视频素材(一)基础知识.doc

多媒体CAI课件设计与制作课教案01绪论、视频素材(一) 基础知识(2课时) 教学目标1、复习整理上学期学过的内容，浏览本学期学习的内容；2、了解数字视频的基础知识；了解数字视频素材的获取方法；3、学会数字视频素材的播放方法。教学重点与难点1、数字视频的基础知识；2、视频文件的获取；3、数字视频的播放。教学手段多媒体演示教学、研讨法和上机探索练习教学过程绪论：温故而知新第一部分：数字视频基础知识第二部分：数字视频文件的获取第三部分：数字视频文件的播放上机作业：1、什么是数字视频？数字视频文件主要有哪些格式？2、尝试通过网络搜寻自己需要的视频，观看并尝试下载到自己的电脑中；3、使用常用的数字视频播放软件播放数字视频，并学会对播放效果进行一些调节。绪论：温故而知新回目录温故才能更好的知新。学期开始第一次课，是承上启下的课，应该对前面学过的内容作一回顾，并对新学期的学习内容有一个大概的了解，这样才能“知彼知已，百战不殆！”一、重要概念回顾：1、多媒体（Multimedia）：泛指多种媒体的联合使用，现指一种把文字、图形、图象、视频图象、动画以及声音等运载信息的媒体结合在一起，并通过计算机进行综合处理和控制，将多媒体各个要素进行有机组合，并完成一系列随机性交互式操作的信息技术。2、课件（Courseware）：课件是一种辅助教学的软件。3、CAI：计算机辅助教学（Computer Assisted Instructing）。4、多媒体CAI课件：多媒体CAI课件是一种根据教学目标设计的，用多媒体表现特定的教学内容，并反映一定教学策略的计算机教学程序。它是一种可以用来储存、传递和处理各种多媒体教学信息，能让学生进行交互操作，对学生作出评价的教学媒体。设计和制作多媒体CAI课件就是根据教学内容和要求，进行教学设计，再根据设计将各种多媒体素材有机组织在一起。组织多媒体素材的软件不同，就形成了不同形式的多媒体课件。二、内容回顾：三、本学期教学内容：多媒体CAI课件设计与制作知识结构框图回目录多媒体课件设计与制作课件设计理论课件设计制作实践概述多媒体计算机教学设计多媒体素材硬件使用网络基础外部设备课件设计制作图形素材图象素材声音素材动画素材文本素材视频素材电子教案Powerpoint课件Authorware课件Flash课件网络课件其它形式课件几何画板课件第一部分：数字视频基础知识回目录说到视频，我们马上会联想到电影、电视录像、VCD、DVD等。视频Video的含义是：与电视特别是电视图像相联系的信号（Of or relating to television, especially televised images.）。视频是由一系列单独的图像组成的(一幅单独的图像称为一帧)，每秒钟在屏幕上播放若干图像，对于我们的视觉就会产生动态画面的感觉；若达到2430帧/秒(fps)，就会产生平滑和连续的画面效果。传统的视频设备如摄像机、录像机、电视机、VCD、DVD所涉及的视频信号叫模拟视频信号，现代视频设备如多媒体电脑、数字摄像机、数字电视机等涉及的视频信号是数字视频信号。一、基本概念：1、模拟视频信号：通过电子扫描连续地把每一幅图像转变为电信号。这种信号是连续的，可以记录到磁带上。通常录像带不只记录视频信号，还记录同步的音频信号（声音信号），两种信号的混合称为电视信号。电视信号的传送方式有：AV（音视频）和RF（射频）。电视信号的记录和混合方式标准不同，产生了电视制式的不同，常见的有：PAL和NTSC。2、数字视频信号：指用数字形式保存的视频信号。它用一串数字记录每一幅图像的情况。由于每秒要记录几十幅图像，而每一幅图像的数字化信息量又很大，因此数字视频信号的数据量是相当大的，为了存储、处理和传输这些数据，必须进行压缩。由于压缩方式的不同和在处理时往往同时加入数字音频信号，因此产生了不同格式的数字视频信号。