数字视频技术基础40页PPT

目前视频压缩编码方法有多种，其中最有 代表性的是MPEG数字视频格式和AVI数字视频格 式。各种压缩编码算法可用软件、硬件或软硬 件结合的方法来实现。
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多媒体技术基础及应用
§3
数字视频的特点
➢ 数字视频可以无失真地进行无限次拷贝，
而模拟视频信号每转录一次，就会有一次误
差积累，产生信号失真。
➢ 模拟视频长时间存放后视频质量会降低，
能将计算机上的视频信号发送到电视机上输
出的视频转换卡、能将录像机、摄像机等视
频源产生的模拟信号进行数字化和编辑处理、
存储回放的视频采集卡、目前已经不太使用
了电影卡或叫电影解压缩卡或视频解压卡、
能接收电视信号，并在计算机上播放的电视
卡或电视接收卡。
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多媒体技术基础及应用
§3.2 视频信号获取技术
视频采集卡——功能
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多媒体技术基础及应用
§3
MPEG标准
MPEG-1：数字电视标准，1992年正式发布。 MPEG-2：数字电视标准。 MPEG-3：已于1992年7月合并到高清晰度电视(HighDefinition TV，HDTV)工作组。 MPEG-4：多媒体应用标准(1999年发布)。 MPEG-5：直至目前还没有见到定义。 MPEG-6：直至目前月还没有见到定义。 MPEG-7：多媒体内容描述接口标准(正在研究)。
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多媒体技术基础及应用
VGA输出
视频采集卡
S-Video 输入
VGA输入 连接口
VGA输出
VGA显卡卡
连接口
S-Video输出
§3
显示 器
录象机
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多媒体技术基础及应用
§3
软件安装

服务器
辑系统
作如选材、合成和编辑都
是以综合方式完成的 ）
1.3 数字视频基础
• 1.3.1 视频的基础知识 • 1.3.2 视频压缩编码的基本概念 • 1.3.3 常见数字视频格式 • 1.3.4 视频格式转换工具软件 • 1.3.5 数字视频素材的获取
1.3.1 视频的基础知识
• （1）模拟视频和数字视频 • （2）视频的制式 • （3）数字视频的生成
图1-4 演播控制室
图1-5 演播室摄像机
1.1.3 电视节目制作人员的组成和职责
• 1. 导演 • 2. 摄像 • 3. 录像 • 4. 场记 • 5. 美工 • 6. 灯光 • 7. 编辑 • 8. 录音 • 9. 解说
1.2 基于多媒体的数字视频制作
• 同样包括“前期制作”和“后期制作”两个阶 段。其各个制作阶段的工作任务与电视节目制 作基本相似。
1.3.2 视频压缩编码的基本概念
• 1. 有损和无损压缩 • 无损压缩指压缩前和解压缩后的数据完全一致。多数的无损压缩
都采用RLE行程编码算法。 • 有损压缩意味着解压缩后的数据与压缩前的数据不一致。在压缩
的过程中要丢失一些人眼和人耳所不敏感的图像或音频信息，而 且丢失的信息不可恢复。
• 2. 帧内和帧间压缩
• 3. 对称和不对称编码
• 对称性是压缩编码的一个关键特征。
• 对称（symmetric）意味着压缩和解压缩占用相同的计算处理能力 和时间。
• 不对称或非对称意味着压缩时需要花费大量的处理能力和时间， 而解压缩时则能较好地实时回放，即以不同的速度进行压缩和解 压缩。
1.3.3 常见数字视频格式
图1-1 便携式摄像设备
1.1.2 电视节目制作的方式

