数字图像处理数字图像与视频处理技术

第三章:数字图像与视频处理技术*n教？学建议n本章主要介绍图像、视频的基础知识与处理技术，包括图像、视频的获取、表示、处理与应用等，以及常用图像、视频处理软件的使用。n

本章需6

~8学时。第三章:数字图像与视频处理技术*教？学提示图像与视频是两种最常见的可视媒体。图像、视频的获取、处理与数字化技术是多媒体信息处理的重要内容。本章以数字图像处理为基础，首先介绍数字图像处理技术，然后，介绍视频处理技术及应用。教学目标通过本章的学习，要求掌握多媒体技术中有关图像、视频数字化的基本概念、方法、技术与应用等知识。教学内容•

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Application3基本概念数字图像数据的获取与表示图像的基本属性图像处理软件Photoshop应用举例视频的基本知识教学内容•

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Application4视频的数字化数字视频标准视频信息的压缩编码Windows

中的视频播放软件数字视频的应用3.1概述---几个基本概念•

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Application5数字图像的分类n

按其生成方法，可以分为两大类：a、是从现实世界中通过数字化设备获取的图像，它们称为取样图像(sampled

image)、点阵图像(dot

matriximage)、位图图像(bit

map

image)，以下简称图像(image)b、是计算机合成的图像，它们称为矢量图形(vectorgraphics)，或简称图形(graphics)。n

按照取样点表示方式的不同，数字图像还可以分为：

a、两值图像b、灰度图像c、彩色图像3.1概述---几个基本概念•

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Application6图像的获取（capturing）n图像的获取：是指从现实世界中获得数字图像的过程。图像扫描仪可用于对印刷品、照片或照相底片等进行扫描输入，用数码相机或数码摄像机可对选定的景物进行拍摄。n

图像获取的过程:实质上是模拟信号的数字化过程。3.1概述---几个基本概念•

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Application7n

数字图像的最基本单位：像素（Pictureelement,简写为pel）。像素对应于图像数字化过程中的一个取样点。n

图像的编码：将一幅数字图像中的数据按一定的方式进行组织。为了减少数字图像的存储空间往往要进行压缩编码，支持图像压缩编码有许多国际标准和文件存储格式。如

BMP、GIF、TIFF、JPEG、JPEG2000等。3.1概述---几个基本概念•

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Application8n视频：它是由连续的随着时间变化的一组图像(或称帧)组成。视频是影像视频的简称。n由于人类“视觉暂留”的生理现象，当1秒钟内连续播放多幅相互关联的静止图像时就会产生运动的感觉，即运动视频。即：图像可以看作视频的特例。3.2

数字图像数据的获取与表示•

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Application93.2.1

数字图像数据的获取n

图像数据的获取是图像数字化的基础。n

获取的过程实质上是模拟信号的数字化过程.n

处理步骤大体分为三步：采样。分色。量化。3.2

数字图像数据的获取与表示•

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Application103.2.2

数字图像的表示从数字图像的获取过程可以知道，一幅取样图像由M(行)，N(列)个取样点组成，每个取样点是组成取样图像的基本单位，称为像素.n

黑白图像的像素只有1个亮度值.n彩色图像的像素是矢量，它由多个彩色分量组成，一般有3个分量(R-红，G-绿，B-蓝).3.2

数字图像数据的获取与表示•

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Application113.2.2

数字图像的表示取样图像在计算机中的表示方法是:单色图像用一个矩阵来表示；彩色图像用一组矩阵来表示.矩阵的行数称为图像的垂直分辨率矩阵的列数称为图像的水平分辨率

矩阵中的元素是像素颜色分量的亮度值，使用整数表示，一般是8位至12位。3.2

数字图像数据的获取与表示3.2.2

数字图像的表示蓝色分量•

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Application12绿色分量红色分量图3.2彩色图像的表示3.3

图像的基本属性•

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Application133.3.1

分辨率分辨率有两种：显示分辨率和图像分辨率。1.

显示分辨率它是指显示屏上能够显示出的像素数目。例如，显示分辨率为840×480表示显示屏分成480行，每行显示840个像素，整个显示屏就含有307200个显像点。屏幕能够显示的像素越多，说明显示设备的分辨率越高，显示的图像质量也就越高。3.3

图像的基本属性•

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Application143.3.1

分辨率2.

