第二章___数字视频采样之二(数字视频基础)

数字视频基础知识数字视频是现代社会中广泛应用的一种媒体形式。

它以数字信号为基础，通过图像编码、传输和解码等技术，实现对视频图像的采集、处理和展示。

数字视频的应用领域涉及电视、电影、广告、网络视频等众多领域。

本文将介绍数字视频的基础知识，包括视频编码、视频格式、视频分辨率和帧率等方面。

一、视频编码数字视频的编码技术是将连续的视频图像序列转化为数字信号的过程。

常见的视频编码标准有MPEG-2、H.264、H.265等。

这些编码标准通过对图像进行压缩，实现了视频数据的高效传输和存储。

视频编码的核心原理是空间和时间的冗余性去除，即通过图像的相似性和相邻帧之间的相关性，减少视频数据的冗余程度。

二、视频格式视频格式是指数码视频文件的存储和传输格式。

常见的视频格式包括AVI、MOV、MP4、MKV等。

这些格式不仅包含视频数据，还可以携带音频数据、字幕等相关信息。

不同的视频格式适用于不同的应用场景，选择合适的视频格式可以提高视频的传输和播放效果。

三、视频分辨率视频分辨率是指视频图像的大小和清晰度程度，通常以像素为单位来表示。

常见的视频分辨率有1080p、720p、480p等。

数字视频的分辨率决定了图像的细节和清晰度，高分辨率的视频图像能够更真实地还原真实场景，但也需要更大的存储和传输带宽。

四、帧率帧率是指视频中每秒显示的图像帧数。

常见的帧率有24fps、30fps、60fps等。

帧率的选择直接影响到视频图像的流畅度和感官效果。

较低的帧率可能导致视频卡顿和画面不连贯，而较高的帧率则能够呈现出更加细腻和流畅的动态效果。

五、视频编解码器视频编解码器是视频编码和解码的工具软件或硬件。

常见的视频编解码器有X264、X265、FFmpeg等。

视频编解码器的作用是将视频数据进行压缩编码和解码还原，实现视频文件的传输和播放。

六、数字视频的应用数字视频在现代社会中有着广泛的应用。

电视、电影、广告等传统媒体领域，数字视频成为了主流媒体形式。

第三章数字视频基础知识3.1 视频的基础知识在人类接受的信息中，有70%来自视觉，其中视频是最直观、最具体、信息量最丰富的。

我们在日常生活中看到的电视、电影、VCD、DVD以及用摄像机、手机等拍摄的活动图像等都属于视频的范畴。

摄影机是指用胶片拍摄电影的机器，摄像机是用磁带、光盘、硬盘等作为界质记录活动影像的机器，广泛用于电视节目制作、家庭及其他各个方面。

摄影机使用胶片和机械装置记录活动影像，所采用的是光学和化学记录方式，摄象机是采用电子记录方式。

1 视频的定义⏹视频(Video)就其本质而言，是内容随时间变化的一组动态图像(25或30帧/秒)，所以视频又叫作运动图像或活动图像。

⏹一帧就是一幅静态画面，快速连续地显示帧，便能形运动的图像，每秒钟显示帧数越多，即帧频越高，所显示的动作就会越流畅。

『视觉暂留现象』⏹人眼在观察景物时，光信号传人大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留现象”。

☐具体应用是电影的拍摄和放映。

☐根据实验人们发现要想看到连续不闪烁的画面，帧与帧之间的时间间隔最少要达到是二十四分之一秒。

⏹视频信号具有以下特点：☐内容随时间而变化☐有与画面动作同步的声音(伴音)⏹图像与视频是两个既有联系又有区别的概念：静止的图片称为图像(Image)，运动的图像称为视频(Video)。

⏹图像与视频两者的信源方式不同，图像的输入靠扫描仪、数字照相机等设备；视频的输入是电视接收机、摄象机、录象机、影碟机以及可以输出连续图像信号的设备。

2.视频的分类⏹按照处理方式的不同，视频分为模拟视频和数字视频。

⏹模拟视频（Analog Video）☐模拟视频是用于传输图像和声音的随时间连续变化的电信号。

早期视频的记录、存储和传输都采用模拟方式，如在电视上所见到的视频图像是以一种模拟电信号的形式来记录的，并依靠模拟调幅的手段在空间传播，再用盒式磁带录像机将其作为模拟信号存放在磁带上。