▪1. 创建一个新项目
▪2. 导入和管理素材
▪3. 编辑素材
▪4. 添加视频转场
▪5. 添加视频特效
▪6. 制作运动视频
▪7. 添加字幕
▪8. 预演影片效果
▪9. 输出电影
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数字视频设计与制作技术
1. 创建一个新项目
清华大学出版社
▪（1）启动Adobe Premiere Pro，此时出现如 图7-2所示的项目窗口选项。
▪ 在项目窗口中导入素材的方法很简单，主要有下面几种：
▪ （1）选择菜单命令“文件”︱“导入”（快捷键为 Ctrl+I）；
▪ （2）在项目窗口中的空白处双击鼠标左键；
▪ （3）在项目窗口中的空白处单击鼠标右键，在弹出的菜 单中选取“导入”命令。
▪ 采用以上三种方法都会弹出“输入”对话框（如图7-4所 示），选择所需的文件后单击“打开”按钮即可。
数字视频设计与制作技术
清华大学出版社
第7章 编辑软件Adobe Premire Pro
教学目标 教学重点 教学过程
数字视频设计与制作技术
教学目标
清华大学出版社
▪了解Premiere Pro的系统配置要求 ▪了解Premiere Pro的工作界面 ▪掌握使用Premiere Pro进行编辑的基本流 程
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数字视频设计与制作技术
7.1.1 Premiere Pro的系统配置要求
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▪Premiere Pro对硬件配置的基本要求如下： ▪Windows XP Professional和Home Edition With SP1操作系统 ▪CPU：Intel PentiumIII 800MHz ▪256M RAM ▪至少800MB可用硬盘空间 ▪CD-ROM光盘驱动器 ▪1024×768像素、32位彩色视频适配器 ▪Microsoft DirectX兼容的声卡 ▪专用大容量7200PRM硬盘或磁盘陈列

数字视频原理及标准
1．动态图形与图像的视觉原理
人眼具有“视觉暂留”的时间特性，人眼对光像 的主观亮度感觉与光像对人眼作用的时间并不同 步,主观感觉亮度是逐渐下降的, 如图所示:
图像 亮度 视觉 亮度 t
t △t 图1-2 动态图像之间在视觉亮度上的时间重叠特性曲线
视觉暂留一般时间较短暂(约0.1s~0.4s)。
2、图形图像的色彩模式

常见的色彩模式有： HSB（色相、饱和度、亮度）； RGB（红色、绿色、蓝色）； CMYK（青色、洋红、黄色、黑色）； LAB（由亮度L分量和两个色度分量：A从绿色 到红色，B从蓝色到黄色）； YUV与YIQ模式。
（其中HSB （不常用）， RGB三色光混合，用于显示器， CMYK以打印在纸上的油墨的光线吸收特性为基础。）
第四章 数字视频基础
1、图形、图像的像素

像素是数字图形与图像中能被单独处理的最小基本单元。 注：从像素的视觉属性看，它是一个最小可视单位。从像素的量值属性
看，它的数据结构应同时包含有显示地址、色彩、亮度等数据，这些数据 就称为像素值。如果把每个像素值按照图像中该像素所对应的位置排列， 就可以构成一个像素矩阵，矩阵中的每一个元素对应图像中的一个点。因 此数字图形与图像的非线性编辑正是对这个像素矩阵的数据采用一定的算 法进行有目的的处理。
彩色。
32位：同24位颜色深度一样，也是用三个8位通道分别表 示RGB三种颜色，剩余的8位用来表示图像的其他属性。

Alpha通道 使用32位颜色深度时，用一个8位来表示图 像的透明度信息，这个8位通道称为Alpha通 道。
Alpha通道分为两种类型：Straight和 Premultiplied通道。 Straight Alpha通道将像素的透明度信息 保存在独立的Alpha通道中，它也被称为 不带遮罩的Alpha通道。 Premultiplied Alpha通道不但保存Alpha 通道中的透明度信息，而且同时保存RGB 通道中的相同信息，因而它也被称为带有 背景色遮罩的Alpha通道。

