數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像與視頻處理技術(shù)

第三章:數(shù)字圖像與視頻處理技術(shù)*n教？學(xué)建議n本章主要介紹圖像、視頻的基礎(chǔ)知識與處理技術(shù)，包括圖像、視頻的獲取、表示、處理與應(yīng)用等，以及常用圖像、視頻處理軟件的使用。n

本章需6

~8學(xué)時。第三章:數(shù)字圖像與視頻處理技術(shù)*教？學(xué)提示圖像與視頻是兩種最常見的可視媒體。圖像、視頻的獲取、處理與數(shù)字化技術(shù)是多媒體信息處理的重要內(nèi)容。本章以數(shù)字圖像處理為基礎(chǔ)，首先介紹數(shù)字圖像處理技術(shù)，然后，介紹視頻處理技術(shù)及應(yīng)用。教學(xué)目標通過本章的學(xué)習(xí)，要求掌握多媒體技術(shù)中有關(guān)圖像、視頻數(shù)字化的基本概念、方法、技術(shù)與應(yīng)用等知識。教學(xué)內(nèi)容?

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Application3基本概念數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的獲取與表示圖像的基本屬性圖像處理軟件Photoshop應(yīng)用舉例視頻的基本知識教學(xué)內(nèi)容?

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Application4視頻的數(shù)字化數(shù)字視頻標準視頻信息的壓縮編碼Windows

中的視頻播放軟件數(shù)字視頻的應(yīng)用3.1概述---幾個基本概念?

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Application5數(shù)字圖像的分類n

按其生成方法，可以分為兩大類：a、是從現(xiàn)實世界中通過數(shù)字化設(shè)備獲取的圖像，它們稱為取樣圖像(sampled

image)、點陣圖像(dot

matriximage)、位圖圖像(bit

map

image)，以下簡稱圖像(image)b、是計算機合成的圖像，它們稱為矢量圖形(vectorgraphics)，或簡稱圖形(graphics)。n

按照取樣點表示方式的不同，數(shù)字圖像還可以分為：

a、兩值圖像b、灰度圖像c、彩色圖像3.1概述---幾個基本概念?

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Application6圖像的獲?。╟apturing）n圖像的獲取：是指從現(xiàn)實世界中獲得數(shù)字圖像的過程。圖像掃描儀可用于對印刷品、照片或照相底片等進行掃描輸入，用數(shù)碼相機或數(shù)碼攝像機可對選定的景物進行拍攝。n

圖像獲取的過程:實質(zhì)上是模擬信號的數(shù)字化過程。3.1概述---幾個基本概念?

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Application7n

數(shù)字圖像的最基本單位：像素（Pictureelement,簡寫為pel）。像素對應(yīng)于圖像數(shù)字化過程中的一個取樣點。n

圖像的編碼：將一幅數(shù)字圖像中的數(shù)據(jù)按一定的方式進行組織。為了減少數(shù)字圖像的存儲空間往往要進行壓縮編碼，支持圖像壓縮編碼有許多國際標準和文件存儲格式。如

BMP、GIF、TIFF、JPEG、JPEG2000等。3.1概述---幾個基本概念?

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Application8n視頻：它是由連續(xù)的隨著時間變化的一組圖像(或稱幀)組成。視頻是影像視頻的簡稱。n由于人類“視覺暫留”的生理現(xiàn)象，當1秒鐘內(nèi)連續(xù)播放多幅相互關(guān)聯(lián)的靜止圖像時就會產(chǎn)生運動的感覺，即運動視頻。即：圖像可以看作視頻的特例。3.2

數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的獲取與表示?

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Application93.2.1

數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的獲取n

圖像數(shù)據(jù)的獲取是圖像數(shù)字化的基礎(chǔ)。n

獲取的過程實質(zhì)上是模擬信號的數(shù)字化過程.n

處理步驟大體分為三步：采樣。分色。量化。3.2

數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的獲取與表示?

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Application103.2.2

數(shù)字圖像的表示從數(shù)字圖像的獲取過程可以知道，一幅取樣圖像由M(行)，N(列)個取樣點組成，每個取樣點是組成取樣圖像的基本單位，稱為像素.n

黑白圖像的像素只有1個亮度值.n彩色圖像的像素是矢量，它由多個彩色分量組成，一般有3個分量(R-紅，G-綠，B-藍).3.2

數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的獲取與表示?

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Application113.2.2

數(shù)字圖像的表示取樣圖像在計算機中的表示方法是:單色圖像用一個矩陣來表示；彩色圖像用一組矩陣來表示.矩陣的行數(shù)稱為圖像的垂直分辨率矩陣的列數(shù)稱為圖像的水平分辨率

矩陣中的元素是像素顏色分量的亮度值，使用整數(shù)表示，一般是8位至12位。3.2

數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的獲取與表示3.2.2

數(shù)字圖像的表示藍色分量?

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Application12綠色分量紅色分量圖3.2彩色圖像的表示3.3

圖像的基本屬性?

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Application133.3.1

分辨率分辨率有兩種：顯示分辨率和圖像分辨率。1.

