第5章 多媒体视频信号的获取和处理

1、多媒体视频信号的获取与处理2022-2-92学习目标1了解模拟视频的基本知识。2理解视频的数字化及压缩原理。3熟悉MPEG视频标准。4熟悉各种常见数字视频的文件格式及特点。5掌握将模拟视频转换为数字视频的方法。6掌握使用数字摄像机采集视频的方法。7了解非线性编辑的基本知识及常用的非线性编辑软件特点和功能。8能够用某一视频编辑软件进行基本的视频编辑，将编辑好的数字视频制作为视频节目光盘。2022-2-93内容框架2022-2-945.1 视频一词源于电视技术，是与动画类似的一种运动图像，也是由一系列连续的画面组成，我们通常把采集于自然景物的动态影像称之为视频，而这一过程通常是借助摄像机来完成的。

2、 2022-2-955.1 视频5.1.1 视频的原理1.当物体反射回来的光线通过摄像机的透镜时，该光线被CCD（Charge-Coupled Device，电荷耦合器）传感器件转换为电信号。2.模拟摄像机的视频信号被传送到录像机（VCR，Video Cassette Recorder），录像系统采用电磁转换的方式将视频信号记录在磁带上。 3.在数字摄像机中，经CCD处理得到的视频信号首先被数字化成为一个单独的帧，然后这些数字数据被写入磁带。不同的数字摄像机采用的录制格式也不同，如DV、DVCPRO、DVCAM等。2022-2-965.1 视频5.1.1 视频的原理YUV色彩模型色彩模型 在现

3、代彩色电视系统中，通常采用YUV色彩模型。采用YUV色彩模型的要点是，色彩的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。如果只有Y信号分量而没有U、V分量，那么这样表示的图就是黑白灰度图。彩色电视采用YUV空间正是为了用亮度信号Y解决彩色电视机与黑白电视机的兼容问题，使黑白电视机也能接收彩色信号。2022-2-975.1 视频5.1.2 模拟电视制式TV制式制定与使用行/帧帧/秒颜色模型PAL德国1962年制定，德国、英国等一些西欧国家，以及中国、朝鲜等国家采用这种制式。62525YUVNTSC1952年美国国家电视标准委员会定义，美国、加拿大等大部分西半球国家，以及日本、韩国、菲律宾等国和中国台湾地

4、区采用这种制式。52530YIQSECAM由法国制定，法国、前苏联及东欧国家采用这种制式。世界上约有65个地区和国家试验这制式。62525YUV2022-2-985.1 视频5.1.3 模拟视频信号的类型RF射频输入输出接口S-Video输入输出端子复合视频接口分量信号接口2022-2-995.1 视频5.1.3 模拟视频信号的类型1RF射频信号（radio frequency） RF射频信号（radio frequency）是一种为了能在空中传播电视信号，而由视频全电视信号调制成的信号。电视机从天线或有线电视电缆接收到的就是射频信号。 2022-2-9105.1 视频5.1.3 模拟视频信号

5、的类型2复合视频信号（composite video signal） 包含亮度信号、色差信号和所有同步信号的单一信号叫做复合电视信号。复合电视信号是把亮度信号和色差信号复合在一起，使用一条信号电缆线传输，并可以记录在模拟磁带的单路磁迹上。复合视频信号接口（左）及连接电缆2022-2-9115.1 视频5.1.3 模拟视频信号的类型3S-Video信号 S-Video（Separated video）是一种两分量的视频信号，它把亮度和色度信号分成两路独立的模拟信号（称为Y/C信号），使用两条信号电缆线分别传输，并可以记录在模拟磁带的两路磁迹上。 S端子和S端子连接电缆2022-2-9125.1