5-23
多媒体 视频技术
5.3 数字摄像头与视频卡
⑶颜色深度 24位、30位 ⑷捕获速度 采用最大分辨率的流畅度。 25-30f/s(＜出现延迟或跳帧) ⑸接口方式 USB接口、并口(淘汰产品) (品牌：朗视、创新、罗技等)
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多媒体 视频技术
5.3 数字摄像头与视频卡
3.摄像头的使用
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特点：①AVI采用帧内压缩，可用一般的
视频编辑软件进行编辑。
②提供无硬件视频回
放，其窗口大小和帧率可
根据播放环境调整。
5-10
多媒体 视频技术5Βιβλιοθήκη 1 数字视频基础2.MOV文件
MOV(Movie digital video)文件是 Apple公司在其Macintosh机推出的视频文 件格式，其相应的视频应用软件QuickTime。
多媒体 视频技术
5.3 数字摄像头与视频卡
2.摄像头的性能指标 ⑴摄像传感器件 CCD-电荷耦合器件(高端技术元件) 特点：成像好、灵敏度高、抗震性强 CMOS-互补金属氧化半导体(低端市场) 特点：成本低、反应快、功耗低 ⑵像素分辨率 10万像素→352*288 30-100万像素→640*480以上
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多媒体 视频技术
5.2 运动图像压缩标准
二、MPEG标准概述
MPEG(Moving Picture Experts Group, 运动图像专家组)是在1988年由ISO/IEC联合 成立的工作组，其主要任务是制订各种运动图 像及其伴音信号的数字压缩国际标准。
1.MPEG-1标准
MPEG-1是92年通过的用于1.5Mbps速率 的数字存储媒体运动图像及伴音编码标准。
“轮流传送彩色与存储”(1966年，法国)

4.模拟电视系统
模拟电视系统标准 复合视频信号
1.3.4数字视频
1.模拟视频信号数字化 2.数字视频信号 3.数字视频的特点及应用 4.ITU-T BT.601数字视频标准
1.4多维随机信号分析
1.4.1多维信号与系统 1.二维数字视频系统模型
3.线性系统
叠加原理 齐次原理
4.线性移不变系统
2.标量量化
• 目前，最常用的是均方误差量化器，其量化 误差为：
3.均匀量化
4.最佳量化
• 在两化过程中，使量化误差最小的量化器称 为最小量化器。
• 最佳量化的判决电平和量化电平为
5.适量量化
基本原理 失真测度 LGB 算 法 SOM 算 法 初始码书 码矢搜索
1.6数字视频质量评价
2） 理想取样
3）取样频率选取
2.二维取样
• 1）二维取样定理
定理
2）取样函数
3)二维取样
3.取样失真
1)混叠失真 2)孔径失真 3)其他噪声
1.5.3 图像量化
• 1.概述
• 量化用途：一是将模拟信号转化为数字信号， 以便进行数字处理和传输；二是用于数据压 缩。
• 量化器的功能是按照一定的量化规则对取样 信号的幅度值近似表示，是量化器输出的幅 度值的大小为优先个数。
• 视频质量的含义包括逼真度和可懂度。
1.6.1 视频图像主观评价
• 通过人给定条件下观察视频图像，对视频图 像的优劣作主管评定，然后对评分进行统计 平均所得出的评价结果。
1.6.2 视频图像客观评价
1.7 视频模型
• 视频信号是从动态的三维景物投影到视频摄 象机图象平面上的一个二维图象序列。即视 频是一个三维信号，具有两个空间维（水平 和垂直所构成的图象平面）和一个时间维。

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运动视频分析系统
Logoபைடு நூலகம்
运动视频分析系统
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图像与视频安全
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1.视频简介
§1.1 模拟视频与数字视频
视频（Video）最初是在电视系统中提出的； 20世纪20年代后期，俄裔美国物理学家、现代电视之父弗
拉迪米尔·兹沃尔金为代表的光电管及阴极射线管为核心技 术的全电子电视系统问世后，才有真正意义上的视频，即 黑白视频； 在不考虑电视调制发射和接收等诸多环节，仅考虑和研究 电视基带信号的摄取、改善、传输、记录、编辑、显示的 技术就叫做“视频技术”； 主要应用于广播电视的摄录编系统、安全及监控、视频通 信和视频会议、远程教育及视听教学、影像医学、影音娱 乐和电子广告等行业和领域。
下面以计算机广泛采用的数字化技术，即flashA/D变换器来具体看一 下数字化工作情况：
将图像分成栅状，每个小格子代表像素， 且位置确定。Flash变换器对每个像素 取样，量化、编码后，将这些数据存储 到存储器中。
计算机技术中，一个字节可以表示 0~255范围内的值，但作为视频信号幅 度，只能在0~100 IRE单位之间。
▪ 量化电平越细，失真程度越低，数字化后的比特率越 高。反之，相反。
▪ 一般来说，二进制方式，其量化比特为8的话，其量化 电平数为28，即256个量化电平。
▪ ITU-601标准规定，演播室用量化位数为10bit，用于 传输的量化位数为8bit
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§1.1.3 数字视频
❖ 编码
▪ 按照一定的规律，将时间和幅度上离散信号用对应的 二进制或多进制代码表示。
➢ 扫描行数（扫描分辨率）越多，电视清晰度越高
分类：
– 隔行扫描： – 逐行扫描：简单、可靠、图像清晰，但要求传输通

