《多媒体制作技术及应用》ch 视频数字信息处理技术

第4章数字视频处理技术4.1视频基础知识

4.1.1什么是视频1．视频的定义视频（Video）就是其内容随时间变化的一组动态图像，所以又叫运动图像或活动图像。它是一种信息量最丰富、直观、生动、具体的承载信息的媒体。视频与图像既有联系又有区别：静止的图片称为图像（Image），运动的图像称为视频（Video）。视频信号具有以下特点：（1）内容随时间的变化而变化；（2）伴随有与画面同步的声音。4.1视频基础知识

4.1.1什么是视频2．视频的分类.（1）模拟视频（AnalogVideo）模拟视频是一种用于传输图像和声音的随时间连续变化的电信号。模拟视频信号的缺点是：视频信号随存储时间、拷贝次数和传输距离的增加衰减较大，产生信号的损失，不适合网络传输，也不便于分类、检索和编辑。（2）数字视频（DigitalVideo—DV）要使计算机能够对视频进行处理，必须把模拟视频信号进行数字化，形成数字视频信号。视频信号数字化以后，有着模拟信号无可比拟的优点：①再现性好②便于编辑处理③适合于网络应用4.1视频基础知识

4.1.2电视信号及其标准1．电视视频信号的扫描方式电视视频信号是由视频图像转换成的电信号。任何时刻，电信号只有1个值，是一维的，而视频图像是二维的，将二维视频图像转换为一维电信号是通过光栅扫描实现的。而视频的显示则是通过在监视器上水平和垂直方向的扫描来实现，扫描方式主要有逐行扫描和隔行扫描两种。逐行扫描方式的每一帧画面一次扫描完成；隔行扫描行方式的每一帧画面由两次扫描完成，每次扫描组成一个场，即一帧由两个场组成。4.1视频基础知识

4.1.2电视信号及其标准2．彩色电视信号制式彩色电视制式就是彩色电视的视频信号标准。世界上现行的彩色电视制式有三种：NTSC制、PAL制和SECAM制，它们分别定义了彩色电视机对于所接受的电视信号的解码方式、色彩处理方式和屏幕的扫描频率。（1）NTSC制式NTSC制规定水平扫描525行、30帧/秒、隔行扫描、每场1/60s。（2）PAL制式PAL制式规定水平扫描625行、25帧/秒、隔行扫描、每场1/50s。（3）SECAM制式SECAM制式规定水平扫描625行、25帧/秒、隔行扫描、每场1/50s。其基本技术和广播方式与NTSC和PAL有很大的区别。4.1视频基础知识

4.1.2电视信号及其标准2．彩色电视信号制式

（4）数字电视（DigitalTV）1990年美国通用仪器公司研制出高清晰度电视HDTV，提出信源的视频信号及伴音信号用数字压缩编码，传输信道采用数字通信的调制和纠错技术，从此出现了信源和传输通道全数字化的真正数字电视，它被称为“数字电视”。数字电视（DTV）包括高清晰度电视HDTV、标准清晰度电视SDTV和VCD质量的低清晰度电视LDTV。随着数字技术的发展，全数字化的电视HDTV标准将逐渐代替现有的彩色模拟电视。4.1视频基础知识

4.1.2电视信号及其标准3．彩色电视机的彩色模型在PAL彩色电视制式中采用YUV模型来表示彩色图像。其中Y表示亮度，U和V表示色差，是构成彩色的两个分量。与此类似，在NTSC彩色电视制式中使用YIQ模型。YUV表示的亮度信号（Y）和色度信号（U、V）是相互独立的，可以对这些单色图分别进行编码。采用YUV模型的优点之一是亮度信号和色差信号是分离的，使彩色信号能与黑白信号相互兼容。由于所有的显示器都采用RGB值来驱动，所以在显示每个像素之前，需要把YUV彩色分量值转换成RGB值。4.1视频基础知识