6、视频5.1.3 模拟视频信号的类型4分量视频信号 分量视频信号（component video signal）指每个基色分量作为独立的电视信号。每个基色既可以用RGB表示，也可以用亮度-色差表示，如YIQ，YUV，它通过3路导线传输并记录在模拟磁带的3路磁迹上。 2022-2-9135.2 视频的数字化5.2.1 分量数字化 “分量数字化”（component digitization），表示对彩色空间的每一个分量进行数字化。通常的做法是首先把模拟的全彩色电视信号分离成YCbCr，YUV，YIQ或RGB彩色空间中的分量信号，然后用三个A/D转换器分别对它们数字化。2022-2-9145.2 视

7、频的数字化5.2.2 视频数字化的采样与量化1彩色空间的转换RGB彩色空间转换为YCbCr彩色空间可以通过以下公式转换： Y=0.299R+0.587G+ 0.114B Cr=(R-Y)0.713+ 128 Cb=(B-Y)0.564+ 1282022-2-9155.2 视频的数字化5.2.2 视频数字化的采样与量化2CCIR为NTSC制、PAL制和SECAM制规定了共同的电视图像采样频率fs=13.5MHz。根据采样频率，可以算出每一扫描行采样的样本点数：对PAL制、SECAM制，采样频率fs=62525N=15625N=13.5MHz，N=864；对NTSC制，请算出每一扫描行采样的样本点

8、数 2022-2-9165.2 视频的数字化5.2.2 视频数字化的采样与量化2CCIR为NTSC制、PAL制和SECAM制规定了共同的电视图像采样频率fs=13.5MHz。根据采样频率，可以算出每一扫描行采样的样本点数：对PAL制、SECAM制，采样频率fs=62525N=15625N=13.5MHz，N=864；对NTSC制，采样频率 fs=52529.97N=15734N=13.5MHz，N=8582022-2-9175.2 视频的数字化5.2.2 视频数字化的采样与量化3采样格式 对彩色电视图像进行采样时，可以采用两种采样方法。一种是使用相同的采样频率对图像的亮度信号和色差信号进行采样

9、，另一种是对亮度信号和色差信号分别采用不同的采用频率进行采样。如果对色差信号使用的采样频率比对亮度信号使用的采样频率低，这种采样就称为图像子采样(subsampling)。2022-2-9185.2 视频的数字化5.2.2 视频数字化的采样与量化3采样格式（1）4:4:4 YCbCr格式（2）4:2:2 YCbCr格式（3）4:1:1 YCbCr格式2022-2-9195.2 视频的数字化5.2.2 视频数字化的采样与量化4量化 CCIR061规定，每个分量的每个样本精度为8比特，即256个等级，但实际上亮度信号占220级、色度信号占225级，其他作同步、编码等控制用，这可以满足消费类和计算机

10、应用。对于编辑类应用，每个分量的每个样本的精度则要为10比特，即每个像素样本要30位。2022-2-9205.2 视频的数字化5.2.3 数字视频的压缩原理（1）帧内压缩 也称空间压缩（spatial compression），当压缩一帧视频时，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。 （2）帧间压缩 帧间压缩是基于许多视频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，也就是说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。 2022-2-9215.3 MPEG标准5.3.1 MPEG-1和M

11、PEG-2数字视频l MPEG-1 MPEG-1标准的正式名称为“信息技术用于数据速率大约高达1.5Mb/s的数字存储媒体的运动图像和伴音编码”（Information technology-Coding of moving picture and associated audio for digital storage media at up to about 1.5Mb/s），主要是针对当时具有1.5Mb/s数据传输率的CD-ROM开发的，其目标是要把目前广播视频信号压缩到能够记录在CD光盘上，并能够用单速光盘驱动器来播放，图像具有家用录像机VHS的质量和高保真的伴音效果。 2022-2-