▪ 根据镜头的焦距不同，有标准镜头、长焦距镜头和短焦 距镜头。
▪ 根据摄像机镜头的运动方式不同，有推镜头、拉镜头、 摇镜头、移镜头、跟镜头和升降镜头等。
▪ 根据镜头的时间长短不同，有长镜头和短镜头。
▪ 根据表现方法不同，有主观镜头和客观镜头。
▪ 还有只拍自然景物的“空镜头”。
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数字视频设计与制作技术
▪3.1.7 长镜头与短镜头
▪3.1.8 主观镜头与客观镜头
▪3.1.9 空镜头
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数字视频设计与制作技术
3.1.1 镜头的类别
▪ 根据视觉距离的不同，有不同景别的镜头：远景、全景、 中景、近景、特写等。
▪ 根据拍摄角度的不同，有平拍、仰拍、俯拍和倾斜的镜 头。
▪ 根据拍摄方位的不同，有正面、侧面和背面的镜头。
▪4. 倾斜镜头属于非常规镜头，它打破了横向和纵 向的水平线，以不完整的、歪斜的结构形式完成 画面构图；主要功能在于表意，而且这种表意呈 现出的是风格化的特征；首要的作用是表现人物 特殊的心态：迷乱、破灭、失衡、畸变等等，其 次还用于表现人物病态的情况。
图3-3 大全景
图3-4 全景

3. 中景
▪取景范围比全景小， 表现人物膝部以上的 活动。它使用较多， 因为它不远不近位置 适中，非常适合观众 的视觉距离，使观众 既能看到环境，又能 看到人的活动和人物 之间的交流，如图3-5 所示。
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图3-5 中景
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数字视频设计与制作技术
▪3. 俯拍镜头摄像机的位置处于人的水平视线之上； 使画面中地平线上升至画面上端，或从上端出画， 使地平面上的景物平展开来，有利于表现地平面 景物的层次、数量、地理位置以及盛大的场面， 给人以深远辽阔的感；具有如实交待环境位置、 数量分布、远近距离的特点，画面往往严谨、实 在；人物显得被动、软弱，常用来表达对人物的 批判、否定和鄙视。

视频采集卡不但能把视频图像以不同的视 频窗口大小显示在计算机的显示器上，而且还能 提供许多特殊效果，如冻结、淡出、旋转、镜像 等。
2. 视频采集卡的工作原理
视频采集卡的结构如下图所示。
多通道 A/D 视频信号 D/A 视频输入 转换 帧存储器 转换
显示 输出
视频采集控制器 计算机主机
3. 视频采集卡的安装
常用视频文件的格式
1. AVI AVI格式的支持将视频和音频信号混合交错 地存储在一起。 2. MOV MOV文件原是QuickTime for Windows的专 用文件格式，也使用有损压缩方法。 3. MPEG MPG文件是使用MPEG方法进行压缩的全运动 视频图像 4. FLIC文件
视频采集卡
图所示。
Video 1 Video 2 S-Video输入
录像机 摄像机 影碟机
(2). 软件安装 视频卡在硬件安装完成之后，开机
Windows 就会自动地显示找到一个新设备，支 持即插即用的采集卡可使用安装向导安装驱动程 序。驱动程序安装完毕后再安装视频捕捉应用软 件。
4.4 Adobe Premiere概述
B
3 0,G B;180,G B
4.1.2 模拟视频标准
目前国际上流行的视频制式标准分别为 NTSC制式、PAL制式和SECAM制式。
美国、日本、中国台湾等地区使用NTSC制 式。
中国及欧洲大多数地区使用PAL制式，PAL 制式规定：每秒25帧，每帧水平扫描线为625条 水平分辨率为240-400个像素点，采用隔行扫描 方式，场频(垂直扫描频率)为50Hz，行频(水平 扫描频率)为15625Hz。
3. 色彩空间的转换
(1). RGB与YUV和YIQ之间的转换 彩色摄像机最初得到的是经过y校正的RGB