图像分辨率它是指组成一幅图像的像素密度的度量方法。对同样大小的一幅图，如果组成该图的图像像素数目越多，则说明图像的分辨率越高，看起来就越逼真。相反，图像显得越粗糙。注意：图像分辨率与显示分辨率是两个不同的概念。图像分辨率是确定组成一幅图像的像素数目，显示分辨率是确定显示图像的区域大小。3.3

图像的基本属性•

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Application153.3.2

像素深度像素深度：即像素的所有颜色分量的二进制位数之和，它决定了不同颜色（亮度）的最大数目。或者是确定灰度图像的每个像素可能有的灰度级数。例如，一幅彩色图像的每个像素用R，G，B三个分量表示，若每个分量用8位，那末一个像素共用24位表示，就说像素的深度为24，每个像素可以是224=18

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218种颜色中的一种。在这个意义上，往往把像素深度说成是图像深度。表示一个像素的位数越多，它能表达的颜色数目就越多，而它的深度就越深。3.3

图像的基本属性3.3.3

颜色空间颜色空间的类型，指彩色图像所使用的颜色描述方法，也叫颜色模型。显示彩色图像用颜色模型显示彩色图像的电视机和计算机显示器色彩显示原理主要基于图像的颜色模型。如图3.3所示。组合这三种光波以产生特定颜色称为相加混色，称为RGB相加模型。相加混色是计算机应用中定义颜色的基本方法。打印彩色图像用CMY相减混色模型•

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Application163.3

图像的基本属性•

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Application17真彩色、伪彩色与直接色真彩色(true

color)：真彩色是指在组成一幅彩色图像的每个像素值中，有R,G,B三个基色分量，每个基色分量直接决定显示设备的基色强度，这样产生的彩色称为真彩色。直接色(directcolor)：通过相应的彩色变换表找出基色强度，用变换后得到的R,G,B强度值产生的彩色称为直接色。3.3

图像的基本属性3.3.4

真彩色、伪彩色与直接色3.伪彩色(pseudo

color)：伪彩色图像的含义是，每个像素的色不是由每个基色分量的数值直接决定，而是把像素值当作彩色查找表(color

look-up

table,CLUT)的表项入口地址,去查找一个显示图像时使用的R,G,B强度值，用查找出的R,G,B强度值产生的彩色称为伪彩色。•

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Application183.3

图像的基本属性•

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Application193.3.5

常用图像文件的格式⑴BMP(BitMap-file)格式,BMP图像是微软公司在Windows操作系统下使用的一种标准图像文件格式。⑵TIFF(TaggedImageFileFormat)格式，被大量使用于扫描仪和桌面出版，有许多图像图形应用软件支持这种文件格式。⑶GIF(GraphicsInterchangeFormat)格式，GIF是目前因特网上广泛使用的一种图像文件格式。⑷JPEG（the

Joint

Photographic

Experts

Group）格式是最流行的压缩图像文件格式，采用静止图像数据压缩编码的国际标准压缩，大量用于因特网和数码相机等。3.4

图像处理软件Photoshop

应用举例•

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Application20图像处理软件Photoshop简介PhotoShop软件：美国Adobe公司开发的真彩色和灰度图像编辑处理软件。它被认为是目前世界上最优秀的图像编辑软件。PhotoShop功能与作用：1、它提供多种图像涂抹、修饰、编辑、创建、合成、分色与打印的方法，并有许多增强图像的特殊手段，可广泛地应用于美工设计，广告及桌面印刷，计算机图像处理，旅游风光展示，动画设计，影视特技等领域，是计算机数字图像处理的有力工具。3.4

图像处理软件Photoshop

应用举例•

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Application213.4.1

图像处理软件Photoshop简介2、PhotoShop运行在Windows图形操作环境中，可支持TIF、TGA、PCX、GIF、BMP、PSD、JPEG等各种流行的图像文件格式。3、PhotoShop能方便地与如文字处理，图形应用，桌面印刷等软件或程序交换图像数据。4、PhotoShop支持的图像类型除常见的黑白、灰度、索引16色、索引256色和RGB真彩色图像外，还支持CMYK、HSB以及HSV模式的彩色图像。3.4

