的不同之處在于：視頻是由攝像機(jī)攝入的真實(shí)情況，如果不是數(shù)碼攝像機(jī)的話，它的制作需要專(zhuān)門(mén)的視頻卡；而動(dòng)畫(huà)是由繪畫(huà)而產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)圖像。此外，生成視頻和動(dòng)畫(huà)的軟件工具也不同。 815 視頻和動(dòng)畫(huà) 實(shí)現(xiàn)數(shù)字視頻文件的創(chuàng)作包括捕獲、編輯、修飾及壓縮四個(gè)獨(dú)立的步驟。首先從模擬視頻源捕獲圖像并轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻；接著編輯，將收集的其他媒體資料如圖形、聲音、說(shuō)明性文字等加入到捕獲的圖像中；然后通過(guò)切換、特殊效果、疊加以及標(biāo)題等進(jìn)行修飾，以增加視頻圖像的表現(xiàn)力；最后生成一個(gè)壓縮的視頻文件。 82視頻的編輯與處理 圖像捕獲主要涉及特性與性能兩個(gè)

11、方面的內(nèi)容。 特性的大部分基本功能來(lái)自于捕獲卡，卡上就有捕獲的格式、解析度、輸入顏色及亮度的調(diào)整量等選項(xiàng)。這也意味著所有的編輯軟件都應(yīng)當(dāng)能夠存取捕獲卡的特性。捕獲圖像的性能是根據(jù)高速率下捕獲不丟幀的能力來(lái)劃分的。視頻捕獲卡及視頻編輯軟件都是影響影像質(zhì)量的因素，高性能的軟件應(yīng)該能夠保證在高速率下不丟幀。1 圖像捕獲 捕獲之后需對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，首先可將視頻信息中無(wú)關(guān)緊要的信息裁剪掉，使視頻內(nèi)容更加緊湊。所有的編輯軟件都使用一個(gè)“時(shí)間線”來(lái)共享許多要素。時(shí)間線通常有四個(gè)軌道：視頻、音頻、變換和疊加。視頻軌道包含所有的視頻圖像、動(dòng)畫(huà)及位圖；變換軌道包含影視圖像 A 與圖像 B 之間的變換，它可從滾

12、動(dòng)的切換窗口中選擇；音頻軌道包含影像中的聲音，還能接受從其他音源得到的分離的聲音片斷；疊加軌道通常稱(chēng)為 S 軌道，包含標(biāo)題、圖片及通過(guò)色度咬合或類(lèi)似技術(shù)在視頻圖像 A 與（或）B 上疊視頻。 2 視頻編輯 捕獲到所需的視頻并放置在時(shí)間線上后，就要通過(guò)變換過(guò)濾器、特殊效果、鎖定及標(biāo)題來(lái)修飾視頻圖像。 變換是指從一個(gè)片斷平滑移動(dòng)到下一個(gè)片斷。最簡(jiǎn)單的變換什么也不做，在兩個(gè)視頻的連接幀之間有一個(gè)斷點(diǎn)。另一種簡(jiǎn)單的變換是淡化及擦除：淡化是指前一個(gè)影像淡出到白色或黑色，下一個(gè)視頻從黑色或白色淡入；擦除是指用橫跨屏幕的一條線在屏幕上擦除第一個(gè)視頻的同時(shí)插入第二個(gè)視頻。 過(guò)濾器分為矯正過(guò)濾及特殊效果兩種類(lèi)型：矯正過(guò)濾通過(guò)色彩平衡及亮度解決視頻本身的問(wèn)題；特殊效果只是修飾視頻的基本模樣。 疊加處理用于將兩個(gè)或多個(gè)片斷的內(nèi)容組合在一個(gè)視頻中，并通過(guò)鎖定技術(shù)“告訴”編輯軟件忽略哪一部分視頻或?qū)⒛牟糠忠曨l疊加。在處理標(biāo)題時(shí)，把標(biāo)題放在一個(gè)視頻或疊加軌道上通過(guò)鎖定技術(shù)與視頻集成在一起，并利用移動(dòng)控制一定標(biāo)題的位置。 3 修飾 大多數(shù)的視頻捕獲及用于數(shù)字播放的編輯目標(biāo)