计算机数字视频及应用.ppt

数字视频及应用,5.4.1 数字视频基础 5.4.2 数字视频的压缩编码 5.4.3 数字视频的编辑 5.4.4 合成视频计算机动画 5.4.5 数字视频的应用,5.4.1 数字视频基础,彩色电视信号的发送与接收,彩色电视信号的发送与接收：,PAL制彩色电视信号的颜色不使用RGB表示，而是使用亮度信号Y和两个色度信号U、V来表示,为进行远距离传输必须进行调制,将Y、U、V信号转换成为R、G、B 信号，然后再进行显示,使用Y、U，V彩色空间的原因： 与黑白电视保持兼容 利用人的视觉特性来节省电视信号的带宽和发射功率,数字视频信号的获取,视频信号的数字化过程: 与图像、声音的数字化过程相仿，但更复杂一些,数字视频的获取设备： 视频采集卡（简称视频卡） 数字摄像头，通过光学镜头和CCD或CMOS采集动态图像，转换成数字信号并输入PC机 脱机获取设备：数码摄像机,视频捕获(采集)卡的功能,从多种视频源中选择一种作为视频输入; 支持不同的电视制式; 能同时处理图像信号的伴音; 可在显示器上监看输入的视频信号, 其位置及大小可调; 能将计算机生成的图像/图形/文本与视频图像迭加处理; 可随时冻结(定格)一幅画面,并按指定格式保存; 可 实时压缩与存储视频及其伴音信息; 可 实时解压缩并播放视频及其伴音信息,输出设备可选(VGA监视器、电视机、录相机等),视频卡、显卡与主机的关系,硬 盘,（主机）,视频信号数字化并存入硬盘,在屏幕上监看视频信号,计算机图形文字输出,在电脑上播放视频,在电视机上播放视频,数字摄像头,分辨率为352288 640480 速度一般在30fps（每秒30帧）左右 镜头的视角可达到45-60度 支持USB接口 或IEEE1394（火线）接口 成像器件采用CMOS或CCD,数码摄像机,提供480线以上的分辨率，清晰度高 自动对焦，自动曝光 使用MPEG-2进行压缩编码，然后记录在硬盘上 具有录音功能 数据量很大，采用USB接口或IEEE1394接口,5.4.2 数字视频的压缩编码,数字视频的压缩编码,视频数据压缩的必要性： 数字视频的数据量大得惊人，1分钟的数字电视图像未压缩时其数据量可超过1GB，对存储、传输和处理都有很大的困难 视频数据压缩的可能性： 视频信息的每个画面内部有很多信息冗余 相邻画面的内容有高度的连贯性 人眼的视觉灵敏度有限，允许画面有一定失真 结论： 数字视频的数据量可压缩几十倍甚至几百倍,数字视频的三类编码标准,ITU-T国际标准：H.261(Px64)标准、 H.263标准等 ISO/IEC 国际标准： MPEG-1标准， MPEG-2标准（等同于ITU-T H.262）， 用于低分辨率、低码率视频应用的MPEG-4 ASP， 代表当前技术水准的MPEG-4 AVC视频编码标准（等同于ITU-T H.264）,在HDTV、蓝光盘、XBOX、iPod、iPhone等众多领域得到推广应用。 公司标准：Intel公司的IndeoVideo，苹果公司在QuickTime中使用过的Cinepak， Real Network公司的RealVideo，微软公司的 WMV，Adobe公司Flash播放器中使用的VP6等,目前流行的数字视频编码标准,背景材料： 什么是MPEG-4 ASP和MPEG-4 AVC,MPEG-4是数字音视频压缩编码的国际标准 MPEG-4分成23个部分，其中part 2和part 10是视频编码 为了适应不同应用对视频图像大小和质量的不同要求，每种视频编码标准都分成若干level和profile： MPEG-4 Part 2 分成21个profile，ASP（Advanced Simple Profile）是其中之一，其技术特点是：画面分辨率较低，最低码率仅64kb/s左右，但画面质量好，复杂度中等 MPEG-4 Part 10又称为MPEG-4 AVC (Advanced Video Coding). 它是目前技术最先进的视频编码案，分成7个profile，可用于HDTV,资料: 编码标准与编/解码器(Codec),编码标准的具体实现称为编码器/解码器（Coder/Decoder，Codec） Codec可以是硬件，也可以是软件 同一种编码标准可以有许多不同的Codec产品，例如实现MPEG-4 ASP的Codec有 ： DivX (Digital Video Express) ，能以较少的数据和较高的质量对视频信息进行编/解码，在网络视频应用、MP4播放器和Xbox 360、Sony PlayStation 3游戏机中得到了较好应用 Xvid(自由软件)，功能与DivX相当，某些性能甚至还更好一些 Video Codec有很多种，它们实现的编码标准不同，性能和技术各有特色，用途也有差异，相互间通常不一定兼容,资料：Codec与文件格式,经过编码处理后的信息均以数据文件的形式进行存储和传输！ 视频数据通常总伴随有与之同步的音频数据（称为音像文件） 影音数据文件的格式往往设计成一种“容器”（container）形式，即： 文件中既有视频数据，也有音频数据，甚至还有文字(字幕)等其它信息 视频、音频或文字信息所采用的编码标准可以不止一种 举例： 微软公司的.AVI格式和.ASF格式文件（后者适合流媒体应用） 苹果公司的.MOV格式文件 Real Network公司的.RM格式和.RMVB格式文件（.RMVB格式是.RM的扩充，它采用MPEG-4 AVC的算法，增加了可变码率编码的功能，性能优于DivX和Xvid）,音像文件与播放器,播放器(Plaper)实际上就是一种解码器，但通常既可以解码多种类型的信息（音频、视频、图片、），还能解码多种不同类型的音像文件格式。 