图像处理软件Photoshop

应用举例3.4.2

PhotoShop的运行界面属性栏

工具栏

图象窗口

工作区

菜单栏浮动面板•

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Application223.4

图像处理软件Photoshop

应用举例•

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Application23PhotoShop的图层与滤镜图层是一组可以用于绘制图像和存放图像的透明层。可以将图层想象为一组透明的胶片，在每一层上都可以绘图，它们叠加到一起后，从上看下去，看到的就是合成的图像效果。滤镜是Photoshop中最有特色的地方，也是最令人激动的地方。利用Photoshop提供的各种滤镜，可以制作出各种令人眼花缀乱的图像效果。3.4

图像处理软件Photoshop

应用举例•

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Application24PhotoShop的图层与滤镜Photoshop中的滤镜可以分为两种：1、Photoshop自己内部带的滤镜，这些滤镜在安装了Photoshop之后，可以在滤镜菜单下看到。Photoshop提供了近百种内置的滤镜，每一种都可以产生神奇的效果；2、三方开发的外挂滤镜，这种滤镜在安装了Photoshop后，还需要另外安装这些滤镜后才可以使用。例3.4.4

Photoshop应用举例例1．制作晕映效果晕映（Vignettes）效果是指图像具有柔软渐变的边缘效果。如图3.8所示。•

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Application253.4

图像处理软件Photoshop

应用举例3.4.4

Photoshop应用举例操作步骤如下：1）使用Photoshop打开一幅图像；2）在工具栏中选择椭圆套索工具；3）用椭圆套索工具在图像中选取所需的部分，图3.9（a）；4）执行Select菜单下的Feather命令，设置Feather值为40pixels；执行Select菜单下的Inverse命令或按Ctrl+Shift+I组合键来反转选择区域，图3.9（b）；设置背景色，如白色。按Del键用背景色填充选择区域，晕映效果即形成。图3.9（a）

图3.9（b）•

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Application263.4

图像处理软件Photoshop

应用举例3.4.4

Photoshop应用举例例2．制作倒影效果。在图3.10中，利用Photoshop可将第二幅图中的小狗添加到第一幅图中，由于是在水边，所以在制作时要考虑给第二只小狗制作水中倒影。图像合成并制作倒影效果后的图像如图3.10中的第3幅图所示。•

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Application273.4

图像处理软件Photoshop

应用举例3.4.4

Photoshop应用举例例3．制作雨中摄影效果。在Photoshop图像制作过程中，可对一幅已有的图像加上下雨的特效，给人一种雨中摄影的效果。如图3.11中所示。•

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Application283.5

视频的基本知识•

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Application293.5.1

视频信号的特性n1、什么是视频（video）n2、光栅扫描n3、视频信号的空间特性

n4、视频信号的时间特性

n5、视频信号的传输n6、视频信号的存储n

视频技术源于影视业,80年代初,由于个人计算机的迅速发展和普及,许多计算机公司便致力于研究将声音、图形、图像、视频作为新的信息媒体输入／输出计算机。n

计算机基本技术的进展,有效地带动了数字视频压缩算法和视频处理器结构的改进,能做到全屏幕、全运动的视频图像、高清晰度的静态图像,视频特技三维实时的全电视信号以及高速真彩色图形。•

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Application301、什么是视频（video）n

视频信号：连续的随着时间变化的一组图象（24，25，30帧/秒），又叫运动图象或活动图象n

常见视频信号：电影，电视，动画n

视频信号的特点：高分辨率（576行）色彩逼真（真彩色）人类接受的信息70%来自视觉,其中活动图象是信息量最丰富、最直观、生动、具体的一种承载信息的媒体。视频信息的处理是多媒体技术的核心。•

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Application311、

什么是视频（续）n

模拟视频目前，绝大多数视频的记录、存储和传输仍然是模拟方式。科学技术发展使人类已能对自然界中大多数物体进行模拟。真实的图形和声音是基于光亮度和声压值的。他们是空间和时间的连续函数,将图像和声音转换成电信号是通过合适传感器的使用来完成的。电视摄像机便是一种将自然界中真实图像转换为电信号的传感器。•

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Application321、

什么是视频（续）n

视频信号模拟视频信号是涉及一维时间变量的电信号，

f(t),它可通过对Sc(x1,x2,t)在时间坐标t和 垂直分量X2上采样得到的。视频摄像机将摄像机前面的图像转换成电信号。 电信号是一维的。图像是两维的,并在一个图