4.1.2电视信号及其标准4．彩色电视信号的类型电视频道传送的电视信号主要包括亮度信号、色度信号、复合同步信号和伴音信号，这些信号可以通过频率域或者时间域相互分离出来。电视机能够将接收到的高频电视信号还原成视频信号和低频伴音信号，并在荧光屏上重现图像，在扬声器上重现伴音。根据不同的信号源，电视接收机的输入、输出信号有三种类型：（1）分量视频信号与S-Video（2）复合视频信号（3）高频或射频信号4.2视频的数字化

要让计算机处理视频信息，首先要解决的是视频数字化的问题。对彩色电视视频信号的数字化有两种方法：一种是将模拟视频信号输入到计算机系统中，对彩色视频信号的各个分量进行数字化，经过压缩编码后生成数字化视频信号；另一种是由数字摄像机从视频源采集视频信号，将得到的数字视频信号输入到计算机中直接通过软件进行编辑处理，这是真正意义上的数字视频技术。目前，视频数字化主要还是采用将模拟视频信号转换成的数字信号的方法。4.2视频的数字化

4.2.1视频的数字化过程1．采样由于人的眼睛对颜色的敏感程度远不如对亮度信号灵敏，所以色度信号的采样频率可以比亮度信号的采样频率低，以减少数字视频的数据量。采样格式分别有4：1：1、4：2：2和4：4：4三种。其中4：1：1采样格式是指在采样时每4个连续的采样点中取4个亮度Y、1个色差U和1个色差V共6个样本值，这样两个色度信号的采样频率分别是亮度信号采样频率的四分之一，使采样得到的数据量可以比4：4：4采样格式减少一半。4.2视视频频的的数数字字化化视视频频的的数数字字化化过过程程2．．量量化化采样样是是把把模模拟拟信信号号变变成成了了时时间间上上离离散散的的脉脉冲冲信信号号，，而而量量化化则则是是进进行行幅幅度度上上的的离离散散化化处处理理。。在时时间间轴轴的的任任意意一一点点上上量量化化后后的的信信号号电电平平与与原原模模拟拟信信号号电电平平之之间间在在大大多多数数情情况况下下存存在在一一定定的的误误差差，，我我们们通通常常把把量量化化误误差差称称为为量量化化噪噪波波。。量化化位位数数愈愈多多，，层层次次就就分分得得愈愈细细，，量量化化误误差差就就越越小小，，视视频频效效果果就就越越好好，，但但视视频频的的数数据据量量也也也也就就越越大大。。所所以以在在选选择择量量化化位位数数时时要要综综合合考考虑虑各各方方面面的的因因素素。。4.2视视频频的的数数字字化化视视频频的的数数字字化化过过程程3．．编编码码经采采样样和和量量化化后后得得到到数数字字视视频频的的数数据据量量将将非非常常大大，，所所以以在在编编码码时时要要进进行行压压缩缩。。其其方方法法是是从从时时间间域域、、空空间间域域两两方方面面去去除除冗冗余余信信息息，，减减少少数数据据量量。。编编码码技技术术主主要要分分成成帧帧内内编编码码和和帧帧间间编编码码，，前前者者用用于于去去掉掉图图像像的的空空间间冗冗余余信信息息，，后后者者用用于于去去除除图图像像的的时时间间冗冗余余信信息息。。视频频编编码码技技术术主主要要有有MPEG与与H.261标标准准。。MPEG标标准准是是面面向向运运动动图图像像压压缩缩的的一一个个系系列列标标准准，，包包括括MPEG视视频频、、MPEG音音频频和和MPEG系系统统（（视视频频、、音音频频和和同同步步））3个个部部分分。。ITUH.261标标准准化化方方案案的的标标题题为为““64kbps视视声声服服务务用用视视像像编编码码方方式式””，，又又称称为为P××64kbps视视频频编编码码标标准准。。4.2视视频频的的数数字字化化常常见见的的数数字字视视频频格格式式及及特特点点1．．AVIAVI（（AudioVideoInterleave））是是微微软软公公司司开开发发的的一一种种符符合合RIFF文文件件规规范范的的数数字字音音频频与与视视频频文文件件格格式式。。