顯示分辨率它是指顯示屏上能夠顯示出的像素數(shù)目。例如，顯示分辨率為840×480表示顯示屏分成480行，每行顯示840個像素，整個顯示屏就含有307200個顯像點。屏幕能夠顯示的像素越多，說明顯示設(shè)備的分辨率越高，顯示的圖像質(zhì)量也就越高。3.3

圖像的基本屬性?

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Application143.3.1

分辨率2.

圖像分辨率它是指組成一幅圖像的像素密度的度量方法。對同樣大小的一幅圖，如果組成該圖的圖像像素數(shù)目越多，則說明圖像的分辨率越高，看起來就越逼真。相反，圖像顯得越粗糙。注意：圖像分辨率與顯示分辨率是兩個不同的概念。圖像分辨率是確定組成一幅圖像的像素數(shù)目，顯示分辨率是確定顯示圖像的區(qū)域大小。3.3

圖像的基本屬性?

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Application153.3.2

像素深度像素深度：即像素的所有顏色分量的二進制位數(shù)之和，它決定了不同顏色（亮度）的最大數(shù)目?；蛘呤谴_定灰度圖像的每個像素可能有的灰度級數(shù)。例如，一幅彩色圖像的每個像素用R，G，B三個分量表示，若每個分量用8位，那末一個像素共用24位表示，就說像素的深度為24，每個像素可以是224=18

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218種顏色中的一種。在這個意義上，往往把像素深度說成是圖像深度。表示一個像素的位數(shù)越多，它能表達的顏色數(shù)目就越多，而它的深度就越深。3.3

圖像的基本屬性3.3.3

顏色空間顏色空間的類型，指彩色圖像所使用的顏色描述方法，也叫顏色模型。顯示彩色圖像用顏色模型顯示彩色圖像的電視機和計算機顯示器色彩顯示原理主要基于圖像的顏色模型。如圖3.3所示。組合這三種光波以產(chǎn)生特定顏色稱為相加混色，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。打印彩色圖像用CMY相減混色模型?

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Application163.3

圖像的基本屬性?

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Application17真彩色、偽彩色與直接色真彩色(true

color)：真彩色是指在組成一幅彩色圖像的每個像素值中，有R,G,B三個基色分量，每個基色分量直接決定顯示設(shè)備的基色強度，這樣產(chǎn)生的彩色稱為真彩色。直接色(directcolor)：通過相應(yīng)的彩色變換表找出基色強度，用變換后得到的R,G,B強度值產(chǎn)生的彩色稱為直接色。3.3

圖像的基本屬性3.3.4

真彩色、偽彩色與直接色3.偽彩色(pseudo

color)：偽彩色圖像的含義是，每個像素的色不是由每個基色分量的數(shù)值直接決定，而是把像素值當作彩色查找表(color

look-up

table,CLUT)的表項入口地址,去查找一個顯示圖像時使用的R,G,B強度值，用查找出的R,G,B強度值產(chǎn)生的彩色稱為偽彩色。?

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Application183.3

圖像的基本屬性?

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Application193.3.5

常用圖像文件的格式⑴BMP(BitMap-file)格式,BMP圖像是微軟公司在Windows操作系統(tǒng)下使用的一種標準圖像文件格式。⑵TIFF(TaggedImageFileFormat)格式，被大量使用于掃描儀和桌面出版，有許多圖像圖形應(yīng)用軟件支持這種文件格式。⑶GIF(GraphicsInterchangeFormat)格式，GIF是目前因特網(wǎng)上廣泛使用的一種圖像文件格式。⑷JPEG（the

Joint

Photographic

Experts

Group）格式是最流行的壓縮圖像文件格式，采用靜止圖像數(shù)據(jù)壓縮編碼的國際標準壓縮，大量用于因特網(wǎng)和數(shù)碼相機等。3.4

圖像處理軟件Photoshop

應(yīng)用舉例?

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Application20圖像處理軟件Photoshop簡介PhotoShop軟件：美國Adobe公司開發(fā)的真彩色和灰度圖像編輯處理軟件。它被認為是目前世界上最優(yōu)秀的圖像編輯軟件。PhotoShop功能與作用：1、它提供多種圖像涂抹、修飾、編輯、創(chuàng)建、合成、分色與打印的方法，并有許多增強圖像的特殊手段，可廣泛地應(yīng)用于美工設(shè)計，廣告及桌面印刷，計算機圖像處理，旅游風(fēng)光展示，動畫設(shè)計，影視特技等領(lǐng)域，是計算機數(shù)字圖像處理的有力工具。3.4

圖像處理軟件Photoshop

應(yīng)用舉例?

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Application213.4.1

圖像處理軟件Photoshop簡介2、PhotoShop運行在Windows圖形操作環(huán)境中，可支持TIF、TGA、PCX、GIF、BMP、PSD、JPEG等各種流行的圖像文件格式。3、PhotoShop能方便地與如文字處理，圖形應(yīng)用，桌面印刷等軟件或程序交換圖像數(shù)據(jù)。4、PhotoShop支持的圖像類型除常見的黑白、灰度、索引16色、索引256色和RGB真彩色圖像外，還支持CMYK、HSB以及HSV模式的彩色圖像。3.4

圖像處理軟件Photoshop

應(yīng)用舉例3.4.2

PhotoShop的運行界面屬性欄

工具欄

圖象窗口

工作區(qū)

菜單欄浮動面板?