像的不同位置有许多值。为了转换这个两维的 图像成为一维的电信号,图像被以一种步进次

序的方式来扫描这种方式称为光栅扫描(Raster

Scan）。•

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Application331、什么是视频（续）2、光栅扫描图3.12光栅扫描•

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Application342、光栅扫描•

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Application35n逐行扫描/隔行扫描n（progressive

scanning

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interlaced

scanni-逐行扫描是在每一个Δt时间内对一个完整的图象进行扫描，它被称之为一帧。计算机行业对高分辨率采用逐行扫描的Δt为1/70秒。-电视行业使用2:1隔行扫描。其间依次对称为奇数场和偶数场的奇数行和偶数行进行扫描。这样做目的是：在一个固定带宽下可降低闪烁。3.视频信号的空间特性•

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Application36n

长宽比4:3

or

16:9(aspect

ratio)即图像水平扫描线的长度与图像竖直方向所有扫描线所复盖距离的比。n

垂直分辨率（vertical

resolution

）同一帧面扫描线的数量。扫描线越多,垂直分辨率就越高。广播电视系统利用了每个帧面525(北美)或625(欧洲)线的垂直分辨率。n

水平分辨率（

horizontal

resolution）当摄像机扫描点在线上横向移动时,传感器输出的电子信号连续地变化以反映传感器所见图像部分的光亮程度。它依赖于扫描感光点的大小。3、视频信号的空间特性•

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Application37同步(Synchronization)假如视频信号被用于调节阴极射线管电子束的亮度时,它能以和传感器却好一样的方式被扫描。将重新产生原始图像(显示扫描的原始图像),这

在家用电视机和视频监视器中能精确地进行。因此,电子信号被送到监视器必须包含某些附加

的信息,以确保监视器扫描与传感器的扫描同步。这个信息被称为同步信息。。扫描与同步特性•

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Application38（1）电视信号的空间特性6255762884/3768440

kb5254842424/3645310

kb105096067516/96007200001250100070016/97008700001125108054016/9600575000总线数 有效线数 纵向分辨率 纵横比 水平分辨率 总象素PALiNTSCiHDTV(A)HDTV(E)HDTV(J)水平分辨率指能再现黑白相间的垂直线条的数目隔行扫描把一帧画面分成两场,主要目的是为了节省频带，降低行频垂直分辨率（总线数）指一帧中的扫描线总数，有效线数指可见的扫描线数目，纵向分辨率指每一场中可见的扫描线数目•

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Application39（2）电视信号的彩色空间•

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Application40YUV空间(PAL)亮度分量Y=0.3*R+0.59*G+0.11*B色度分量U=(B-Y)*0.493色度分量V=(R-Y)*0.877YIQ空间(NTSC)亮度分量Y=0.3*R+0.59*G+0.11*B色度分量I=0.6*R-0.28*G-0.32*B色度分量Q=0.21*R-0.52*G+0.31*B(优点：与黑白电视兼容；有利于压缩信号带宽)4.视频信号的时间特性n

视频信号的时间特性用视频帧率（Video

frame

rate）来刻画。n帧率越高,图像的运动就越流畅,大于每秒15帧便可产生连续的运动图象•

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Application41continuity

of

motion

(

>=15f/s)non

flicker

(

>=50c/s)(PAL制式:25

frames/s,

interlacedNTSC制式:30

frames/s,

interlaced)4.视频信号的时间特性575625全屏光点总数:575*(4/3)*575=440

kb

(P)484*(4/3)*484=310

kb

(N)信号最高频率:440

k

*

25/2

=

5.5MHz(P)310

k

*

30/2

=

4.65MHz(N)•

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Application42行频: 626x25=15.625kHz(P)

;

525x30=15.75kHz(N)电视信号的时间特性频道总带宽(MHz)视频信号带宽(MHz)扫描速率(Hz)NA

50iNA

59.94i59.94p

59.948.06.09.012.030.0100p

50i60i

NAPALiNTSCiHDTV(A)HDTV(E)HDTV(J)YR-Y

B-Y5.5

1.8

1.8

50i4.2

1.0

0.6

59.94i10.0

5.0

5.0

59.94p14.0

7.0

7.0

50p20.0

7.0

3.0

60i摄象机

HDTV

常规•

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Application435、视频信号的传输-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.06MHz(NTSC)为便于电视信号远距传输，把三个分量信号以及同步信号复合成一个信 号，然后才进行传输CVBS=Y+a*U*Sin(Wsc*t)+b*V*Cos(Wsc*t)(Wsc为副载波频率)伴音信号与视频信号也复合在一起传输亮度图象载波色度色度副载波声音载波音频•

