1、多媒體視頻信號的獲取與處理2022-2-92學習目標1了解模擬視頻的基本知識。2理解視頻的數字化及壓縮原理。3熟悉MPEG視頻標準。4熟悉各種常見數字視頻的文件格式及特點。5掌握將模擬視頻轉換為數字視頻的方法。6掌握使用數字攝像機采集視頻的方法。7了解非線性編輯的基本知識及常用的非線性編輯軟件特點和功能。8能夠用某一視頻編輯軟件進行基本的視頻編輯，將編輯好的數字視頻制作為視頻節目光盤。2022-2-93內容框架2022-2-945.1 視頻一詞源于電視技術，是與動畫類似的一種運動圖像，也是由一系列連續的畫面組成，我們通常把采集于自然景物的動態影像稱之為視頻，而這一過程通常是借助攝像機來完成的。

2、 2022-2-955.1 視頻5.1.1 視頻的原理1.當物體反射回來的光線通過攝像機的透鏡時，該光線被CCD（Charge-Coupled Device，電荷耦合器）傳感器件轉換為電信號。2.模擬攝像機的視頻信號被傳送到錄像機（VCR，Video Cassette Recorder），錄像系統采用電磁轉換的方式將視頻信號記錄在磁帶上。 3.在數字攝像機中，經CCD處理得到的視頻信號首先被數字化成為一個單獨的幀，然后這些數字數據被寫入磁帶。不同的數字攝像機采用的錄制格式也不同，如DV、DVCPRO、DVCAM等。2022-2-965.1 視頻5.1.1 視頻的原理YUV色彩模型色彩模型 在現

3、代彩色電視系統中，通常采用YUV色彩模型。采用YUV色彩模型的要點是，色彩的亮度信號Y和色度信號U、V是分離的。如果只有Y信號分量而沒有U、V分量，那么這樣表示的圖就是黑白灰度圖。彩色電視采用YUV空間正是為了用亮度信號Y解決彩色電視機與黑白電視機的兼容問題，使黑白電視機也能接收彩色信號。2022-2-975.1 視頻5.1.2 模擬電視制式TV制式制定與使用行/幀幀/秒顏色模型PAL德國1962年制定，德國、英國等一些西歐國家，以及中國、朝鮮等國家采用這種制式。62525YUVNTSC1952年美國國家電視標準委員會定義，美國、加拿大等大部分西半球國家，以及日本、韓國、菲律賓等國和中國臺灣地

4、區采用這種制式。52530YIQSECAM由法國制定，法國、前蘇聯及東歐國家采用這種制式。世界上約有65個地區和國家試驗這制式。62525YUV2022-2-985.1 視頻5.1.3 模擬視頻信號的類型RF射頻輸入輸出接口S-Video輸入輸出端子復合視頻接口分量信號接口2022-2-995.1 視頻5.1.3 模擬視頻信號的類型1RF射頻信號（radio frequency） RF射頻信號（radio frequency）是一種為了能在空中傳播電視信號，而由視頻全電視信號調制成的信號。電視機從天線或有線電視電纜接收到的就是射頻信號。 2022-2-9105.1 視頻5.1.3 模擬視頻信號

5、的類型2復合視頻信號（composite video signal） 包含亮度信號、色差信號和所有同步信號的單一信號叫做復合電視信號。復合電視信號是把亮度信號和色差信號復合在一起，使用一條信號電纜線傳輸，并可以記錄在模擬磁帶的單路磁跡上。復合視頻信號接口（左）及連接電纜2022-2-9115.1 視頻5.1.3 模擬視頻信號的類型3S-Video信號 S-Video（Separated video）是一種兩分量的視頻信號，它把亮度和色度信號分成兩路獨立的模擬信號（稱為Y/C信號），使用兩條信號電纜線分別傳輸，并可以記錄在模擬磁帶的兩路磁跡上。 S端子和S端子連接電纜2022-2-9125.1

6、視頻5.1.3 模擬視頻信號的類型4分量視頻信號 分量視頻信號（component video signal）指每個基色分量作為獨立的電視信號。每個基色既可以用RGB表示，也可以用亮度-色差表示，如YIQ，YUV，它通過3路導線傳輸并記錄在模擬磁帶的3路磁跡上。 2022-2-9135.2 視頻的數字化5.2.1 分量數字化 “分量數字化”（component digitization），表示對彩色空間的每一個分量進行數字化。通常的做法是首先把模擬的全彩色電視信號分離成YCbCr，YUV，YIQ或RGB彩色空間中的分量信號，然后用三個A/D轉換器分別對它們數字化。2022-2-9145.2 視