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Application223.4

圖像處理軟件Photoshop

應(yīng)用舉例?

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Application23PhotoShop的圖層與濾鏡圖層是一組可以用于繪制圖像和存放圖像的透明層?？梢詫D層想象為一組透明的膠片，在每一層上都可以繪圖，它們疊加到一起后，從上看下去，看到的就是合成的圖像效果。濾鏡是Photoshop中最有特色的地方，也是最令人激動的地方。利用Photoshop提供的各種濾鏡，可以制作出各種令人眼花綴亂的圖像效果。3.4

圖像處理軟件Photoshop

應(yīng)用舉例?

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Application24PhotoShop的圖層與濾鏡Photoshop中的濾鏡可以分為兩種：1、Photoshop自己內(nèi)部帶的濾鏡，這些濾鏡在安裝了Photoshop之后，可以在濾鏡菜單下看到。Photoshop提供了近百種內(nèi)置的濾鏡，每一種都可以產(chǎn)生神奇的效果；2、三方開發(fā)的外掛濾鏡，這種濾鏡在安裝了Photoshop后，還需要另外安裝這些濾鏡后才可以使用。例3.4.4

Photoshop應(yīng)用舉例例1．制作暈映效果暈映（Vignettes）效果是指圖像具有柔軟漸變的邊緣效果。如圖3.8所示。?

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Application253.4

圖像處理軟件Photoshop

應(yīng)用舉例3.4.4

Photoshop應(yīng)用舉例操作步驟如下：1）使用Photoshop打開一幅圖像；2）在工具欄中選擇橢圓套索工具；3）用橢圓套索工具在圖像中選取所需的部分，圖3.9（a）；4）執(zhí)行Select菜單下的Feather命令，設(shè)置Feather值為40pixels；執(zhí)行Select菜單下的Inverse命令或按Ctrl+Shift+I組合鍵來反轉(zhuǎn)選擇區(qū)域，圖3.9（b）；設(shè)置背景色，如白色。按Del鍵用背景色填充選擇區(qū)域，暈映效果即形成。圖3.9（a）

圖3.9（b）?

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Application263.4

圖像處理軟件Photoshop

應(yīng)用舉例3.4.4

Photoshop應(yīng)用舉例例2．制作倒影效果。在圖3.10中，利用Photoshop可將第二幅圖中的小狗添加到第一幅圖中，由于是在水邊，所以在制作時要考慮給第二只小狗制作水中倒影。圖像合成并制作倒影效果后的圖像如圖3.10中的第3幅圖所示。?

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Application273.4

圖像處理軟件Photoshop

應(yīng)用舉例3.4.4

Photoshop應(yīng)用舉例例3．制作雨中攝影效果。在Photoshop圖像制作過程中，可對一幅已有的圖像加上下雨的特效，給人一種雨中攝影的效果。如圖3.11中所示。?

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Application283.5

視頻的基本知識?

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Application293.5.1

視頻信號的特性n1、什么是視頻（video）n2、光柵掃描n3、視頻信號的空間特性

n4、視頻信號的時間特性

n5、視頻信號的傳輸n6、視頻信號的存儲n

視頻技術(shù)源于影視業(yè),80年代初,由于個人計算機的迅速發(fā)展和普及,許多計算機公司便致力于研究將聲音、圖形、圖像、視頻作為新的信息媒體輸入／輸出計算機。n

計算機基本技術(shù)的進展,有效地帶動了數(shù)字視頻壓縮算法和視頻處理器結(jié)構(gòu)的改進,能做到全屏幕、全運動的視頻圖像、高清晰度的靜態(tài)圖像,視頻特技三維實時的全電視信號以及高速真彩色圖形。?

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Application301、什么是視頻（video）n

視頻信號：連續(xù)的隨著時間變化的一組圖象（24，25，30幀/秒），又叫運動圖象或活動圖象n

常見視頻信號：電影，電視，動畫n

視頻信號的特點：高分辨率（576行）色彩逼真（真彩色）人類接受的信息70%來自視覺,其中活動圖象是信息量最豐富、最直觀、生動、具體的一種承載信息的媒體。視頻信息的處理是多媒體技術(shù)的核心。?

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Application311、

什么是視頻（續(xù)）n

模擬視頻目前，絕大多數(shù)視頻的記錄、存儲和傳輸仍然是模擬方式?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展使人類已能對自然界中大多數(shù)物體進行模擬。真實的圖形和聲音是基于光亮度和聲壓值的。他們是空間和時間的連續(xù)函數(shù),將圖像和聲音轉(zhuǎn)換成電信號是通過合適傳感器的使用來完成的。電視攝像機便是一種將自然界中真實圖像轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器。?

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Application321、

什么是視頻（續(xù)）n

視頻信號模擬視頻信號是涉及一維時間變量的電信號，

f(t),它可通過對Sc(x1,x2,t)在時間坐標t和 垂直分量X2上采樣得到的。視頻攝像機將攝像機前面的圖像轉(zhuǎn)換成電信號。 電信號是一維的。圖像是兩維的,并在一個圖

像的不同位置有許多值。為了轉(zhuǎn)換這個兩維的 圖像成為一維的電信號,圖像被以一種步進次

序的方式來掃描這種方式稱為光柵掃描(Raster

Scan）。?