3、流媒体：流媒体技术首先把活动影像和声音经过压缩处理后放在流媒体服务器上，用户通过网络调用时不下载整个文件，只将开始部分内容存入内存开始播放，其它的数据流将随时传送随时播放。（自来水的比喻）二、常用数字视频文件格式：.AVI：AVI即 Audio Video Interleaved，这是微软公司推出的视频格式文件，它应用广泛，基本上所有多媒体软件都支持。但由于其压缩量很小，因此文件体积很大。.MPG或.MPEG：它是活动图像专家组(Moving Picture Experts Group)的缩写。MPEG分为MPEG-1、MPEG-2两种数据压缩标准。目前的VCD和DVD即是分别采用MPEG-1、MPEG-2标准。MPG的压缩率比AVI高，画面质量与AVI相当。.DAT：VCD上的数字视频文件格式。.VOB：DVD上的数字视频文件格式。回目录流媒体：在流格式媒体出现之前，人们若想从网络上观看影片或收听音乐，必须先将影音档案下载至计算机储存后，才可以点选播放，不但浪费下载时间、硬盘空间，也无法满足消费者使用方便及确切的需要。 Streaming Media(流媒体)的发展，克服了这些不足。流媒体一般是指的是把连续的影像和声音信息经过压缩处理后放上网站服务器，让用户一边下载一边观看、收听，而不需要等整个压缩文件下载到自己机器后才可以观看的视频/音频传输、压缩技术。常用的流媒体技术有：1、RealMedia格式：有RealAudio(声音文件)、RealVideo(视频文件)和RealFlash(矢量动画)这三类文件。如RM、RA、rmvb等。2、QuickTime格式：这种音像品质最好。它由三个不同部分所组成：QuickTime Movie(电影)文件格式，QuickTime媒体抽象层、QuickTime内置媒体服务系统。扩展名为MOV。3、Windows Media格式：微软公司产品，包括WMV 、WMA、和ASF等格式。flv （flash video）：最新网络流行视频格式，其文件压缩率高，采用流式传输，非常适合网络传输。因此大多数视频网站中都采用这种格式。手机视频格式：常用的有3gp、mp4、avi等。第三部分：数字视频文件的播放回目录数字视频信号以文件的形式存放在电脑硬盘、光盘和其它存储器中。可以通过适当的播放器来播放这些数字视频文件。一、Windows Media Player（Windows自带）：Windows Media Player可以播放计算机中的数字视频文件和数字音频文件，可以播放CD、VCD、DVD等和 Internet 上的数字媒体文件。二、全功能播放软件：全功能播放软件在Windows Media Player基础上加上一种外壳程序，并加上各种数字媒体格式解码文件，使得这种播放器能支持几乎所有的数字媒体格式，如常用的音频格式wav/mp3/wma/mid/ape等和视频格式：avi/mpeg/wmv/asf/rm/mov/flv等；也可以直接播放VCD和DVD光盘，从而使其具有全功能播放器的美名。常见的有：暴风影音、风雷影音、快乐影音、完美解码、KMPlayer等。实例：暴风影音的使用。三、其它播放方法：能播放视频文件的播放器软件相当多，常用的还有：金山影霸、Winamp、东方影都、豪杰超级解霸等；另外许多多媒体制作软件和工具软件如Authorware、PowerPoint、Director、ACDsee、Wincmd等也支持一些格式的数字视频文件；许多网页浏览器也支持一些视频格式。第二部分：数字视频文件的获取回目录随着数字视频技术的发展和人们的需求，数字视频文件的来源渠道也非常广阔，常用的获取方法有：一、拍摄法：通过数字摄像机（DV）、数字摄像头、数码相机（DC）的摄像功能、手机的摄像功能等可直接将自然影像拍摄成数字视频文件，并通过转接线输入到电脑中；二、转换法：通过视频采集卡或电视卡等可以把传统模拟视频信号转换成数字视频信号并输入到电脑中；三、采集法：VCD、DVD光盘或多媒体光盘中的视频文件可以采集或拷贝到电脑中；四、网络下载法：包括数字视频文件直接下载和流媒体文件流式下载。