PC上使用的是软件播放器，一台计算机可以安装多个不同的播放器： 微软公司的“Microsoft Media Player”， 苹果公司的QuickTime Player和iTunes， Real公司的RealPlayer (简称RealOne 播放器) “全能”播放器：Storm Player（暴风影音）、The KMPlayer、绚彩魅影、变色龙万能播放器（PPStream）、豪杰超级解霸，等等 硬件播放器（便携式）： MP3播放器：以播放MP3格式的音频信息为主，也能收听广播、观看文本和图片，功能更强一些的还能播放视频信息 MP4播放器：以播放视频为主，国外叫做PVP（个人视频播放器）或PMP（便携式媒体播放器），LCD屏幕较大，价格较高,附：什么是MP4？,MP4播放器是一种能够播放视频的便携式设备，也叫做PVP（个人视频播放器）或PMP（便携式媒体播放器） 功能： 看录像（电影） 播放音乐 浏览文本和图片 甚至还可以上网 技术特点： 自带25英寸的LCD屏 存储容量达几十GB,5.4.3 数字视频的编辑,例：简单的视频编辑软件 Windows Movie Maker,由微软公司开发，在Windows XP平台上运行 功能： 通过摄像机、数字摄像头或其他视频源将音频和视频捕获到计算机中 打开已有的音频、视频或静止图片，对音频与视频内容进行编辑（包括添加片头、使用视频过渡或特技效果等） 将制作的视频保存到硬盘中，或刻录在CD或DVD光盘上，供“媒体播放器”进行播放,5.4.4 合成视频 计算机动画,什么是计算机动画？,计算机动画使用计算机生成一系列内容连续的画面供实时演播的一种技术，它是一种计算机合成的数字视频，而不是用摄像机拍摄的“自然视频” 上世纪九十年代开始，计算机动画技术应用于电影特技，如电影“侏罗纪公园”、 玩具总动员、泰坦尼克等，取得轰动效应 应用领域： 影视和广告领域：电影特技、动画片、电视广告制作等 教育和培训领域：辅助教学、驾驶员训练等 科技领域：科学计算可视化，复杂系统的动态模拟 军事领域：军事训练、作战模拟等 游戏,选讲： 计算机动画的制作过程,计算机动画制作包括：在计算机中建立景物的模型、描述它们的运动、生成一系列逼真的图像 三维计算机动画制作过程分以下几个阶段： （1）描述景物的形状与结构（建模） （2）确定景物的颜色和材质（纹理） （3）设置灯光和确定虚拟摄像机的位置 （4）描述场景中物体的运动和摄像机的移动 （5）绘制一系列的图像 （6）输出动画结果,例：三个简单动画,例1,例2,例3,例4,动画制作软件,著名的造型与动画制作的商品化软件: 加拿大Alias公司的Power animator 法国TDI公司的Explore 荷兰ElectroGIG公司的3DGO 加拿大Vertigo公司的Vertigo 美国Wavefront公司的Advanced Visualizer 美国SGI公司Alias和Wavefront 公司的MAYA 美国Autodesk公司Discreet公司的3ds max，Animator Studio,互联网动画：GIF和Flash,GIF动画(参见5.2节)： Adobe(Macromedia)公司的Flash动画 画面大小可任意调节，用户可控制播放过程 既可生成自动可执行文件(*.exe)，还可生成用 Flash 播放器播放的文件 (*.SWF)； 既可做成单独的动画，也可以嵌入网页文件 采用流式传输方式，可以边下载边进行播放 演示,5.4.5 数字视频的应用,VCD与DVD 可视电话与视频会议 数字电视 点播电视,什么是VCD, 什么是DVD ?,VideoCD（简称VCD）：按MPEG-1标准将60分钟的音频/视频节目记录在一张CD光盘上，图像质量为VHS (352240)，即家用录放像机的水平，可播放立体声 DVD-Video（简称为DVD影碟）：按MPEG-2标准将音频/视频节目记录在DVD光盘上，图像质量为广播级 (720576)，可播放5.1声道的环绕立体声，单面单层DVD（容量为4.7GB）光盘可记录120分钟以上的影视节目,VCD与DVD的比较,可视电话和视频会议,可视电话：通话双方能互相看见的一种电话系统 电话机具有摄像、显示、声音等功能，内置高质量CCD镜头及MODEM 视频会议：多人同时参与的一种音/视频通信系统 类似于可视电话，但多人参加通话，提供的功能也更加丰富 两种实施方式： 在电信局的数字通信网上进行 在互联网上进行，例如使用下列即时通信软件： 微软的MSN Messenger，腾迅的QQ，网易的POPO，新浪的UC等,什么是数字电视 ?,数字电视指的是:电视节目的制作（摄录、编辑）、处理、传输、接收播放全过程的数字化，特别是将电视信号进行数字化之后以数字形式进行传输和接收； 数字电视的范围： 高端全高清晰度电视(HDTV)，分辨率1920x1024 中端常规模拟电视的数字化（DTV），720x480 低端包括互联网上的IPTV等,数字电视的优点,(1) 频道利用率高 可传输的数字电视节目比传输模拟电视节目增加好几倍 (2) 抗干扰能力强 同等传输条件下的抗干扰能力优于模拟电视 (3) 图像清晰度高 用户接收到的图像质量能达到演播室水平 (4) 音响效果好 具有CD级音质效果，可支持5.1环绕立体声家庭影院 (5) 可开展基于TV的交互式数据业务 包括电视购物、电视银行、电视商务、电