1. CCIR 601号建议CCIR：Consultative Committee of International Radio（国际无线电咨询委员会）CCIR是国际无线电咨询委员会的简称。

成立于1927年，是国际电信联盟（ITU）的常设机构之一。

主要职责是研究无线电通信和技术业务问题，并对这类问题通过建议书。

从1993年3月1日起，与国际频率登记委员会（IFRB）合并，成为现今国际电信联盟（ITU）无线电通信部门，简称ITU-R。

在1982年2月国际无线电咨询委员会(CCIR)第15次全会上，通过了601号建议，确定以分量编码为基础, 即以亮度分量Y、和两个色差分量R-Y、B-Y为基础进行编码,作为电视演播室数字编码的国际标准。

该标准规定:1) 不管是PAL制，还是NTSC制电视,Y、R-Y、B-Y三分量的抽样频率分别为13.5MHz、6.75MHz、6.75MHz。

2) 抽样后采用线性量化，每个样点的量化比特数用于演播室为10bit, 用于传输为8bit。

3) Y、R-Y、B-Y三分量样点之间比例为4:2:2。

在1983年9月召开的国际无线电咨询委员会(CCIR)中期会议上，又作了三点补充：1) 明确规定编码信号是经过γ预校正的Y、R-Y、B-Y信号；2) 相应于量化级0和255的码字专用于同步，1到254的量化级用于视频信号；3) 进一步明确了模拟与数字行的对应关系，并规定从数字有效行末尾至基准时间样点的间隔，对525行、60场／秒制式来说为16个样点；对625行、50场/秒制式则为12 个样点。

不论625行／50场或525行／60场，其数字有效行的亮度样点数都是720，色差信号的样点数均是360，这是为了便于制式转换。

若亮度样点数被2除，就得到色差信号的数据。

601号建议单独规定了电视演播室的编码标准。

它对彩色电视信号的编码方式、取样频率、取样结构都作了明确的规定。

它规定彩色电视信号采用分量编码。

[图文]数字视频基础知识简介一、数字视频的采样格式及数字化标准模拟视频的数字化包括不少技术问题，如电视信号具有不同的制式而且采用复合的YUV信号方式，而计算机工作在RGB空间；电视机是隔行扫描，计算机显示器大多逐行扫描；电视图像的分辨率与显示器的分辨率也不尽相同等等。

因此，模拟视频的数字化主要包括色彩空间的转换、光栅扫描的转换以及分辨率的统一。

模拟视频一般采用分量数字化方式，先把复合视频信号中的亮度和色度分离，得到YUV或YIQ分量，然后用三个模／数转换器对三个分量分别进行数字化，最后再转换成RGB空间。

（一）、数字视频的采样格式根据电视信号的特征，亮度信号的带宽是色度信号带宽的两倍。

因此其数字化时可采用幅色采样法，即对信号的色差分量的采样率低于对亮度分量的采样率。

用Y：U：V来表示YUV三分量的采样比例，则数字视频的采样格式分别有4：1：1、4：2：2和4：4：4三种。

电视图像既是空间的函数，也是时间的函数，而且又是隔行扫描式，所以其采样方式比扫描仪扫描图像的方式要复杂得多。

分量采样时采到的是隔行样本点，要把隔行样本组合成逐行样本，然后进行样本点的量化，YUV到RGB色彩空间的转换等等，最后才能得到数字视频数据。

（二）、数字视频标准为了在PAL、NTSC和 SECAM电视制式之间确定共同的数字化参数，国家无线电咨询委员会（CCIR）制定了广播级质量的数字电视编码标准，称为CCIR 601标准。

在该标准中，对采样频率、采样结构、色彩空间转换等都作了严格的规定，主要有：1、采样频率为f s＝13.5MHz2、分辨率与帧率3、根据f s的采样率，在不同的采样格式下计算出数字视频的数据量：这种未压缩的数字视频数据量对于目前的计算机和网络来说无论是存储或传输都是不现实的，因此在多媒体中应用数字视频的关键问题是数字视频的压缩技术。

（三）、视频序列的SMPTE表示单位通常用时间码来识别和记录视频数据流中的每一帧，从一段视频的起始帧到终止帧，其间的每一帧都有一个唯一的时间码地址。

第一章数字媒体技术概论一、填空题1、对于媒体的含义，可以从_______和________两个范畴理解。

(传递信息的载体、存储信息的实体）2、国际电信联盟定义了五种媒体，它们分别是_______、_______、_______、_______和________。

(感觉媒体，表示媒体,显示媒体，存储媒体，传输媒体)3、计算机记录和传播的信息媒体的一个共同的重要特点就是信息的最小单元是_______.(比特）4、数字媒体的特点有_______、_______、_______、_______和________.（数字化,交互性，趣味性，集成性，技术与艺术的融合）5、数字媒体概念第二章数字音频技术基础一、单项选择1、声音的数字化过程不包括（）。

AA．解码B．采样C．编码D．量化2、下列文件格式属于音频格式的是（).BA．ASF B．W A V C．MOV D．RMVB3、下列采集的波形声音质量最好的是( )。

