Transcript 数字视频技术 - 计算机与软件学院

数字视频
处理技术
5.1 数字视频基础知识
一、视频的基本概念
1.视觉暂留现象
人眼有一种视觉暂留的生物现象，即人观察
的物体消失后，物体映像在人眼的视网膜上会保
留一个非常短暂的时间(约0.1 s)。
利用这一现象，将一系列画面中物体移动或
形状改变很小的图像，以足
够快的速度连续播放，就会产
生连续活动的场景。
5-2
数字视频
处理技术
5.1 数字视频基础知识
2.视频的定义
视频又称运动图像或活动图像，它是指连续
地随着时间变化的一组图像。
帧：一幅单独的图像。
帧率：每秒种播放的帧数，单位是f/s。
典型的帧率：24 f/s、25 f/s、30 f/s。
常见的视频信号：电影、电视。
5-3
数字视频
处理技术
5.1 数字视频基础知识
3.电视的制式
色度信息处理方法→三种彩色电视制式
⑴NTSC制式(美国、日本等)
National Television Systems
Committee (1953年，美国)
①30 帧/秒(29.97 fps)，525行/帧
②隔行扫描：2场/帧，262.5行/场
③颜色模型：YIQ
④宽高比：4:3(帧大小：352×240)
5-4
数字视频
处理技术
5.1 数字视频基础知识
⑵PAL制式(中国、德国、英国、朝鲜等)
Phase Alternation Line(1962年，德国)
①25帧/秒，625行/帧。
②隔行扫描：2场/帧，312.5行/场。
③颜色模型：YUV。
④宽高比：4:3(帧大小：352×288)。
⑶SECAM制式(法国、俄罗斯、东欧国家)
“轮流传送彩色与存储”(1966年，法国)
类似PAL制式
5-5
数字视频
处理技术
5.1 数字视频基础知识
⑷HDTV(高清晰度数字电视)
数字电视：拍摄、编辑、制作、传输、播出、
接收电视信号全过程都使用数字技术的电视系统。
其电视接收器按清晰度等级可分：
HDTV
EDTV
SDTV
PDTV
高清晰度
数字电视
增强型
数字电视
标准清晰
数字电视
普及型
数字电视
电影级图像
1 920×1 080
比DVD略高
1 280×720
DVD级图像
720×625
VCD级图像
352×288
收看数字电视：数字机顶盒/AV端子＋智能卡
5-6
数字视频
处理技术
5.1 数字视频基础知识
二、视频的数字化
1.视频数字化过程
模拟视
频信号
扫描
采样
量化
编码
数字视
频信号
视频是连续的图像
图像是离散的视频
5-7
数字视频
处理技术
5.1 数字视频基础知识
2.视频的优点
与模拟视频相比，其优点：
①数字视频便于创造性地编辑与合成。
②数字视频可不失真地进行多次复制。
③在网络环境下容易实现资源共享。
④数字视频可与其他媒体组合使用。
缺陷：①处理速度慢。
②数据量大(压缩、光盘)。
5-8
数字视频
处理技术
5.1 数字视频基础知识
三、视频的文件格式
1.AVI文件
AVI(Audio Video Interleave)是一种音视频交叉
记录的文件格式,微软在1992年推出AVI文件及其应用
软件Video for Windows。
特点：①AVI采用帧内压缩，可用一般的视频
编辑软件进行编辑。
②提供无硬件视频回
放，其窗口大小和帧率可
根据播放环境调整。
5-9
数字视频
处理技术
5.1 数字视频基础知识
2.MOV文件
MOV(Movie Digital Video)文件是Apple
公司在其Macintosh机推出的视频文件格式，
其相应的视频应用软件是QuickTime。
QuickTime for Macintosh
QuickTime for Windows
MOV文件格式的压缩算法
Video编码支持16位图像深度
的帧内压缩和帧间压缩。
5-10