7、頻的數字化5.2.2 視頻數字化的采樣與量化1彩色空間的轉換RGB彩色空間轉換為YCbCr彩色空間可以通過以下公式轉換： Y=0.299R+0.587G+ 0.114B Cr=(R-Y)0.713+ 128 Cb=(B-Y)0.564+ 1282022-2-9155.2 視頻的數字化5.2.2 視頻數字化的采樣與量化2CCIR為NTSC制、PAL制和SECAM制規定了共同的電視圖像采樣頻率fs=13.5MHz。根據采樣頻率，可以算出每一掃描行采樣的樣本點數：對PAL制、SECAM制，采樣頻率fs=62525N=15625N=13.5MHz，N=864；對NTSC制，請算出每一掃描行采樣的樣本點

8、數 2022-2-9165.2 視頻的數字化5.2.2 視頻數字化的采樣與量化2CCIR為NTSC制、PAL制和SECAM制規定了共同的電視圖像采樣頻率fs=13.5MHz。根據采樣頻率，可以算出每一掃描行采樣的樣本點數：對PAL制、SECAM制，采樣頻率fs=62525N=15625N=13.5MHz，N=864；對NTSC制，采樣頻率 fs=52529.97N=15734N=13.5MHz，N=8582022-2-9175.2 視頻的數字化5.2.2 視頻數字化的采樣與量化3采樣格式 對彩色電視圖像進行采樣時，可以采用兩種采樣方法。一種是使用相同的采樣頻率對圖像的亮度信號和色差信號進行采樣

9、，另一種是對亮度信號和色差信號分別采用不同的采用頻率進行采樣。如果對色差信號使用的采樣頻率比對亮度信號使用的采樣頻率低，這種采樣就稱為圖像子采樣(subsampling)。2022-2-9185.2 視頻的數字化5.2.2 視頻數字化的采樣與量化3采樣格式（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 視頻的數字化5.2.2 視頻數字化的采樣與量化4量化 CCIR061規定，每個分量的每個樣本精度為8比特，即256個等級，但實際上亮度信號占220級、色度信號占225級，其他作同步、編碼等控制用，這可以滿足消費類和計算機

10、應用。對于編輯類應用，每個分量的每個樣本的精度則要為10比特，即每個像素樣本要30位。2022-2-9205.2 視頻的數字化5.2.3 數字視頻的壓縮原理（1）幀內壓縮 也稱空間壓縮（spatial compression），當壓縮一幀視頻時，僅考慮本幀的數據而不考慮相鄰幀之間的冗余信息，這實際上與靜態圖像壓縮類似。 （2）幀間壓縮 幀間壓縮是基于許多視頻的連續前后兩幀具有很大的相關性，或者說前后兩幀信息變化很小的特點，也就是說連續的視頻其相鄰幀之間具有冗余信息，根據這一特性，壓縮相鄰幀之間的冗余量就可以進一步提高壓縮量。 2022-2-9215.3 MPEG標準5.3.1 MPEG-1和M

11、PEG-2數字視頻l MPEG-1 MPEG-1標準的正式名稱為“信息技術用于數據速率大約高達1.5Mb/s的數字存儲媒體的運動圖像和伴音編碼”（Information technology-Coding of moving picture and associated audio for digital storage media at up to about 1.5Mb/s），主要是針對當時具有1.5Mb/s數據傳輸率的CD-ROM開發的，其目標是要把目前廣播視頻信號壓縮到能夠記錄在CD光盤上，并能夠用單速光盤驅動器來播放，圖像具有家用錄像機VHS的質量和高保真的伴音效果。 2022-2-

12、9225.3 MPEG標準5.3.1 MPEG-1和MPEG-2數字視頻2.MPEG-2 MPEG-2的標準名稱為“信息技術-運動圖像和伴音信息的通用編碼（Information technologyGeneric coding of moving pictures and associated audio information）”，是1996年由MPEG組織推出的旨在解決多媒體傳輸問題的標準。MPEG-2是高分辨率視頻圖像的標準，針對分辨率為720484的廣播級視頻圖像，它要達到的最基本目標是位速率為4-9Mb/s，最高達15Mb/s。除了作為DVD的指定標準外，還為廣播，有線電視，電纜網