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Application331、什么是視頻（續(xù)）2、光柵掃描圖3.12光柵掃描?

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Application342、光柵掃描?

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Application35n逐行掃描/隔行掃描n（progressive

scanning

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interlaced

scanni-逐行掃描是在每一個Δt時間內(nèi)對一個完整的圖象進行掃描，它被稱之為一幀。計算機行業(yè)對高分辨率采用逐行掃描的Δt為1/70秒。-電視行業(yè)使用2:1隔行掃描。其間依次對稱為奇數(shù)場和偶數(shù)場的奇數(shù)行和偶數(shù)行進行掃描。這樣做目的是：在一個固定帶寬下可降低閃爍。3.視頻信號的空間特性?

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Application36n

長寬比4:3

or

16:9(aspect

ratio)即圖像水平掃描線的長度與圖像豎直方向所有掃描線所復(fù)蓋距離的比。n

垂直分辨率（vertical

resolution

）同一幀面掃描線的數(shù)量。掃描線越多,垂直分辨率就越高。廣播電視系統(tǒng)利用了每個幀面525(北美)或625(歐洲)線的垂直分辨率。n

水平分辨率（

horizontal

resolution）當攝像機掃描點在線上橫向移動時,傳感器輸出的電子信號連續(xù)地變化以反映傳感器所見圖像部分的光亮程度。它依賴于掃描感光點的大小。3、視頻信號的空間特性?

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Application37同步(Synchronization)假如視頻信號被用于調(diào)節(jié)陰極射線管電子束的亮度時,它能以和傳感器卻好一樣的方式被掃描。將重新產(chǎn)生原始圖像(顯示掃描的原始圖像),這

在家用電視機和視頻監(jiān)視器中能精確地進行。因此,電子信號被送到監(jiān)視器必須包含某些附加

的信息,以確保監(jiān)視器掃描與傳感器的掃描同步。這個信息被稱為同步信息。。掃描與同步特性?

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Application38（1）電視信號的空間特性6255762884/3768440

kb5254842424/3645310

kb105096067516/96007200001250100070016/97008700001125108054016/9600575000總線數(shù) 有效線數(shù) 縱向分辨率 縱橫比 水平分辨率 總象素PALiNTSCiHDTV(A)HDTV(E)HDTV(J)水平分辨率指能再現(xiàn)黑白相間的垂直線條的數(shù)目隔行掃描把一幀畫面分成兩場,主要目的是為了節(jié)省頻帶，降低行頻垂直分辨率（總線數(shù)）指一幀中的掃描線總數(shù)，有效線數(shù)指可見的掃描線數(shù)目，縱向分辨率指每一場中可見的掃描線數(shù)目?

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Application39（2）電視信號的彩色空間?

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Application40YUV空間(PAL)亮度分量Y=0.3*R+0.59*G+0.11*B色度分量U=(B-Y)*0.493色度分量V=(R-Y)*0.877YIQ空間(NTSC)亮度分量Y=0.3*R+0.59*G+0.11*B色度分量I=0.6*R-0.28*G-0.32*B色度分量Q=0.21*R-0.52*G+0.31*B(優(yōu)點：與黑白電視兼容；有利于壓縮信號帶寬)4.視頻信號的時間特性n

視頻信號的時間特性用視頻幀率（Video

frame

rate）來刻畫。n幀率越高,圖像的運動就越流暢,大于每秒15幀便可產(chǎn)生連續(xù)的運動圖象?

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Application41continuity

of

motion

(

>=15f/s)non

flicker

(

>=50c/s)(PAL制式:25

frames/s,

interlacedNTSC制式:30

frames/s,

interlaced)4.視頻信號的時間特性575625全屏光點總數(shù):575*(4/3)*575=440

kb

(P)484*(4/3)*484=310

kb

(N)信號最高頻率:440

k

*

25/2

=

5.5MHz(P)310

k

*

30/2

=

4.65MHz(N)?

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Application42行頻: 626x25=15.625kHz(P)

;

525x30=15.75kHz(N)電視信號的時間特性頻道總帶寬(MHz)視頻信號帶寬(MHz)掃描速率(Hz)NA

50iNA

59.94i59.94p

59.948.06.09.012.030.0100p

50i60i

NAPALiNTSCiHDTV(A)HDTV(E)HDTV(J)YR-Y

B-Y5.5

1.8

1.8

50i4.2

1.0

0.6

59.94i10.0

5.0

5.0

59.94p14.0

7.0

7.0

50p20.0

7.0

3.0

60i攝象機

HDTV

常規(guī)?

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Application435、視頻信號的傳輸-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.06MHz(NTSC)為便于電視信號遠距傳輸，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CVBS=Y+a*U*Sin(Wsc*t)+b*V*Cos(Wsc*t)(Wsc為副載波頻率)伴音信號與視頻信號也復(fù)合在一起傳輸亮度圖象載波色度色度副載波聲音載波音頻?

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Application445、視頻信號的傳輸(續(xù))彩色空間轉(zhuǎn)換(RGB=>YUV)顯示信號編碼信號復(fù)合RGB?

