同方 第5章5.4 数字视频及应用

1、5.4 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 RGBRGBYUV 复合 调制摄像机 话筒发射天线RGBYUV分路解调接收天线RGB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

2、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(8-10 bits)滤波取样量化编码数字视频信息模拟视频信号VUYUVY 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器件采集动态图像，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

3、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、显卡与主机的关系视频捕获器视频缓冲器叠加/转换器TV编码器图形控制器显示存储器内存CPUDSP处理器PCI总线视频信号显示器TV机硬盘硬 盘（视频卡和显示卡）（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最高分辨率为640480，一般都是352288，速度一般在30fps（每秒30帧）以下，镜头的视角可达到45-60度, 支持USB接口 或IEEE1394（火线）接口。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MPE

4、G-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可能性：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约为1G字节，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 数字视频压缩编码的国际标准名 称图像格式压缩后的码率主要应用MPEG-1360288大约1.2 Mb/s 1.5Mb/s适用于VCD、数码相机、数字摄像

5、机等H.261360288 或180144Px64 kb/s (P=1、2时，只支持180144格式，P6时，可支持360288格式)应用于视频通信，如可视电话、会议电视等MPEG-2 (MPML)7205765 Mb/s 15Mb/s用途最广, 如DVD、卫星电视直播、数字有线电视等MPEG-2高清格式144011521920115280 Mb/s 100Mb/s高清晰度电视（HDTV）领域MPEG-4(H. 26L)多种不同的视频格式与MPEG-1，MPEG-2相当，但最低可达到64kb/s适合于交互式和移动多媒体应用，包括虚拟现实、远程教学、手机、MP4播放器等数字视频的常用文件格式.m

6、peg（.mpg，.dat）使用MPEG编码的电影文件.mp2MPEG-2 编码的电影文件.mp4MPEG-4 编码的电影文件.avi （.navi）微软公司的视频剪辑文件 .wmv微软公司的流式视频文件.asf微软公司的流式视频文件.rm(RealAudio)RealNetworks的流式视频文件.mov (.qt)苹果公司的流式视频文件 DivX格式MPEG-4 v3 改进后的一种格式，在MP4播放器上使用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

7、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

8、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）输出动画结果动画制作软件著名的商品化的造型与动画制作软件: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Wavef

9、ront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FlashGIF动画(参见5.2节)：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,

10、 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）：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VCDDVD视频压缩编码标准MPEG-1 video，图像分辨率为352240（家用电视质量）MPEG-2 video，图像分辨率为720480（广播级电视图像质量）音频

11、压缩编码标准MPEG-1 audio，层2，支持双声道立体声MPEG-2audio或杜比AC-3,支持5.1声道的三维环绕立体声光盘存储容量650MB左右有多种不同规格。单面单层DVD容量为4.7GB，单面双层为8.5GB播放时间1小时左右单面单层DVD光盘可播放2小时左右其他功能较少支持多种辅助功能，如多种文字字幕，多种语言声音，多种视角，多种宽高比等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

12、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：高端高清晰度电视(HDTV)，分辨率1920 x1024中端常规模拟电视的数字化（DTV）低端包括互联网上的IPTV等 节目制作信号处理广播传输接收播放 1 2 3 4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

13、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、电视游戏、点播电视等业务 数字电视的传播途径 数字视频节目制作视频服务器光盘制作地面无线(DVB-T)卫星(DVB-S)数字CATV(DVB-C)Internet(IPTV)VCDDVD解码器电视机PC机什么是点播电视(VOD) ？VOD（点播电视）指用户可以自己选择观看需要的电视节目，改变了电视台播什么用户只能看什么的电视收看模式 VOD的分类（按响应方式）：True VOD：点播要求随时都会得到响应Near VOD：点播要求只能在特定时刻才会得到响应用 户接入网宽 带广域网交换器LAN 家庭用户单位用户视频服务