BA．单声道、16位量化、22.05kHz采样频率B．双声道、16位量化、44.1kHz采样频率C．单声道、8位量化、22.05kHz采样频率D．双声道、8位量化、44.1kHz采样频率4、下列软件不是音频专业处理软件的是（）。

CA．Cool Edit B．Adobe Audition C．Auto CAD D．Vegas Audio5、以下的采样频率中，（）是目前声卡所支持的.DA．100kHz B．20kHz C．22。

5kHz D．48kHz6、在PC中播放音频文件必须安装下列( ）设备。

CA．网络适配卡器B．视频卡C．声卡D．光驱7、模拟音频处理设备不包括（）。

DA．音箱B．话筒C．模拟调音台D．声卡二、填空题2、按照声音的来源及作用，可分为______、_______和________。

（人声、乐音、响音)3、人耳可感受声音频率的范围为20—20000Hz。

声音高于20000Hz为_______,低于20Hz为_______.（超声波、次声波）4、话筒的主要功能就是________。

数字视频基础知识3——YCbCr采样格式llj1985数字视频基础知识3——YCbCr采样格式1.YUV与YCbCr的区别YUV色彩模型来源于RGB模型，该模型的特点是将亮度和色度分离开，从而适合于图像处理领域。

应用：basic color model used in analogue color TV broadcasting。

YCbCr模型来源于YUV模型。

YCbCr is a scaled and offset version of the YUV color space。

应用：数字视频，ITU-R BT.601 recommendation。

通过上面的比较可以确定，我们在h.264,mpeg等编码标准中用的YUV其实是YCbCr，大家不要被名称搞混淆了。

2.YCbCr主要的采样格式人类的视觉系统（HVS）对色度的敏感程度低于亮度，所以，色度频道的采样率可比Y频道低，同时不会明显降低视觉质量，从而达到了压缩的目的。

主要的采样格式有YCbCr 4:4:4、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:2:0和YCbCr 4:1:1。

MPEG-4和H.264支持前三种采样格式，YCbCr 4:2:2用于高质量的彩色视频中；应用最广泛的是YCbCr 4:2:0，比如视频会议、数字电视、DVD等，用与PAL制式；YCbCr 4:1:1则多用于后者用于NTSC制的DV数据中。

（1） YUV 4:4:4 24bit/pixelYUV三个信道的抽样率相同，因此在生成的图像里，每个象素的三个分量信息完整（每个分量通常8比特），经过8比特量化之后，未经压缩的每个像素占用3个字节。

下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]存放的码流为: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3（2） YUV 4:2:2 16bit/pixel每个色差信道的抽样率是亮度信道的一半，所以水平方向的色度抽样率只是4:4:4的一半。

第2章数字视频信号的获取与数字摄像机数字电视系统中，信源部分产生数字声像信号，通过对声像信号的处理、传送等过程，实现数字电视的接收。

电视信号的摄取是数字电视完整体系的基础之一，也是声像得以高质量恢复的关键。

2.1 数字视频概述2.1.1视频与模拟视频1．视频视频简单地说就是活动图像。

电影也是活动图像，电影把大量静止图像记录在胶片上，一张一张地连续显示出来，就成了我们看到的电影。

对于电视视频，每秒钟包含几十帧静止图像，每一帧静止图像由几百个行组成，每一行又由几百个像素点组成。

1秒钟包含的图像帧数为帧频，1秒钟包含的总行数为行频，1秒钟包含的总像素数实际上就是相当于视频带宽。

2．模拟视频（1）黑白视频信号我国的黑白视频信号帧频为25 Hz，就是说每秒显示25幅图像，之所以规定为25 Hz，而不是其它的某个值，主要是因为两个原因。

一个与人的视觉生理特点有关，当图像的刷新速度达到5帧/秒的时候，人开始感觉图像是活动的，而达到24帧/秒的时候，人感觉图像是完全连续和流畅的（电影所使用的帧频就是24 Hz），所以视频信号帧频应大于等于24 Hz。

理论上来说帧频越高越好，但是帧频越高，对电路的要求也越高，技术越复杂，成本也越高（现在有的电脑彩显帧频已达到200Hz）。

另一个原因是因为我国的电网频率是50Hz，当采用25 Hz帧频时，隔行扫描时的场频为50 Hz，正好与电网同频，这样，电源对图像的干扰是固定的，人眼不容易感觉出来。

“场频”，电视在显示图像的时候，把一帧分成了两场来显示，一个场由帧中的奇数行组成，叫做奇场，另一个场由帧中的偶数行组成，叫做偶场。

之所以要这样做，主要是因为在CRT显像管上一秒钟显示25帧图像时，人眼感觉到连续性还是不太好，而且还有明显的闪烁，一帧分成两场后，场频为50 Hz，图像更加连续。