AVI格格式式允允许许视视频频和和音音频频交交错错记记录录、、同同步步播播放放，，支支持持256色色和和RLE压压缩缩，，是是PC机机上上最最常常用用的的视视频频文文件件格格式式，，其其播播放放器器为为VFW（（VideoForWindows））。。在AVI文文件件中中，，运运动动图图像像和和伴伴音音数数据据是是以以交交替替的的方方式式存存储储，，播播放放时时，，帧帧图图像像顺顺序序显显示示，，其其伴伴音音声声道道也也同同步步播播放放。。以以这这种种方方式式组组织织音音频频和和视视像像数数据据，，可可使使得得在在读读取取视视频频数数据据流流时时能能更更有有效效地地从从存存储储媒媒介介得得到到连连续续的的信信息息。。AVI文文件件还还具具有有通通用用和和开开放放的的特特点点，，适适用用于于不不同同的的硬硬件件平平台台，，用用户户可可以以在在普普通通的的MPC上上进进行行数数字字视视频频信信息息的的编编辑辑和和重重放放，，而而不不需需要要专专门门的的硬硬件件设设备备。。AVI文文件件可可以以用用一一般般的的视视频频编编辑辑软软件件如如AdobePremiere进进行行编编辑辑和和处处理理。。4.2视视频频的的数数字字化化常常见见的的数数字字视视频频格格式式及及特特点点2．．DVDV是是由由索索尼尼、、松松下下、、JVC等等一一些些厂厂商商联联合合提提出出的的一一种种家家用用数数字字视视频频格格式式。。目目前前非非常常流流行行的的数数码码摄摄像像机机就就是是使使用用这这种种格格式式记记录录视视频频数数据据的的。。它它可可以以通通过过电电脑脑的的IEEE1394端端口口传传输输视视频频数数据据到到电电脑脑，，也也可可以以将将电电脑脑中中编编辑辑好好的的的的视视频频数数据据回回录录到到数数码码摄摄像像机机中中。。这这种种视视频频格格式式的的文文件件扩扩展展名名一一般般是是.avi，，所所以以也也叫叫DV-AVI格格式式。。3.MOVApple公司司在其生生产的Macintosh机机推出了了MovieDigitalVideo的文文件格式式，其文文件以MOV为为后缀，，相应的的视频应应用软件件为Apple’sQuickTimeforMacintosh。同时时Apple公公司也推推出了适适用于PC机的的视频应应用软件件Apple'sQuickTimeforWindows。4.2视视频频的数字字化常常见的的数字视视频格式式及特点点4．MEPGMPEG（MotionPictureExpertsGroup））是运运动图像像压缩算算法的国国际标准准，它采采用有损损压缩方方法减少少运动图图像中的的冗余信信息，在在显示器器扫描设设置为1024×786像素素的格式式下可以以用25帧/秒秒（或30帧/秒）的的速率同同步播放放视频图图像和CD音乐乐伴音,具有有很好的的兼容性性和最高高可达200:1的压压缩比，，并且在在提供高高压缩比比的同时时，对数数据的损损失很小小。MPEG包括括MPEG-1,MPEG-2，MPEG-4和MPEG-7。。4.2视视频频的数字字化常常见的的数字视视频格式式及特点点4．MEPG（1）MPEG-1被被广泛的的应用在在VCD的的制作和和网络上上一些可可下载的的视频片片段。（2）MPEG-2被被应用用在DVD的的制作作、HDTV（高清清晰电视视广播））及一些些高要求求的视频频编辑、、处理上上面。（3）MPEG-4是是一种种新的压压缩算法法，主要要应用于于视像电电话（videophone），视视像电子子邮件（（VideoEmail）和和电子新新闻（Electronicnews）等等。（4）MPEG-7的的目标是是对日渐渐庞大的的图像、、声音信信息的管管理和迅迅速搜索索。它将将对各种种不同类类型的多多媒体信信息进行行标准化化的描述述，并将将该描述述与所描描述的内内容相联联系，以以实现快快速的搜搜索。4.2视视频频的数字字化常常见的的数字视视频格式式及特点点5．