数字视频
处理技术
5.1 数字视频基础知识
3.MPG文件
MPG文件是采用MPEG算法进行压缩的全运
动视频文件格式。它在1024×768的分辨率下
可用每秒25或30帧的速率同步播放全运动视频
图像和CD音乐伴音。
DAT文件也是基于MPEG
压缩算法的一种文件格式,
它是Video CD和卡拉OK CD
数据文件的扩展名。
5-11
数字视频
处理技术
5.1 数字视频基础知识
4.WMV文件
WMV(Windows Media Video)是微软公
司开发的一种数字视频压缩格式。WMV文件
一般同时包含视频和音频部分。视频部分使用
Windows Media Video编码，音频部分使
用Windows Media Audio编码。
ASF（Advanced Stream Format）格式
升级延伸而来。在同等视频质量下，WMV格
式的体积非常小，因此很适合在网上播放和传
输。
5-12
数字视频
处理技术
5.1 数字视频基础知识
5.RM文件
Real Networks公司所制定的音频视频压缩
规范称为RealMedia。
RealMedia可以根据不同的网络传输速率制
定出不同的压缩比率，从而实现在低速率的网
络上进行影像数据实时传送和播放。
5-13
数字视频
处理技术
5.1 数字视频基础知识
6.RMVB文件
RMVB是由RM视频格式升级延伸出的新视
频格式。RMVB视频格式在保证平均压缩比的
基础上合理利用比特率资源。在静止和动作场面
少的画面场景采用较低的编码速率，从而可以留
出更多的带宽空间。而空
余的带宽会在出现快速
运动的画面场景时被利
用。
5-14
数字视频
处理技术
5.1 数字视频基础知识
7.MP4文件
8.PMP文件
9.MMS
10.RTSP
11.3GPP
同学们自己去了解：
http://zhidao.baidu.com/
？？？
5-15
数字视频
处理技术
5.1 数字视频基础知识
四、视频的获取与处理
1.视频数据的获取
①从模拟设备中采集视频数据。
②从数字设备中获取视频数据。
③从影视光盘中截取视频数据。
④从网络中获取相应的视频文件。
2.视频数据的处理
①压缩视频文件存储空间。
②消除视频数据干扰信息。
③处理视频数据内容。
④视频数据描述和搜索。
5-16
5.2 运动图像压缩标准
数字视频
处理技术
一、视频压缩基本原理
原始视频数据占用大量空间
1分钟1 024×768像素32位色24帧/秒
约占4 320 M（不含声音）
(1 024×768×32/8)×24×60= 4 529 848 320
B
原始视频
视频压缩算法
压缩视频
5-17
数字视频
处理技术
5.2 运动图像压缩标准
视频压缩算法原理：
①视频由很多离散的图像组成。
②找出运动图像的相邻帧之间存在的冗余，
并以帧速率进行预测压缩——运动补偿。
帧间编码的技术基础是预测技术。
基于预测技术的帧间编码方法：
①条件像素补充方法——只传输亮度差超过
阈值的部分。
②运动补偿技术——只传输运动的部分。
5-18
数字视频
处理技术
5.2 运动图像压缩标准
二、MPEG标准概述
运动图像专家组 (Moving Picture
Experts Group, MPEG)是在1988年由
ISO/IEC联合成立的工作组，其主要任务是制订
各种运动图像及其伴音信号的数字压缩国际标准。
1.MPEG-1标准
MPEG-1是92年通过的用于1.5 Mb/s速率的
数字存储媒体运动图像及伴音编码标准。
MPEG-1主要应用：光盘、数字录音带、磁
盘、通信网络以及VCD等。
5-19
数字视频
处理技术
5.2 运动图像压缩标准
2.MPEG-2标准
MPEG-2是1994年通过的用于4～15Mb/s
速率的广播级运动图像及伴音编码国际标准。