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Application445、视频信号的传输(续)彩色空间转换(RGB=>YUV)显示信号编码信号复合RGB•

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Application45YUVCVBSV

Sync H

Sync复合视频信号(VHS,用户级)为保证视频信号质量，近距离时可用分量视频信号传 输(R,G,B或Y,U,V)(Betacam，广播级或专业级)介于复合视频信号与分量视频信号之间的S-video (Y/C

video)信号，由亮度和复合的色度信号组成。复合彩电信号6、视频信号的存储•

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Application46n

录象带（模拟）n

照相胶片/数字相机（模拟、数字）n

LD光盘（模拟+数字）n

VCD光盘（数字）n

DVD光盘（数字）n

MP3、MP4

（数字）n

移动硬盘（数字）3.5.2

彩色电视制式•

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Application47目前世界上现行的彩色电视制式有三种：NTSC制、PAL制、

SECAM制它们都是兼容制制式。这里说的“兼容”有两层意思：一是指黑白电视机能接收彩色电视广播，显示的是黑白图像，另一层意思是彩色电视机能接收黑白电视广播，显示的也是黑白图像，这叫逆兼容性。3.6

视频的数字化为什么使用数字视频？•

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Application48易于操作处理质量更好信息复制不会失真有利于传输有利于存储可以与其它媒体组合使用可以生成标题信息（bits

about

bits）3.6

视频的数字化3.6.1

视频信息的获取主要可分为两种方式：①通过数字化设备如数码摄象机、数码照相机、数字光盘等获得；②通过模拟视频设备如摄像机、录像机(VCR)等输出的模拟信号再由视频（采集）卡将其转换成数字视频存入计算机，以便计算机进行编辑、播放等各种操作。•

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Application49n

将分量视频信号数字化n

例如，以亮度（Y）和色差（U，V）表示彩色画面的三个分量：对Y、U、V三个分量分别进行采样对Y、U、V三个分量分别进行量化（色差分量的采样频率和量化精度,与亮度分量的处理有所不同）•

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Application50什么是数字视频？3.6

视频的数字化•

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Application51视频卡的功能从多种视频源中选择一种输入支持不同的电视制式同时处理电视画面的伴音可在显示器上监看输入的视频信号,位置及大小可调.可将VGA画面内容(graphics、text、image)与视频迭加处理可随时冻结(定格)一幅画面,并按指定格式保存可连续地(实时地)压缩与存储视频及其伴音信息,编码格式可选可连续地(实时地)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)3.6

视频的数字化视频卡的结构videograbbervideobufferoverlayconversionTV

coderVGAgraphicsVGAVRAMMMCPUDSPCodecdiscPCI

bus•

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Application52videoRGB

monitorTV

set3.6

视频的数字化•

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Application533.6.2

视频信息的数字化n

视频图象数字化通常有两种方法。一种是复合编码，它直接对复合视频信号进 行采样、编码和传输；另一种是分量编码，它先从复合彩色视频信 号中分离出彩色分量，然后数字化。现在接触到的大多数数字视频信号源都是复合的彩色全视频信号如录象带、激光视盘、摄象机等。对这类信号的数字化，通常是先分离成ＹＵＶ或ＲＧＢ分量信号，然后用三个Ａ／Ｄ转别对它们数字化。3.6.2

视频信息的数字化数字化过程：图3.17•

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Application54①对复合视频信号的分离（ＹＵＶ或ＲＧＢ分量信号）②分别滤波③Ａ／Ｄ转换器对它们转换数字化④加以编码。3.6.2

视频信息的数字化数字化过程：简图前置虑波采样量化PCM编码模拟视频信号Y,U,V(13.5MHz)(6.75MHz)(8

bits)数字视频信息720

pel(可见部分)12

pel132

pel水平扫描线(64us)•

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Application55每行象素的数目:13.5MHz*64us