REALVIDEOREALVIDEO（RA、RAM））是RealNetworks公公司开发发的一种种流式视视频（StreamingVideo））文件格格式。流式视频频采用一一种边传传边播的的方法，，先从服服务器上上下载一一部分视视频文件件，形成成视频流流缓冲区区后实时时播放，，同时继继续下载载，为接接下来的的播放做做好准备备。这种种边传边边播的方方法避免免了用户户必须将将整个文文件从Internet上全全部下载载完毕才才能观看看的缺点点。流式视频频主要用用来在低低速率的的广域网网上实时时传输活活动视频频影像，，可以根根据网络络数据传传输速率率的不同同而采用用不同的的压缩比比率，从从而实现现影像数数据的实实时传送送和实时时播放。。4.3数数字字视频的的获取在多媒体体计算机机系统中中，视频频处理一一般是借借助于一一些相关关的硬件件和软件件，在计计算机上上对输入入的视频频信号进进行接收收、采集集、传输输、压缩缩、存储储、编辑辑、显示示、回放放等多种种处理。。数字视频频素材，，可以通通过视频频采集卡卡将模拟拟数字信信号转换换为数字字视频信信号，也也可以从从光盘及及网络上上直接获获取数字字视频素素材。4.3数数字字视频的的获取视视频采集集卡视频采集集系统需需要包括括视频信信号源设设备、视视频采集集设备、、大容量量存储设设备以及及配置有有相应视视频处理理软件的的高性能能计算机机系统。。提供模拟拟视频的的信号源源设备有有录像机机、电视视机、影影碟机等等；对模拟视视频信号号的采集集、量化化和编码码由视频频采集卡卡来完成成；最后由计计算机接接收和记记录编码码后的数数字视频频数据。。在这一一过程中中起主要要作用的的是视频频采集卡卡，是它它把模拟拟信号转转换成数数字数据据。4.3数数字字视频的的获取视视频采集集卡视频采集集卡有单单工卡和和双工卡卡两种。。单工卡卡只提供供视频输输入接口口，如果果只需在在PC机机上编辑辑数字化化视频，，单工卡卡就可以以了。双双工卡还还提供输输出接口口，可以以把数字字化编辑辑过后的的影像拷拷贝到录录像带上上。大多数视视频采集集卡都具具有压缩缩的功能能，在采采集视频频信号时时先将视视频信号号压缩后后再通过过接口把把压缩的的视频数数据传送送到主机机上。视视频采集集卡可采采用帧内内压缩的的算法把把数字化化的视频频存储成成AVI文件，，高性能能的视频频采集卡卡还能直直接把采采集到的的数字视视频数据据实时压压缩成MPEG格式的的文件。。4.3数数字字视频的的获取对对数数码摄摄像机机拍设设的DV进进行采采集要对用用数码码相机机拍摄摄的DV进进行采采集，，需要要有一一块IEEE1394DV采采集卡卡（简简称DV采采集卡卡或1394卡卡），，用一一条数数据线线，一一头接接在电电脑的的1394接口口，一一头接接在摄摄像机机的DV1394输输出口口，打打开摄摄像机机，把把开关关选在在录，，放像像的状状态，，即可可用Premiere等等视频频编辑辑软件件进行行采集集。4.3数数字字视频频的获获取从从光盘盘上获获取数数字视视频素素材VCD、DVD是重重要的的视频频素材材来源源，利利用视视频转转换工工具软软件可可获取取这些些视频频并将将其转转换为为所需需的文文件格格式进进行存存储和和编辑辑，有有些视视频播播放器器也具具有视视频获获取存存储功功能。。例如超超级解解霸可可以从从此类类的格格式的的视频频文件件中截截取视视频片片断并并将其其转换换为AVI或MPG格式式。如果我我们要要使用用光盘盘中的的一个个完整整视频频文件件，可可以从从资源源管理理器中中将VCD光盘盘中Mpegav文文件夹夹下的的相应应扩展展名为为DAT的的文件件直接接拷贝贝到硬硬盘中中，再再将的的扩展展名改改为MPG的文文件即即可。。对于.MPG文文件，，可以以利用用Windows自自带的的媒体体播放放机打打开，，然后后另存存为.AVI文文件。。4.4数数字字视频频的制制作与与编辑辑简简介Premier是AdobeSystem公公司推推出的的非常常优秀秀的非非线性性视频频编辑辑软件件。