12、9225.3 MPEG标准5.3.1 MPEG-1和MPEG-2数字视频2.MPEG-2 MPEG-2的标准名称为“信息技术-运动图像和伴音信息的通用编码（Information technologyGeneric coding of moving pictures and associated audio information）”，是1996年由MPEG组织推出的旨在解决多媒体传输问题的标准。MPEG-2是高分辨率视频图像的标准，针对分辨率为720484的广播级视频图像，它要达到的最基本目标是位速率为4-9Mb/s，最高达15Mb/s。除了作为DVD的指定标准外，还为广播，有线电视，电缆网

13、络以及卫星直播提供广播级的数字视频所采用的基本标准。 2022-2-9235.3 MPEG标准5.3.1 MPEG-1和MPEG-2数字视频 MPEG-1和MPEG-2的主要不同指标名称MPEG-1MPEG-2（基本型）标准化时间1992年1994年(DIS)主要应用CD-ROM上的数字视频，VCD数字TV，DVD空间分辨率CIF格式(1/4 TV)，288360像素TV，576720像素时间分辨率25 - 30 帧/秒50-60 场/秒位速率1.5 Mbit/s15 Mbit/s质量相当于VHS相当于NTSC/PAL电视压缩率20 3030 402022-2-9245.3 MPEG标准5.3

14、.2 MPEG-4多媒体交互标准 MPEG-4于1999年成为国际标准，标准名为Very-low bitrate audio-visual coding（超低速率视听编码），主要为视听（audio-visual）数据的编码和交互播放开发算法和工具，是一个数据速率很低（64kb/s以下）的多媒体通信标准。 2022-2-9255.4 视频文件的格式及播放5.4.1 视频文件格式1MPEG视频格式 MPEG-1标准文件 文件格式扩展名包括有.mpg、.mlv、.mpV、.mpeg，VCD光盘中MPEG视频文件的扩展名为.dat。 MPEG-2标准的视频文件文件格式扩展名包括.mpg、.mpe、.m

15、peg、.m2v及DVD光盘上的.vob文件等。 MPEG4标准的视频文件DivX格式是由MPEG4衍生出的另一种视频编码(压缩)标准，即通常所说的DVDrip格式。2022-2-9265.4 视频文件的格式及播放5.4.1 视频文件格式2AVI视频格式 AVI（Audio Video Interleave）是一种音频视频交插记录的数字视频文件格式。是PC系统中使用最为广泛的视频文件格式，同QUICKTIME和MPEG并称为电脑的三大主流视频技术。 AVI文件可以采用不压缩的方式，在采集原始模拟视频时可以用不压缩方式获得最优质的图像，以便编辑后再压缩。 AVI格式还有一个特点就是具有开放性，它

16、可以采用不同的压缩算法，也就是说，同样是以AVI为后缀的视频文件，其采用的压缩算法可能也不同，因此需要相应的解压缩软件才能识别和回放。 2022-2-9275.4 视频文件的格式及播放5.4.1 视频文件格式3MOV视频格式 Apple公司的Macintosh机上的视频格式，MOV为后缀，相应的视频应用软件为Apples QuickTime for Macintosh。同时Apple公司也推出了适用于PC机的视频应用软件Apples QuickTime for Windows，因此在MPC机上也可以播放MOV视频文件。 MOV也可以作为一种流文件格式。QuickTime能够通过Internet

17、提供实时的数字化信息流、工作流与文件回放功能，为了适应这一网络多媒体应用，QuickTime为多种流行的浏览器软件提供了相应的QuickTime Viewer插件（Plugin），能够在浏览器中实现多媒体数据的实时回放。2022-2-9285.4 视频文件的格式及播放5.4.1 视频文件格式4Real Media视频格式 Real Media是目前互联网上最流行的跨平台的客户/服务器的多媒体应用标准，此格式由RealNetwork公司开创，采用流式技术，可以让浏览者一边下载一边观看，而不需要等到整个多媒体文件下载完成，很适合网络的发布。 Real Media包括了rm、.ra、.rp、.rt等