实例1：视频的搜索实例2：视频的下载五、制作法：通过视频处理软件如Adobe公司的Premiere、AfterEffect；友立公司的会声会影、Videostudio、Cool3D；三维动画制作软件如3DSMAX、Softimage等制作和处理视频；也可把动画转换成视频信号，如把Flash动画文件、GIF动画转换成数字视频文件；也有一些专门软件可以将图片和声音等合成为具有过渡展示效果的视频文件，如上学期我们学过的MemoriesOnTV等。还可以截取屏幕动态过程，主要用于操作教程的制作。常用的软件有：屏幕录像专家、SnagIt、Camtasia Studio等。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 s13.5MHz2、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。根据动画和电视工程师协会SMPTE（Society of Motion Picture and Television Engineers）使用的时间码标准，其格式是：小时：分钟：秒：帧，或 hours：minutes：seconds：frames。 一段长度为00：02：31：15的视频片段的播放时间为2分钟31秒15帧，如果以每秒30帧的速率播放，则播放时间为2分钟31.5秒。根据电影、录像和电视工业中使用的帧率的不同，各有其对应的SMPTE标准。由于技术的原因NTSC制式实际使用的帧率是29.97fps而不是30fps，因此在时间码与实际播放时间之间有0.1%的误差。为了解决这个误差问题，设计出丢帧（drop-frame）格式，也即在播放时每分钟要丢2帧（实际上是有两帧不显示而不是从文件中删除），这样可以保证时间码与实际播放时间的一致。与丢帧格式对应的是不丢帧（nondrop-frame）格式，它忽略时间码与实际播放帧之间的误差。视频压缩的目标是在尽可能保证视觉效果的前提下减少视频数据率。视频压缩比一般指压缩后的数据量与压缩前的数据量之比。由于视频是连续的静态图像，因此其压缩编码算法与静态图像的压缩编码算法有某些共同之处，但是运动的视频还有其自身的特性，因此在压缩时还应考虑其运动特性才能达到高压缩的目标。在视频压缩中常需用到以下的一些基本概念：一、有损和无损压缩：在视频压缩中有损（Lossy）和无损（Lossless）的概念与静态图像中基本类似。无损压缩也即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。几乎所有高压缩的算法都采用有损压缩，这样才能达到低数据率的目标。丢失的数据率与压缩比有关，压缩比越小，丢失的数据越多，解压缩后的效果一般越差。此外，某些有损压缩算法采用多次重复压缩的方式，这样还会引起额外的数据丢失。 二、帧内和帧间压缩：帧内（Intraframe）压缩也称为空间压缩（Spatialcompression）。当压缩一帧图像时，仅考虑本帧的数据而不考虑相邻帧之间的冗余信息，这实际上与静态图像压缩类似。帧内一般采用有损压缩算法，由于帧内压缩时各个帧之间没有相互关系，所以压缩后的视频数据仍可以以帧为单位进行编辑。帧内压缩一般达不到很高的压缩。 采用帧间（Interframe）压缩是基于许多视频或动画的连续前后两帧具有很大的相关性，或者说前后两帧信息变化很小的特点。也即连续的视频其相邻帧之间具有冗余信息，根据这一特性，压缩相邻帧之间的冗余量就可以进一步提高压缩量，减小压缩比。