=

864

pel,有效象素=720(Y)6.75MHz*64us

=

432

pel,有效象素=360(U,V)3.6.3

视频信号的采样格式•

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Application56视频信息的数据结构•

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Application57*

视频序列(SEQUENCE),可随机存取，有特定语义画面组(GOP)，可随机存取，编辑处理单位画面(Picture),主编码单位片(Slice),传输中的重同步单位宏块(Macro),运动补偿单位块(Block),

DCT单位视频(复合)流•

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Application58n视频复合流由视频流、音频流及应用数据流组成，每个基本流分成许多“分组”(PACKET)n

视频复合流由若干PACK组成

n

每个PACK中包含若干个分组

n

每个分组的长度可变n每个分组中均含有解码时间戳和表现时间戳，用于解决同步和实时问题。3.7

数字视频标准•

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Application59国际无线电咨询委员会CCIR(International

Radio

Consultative

Committee)就制定了彩图像数字化标准，称为CCIR

801标准，现改为ITU-R

BT.801标准。该标准规定了彩色电视图像转换成数字图像时使用的采样频率,RGB和YCbCr(或者写成YCBCR)两个彩色空间之间的

转换关系等.彩色空间之间的转换采样频率有效显示分辨率关于标准化•

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Application60n

一个成功的标准必须满足商业的要求并且不限制

革新和竞争,最好的办法是只限定必要的性能指标,以此来确定基本功能以及重要的数据交换方法和

接口等。n

标准化就是国际化。n标准化工作的过程：研究，实验，测试；竞争，筛选，优化。标准是长期研究开发的成果，是工业界和科技界合作的成果。标准的分类:国际标准由国际标准化组织(ISO)、国际电工委员会(IEC) 和国际电信联盟(ITU)制定。国家标准由各国国家标准委员会制定.如中国的GB,美国的 ANSI,德国的DIN和日本的JIS等。公共规范(Public

Specifications)或地区标准由多家公司 些地区性的联合组织(Consortium)共同开发。如

期的网络协议TCP/IP标准等。企业(实用)标准(De-Facto

Standard)它由一家公司开发, 市场接受,如MS

Win

95软件标准。•

7

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29

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2020Multimedia

Technology

&

Application61多媒体技术国际标准的分工•

7

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Technology

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Application62涉及多媒体标准的国际组织是IEC、ISO和

ITU。(1)

ISO/IEC的联合技术委员会JTC1的分委会(SC)SC17,

SC31

Data

Capture

and

Identification

SystemDocument

Processing文件处理与相关通信;SC18SC21SC11,SC23

Information

Interchange

Media（磁盘，光盘）SC6，SC25，SC256

Networking

&

InterconnectsSC24，SC29:

Multimedia

and

Representation标准制定过程工作组草案(WD)=>委员会草案(CD)=>国际标准草案(DIS)=>国际标准(IS)多媒体技术国际标准的分工(续)•

7

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Technology

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Application63(2)

ISO/TC36TC42TC43电影摄影术;摄影术;声学;TC159人类工效学。(3)

ITU-R/SG10声学;SG11电视。多媒体技术国际标准的分工(续)•

7

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2020Multimedia

Technology

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Application64ITU-T/SG1视听/多媒体服务;SG8视听远距服务。DAVIC数字音频视频委员会。DVB已于1995年底完成"数字电视广播规范"。优先开展的标准化工作•

7

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2020Multimedia

Technology

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Application65消费者子系统接口

包括消费者子系统与网络之间以及终端与其它用户装置之间的双向接口,可以考虑以DAVIC参考模型作为基础。用户接口

包括对用户提供服务的双向接口,可以通过手动操作或与网络通信来进行。安全、存取控制、拷贝管理多媒体节目

要有利于现有的和开发中的各种格式的用户装置的竞争, 而不加任何不合理的限制。3.7

数字视频标准每行象素的数目:•

7

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2020Multimedia

Technology

&

Application6613.5MHz*64us

=

864

pel,有效象素=720(Y)6.75MHz*64us

=

432

pel,有效象素=360(U,V)(13.5MHz)(6.75MHz)几种常用数字视频的格式(PAL)(色差信号格式为4:2:2)名称分辨率 量化精度

数码率 应用QCIFHDTV720x576x25(l)360x576x25(c)360x288x25(l)180x144x25(c)180x144x25(l)90x72x25(c)1280x720x608