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Application45YUVCVBSV

Sync H

Sync復(fù)合視頻信號(VHS,用戶級)為保證視頻信號質(zhì)量，近距離時可用分量視頻信號傳 輸(R,G,B或Y,U,V)(Betacam，廣播級或?qū)I(yè)級)介于復(fù)合視頻信號與分量視頻信號之間的S-video (Y/C

video)信號，由亮度和復(fù)合的色度信號組成。復(fù)合彩電信號6、視頻信號的存儲?

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Application46n

錄象帶（模擬）n

照相膠片/數(shù)字相機（模擬、數(shù)字）n

LD光盤（模擬+數(shù)字）n

VCD光盤（數(shù)字）n

DVD光盤（數(shù)字）n

MP3、MP4

（數(shù)字）n

移動硬盤（數(shù)字）3.5.2

彩色電視制式?

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Application47目前世界上現(xiàn)行的彩色電視制式有三種：NTSC制、PAL制、

SECAM制它們都是兼容制制式。這里說的“兼容”有兩層意思：一是指黑白電視機能接收彩色電視廣播，顯示的是黑白圖像，另一層意思是彩色電視機能接收黑白電視廣播，顯示的也是黑白圖像，這叫逆兼容性。3.6

視頻的數(shù)字化為什么使用數(shù)字視頻？?

7

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29

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2020Multimedia

Technology

&

Application48易于操作處理質(zhì)量更好信息復(fù)制不會失真有利于傳輸有利于存儲可以與其它媒體組合使用可以生成標題信息（bits

about

bits）3.6

視頻的數(shù)字化3.6.1

視頻信息的獲取主要可分為兩種方式：①通過數(shù)字化設(shè)備如數(shù)碼攝象機、數(shù)碼照相機、數(shù)字光盤等獲得；②通過模擬視頻設(shè)備如攝像機、錄像機(VCR)等輸出的模擬信號再由視頻（采集）卡將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻存入計算機，以便計算機進行編輯、播放等各種操作。?

7

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Application49n

將分量視頻信號數(shù)字化n

例如，以亮度（Y）和色差（U，V）表示彩色畫面的三個分量：對Y、U、V三個分量分別進行采樣對Y、U、V三個分量分別進行量化（色差分量的采樣頻率和量化精度,與亮度分量的處理有所不同）?

7

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Application50什么是數(shù)字視頻？3.6

視頻的數(shù)字化?

7

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2020Multimedia

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&

Application51視頻卡的功能從多種視頻源中選擇一種輸入支持不同的電視制式同時處理電視畫面的伴音可在顯示器上監(jiān)看輸入的視頻信號,位置及大小可調(diào).可將VGA畫面內(nèi)容(graphics、text、image)與視頻迭加處理可隨時凍結(jié)(定格)一幅畫面,并按指定格式保存可連續(xù)地(實時地)壓縮與存儲視頻及其伴音信息,編碼格式可選可連續(xù)地(實時地)解壓縮并播放視頻及其伴音信息,輸出設(shè)備可選(VGA監(jiān)視器、電視機、錄相機等)3.6

視頻的數(shù)字化視頻卡的結(jié)構(gòu)videograbbervideobufferoverlayconversionTV

coderVGAgraphicsVGAVRAMMMCPUDSPCodecdiscPCI

bus?

7

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Application52videoRGB

monitorTV

set3.6

視頻的數(shù)字化?

7

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29

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&

Application533.6.2

視頻信息的數(shù)字化n

視頻圖象數(shù)字化通常有兩種方法。一種是復(fù)合編碼，它直接對復(fù)合視頻信號進 行采樣、編碼和傳輸；另一種是分量編碼，它先從復(fù)合彩色視頻信 號中分離出彩色分量，然后數(shù)字化?，F(xiàn)在接觸到的大多數(shù)數(shù)字視頻信號源都是復(fù)合的彩色全視頻信號如錄象帶、激光視盤、攝象機等。對這類信號的數(shù)字化，通常是先分離成ＹＵＶ或ＲＧＢ分量信號，然后用三個Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)別對它們數(shù)字化。3.6.2

視頻信息的數(shù)字化數(shù)字化過程：圖3.17?

7

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2020Multimedia

Technology

&

Application54①對復(fù)合視頻信號的分離（ＹＵＶ或ＲＧＢ分量信號）②分別濾波③Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器對它們轉(zhuǎn)換數(shù)字化④加以編碼。3.6.2

視頻信息的數(shù)字化數(shù)字化過程：簡圖前置慮波采樣量化PCM編碼模擬視頻信號Y,U,V(13.5MHz)(6.75MHz)(8

bits)數(shù)字視頻信息720

pel(可見部分)12

pel132

pel水平掃描線(64us)?

7

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2020Multimedia

Technology

&

Application55每行象素的數(shù)目:13.5MHz*64us

=

864

pel,有效象素=720(Y)6.75MHz*64us

=

432

pel,有效象素=360(U,V)3.6.3

視頻信號的采樣格式?

7

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Technology

&

Application56視頻信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?

7

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2020Multimedia

Technology

&

Application57*

視頻序列(SEQUENCE),可隨機存取，有特定語義畫面組(GOP)，可隨機存取，編輯處理單位畫面(Picture),主編碼單位片(Slice),傳輸中的重同步單位宏塊(Macro),運動補償單位塊(Block),

DCT單位視頻(復(fù)合)流?