MPEG-2主要应用：DVD、HDTV(高清晰
度电视)、视频会议以及多媒体邮件等。
3.MPEG-4标准
MPEG-4是1998年通过的用于低比特率
(≤64 Ｋb/s)的视频压缩编码标准。
主要应用：可视电话、视听对象(交互)。
5-20
数字视频
处理技术
5.2 运动图像压缩标准
4.MPEG-7标准
MPEG-7(Multimedia Content
Description Interface，多媒体内容描述接口)
规定一套描述符标准，用于描述各种多媒体信息，
以便更快、更有效地检索信息。
主要应用：数字图书馆、广播媒体选择、多
媒体编辑以及多媒体索引服务。
5.MPEG-21标准
多媒体框架(Multimedia Framework)
5-21
数字视频
处理技术
5.2 运动图像压缩标准
三、视频转换和压缩工具
5-22
数字视频
处理技术
5.2 运动图像压缩标准
5-23
23
数字视频
处理技术
5.3 摄像头与数字摄像机
一、数字摄像头
计算机摄像机(PC-camera)、电脑眼。
1.摄像头的功能
数字摄像头是一种数字视频输入设备。
应用领域：
①可视电话(Netmeeting)
②实时监视
③视频采集
④远程医疗
5-24
数字视频
处理技术
5.3 摄像头与数字摄像机
2.摄像头的性能指标
⑴摄像器件
CCD：电荷耦合器件(高端技术元件)
特点：成像好、灵敏度高、抗震性强
CMOS：互补金属氧化半导体(低端市场)
特点：成本低、反应快、功耗低
⑵像素分辨率
10万像素→352×288
30～100万像素→640×480以上
5-25
数字视频
处理技术
5.3 摄像头与数字摄像机
⑶颜色深度
24位、30位
⑷捕获速度
采用最大分辨率的流畅度。
25～30 f/s(＜出现延迟或跳帧)
⑸接口方式
USB接口、并口(淘汰产品)
(品牌：微软、创新、罗技等)
5-26
数字视频
处理技术
5.3 摄像头与数字摄像机
3.摄像头的使用
5-27
数字视频
处理技术
5.3 摄像头与数字摄像机
二、数码摄像机
数码摄像机（Digital Video）也称DV。
1.数码摄像机的功能
数码摄像机是一种专门获取和保存数码影像，
并且按照指定的视频存储格式进行存储的视频采
集设备。
应用领域：
①视频采集
②新闻采访
5-28
数字视频
处理技术
5.3 摄像头与数字摄像机
2.数码摄像机的性能指标
⑴清晰度
由摄像器件的像素数量决定的，像素越多，
捕获的图像越清晰。
⑵最低照度
摄影机能够在多黑的条件下捕获可用影像。
⑶自动增益控制
能够检测当前获取的视频信号电平，适时地
开关，增大数码摄像机工作的光照范围。
5-29
数字视频
处理技术
5.3 摄像头与数字摄像机
⑷信噪比
指信号电压对于噪声电压的比值，通常用符
号S/N表示。
⑸背景光补偿
也称作逆光补偿或逆光补正，能够有效地补
偿摄像机在逆光环境下拍摄画面主体黑暗的缺陷。
⑹电子快门
电子快门控制CCD图像传感器的感光时间。
5-30
数字视频
处理技术
5.3 摄像头与数字摄像机
3.数码摄像机的使用
5-31
数字视频
处理技术
5.4 视频编辑软件
一、Premiere概述
Premiere是Adobe公司推出的一种专业视频
编辑软件，能产生广播级的视频质量。
1.发展简史
早期的Premiere只有Macintosh版本。
1995年6月
1998年
2001年
2003年7月
2007年
Premiere
Premiere
Premiere
Premiere
Premiere
4.0/4.2
5.0/5.5
6.0/6.5
7.0/Pro
Pro CS3
5-32
数字视频
处理技术
5.4 视频编辑软件
2.基本功能
△非线性编辑与制作软件
△配合多种硬件进行视频捕获和输出
△提供各种视频编辑工具
有关术语：