帧间压缩也称为时间压缩（Temporalcompression），它通过比较时间轴上不同帧之间的数据进行压缩。帧间压缩一般是无损的。帧差值（Framedifferencing）算法是一种典型的时间压缩法，它通过比较本帧与相邻帧之间的差异，仅记录本帧与其相邻帧的差值，这样可以大大减少数据量。 三、对称和不对称编码：对称性（symmetric）是压缩编码的一个关键特征。对称意味着压缩和解压缩占用相同的计算处理能力和时间，对称算法适合于实时压缩和传送视频，如视频会议应用就以采用对称的压缩编码算法为好。而在电子出版和其它多媒体应用中，一般是把视频预先压缩处理好，尔后再播放，因此可以采用不对称（asymmetric）编码。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，也即以不同的速度进行压缩和解压缩。一般地说，压缩一段视频的时间比回放（解压缩）该视频的时间要多得多。例如，压缩一段三分钟的视频片断可能需要10多分钟的时间，而该片断实时回放时间只有三分钟。 目前有多种视频压缩编码方法，但其中最有代表性的是MPEG数字视频格式和AVI数字视频格式。 图像压缩技术简介动图压缩技术主要包括M-JPEG，MPEG-1、MPEG-2及MPEG-4。在视频通讯上，则有H.261及H.263，H.261用於LAN和Internet，H.263则用於PSTN。小波压缩主要用在静图的压缩.在同等条件下,如同样的压缩比和信噪比(压缩后的图象质量与源图相比)，则MPEG有优势。图像压缩技术一览表压缩标准 MPEG4 MPEG2 MPEG1 MJPEG特点 兼容前几种标准，采用更为优化的编码技术，基于场景描述和面向带宽设计 基于帧重建算法进行压缩和传输，动态监测图像变化，根据对象的空间及时间特征来调整压缩方法， 帧间加入预测帧 单独对一帧进行压缩,基本不考虑视频流中不同帧之间的变化优点 图像质量好; 可变带宽传输; 错误恢复能力强。 压缩比可调范围广，支持包括高速体育运动在内的活动图像 在实时压缩、每帧数据量和处理速度上优于MJPEG 图像质量好缺点 无现成算法，实现的技术难度大 压缩效率仍不理想、窄带网传输质量受限，对媒体的兼容能力有待提高 图像质量相当于VHS视频，不能满足广播级的要求；传输带宽有一定的要求。 实时性差，压缩效率低, 文件量巨大应用领域 固定和无线网络，交互AV服务以及远程传输 DVD, 广播级的数字电视, HDTV VCD, CD-ROM, VOD分辨率 768X576（PAL） 或720X480(NTSC) NTSC: 720X480 SIF标准分辨率(NTSC：352X240；PAL： 352X288)码流 多种带宽可调 分四级，3 -100Mbits/sec 最高1.5Mbits/sec图像质量 在各种码率下画质良好 极低码率下无法保证图像质量 基本无法进行窄带传输多路实时存储 多路实时存储，占用存储空间小 能实现多路实时存储，文件量大，消耗硬盘。 能实现多路实时存储，文件量大，消耗硬盘。 单路存储，丢帧切换联网要求 全带宽解决方案，支持PSTN，ISDN，DDN，局域网，广域网等 适用于局域网 适用于局域网 定制带宽，不支持联网。什么是算法？算法即信号编解码器(Codec) 压缩/解压缩的运算法则。也就是压缩与解压缩所使用的压缩标准。一般的编码包括将模拟视频信号转换到压缩视频文件（比如MPEG）或将模拟声音信号转变为数字化声音（比如RealAudio）。MPEG视频压缩算法采用了哪些技术？为满足高压缩比和随机访问两方面的要求，MPEG视频算法采用了预测和插补两种帧间编码技术。MPEG视频压缩算法中包含两种基本技术：一种是基于1616子块的运动补偿，用来减少帧序列的时域冗余；另一种是基于DCT的压缩，用于减少帧序列的空域冗余，在帧内压缩及帧间预测中均使用了DCT变换。什么是运动补偿？