7

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29

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Technology

&

Application58n視頻復(fù)合流由視頻流、音頻流及應(yīng)用數(shù)據(jù)流組成，每個基本流分成許多“分組”(PACKET)n

視頻復(fù)合流由若干PACK組成

n

每個PACK中包含若干個分組

n

每個分組的長度可變n每個分組中均含有解碼時間戳和表現(xiàn)時間戳，用于解決同步和實時問題。3.7

數(shù)字視頻標準?

7

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Technology

&

Application59國際無線電咨詢委員會CCIR(International

Radio

Consultative

Committee)就制定了彩圖像數(shù)字化標準，稱為CCIR

801標準，現(xiàn)改為ITU-R

BT.801標準。該標準規(guī)定了彩色電視圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像時使用的采樣頻率,RGB和YCbCr(或者寫成YCBCR)兩個彩色空間之間的

轉(zhuǎn)換關(guān)系等.彩色空間之間的轉(zhuǎn)換采樣頻率有效顯示分辨率關(guān)于標準化?

7

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2020Multimedia

Technology

&

Application60n

一個成功的標準必須滿足商業(yè)的要求并且不限制

革新和競爭,最好的辦法是只限定必要的性能指標,以此來確定基本功能以及重要的數(shù)據(jù)交換方法和

接口等。n

標準化就是國際化。n標準化工作的過程：研究，實驗，測試；競爭，篩選，優(yōu)化。標準是長期研究開發(fā)的成果，是工業(yè)界和科技界合作的成果。標準的分類:國際標準由國際標準化組織(ISO)、國際電工委員會(IEC) 和國際電信聯(lián)盟(ITU)制定。國家標準由各國國家標準委員會制定.如中國的GB,美國的 ANSI,德國的DIN和日本的JIS等。公共規(guī)范(Public

Specifications)或地區(qū)標準由多家公司 些地區(qū)性的聯(lián)合組織(Consortium)共同開發(fā)。如

期的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP標準等。企業(yè)(實用)標準(De-Facto

Standard)它由一家公司開發(fā), 市場接受,如MS

Win

95軟件標準。?

7

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Technology

&

Application61多媒體技術(shù)國際標準的分工?

7

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Technology

&

Application62涉及多媒體標準的國際組織是IEC、ISO和

ITU。(1)

ISO/IEC的聯(lián)合技術(shù)委員會JTC1的分委會(SC)SC17,

SC31

Data

Capture

and

Identification

SystemDocument

Processing文件處理與相關(guān)通信;SC18SC21SC11,SC23

Information

Interchange

Media（磁盤，光盤）SC6，SC25，SC256

Networking

&

InterconnectsSC24，SC29:

Multimedia

and

Representation標準制定過程工作組草案(WD)=>委員會草案(CD)=>國際標準草案(DIS)=>國際標準(IS)多媒體技術(shù)國際標準的分工(續(xù))?

7

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2020Multimedia

Technology

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Application63(2)

ISO/TC36TC42TC43電影攝影術(shù);攝影術(shù);聲學(xué);TC159人類工效學(xué)。(3)

ITU-R/SG10聲學(xué);SG11電視。多媒體技術(shù)國際標準的分工(續(xù))?

7

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2020Multimedia

Technology

&

Application64ITU-T/SG1視聽/多媒體服務(wù);SG8視聽遠距服務(wù)。DAVIC數(shù)字音頻視頻委員會。DVB已于1995年底完成"數(shù)字電視廣播規(guī)范"。優(yōu)先開展的標準化工作?

7

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2020Multimedia

Technology

&

Application65消費者子系統(tǒng)接口

包括消費者子系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)之間以及終端與其它用戶裝置之間的雙向接口,可以考慮以DAVIC參考模型作為基礎(chǔ)。用戶接口

包括對用戶提供服務(wù)的雙向接口,可以通過手動操作或與網(wǎng)絡(luò)通信來進行。安全、存取控制、拷貝管理多媒體節(jié)目

要有利于現(xiàn)有的和開發(fā)中的各種格式的用戶裝置的競爭, 而不加任何不合理的限制。3.7

數(shù)字視頻標準每行象素的數(shù)目:?

7

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2020Multimedia

Technology

&

Application6613.5MHz*64us

=

864

pel,有效象素=720(Y)6.75MHz*64us

=

432

pel,有效象素=360(U,V)(13.5MHz)(6.75MHz)幾種常用數(shù)字視頻的格式(PAL)(色差信號格式為4:2:2)名稱分辨率 量化精度

數(shù)碼率 應(yīng)用QCIFHDTV720x576x25(l)360x576x25(c)360x288x25(l)180x144x25(c)180x144x25(l)90x72x25(c)1280x720x608

124Mb/s 普通電視4+48

23Mb/S 視頻會議2+28

5.8Mb/S 電視電話2+28+8+8

885Mb/s

HDTVCCIR601(ITU-R

601)CIF?

7

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Technology

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Application673.8

視頻信息的壓縮編碼?

7

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2020Multimedia

Technology

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Application68概述1、為什么要壓縮數(shù)字音頻、視頻信息量大數(shù)據(jù)壓縮的可能性（原始的視頻圖像信息存在很大的冗余度等）2、圖像壓縮的方法有許多方法用于圖像壓縮,但它們可基本分為兩種類型:無損壓縮有損壓縮。3、圖像壓縮的目的、壓縮依據(jù)在于移走冗余信息,減少表示一個圖像所需的存貯量。壓縮編碼目的?