Frame→帧 Clip→剪辑
5-33
数字视频
处理技术
5.4 视频编辑软件
二、视频的基本操作
Premiere进行视频编辑的处理流程：
①素材采集与导入
②素材编辑
③特效处理与编辑
④字幕制作
⑤视频生成与输出
5-34
数字视频
处理技术
5.4 视频编辑软件
三、Premiere知识点
1.主窗口
5-35
数字视频
处理技术
5.4 视频编辑软件
2.项目窗口
5-36
数字视频
处理技术
5.4 视频编辑软件
3.监视器窗口
5-37
数字视频
处理技术
5.4 视频编辑软件
4. 时间线窗口
5-38
数字视频
处理技术
5.4 视频编辑软件
5.调音台窗口
5-39
数字视频
处理技术
5.4 视频编辑软件
6. 播放面板窗口
5-40
数字视频
处理技术
5.4 视频编辑软件
7.特效面板窗口
5-41
数字视频
处理技术
5.4 视频编辑软件
8. 历史面板窗口
5-42
数字视频
处理技术
5.4 视频编辑软件
三、音视频转场特效
在Premiere中对声音或者视频素材之间的切
换提供了多种转场特效。
1.视频转场特技
视频转场特效是指一段视频剪辑结束后，另
一段视频剪辑开始时的电影镜头转换过程。
2.音频转场特技
音频转场特效和视频转场特效功能相似，用
于在不同音频素材切换时增加切换效果。
5-43
数字视频
处理技术
5.4 视频编辑软件
1.视频转场特技
Premiere中提供了11大类多达几十种视频转
场特效，为视频制作提供了充足的表现手段。
5-44
数字视频
处理技术
5.4 视频编辑软件
2.音频转场特技
目前，Premiere提供了恒定增益和恒定放大
两种声音切换特效。
5-45
数字视频
处理技术
5.4 视频编辑软件
四、音视频特效
在Premiere中能够为声音或者视频素材增加
特效来增强音频、视频素材的表现效果。
视频特技：由Premiere封装的专门用于处理
视频像素的程序，并且按照指定的要求实现各种
特技效果,对制作中的视频素材进行渲染。
音频特技：能够对制作中的音频素材进行渲
染。
5-46
数字视频
处理技术
5.4 视频编辑软件
1.视频特技
Premiere中集成了多种视频特效处理方式，
能够对制作中的视频素材进行渲染。
视频特效可以修补视
频剪辑中的缺陷，如改变
视频剪辑中的色彩平衡、
图像变形等，或者对指定
的视频素材进行处理，产
生许多意想不到的效果。
5-47
数字视频
处理技术
5.4 视频编辑软件
2. 音频特技
Premiere主要针对单声道、立体声和5.1声
道提供了多种音频转场特效。
5-48
数字视频
处理技术
5.4 视频编辑软件
五、字幕与标题
字幕是影视作品中一种重要的视觉元素。从
狭义的角度来理解，字幕可以用在片头、片尾设
计，以及播映过程中的人物对白内容显示。从广
义来说，字幕包括文字和图形两种类型。
5-49
数字视频
处理技术
5.4 视频编辑软件
1.字幕设计器
5-50
5.4 视频编辑软件
数字视频
处理技术
板
5-51
数字视频
处理技术
5.4 视频编辑软件
字幕模板对话框
5-52
数字视频
处理技术
5.4 视频编辑软件
2.添加字幕效果
5-53
数字视频
处理技术
5.4 视频编辑软件
六、视频制作过程
Premiere制作影视节目的基本过程：
⑴建工程文件
⑵导入素材
⑶编排素材
⑷播放影片
⑸添加特效
⑹制作字幕与标题
⑺输出电影
5-54
5.5 视频光盘制作
数字视频
处理技术
一、光盘制作系统
1.视频光盘制作系统的组成框图
照相机
摄像机
扫描仪
CD光盘
操作系统
视频特技
编辑软件
光盘编辑
刻录软件
光
盘
刻
录
机
DVD光盘
蓝光光盘
多媒体手机
多媒体计算机
5-55
数字视频
处理技术
5.5 视频光盘制作
2.光盘制作的基本环境