运动补偿是当前视频图像压缩技术中使用最普遍的方法之一。包括：1、 运动补偿预测视频的相邻帧间的运动部分具有连续性，即当前画面上的图像可以看成是前画某时刻画面上图像的位移，位移的幅度值和方向在画面各处可以不同。利用运动位移信息与前面某时刻的图像对当前画面图像进行预测的方法，称为前向预测。反之，根据某时刻的图与位移信息预测该时刻之前的图像，称为后向预测。MPEG的运动补偿将画面分成若干1616的子图像块（称为补偿单元或宏块），并根据一定的条件分别进行帧内预测、前后预测、后向预测及平均预测。2、 运动补偿插值以插补方法补偿运动信息是提高视频压缩比的最有效措施之一。在时域中插补运动补偿是一种多分辨率压缩技术。例如1/15秒或1/10秒时间隔选取参考子图，对时域较低分辨率子图进行编码，通过低分辨子图反映运动趋势的附加校正信息（运动夭量）进行插值，可得到满分辨率（帧率1/30秒）的视频信号。插值运动补偿也称为双向预测，因为它既利用了前面帧的信息又利用了后面帧的信息。什么是关键帧 (Key Frame)？在一些压缩方案中，有些帧被指定为关键帧。既然两帧之间的画面的大部分内容往往没有太大区别，就可以将后续帧和关键帧进行比较，而保存真正发生变化的部分。这样可以节省空间。什么是M-JPEG算法？Motion-JPEG（简称M-JPEG），它是针对活动图像而优化的JPEG压缩而称。而JPEG是针对一帧图像通过帧内的DCT(离散余弦变换)变换来对图像数据进行压缩，通过对电视数字信号（4:2:2数据）在帧内进行JPEG压缩，以减少电视数字信号数据量。因而，M-JPEG格式常常用于以帧为单位的电视编辑、特技制作等。而在监控系统等其它应用中, M-JPEG的主要问题是在一定的视频图像质量前提下,压缩比难以提高，占用的设备资源巨大，在实时压缩和传输方面难于实现。什么是CBR和VBR？VBR（Variable Bit-Rate，变比特率）：在给定目标码率要求下，码流可根据场景和线路条件变化，从而获得最优质量。通常用于视频流内容编码转换。CBR（Constant Bit-Rate，定比特率）：按给定比特率提供码流，通常用于实时或在带宽条件有限的情况下的视频应用。本文来自CSDN博客，转载请标明出处：/angleoldhen/archive/2009/04/30/4139371.aspx俺尽量说的通俗些：兼顾所有层次的网友，俺一直担心成为纯技术讨论，这样有些违背大众的意愿。其实在俺贴贴子之前，许多地方都有积极广泛的讨论了。所以俺也不准备多说纯技术的内容。HDCP (高速宽带内容保护)，是Intel用来保护基于Internet（英特网）的数字多媒体视频版权的一种技术。在电视、电影以及交互型（互动）网络形式大规模涌现之前，期望能将这个内容保护功能配置在所有数字显示器以及数字视频显示终端上。今后高清晰的片源越来越多，又都是数字的，极容易被复制、储存，又几乎不失真。因此没有HDCP版权保护这个技术，电影制作发行商等当然不干了，他们要求强制推行这个技术，否则 ￥！你在被人家生气/抵制后，还能得到更多的电影的片源（发行）吗？！视频源的设备生产厂商、以及视频显示终端的设备生产厂商，都要申请，经批准后配置这个DVI 发送端芯片以及接收端芯片。实际就是数字加扰解扰技术，使输出的高清晰的数字视频信号不能随意去接驳视频终端， 也不能随意非法复制、翻录。只有经过批准的，获得许可的显示终端设备（投影仪、监视器、数字电视机等），才可以正确接收，实际就是这些获得许可的显示终端设备接收端的芯片里，包含了 HDCP 的解扰算法技术。目前这些显示终端设备（投影仪、电视机等）只能即时播放，但不能存储记录，目前一切都在标准化进行中。以前早些时候，有些未含及DVI-D+HDCP 版权保护（硬件）技术的视频源设备，或者显示终端设备。只是DVI-D传输，这样在与DVI-D+HDCP的设备接驳时，会