当然还与电路设计有关。

我国的黑白视频信号规定每帧图像共625行，每场为312.5行，行频15625 Hz，视频带宽6MHz。

［图文］数字视频基础知识简介一、数字视频的采样格式及数字化标准模拟视频的数字化包括不少技术问题，如电视信号具有不同的制式而且采用复合的YUV信号方式，而计算机工作在RGB空间；电视机是隔行扫描，计算机显示器人多逐行扫描；电视图像的分辨率与显示器的分辨率也不尽相同等等。

因此,模拟视频的数字化主要包括色彩空间的转换、光栅扫描的转换以及分辨率的统一。

模拟视频一•般采用分量数字化方式，先把复合视频信号中的亮度和色度分离，得到'TV或YIQ 分量，然后用三个模/数转换器对三个分量分别进行数字化，最后再转换成RGB空间。

（一）、数字视频的采样格式根据电视信号的特征，亮度信号的带宽是色度信号带宽的两倍。

因此其数字化时可采用幅色采样法，即对信号的色差分量的采样率低于对亮度分量的采样率。

用Y： U： V来表示YUV三分量的采样比例,则数字视频的采样格式分别有4： 1： 1、4： 2： 2和4： 4： 4三种。

电视图像既是空间的函数，也是时间的函数，而且又是隔行扫描式，所以其采样方式比扫描仪扫描图像的方式要复杂得多。

分量采样时采到的是隔行样本点，耍把隔行样本组合成逐行样本,然后进行样本点的量化，YUV到RGB色彩空间的转换等等，最后才能得到数字视频数据。

（二）、数字视频标准为了在PAL、NTSC和SECAM电视制式之间确定共同的数字化参数，国家无线电咨询委员会（CCIR）制定了广播级质量的数字电视编码标准，称为CCIR 601标准。

在该标准中，对采样频率、采样结构、色彩空间转换等都作了严格的规定，主要有：1、采样频率为f < 5=13. 5MIIz2、分辨率与帧率电视制式分辨率帧率NTSC 640X480 30PAL、 SECAM 768X576 253、根据f s的采样率，在不同的采样格式下计算出数字视频的数据量: 釆样格式（Y： U： V）数据量（Mbyte / s）4： 2： 2 274： 4： 440这种未压缩的数字视频数据量对于日前的计算机和网络來说无论是存储或传输都是不现实的，因此在多媒体中应用数字视频的关键问题是数字视频的压缩技术。

5 、视频压缩（1 ）数据压缩：是将一个文件的数据容量减小，而又基本保持原来文件的内容。

（2 ）数据压缩的依据空间冗余：如图像中有许多颜色相同或相近的连续像素组成的区域，像素间具有强相关性. 时间冗余：序列图像中，相邻帧间有强相关性。

视觉冗余：图像的某些信息超出人眼的接受力。

结构冗余：图像存在明显分布状态知识冗余：有些图像的结构可由先验知识或背景知识得到。

（3 ）数据压缩的类型无损压缩：解压后的数据可以完全复原。

一般利用数据之间的相关性，将相同或相似的数据特征归类，以减少数据量。

如基于空间冗余或时间冗余。

有损压缩：解压后的数据不能完全复原。

一般利用人的视觉和听觉的特性，针对性地简化不重要的信息，以减少数据。

如基于视觉冗余。

（5 ）视频压缩视频压缩：指以尽可能少的比特数代表视频中所包含信息的技术。

数字视频的来源利用计算机生成，如3Dmax 、PR 利用数码摄像机进行拍摄并获取通过视频采集卡把模拟视频转换为数字视频模拟视频的数字化：采样：每秒采多少幅画面，每幅画面采多少个点量化：编码压缩：采用一定格式记录数据、压缩回放时：解压缩－还原多媒体数据的压缩、解压缩过程：多媒体－压缩－存储－传输－解压缩－还原思考：模拟音频数字化的过程？采样：每秒采多少个点采样频率量化：编码压缩：采用一定格式记录数据、压缩回放时：解压缩－还原（6 ）常见的视频压缩方式mpg 文件压缩方式:（MPEG ：moving picture experts group ）MPEG-1 标准(1991) MPEG-2 标准(1993) MPEG-4 多媒体交互新标准：MP4 (1999) MPEG-1 与MPEG-2 标准推出后，工作组试图推出MPEG-3 标准以支持数字电视的应用。

但发现MPEG-2 已能很好地胜任这一工作，于是取消了MPEG-3 。

MP3 就是一种音频压缩技术，由于这种压缩方式的全称叫MPEG Audio Layer3 ，所以人们把它简称为MP3 。