⑴硬件
·照相机、摄像机、扫描仪、多媒体手机：要
要求具备多媒体采集、存储和导出功能。
·PC机：要求处理速度尽可能快，存储容量
尽可能大。
·光盘刻录机：用于刻录光盘，如Philips刻
录光驱、SAMSUNG刻录光驱等。
5-56
数字视频
处理技术
5.5 视频光盘制作
⑵软件
·操作系统：本书主要介绍Windows平台，如
Windows XP、Windows 7等。
·视频编辑软件：Adobe Premiere、Ulead
MediaStudio Pro等。
·图像处理软件：Adobe Photoshop Pro CS3、
Ulead PhotoImpact和Cool 3D等。
·光盘刻录软件：Nero 7 Essentials、VideoPack
和WinOnCD等。
还可以选择一些多媒体光盘播放工具，如Intel
WinDVD、PowerDVD、暴风影音等。
5-57
5.5 视频光盘制作
数字视频
处理技术
⑶光盘
·刻录光盘：光盘刻录机能够写入信息的光盘载体
5-58
数字视频
处理技术
5.5 视频光盘制作
3. 视频光盘制作的基本流程
信号源
采集
编辑
刻录
信号源设备：能够获取各种多媒体素材的设备。
采集过程：将信号源获取的多媒体素材导入，并存储到多媒体计
算机中。
编辑过程：使用数字视频特技编辑处理软件对采集的素材进行剪
辑、添加特技和字幕等操作。
刻录过程：经过刻录软件将编辑后的文件刻录到光盘上。
5-59
数字视频
处理技术
5.5 视频光盘制作
二、VCD与DVD制作
将前期获取和制作的多媒体作品按照光盘媒
体标准保存到光盘存储介质中是多媒体光盘制作
的关键环节。
常见的光盘刻录软件：
Nero Burning Rom
CloneCD
Roxio VideoPack
WinOnCD
5-60
数字视频
处理技术
5.5 视频光盘制作
1.Nero概述
Nero Burning Rom是Nero AG公司推出的
一款专业光盘刻录软件，能够在Microsoft
Windows和Linux平台上运行。
5-61
数字视频
处理技术
5.5 视频光盘制作
2.Nero StartSmart窗口组成
5-62
数字视频
处理技术
5.5 视频光盘制作
3.Nero视频光盘制作——Nero Vision
5-63
数字视频
处理技术
5.5 视频光盘制作
VCD与DVD制作过程：
⑴工作环境设置
5-64
数字视频
处理技术
5.5 视频光盘制作
⑵导入视频
5-65
数字视频
处理技术
5.5 视频光盘制作
导出视频
5-66
数字视频
处理技术
5.5 视频光盘制作
⑶视频素材编辑
在Nero Vision的工作界面中，双击“视频素
材列表”中的素材，可以在“视频预览”窗口中
查看视频素材的内容。
5-67
数字视频
处理技术
5.5 视频光盘制作
⑷视频编辑
在Nero Vision的主工作界面中单击“编辑”按钮，
选择“电影屏幕”或者“幻灯片”编辑方式。“电影屏
幕”编辑方式能够对各种视频、图像素材进行组织，而
“幻灯片”编辑方式主要用于将多张图片素材组织成视
频进行播放。
5-68
数字视频
处理技术
5.5 视频光盘制作
⑸菜单设计
5-69
数字视频
处理技术
5.5 视频光盘制作
⑹预览目标视频
5-70
数字视频
处理技术
5.5 视频光盘制作
⑺光盘刻录
5-71
数字视频
处理技术
本章小结
视频是一种能够同时表达和处理语音、图像（静
止和活动图像）、数据及文字等信息的媒体技术，
具有较大的信息量。
☆
☆
☆
☆
☆
☆
模拟视频的数字化过程
媒体文件格式/数字视频压缩标准
视频转换软件WinAVI的使用
Premiere是Adobe公司出品的一款专业视频编辑软件
多媒体光盘制作系统
VCD、DVD视频光碟的制作过程
5-72