7

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29

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2020Multimedia

Technology

&

Application69n

信息是對事件和物體的抽象描述n數(shù)據(jù)是在確定了描述方法后對事件和物體的具體描述記錄（表示）n對同一信息,若使用的描述方法不同,則形成記錄的數(shù)據(jù)量可能完全不同n數(shù)據(jù)壓縮的目的,就是用盡可能少的數(shù)據(jù)來表達信息,從而節(jié)省傳輸和存儲的開銷。壓縮編碼的依據(jù)?

7

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2020Multimedia

Technology

&

Application70n

畫面內(nèi)部信息有很強的相關(guān)性n

相鄰畫面有高度的相容性n

運動可以估測（Motion

Estimation）n

人眼的視覺特性視頻壓縮編碼技術(shù)的分類（續(xù)）?

7

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2020Multimedia

Technology

&

Application71信源模型——編碼技術(shù)單個像素顏色——PCM編碼像素塊顏色——ADPCM，變換編碼像素塊顏色和運動——帶運動補償?shù)腄PCM/DCT混合 編碼、小波編碼視頻壓縮編碼技術(shù)的分類（續(xù)）信源模型——編碼技術(shù)?

7

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2020Multimedia

Technology

&

Application72運動的結(jié)構(gòu)——分形編碼、輪廓/紋理編碼圖像中每個物體的形狀、運動和顏色——分析/綜合編碼圖像中己知物體的形狀、運動和顏色——知識基編碼圖像中的行為單元——語義學(xué)編碼視頻壓縮編碼技術(shù)的評價準則：?

7

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2020Multimedia

Technology

&

Application73n

重建圖像的質(zhì)量n

編碼/解碼延時n

錯誤修復(fù)能力n

碼率n

算法復(fù)雜程度3.8

視頻信息的壓縮編碼?

7

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2020Multimedia

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&

Application743.8.2

常用的圖像壓縮方案JPEG(theJointPhotographicExpertsGroup)電視電話/會議電視P·84K位/秒

(CCITTH.28)標準運動圖像專家組MPEG-1標準運動圖像專家組MPEG-2及其他標準常用的還有MPEG-4、

MPEG-7和H.261運動圖像專家組MPEG(Moving

Picture

Expert

Group)?

7

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Application75n是ISO/IEC/JTC1/SC29下面的一個工作組WG11,成立于1988年。大約有100多家單位300名專家參加,分10個組進行工作。n

1993年8月和1994年11月公布的標準PEG-1和MPEG-2,在影視和多媒體計算機領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用,MPEG-4將于1998年公布。MPEG及其他壓縮方法?

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Technology

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Application76MPEG標準?

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Technology

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Application77n

MPEG-1標準

1993年8月公布。用于傳輸1.5Mbps數(shù)據(jù)傳輸率的數(shù)字存儲媒體運動圖像及其伴音的編碼。n

MPEG-2標準1994年11月公布。主要針對高清晰度電視(HDTV)所需要的視頻及伴音信號，典型傳輸速率為10Mbps，與MPEG-1兼容，適用于1.5Mbps～60Mbps甚至更高的編碼范圍。MPEG標準（續(xù)）?

7

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Technology

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Application78nMPEG-4標準專家組成立于1993年。該標準的目標為：支持多種多媒體應(yīng)用(主要側(cè)重于對多媒體信息內(nèi)容的訪問)，可根據(jù)應(yīng)用的不同要求現(xiàn)場配置解碼器。該標準將于1998年11月公布。n

MPEG-7標準是“多媒體內(nèi)容描述接口”

(Multimedia

Content

Description

Interface)。該標準將確定各種類型的多媒體信息標準的描述方法。該標準計劃于2000年11月公布。MPEG標準的意義?

7

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2020Multimedia

Technology

&

Application79n

MPEG支持JPEG和H.261等優(yōu)秀標準,在參加競爭

的14個方案的基礎(chǔ)上,通過反復(fù)協(xié)調(diào)而得到統(tǒng)一,從而成為先進、合理、質(zhì)量高、成本低的優(yōu)秀標準,為世界所公認。nMPEG促進了大規(guī)模集成電路專用芯片的發(fā)展,為多媒體技術(shù)、產(chǎn)品的繁榮立下了功勞。MPEG標準的應(yīng)用?

7

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2020Multimedia

Technology

&

Application80n以MPEG-1作為視音頻壓縮標準的VCD在我國已經(jīng)形成了龐大的市場n

以MPEG-2作為視音頻壓縮標準的數(shù)字衛(wèi)星電視接收機IRD已經(jīng)在歐美形成了很大市場，1993年下半年,美國高級電視聯(lián)盟(ATV

Grand

Alliance)和歐洲數(shù)字視頻廣播計劃(Digital

Video

BroadcastProject)先后決定將MPEG-2用于自己的高分辨率

電視(HDTV)廣播中;我國的研究成果與產(chǎn)品?