124Mb/s 普通电视4+48

23Mb/S 视频会议2+28

5.8Mb/S 电视电话2+28+8+8

885Mb/s

HDTVCCIR601(ITU-R

601)CIF•

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Technology

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Application673.8

视频信息的压缩编码•

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Technology

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Application68概述1、为什么要压缩数字音频、视频信息量大数据压缩的可能性（原始的视频图像信息存在很大的冗余度等）2、图像压缩的方法有许多方法用于图像压缩,但它们可基本分为两种类型:无损压缩有损压缩。3、图像压缩的目的、压缩依据在于移走冗余信息,减少表示一个图像所需的存贮量。压缩编码目的•

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Technology

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Application69n

信息是对事件和物体的抽象描述n数据是在确定了描述方法后对事件和物体的具体描述记录（表示）n对同一信息,若使用的描述方法不同,则形成记录的数据量可能完全不同n数据压缩的目的,就是用尽可能少的数据来表达信息,从而节省传输和存储的开销。压缩编码的依据•

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Technology

&

Application70n

画面内部信息有很强的相关性n

相邻画面有高度的相容性n

运动可以估测（Motion

Estimation）n

人眼的视觉特性视频压缩编码技术的分类（续）•

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2020Multimedia

Technology

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Application71信源模型——编码技术单个像素颜色——PCM编码像素块颜色——ADPCM，变换编码像素块颜色和运动——带运动补偿的DPCM/DCT混合 编码、小波编码视频压缩编码技术的分类（续）信源模型——编码技术•

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Technology

&

Application72运动的结构——分形编码、轮廓/纹理编码图像中每个物体的形状、运动和颜色——分析/综合编码图像中己知物体的形状、运动和颜色——知识基编码图像中的行为单元——语义学编码视频压缩编码技术的评价准则：•

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Technology

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Application73n

重建图像的质量n

编码/解码延时n

错误修复能力n

码率n

算法复杂程度3.8

视频信息的压缩编码•

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Technology

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Application743.8.2

常用的图像压缩方案JPEG(theJointPhotographicExpertsGroup)电视电话/会议电视P·84K位/秒

(CCITTH.28)标准运动图像专家组MPEG-1标准运动图像专家组MPEG-2及其他标准常用的还有MPEG-4、

MPEG-7和H.261运动图像专家组MPEG(Moving

Picture

Expert

Group)•

7

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Technology

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Application75n是ISO/IEC/JTC1/SC29下面的一个工作组WG11,成立于1988年。大约有100多家单位300名专家参加,分10个组进行工作。n

1993年8月和1994年11月公布的标准PEG-1和MPEG-2,在影视和多媒体计算机领域中得到了广泛应用,MPEG-4将于1998年公布。MPEG及其他压缩方法•

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Technology

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Application76MPEG标准•

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Technology

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Application77n

MPEG-1标准

1993年8月公布。用于传输1.5Mbps数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音的编码。n

MPEG-2标准1994年11月公布。主要针对高清晰度电视(HDTV)所需要的视频及伴音信号，典型传输速率为10Mbps，与MPEG-1兼容，适用于1.5Mbps～60Mbps甚至更高的编码范围。MPEG标准（续）•

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Technology

&

Application78nMPEG-4标准专家组成立于1993年。该标准的目标为：支持多种多媒体应用(主要侧重于对多媒体信息内容的访问)，可根据应用的不同要求现场配置解码器。该标准将于1998年11月公布。n

MPEG-7标准是“多媒体内容描述接口”

(Multimedia

Content

Description

Interface)。该标准将确定各种类型的多媒体信息标准的描述方法。该标准计划于2000年11月公布。MPEG标准的意义•

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2020Multimedia

Technology

&

Application79n

MPEG支持JPEG和H.261等优秀标准,在参加竞争

的14个方案的基础上,通过反复协调而得到统一,从而成为先进、合理、质量高、成本低的优秀标准,为世界所公认。nMPEG促进了大规模集成电路专用芯片的发展,为多媒体技术、产品的繁荣立下了功劳。MPEG标准的应用•

7

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2020Multimedia

Technology

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Application80n以MPEG-1作为视音频压缩标准的VCD在我国已经形成了庞大的市场n