它它可以以配合合硬件件进行行视频频的捕捕获和和输出出，能能对视视频、、声音音、动动画、、图片片、文文本进进行编编辑加加工，，并最最终生生成电电影文文件。。1．Premiere6.5的基基本功功能（1））提供供了多多种编编辑技技术，，使用用非线线性编编辑功功能将将多种种媒体体数据据综合合处理理为一一个视视频文文件。。（2））Premiere提供供了多多种从从一个个片断断到另另一个个片段段的过过渡方方法，，我们们可以以从中中选择择过渡渡效果果，也也可以以自己己创建建新的的过渡渡效果果4.4数数字字视频频的制制作与与编辑辑简简介1．Premiere6.5的基基本功功能（3））在Premiere中中可以以很容容易的的添加加音频频、混混合声声音，，精确确地控控制音音量的的大小小，并并提供供了广广泛的的音频频效果果的设设置。。（4））可以以利用用不同同的视视频轨轨道进进行视视频叠叠加，，也可可以创创建文文本和和图形形并叠叠加到到当前前视频频片断断中。。（5））具有有多种种活动动图像像的特特技处处理功功能。。使用用“运运动””使任任何静静止或或移动动的图图像沿沿某个个路径径移动动，具具有扭扭转、、变焦焦、旋旋转和和变形形等效效果，，并提提供了了多种种视频频效果果的设设置。。（6））可以以实时时采集集视频频信号号，采采集精精度取取决于于视频频卡和和计算算机的的功能能。能能编译译生成成AVI或或MOV格格式的的数字字视频频文件件、MPEG文文件或或“流流式””文件件。4.4数数字字视频频的制制作与与编辑辑简简介2．熟熟悉Premiere主主窗口口启动Premiere后后进入入其主主窗口口，如如图4-4所示示。主主窗口口主要要由菜菜单和和具有有不同同功能能的子子窗口口和命命令面面板组组成，，子窗窗口主主要包包括Project（项项目））窗口口、Timeline（（时间间轴））窗口口、Monitor（监监控））窗口口等，，而命命令面面板主主要有有Transitions（（过渡渡）等等。这这些子子窗口口和命命令面面板可可以在在主窗窗口内内显示示，也也可以以隐藏藏。4.4数数字字视频频的制制作与与编辑辑简简介2．熟熟悉Premiere主主窗口口项目窗窗口时间轴轴窗口口监控窗窗口过度面面板4.4数数字字视频频的制制作与与编辑辑4.4.1Premiere简介2．熟熟悉Premiere主窗口口Project窗口口是用户输输入、组织织和存储引引用素材片片断的地方方，它列出出了用户输输入的所有有源片断（（剪辑）。。Premiere将将视频文件件的编辑处处理定义为为一个项目目（Project），它是是按时间轴轴组织的一一组剪辑，，其所有数数据和编辑辑控制可以以存储为一一个项目文文件。4.4数数字视频频的制作与与编辑4.4.1Premiere简介2．熟熟悉Premiere主窗口口Timeline窗窗口是对数数字视频进进行编辑处处理的主要要工作区。。显示当前前编辑的视视频节目中中每一个素素材的放置置时刻、持持续时间和和其他素材材的关系等等特性。用Timeline窗口可将将各种剪辑辑片断和特特技处理功功能按播放放时间的时时间顺序放放置在各自自的轨道上上，排列成成一段连续续播放的视视频序列。。4.4数数字视频频的制作与与编辑4.4.1Premiere简介2．熟熟悉Premiere主窗口口Monitor窗口口主要用于于预演原始始的视频、、音频素材材片断或编编辑的影片片；设置素素材片断的的入点、出出点，定制制静帧图片片的持续时时间；在原原始素材上上设置标记记等编辑任任务。根据不同的的编辑需要要，Monitor窗口共分分为DualView、SingleView和和TrimMode三种模模式。4.4数数字视频频的制作与与编辑4.4.1Premiere简介2．熟熟悉Premiere主窗口口Transitions是视视频编辑中中镜头与镜镜头之间的的不同的组组接方式。。