18、文件格式，分别用于制作不同类型的流媒体文件。其中使用最广的Ra用以传输接近CD音质的音频数据，RM格式用来传输连续的视频数据。2022-2-9295.4 视频文件的格式及播放5.4.1 视频文件格式5ASF格式 Microsoft公司推出的ASF（Advanced Streaming Format，高级流格式)，是为了和Real Networks公司竞争而发展的一种在Internet上实时传播视频和音频的视频压缩文件格式。 采用MPEG-4压缩方式，音频采用WMA压缩格式，可以直接使用Windows自带的Windows Media Player对其进行播放。 2022-2-9305.4 视频文

19、件的格式及播放5.4.2 视频格式文件的播放 1.Windows Media Player Windows Media Player是微软公司开发的媒体播放软件，Windwows 系统自带的媒体播放器。2.RealPlay RealPlayer是RealNetworks公司的产品，支持播放多种在线媒体视频，界面如图所示。除了支持自身公司的rm、rmvb等格式外，还支持包括Flash、FLV格式以及MOV格式等等，并且在播放过程中能够录制视频。 2022-2-9315.4 视频文件的格式及播放5.4.2 视频格式文件的播放3.QuickTime Player QuickTime Player是苹

20、果电脑公司所设计的数字媒体制作播放平台。它适用于Mac OS X平台和PC平台。QuickTime 视频文件播放程序支持多种数字视频文件，包括：MiniDV、DVCPro、 DVCam、AVI、AVR、MPEG-1、OpenDML以及Macromedia Flash等。并且可以收听/收看网络播放，支持HTTP、RTP和RTSP标准。4. 暴风影音 暴风影音无疑是目前国内最流行，使用人数最多的一款媒体播放器。它可以说是一款全能媒体播放器，对各流行的影音文件和流媒体的全面支持，并且软件完全免费。 2022-2-9325.4 常见的视频文件格式5.4.3 视频格式文件的相互转换 1.超级白金转换秀

21、超级白金转换秀是国内首个集成CD抓规、音频转换、视频转换、音视频混合转换、音视频切割/驳接转换于一体的优秀影音转换工具。 2022-2-9335.4 常见的视频文件格式5.4.3 视频格式文件的相互转换 2.WinAVI Video Converter WinAVI Video Converter是一个专业的视频编、解码软件。界面非常漂亮，简单易用。该软件支持包括AVI、MPEG1/2/4、VCD/SVCD/DVD、DivX、XVid、ASF、WMV、RM在内的几乎所有视频文件格式。支持VCD/SVCD/DVD刻录。支持AVI-DVD、AVI-VCD、AVI-MPEG、AVI-MPG、AVI-

22、WMV、DVD-AVI及视频到AVI/WMV/RM的转换。2022-2-9345.4 常见的视频文件格式5.4.3 视频格式文件的相互转换 3. WisMencoder WisMencoder 是一个免费的视频压缩、转换软件。它能够把多种视频格式，包括av、mpg、rmvb、wmv、mp4、mov、dat等格式以最快的速度和最高的质量转换为AVI格式。 2022-2-9355.5数字视频的采集 视频采集（video capture）是将来自电视机、录像机、VCD机、数字摄像机等设备输出视频信号导入计算机的过程，其主要方式有： 通过视频采集卡将模拟视频转换为数字视频，并按数字视频文件的格式保存下

23、来，模拟视频可能来至于磁带录像机、摄像机及电视信号等； 直接利用数字摄像机拍摄而获取数字视频。 计算机中制作的动画文件也可以转换为视频文件格式，通过抓图软件对计算机屏幕画面进行动态采集也可以获得数字视频。2022-2-9365.5数字视频的采集 5.5.1 采集模拟视频1视频采集卡视频采集卡2022-2-9375.5数字视频的采集 5.5.1 采集模拟视频2采集过程 安装视频采集卡硬件和软件驱动； 准备视频源，如录像机、摄像机、电视信号等，并通过连接线把视频源外设的视频输出端口与视频采集卡相应的视频输入端口相连，音频输入与MPC的声卡的音频输入相连； 准备好MPC系统环境，如硬盘优化、关闭其他