以MPEG-2作为视音频压缩标准的数字卫星电视接收机IRD已经在欧美形成了很大市场，1993年下半年,美国高级电视联盟(ATV

Grand

Alliance)和欧洲数字视频广播计划(Digital

Video

BroadcastProject)先后决定将MPEG-2用于自己的高分辨率

电视(HDTV)广播中;我国的研究成果与产品•

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2020Multimedia

Technology

&

Application81n

VCD首先在中国开发和广泛应用。n

中科院声学所在MPEG-1解码设备的设计与产业化

方面做出了突出的贡献。中科院计算所国家智能计算机研究开发中心完成的MPEG-2解码设备已经成功应用到DVD和数字卫星电视接收机等产品中。n四川鼎天公司设计的具有实时MPEG-1和MPEG-2解码功能的多媒体计算机于早就已经研制成功,并在当年美国秋季计算机展览会上公开发布。我国的研究成果与产品•

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Technology

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Application82n

VCD首先在中国开发和广泛应用。n中科院声学所在MPEG-1解码设备的设计与产业化方面做出了突出的贡献。n中科院计算所国家智能计算机研究开发中心完成的MPEG-2解码设备已经成功应用到DVD和数字卫星电视接收机等产品中。n

四川鼎天公司设计的具有实时MPEG-1和MPEG-2解码功能的多媒体计算机于早就已经研制成功,并在当年美国秋季计算机展览会上公开发布。多媒体标准与信息基础设施标准的关系•

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Technology

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Application83n信息基础设施的不断完善,要求多媒体技术在节目供应、服务供应、网络供应和用户等各个环节上起作用。因此,多媒体标准必须考虑上述4个环节。n

1996年12月,在ISO/IEC/JTC1的年会上,信息基础设施专题工作组(SWG-GII)提出的全球信息基础设施标准化首次报告中,初步认定了100项标准专题项目,其中的机顶盒接口、人机接口要求和图形存取等许多标准是以相应的多媒体标准为基础的。3.9

Windows

中的视频播放软件•

7

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Technology

&

Application84Microsoft

Windows

Media

Player（以下称Media

Player）是Windows操作系统自带的一种通用多媒体播放器。Media

Player的作用：可以用来播放CD、DVD和VCD，能从CD复制曲目，创建自己的音频和数据CD，收听电台广播，搜索和组织数字媒体文件及向便携设备（如Pocket

PC和便携式数字音频播放机）复制文件。3.9

Windows

中的视频播放软件•

7

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Application853.9.1

Media

Player的运行Media

Player的运行步骤如下：单击“开始”|“程序”|“附件”|“娱乐”|“WindowsMedia

Player”即可运行该软件，软件运行后，屏幕出现图3.25的运行界面。3.9

Windows

中的视频播放软件3.9.1

Media

Player的运行快速访问面板隐藏任务栏按钮

播放控件区域•

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&

Application86正在播放区域播放信息区域3.9

Windows

中的视频播放软件3.9.2

Media

Player支持的媒体格式文件类型（格式）

文件扩展名音乐

CD

播放（CD

音频）

.cda音频交换文件格式

(AIFF)

.aif、.aifc

和

.aiffWindows

Media音/视频文件Windows音频和视频文件.asf、.asx、.wax、.wm、.wma、.wmd、.wmp、.wmv、.wmx、wpl和.wvx.avi和.wavWindows

Media

Player外观.wmz运动图像专家组(MPEG).mpeg、.mpg、.m1v、.mp2、.mpa、.mpe、.mp2v*和.mpv2音乐器材数字接口(MIDI).mid、.midi和.rmiAU

(UNIX).au和.sndMP3.mp3和.m3uDVD视频.vobMacromedia

Flash.swf•

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2020Multimedia

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&

Application873.9

Windows

中的视频播放软件3.9.3利用Media

Player播放数字视频•

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2020Multimedia

Technology

&

Application881、如何利用Media

Player观看DVD操作步骤如下：在“播放”菜单上指向“DVD、VCD或CD音频”，然后单击包含

DVD的驱动器。在播放列表窗格中单击适当的DVD标题或章节名。选择要播放的视频文件。3.9

Windows

中的视频播放软件3.9.3利用Media

Player播放数字视频•

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2020Multimedia

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&

Application892、如何利用Media

Player观看VCD操作步骤如下：运行Media

Player；将VCD插入CD-ROM驱动器中，VCD就会自动开始播放。若

Windows

Media

Player播放机正在播放其他内容，可以使用“播放”菜单播放

VCD。3、如何利用Media

Player播放视频