7

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2020Multimedia

Technology

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Application81n

VCD首先在中國開發(fā)和廣泛應(yīng)用。n

中科院聲學(xué)所在MPEG-1解碼設(shè)備的設(shè)計與產(chǎn)業(yè)化

方面做出了突出的貢獻。中科院計算所國家智能計算機研究開發(fā)中心完成的MPEG-2解碼設(shè)備已經(jīng)成功應(yīng)用到DVD和數(shù)字衛(wèi)星電視接收機等產(chǎn)品中。n四川鼎天公司設(shè)計的具有實時MPEG-1和MPEG-2解碼功能的多媒體計算機于早就已經(jīng)研制成功,并在當年美國秋季計算機展覽會上公開發(fā)布。我國的研究成果與產(chǎn)品?

7

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2020Multimedia

Technology

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Application82n

VCD首先在中國開發(fā)和廣泛應(yīng)用。n中科院聲學(xué)所在MPEG-1解碼設(shè)備的設(shè)計與產(chǎn)業(yè)化方面做出了突出的貢獻。n中科院計算所國家智能計算機研究開發(fā)中心完成的MPEG-2解碼設(shè)備已經(jīng)成功應(yīng)用到DVD和數(shù)字衛(wèi)星電視接收機等產(chǎn)品中。n

四川鼎天公司設(shè)計的具有實時MPEG-1和MPEG-2解碼功能的多媒體計算機于早就已經(jīng)研制成功,并在當年美國秋季計算機展覽會上公開發(fā)布。多媒體標準與信息基礎(chǔ)設(shè)施標準的關(guān)系?

7

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Technology

&

Application83n信息基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善,要求多媒體技術(shù)在節(jié)目供應(yīng)、服務(wù)供應(yīng)、網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)和用戶等各個環(huán)節(jié)上起作用。因此,多媒體標準必須考慮上述4個環(huán)節(jié)。n

1996年12月,在ISO/IEC/JTC1的年會上,信息基礎(chǔ)設(shè)施專題工作組(SWG-GII)提出的全球信息基礎(chǔ)設(shè)施標準化首次報告中,初步認定了100項標準專題項目,其中的機頂盒接口、人機接口要求和圖形存取等許多標準是以相應(yīng)的多媒體標準為基礎(chǔ)的。3.9

Windows

中的視頻播放軟件?

7

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2020Multimedia

Technology

&

Application84Microsoft

Windows

Media

Player（以下稱Media

Player）是Windows操作系統(tǒng)自帶的一種通用多媒體播放器。Media

Player的作用：可以用來播放CD、DVD和VCD，能從CD復(fù)制曲目，創(chuàng)建自己的音頻和數(shù)據(jù)CD，收聽電臺廣播，搜索和組織數(shù)字媒體文件及向便攜設(shè)備（如Pocket

PC和便攜式數(shù)字音頻播放機）復(fù)制文件。3.9

Windows

中的視頻播放軟件?

7

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2020Multimedia

Technology

&

Application853.9.1

Media

Player的運行Media

Player的運行步驟如下：單擊“開始”|“程序”|“附件”|“娛樂”|“WindowsMedia

Player”即可運行該軟件，軟件運行后，屏幕出現(xiàn)圖3.25的運行界面。3.9

Windows

中的視頻播放軟件3.9.1

Media

Player的運行快速訪問面板隱藏任務(wù)欄按鈕

播放控件區(qū)域?

7

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2020Multimedia

Technology

&

Application86正在播放區(qū)域播放信息區(qū)域3.9

Windows

中的視頻播放軟件3.9.2

Media

Player支持的媒體格式文件類型（格式）

文件擴展名音樂

CD

播放（CD

音頻）

.cda音頻交換文件格式

(AIFF)

.aif、.aifc

和

.aiffWindows

Media音/視頻文件Windows音頻和視頻文件.asf、.asx、.wax、.wm、.wma、.wmd、.wmp、.wmv、.wmx、wpl和.wvx.avi和.wavWindows

Media

Player外觀.wmz運動圖像專家組(MPEG).mpeg、.mpg、.m1v、.mp2、.mpa、.mpe、.mp2v*和.mpv2音樂器材數(shù)字接口(MIDI).mid、.midi和.rmiAU

(UNIX).au和.sndMP3.mp3和.m3uDVD視頻.vobMacromedia

Flash.swf?

7

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2020Multimedia

Technology

&

Application873.9

Windows

中的視頻播放軟件3.9.3利用Media

Player播放數(shù)字視頻?

7

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2020Multimedia

Technology

&

Application881、如何利用Media

Player觀看DVD操作步驟如下：在“播放”菜單上指向“DVD、VCD或CD音頻”，然后單擊包含

DVD的驅(qū)動器。在播放列表窗格中單擊適當?shù)腄VD標題或章節(jié)名。選擇要播放的視頻文件。3.9

Windows

中的視頻播放軟件3.9.3利用Media

Player播放數(shù)字視頻?

7

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29

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2020Multimedia

Technology

&

Application892、如何利用Media

Player觀看VCD操作步驟如下：運行Media

Player；將VCD插入CD-ROM驅(qū)動器中，VCD就會自動開始播放。若

Windows

Media

Player播放機正在播放其他內(nèi)容，可以使用“播放”菜單播放

VCD。3、如何利用Media

Player播放視頻