24、进程等； 启动采集程序，预览采集信号，设置采集参数，如采集文件的格式、采集文件的路径等； 启动信号源，开始进行采集； 预览采集的数据，如果丢帧严重可以修改采集参数或进一步优化环境，采集效果满意后再开始正式采集。2022-2-9385.5数字视频的采集 5.5.1 采集模拟视频Windows XP自带的视频编辑软件Movie Maker2022-2-9395.5数字视频的采集 5.5.2 利用数字摄像机直接拍摄 数码摄像机拍摄的视频信号是数字信号，所以可以直接将把视频内容传递到计算机中。其采集的过程就是把数字摄像机拍摄的内容传输到计算机，这需要MPC上配有IEEE 1394接口。 1394接口卡

25、和1394电缆2022-2-9405.6 数字视频的后期处理5.6.1非线性编辑1什么是线性编辑 线性编辑，是一种磁带的编辑方式，它利用电子手段，根据节目内容的要求将素材连接成新的连续画面的技术。通常使用组合编辑将素材顺序编辑成新的连续画面，然后再以插入编辑的方式对某一段进行同样长度的替换。但要想删除、缩短、加长中间的某一段就不可能了，除非将那一段以后的画面抹去重录，这是模拟时代视频编辑的方式。 2022-2-9415.6 数字视频的后期处理5.6.1非线性编辑2什么是非线性编辑 数字视频的编辑称为非线性编辑（Nonlinear Editing，简称NLE），它需要依靠非线性编辑系统完成。传统

26、的线性编辑是录像机通过机械运动使磁头将25f/s的视频信号顺序记录在磁带上，在编辑时也必须顺序寻找所需要的视频画面。而数字技术发展起来之后出现了专用的非线性编辑机，非线性编辑采用硬盘作为存储介质来记录数字化的视音频信号，由于硬盘可以满足1/25s内任意一帧画面的随机读取和存储，从而实现视音频编辑的非线性。2022-2-9425.6 数字视频的后期处理5.6.1 非线性编辑3. 非线性编辑的基本过程 数字视频的非线性编辑，即对视频及音频素材进行随机快捷地存取、修改，改变视频素材的时间顺序、长短并合成新的剪辑。编辑过程就是： 把视频片段、字幕或者图像按照需要的次序放到视频轨道上； 在场景之间添加过

27、渡（Transition）效果让不同镜头之间过渡自然，并在场景上使用滤镜以调整图像质量和效果等； 音频轨道则可以直接使用视频片段原有的声音，也可以配音、添加背景音乐和各种音效； 预演、修改满意后，利用编辑程序合并文件、转场、特效和覆叠的信息，并生成新的视频文件。 生成的视频文件可以根据不同的需要，输出如VCD、DVD以及录像带存储的不同形式的成品。2022-2-9435.6 数字视频的后期处理5.6.2 常用的视频编辑软件1Adobe Premiere 2022-2-9445.6 数字视频的后期处理5.6.2 常用的视频编辑软件2Ulead视频编辑软件 Media Studio Pro 会声会

28、影 2022-2-9455.6 数字视频的后期处理5.6.3 制作视频节目光盘1VCD和DVDVCD上的目录结构和文件的主要含义: CDDA:以轨的格式存放在光盘上的CD-DA音轨。 Cdi:CD-i应用程序以及使用CD-I播放机时所要用到的数据。 Karaoke:Karaoke光盘要用到的语言及文字数据。 Mpegav:以轨的格式存在光盘上的MPEG视频。 Segment:其他非轨格式存在光盘上的MPEG文件。 Vcd:在VCD及CD-I播放机上都必须用到的数据。2022-2-9465.6 数字视频的后期处理5.6.3 制作视频节目光盘1VCD和DVD 在标准确的DVD视频光盘中一般会有“AUDIO-T