Premiere带带有多种不不同效果的的过渡，这这些过渡按按类型放置置在Transitions面板的不不同文件夹夹中，每种种过渡在其其名称的左左边都有自自己独特的的图标，用用以形象地地说明各种种过渡方法法是如何工工作的。4.4数数字视频频的制作与与编辑4.4.2创建建数字影片片1．启动Premiere出现LoadProjectSetting对话框框，设置项项目属性。。4.4数数字视频频的制作与与编辑4.4.2创建建数字影片片2．导入素素材在制作数字字影片之前前，首先要要将这些素素材片断导导入到Project窗口。。4.4数数字视频频的制作与与编辑4.4.2创建建数字影片片3．添加片片断到Timeline窗口口中用户项目中中的片断只只有添加到到Timeline窗口中，，才成为视视频节目的的一部分。。4.4数数字视频频的制作与与编辑创创建建数数字字影影片片3．．添添加加片片断断到到Timeline窗窗口口中中将几几个个片片断断其其拖拖动动到到Timeline窗窗口口，，就就建建立立起起了了一一个个粗粗略略剪剪辑辑。。4.4数数字字视视频频的的制制作作与与编编辑辑创创建建数数字字影影片片4．．预预览览剪剪辑辑编辑辑一一个个视视频频节节目目的的过过程程中中，，需需要要对对编编辑辑的的结结果果进进行行预预览览，，Premiere提提供供了了多多种种不不同同的的预预览览方方式式。。（1））使使用用时时间间标标尺尺预预览览剪剪辑辑激活活Timeline窗窗口口，，将将鼠鼠标标指指针针放放在在Timeline窗窗口口上上端端的的时时间间标标尺尺上上，，指指针针将将会会变变成成一一个个指指向向下下方方的的黑黑色色三三角角形形，，将将鼠鼠标标指指针针在在时时间间标标尺尺内内缓缓慢慢向向右右拖拖动动，，这这时时Timeline窗窗口口中中的的编编辑辑线线会会伴伴随随预预览览的的进进行行一一起起移移动动，，在在Monitor窗窗口口内内就就会会显显示示编编辑辑线线所所在在帧帧的的内内容容。。这种种预预览览方方法法常常被被称称为为Scrubbing（（刮刮擦擦））。。4.4数数字字视视频频的的制制作作与与编编辑辑创创建建数数字字影影片片5．．保保存存项项目目选择择File→→Save命命令令，，保保存存项项目目文文件件。。不不仅仅保保存存素素材材片片段段的的引引用用指指针针、、素素材材片片段段的的剪剪辑辑及及组组织织信信息息和和施施加加的的各各种种编编辑辑效效果果等等，，还还保保存存当当前前影影片片文文件件的的Premiere界界面面布布局局。。如如打打开开或或关关闭闭哪哪些些对对话话框框，，对对话话框框被被拖拖动动到到了了什什么么位位置置等等。。6．．关关闭闭项项目目文文件件激活活Project窗窗口口，，选选择择File→→Close命命令令，，可可关关闭闭项项目目文文件件。。而而选选择择File→→Exit命命令令，，可可关关闭闭项项目目文文件件并并退退出出Premiere。。4.4数数字字视视频频的的制制作作与与编编辑辑基基础础编编辑辑在建建立立起起粗粗略略剪剪辑辑之之后后，，需需要要对对剪剪辑辑进进行行裁裁剪剪、、调调整整片片断断等等基基本本编编辑辑。。1．．打打开开项项目目文文件件启动动Premiere，，选选择择File→→Open命命令令，，打打开开项项目目文文件件2．．设设置置Timeline窗窗口口选择择Window→→WindowOptions→→TimelineWindowOptions命命令令，，打打开开TimelineWindowOptions对对话话框框4.4数数字字视视频频的的制制作作与与编编辑辑基基础础编编辑辑在IconSize选选项项框框中中，，共共有有三三个个从从小小到到大大的的图图标标，，代代表表素素材材片片断断在在窗窗口口中中的的显显示示尺尺寸寸。。4.4数数字字视视频频的的制制作作与与编编辑辑基基础础编