13、絡以及衛星直播提供廣播級的數字視頻所采用的基本標準。 2022-2-9235.3 MPEG標準5.3.1 MPEG-1和MPEG-2數字視頻 MPEG-1和MPEG-2的主要不同指標名稱MPEG-1MPEG-2（基本型）標準化時間1992年1994年(DIS)主要應用CD-ROM上的數字視頻，VCD數字TV，DVD空間分辨率CIF格式(1/4 TV)，288360像素TV，576720像素時間分辨率25 - 30 幀/秒50-60 場/秒位速率1.5 Mbit/s15 Mbit/s質量相當于VHS相當于NTSC/PAL電視壓縮率20 3030 402022-2-9245.3 MPEG標準5.3

14、.2 MPEG-4多媒體交互標準 MPEG-4于1999年成為國際標準，標準名為Very-low bitrate audio-visual coding（超低速率視聽編碼），主要為視聽（audio-visual）數據的編碼和交互播放開發算法和工具，是一個數據速率很低（64kb/s以下）的多媒體通信標準。 2022-2-9255.4 視頻文件的格式及播放5.4.1 視頻文件格式1MPEG視頻格式 MPEG-1標準文件 文件格式擴展名包括有.mpg、.mlv、.mpV、.mpeg，VCD光盤中MPEG視頻文件的擴展名為.dat。 MPEG-2標準的視頻文件文件格式擴展名包括.mpg、.mpe、.m

15、peg、.m2v及DVD光盤上的.vob文件等。 MPEG4標準的視頻文件DivX格式是由MPEG4衍生出的另一種視頻編碼(壓縮)標準，即通常所說的DVDrip格式。2022-2-9265.4 視頻文件的格式及播放5.4.1 視頻文件格式2AVI視頻格式 AVI（Audio Video Interleave）是一種音頻視頻交插記錄的數字視頻文件格式。是PC系統中使用最為廣泛的視頻文件格式，同QUICKTIME和MPEG并稱為電腦的三大主流視頻技術。 AVI文件可以采用不壓縮的方式，在采集原始模擬視頻時可以用不壓縮方式獲得最優質的圖像，以便編輯后再壓縮。 AVI格式還有一個特點就是具有開放性，它

16、可以采用不同的壓縮算法，也就是說，同樣是以AVI為后綴的視頻文件，其采用的壓縮算法可能也不同，因此需要相應的解壓縮軟件才能識別和回放。 2022-2-9275.4 視頻文件的格式及播放5.4.1 視頻文件格式3MOV視頻格式 Apple公司的Macintosh機上的視頻格式，MOV為后綴，相應的視頻應用軟件為Apples QuickTime for Macintosh。同時Apple公司也推出了適用于PC機的視頻應用軟件Apples QuickTime for Windows，因此在MPC機上也可以播放MOV視頻文件。 MOV也可以作為一種流文件格式。QuickTime能夠通過Internet

17、提供實時的數字化信息流、工作流與文件回放功能，為了適應這一網絡多媒體應用，QuickTime為多種流行的瀏覽器軟件提供了相應的QuickTime Viewer插件（Plugin），能夠在瀏覽器中實現多媒體數據的實時回放。2022-2-9285.4 視頻文件的格式及播放5.4.1 視頻文件格式4Real Media視頻格式 Real Media是目前互聯網上最流行的跨平臺的客戶/服務器的多媒體應用標準，此格式由RealNetwork公司開創，采用流式技術，可以讓瀏覽者一邊下載一邊觀看，而不需要等到整個多媒體文件下載完成，很適合網絡的發布。 Real Media包括了rm、.ra、.rp、.rt等

18、文件格式，分別用于制作不同類型的流媒體文件。其中使用最廣的Ra用以傳輸接近CD音質的音頻數據，RM格式用來傳輸連續的視頻數據。2022-2-9295.4 視頻文件的格式及播放5.4.1 視頻文件格式5ASF格式 Microsoft公司推出的ASF（Advanced Streaming Format，高級流格式)，是為了和Real Networks公司競爭而發展的一種在Internet上實時傳播視頻和音頻的視頻壓縮文件格式。 采用MPEG-4壓縮方式，音頻采用WMA壓縮格式，可以直接使用Windows自帶的Windows Media Player對其進行播放。 2022-2-9305.4 視頻文

19、件的格式及播放5.4.2 視頻格式文件的播放 1.Windows Media Player Windows Media Player是微軟公司開發的媒體播放軟件，Windwows 系統自帶的媒體播放器。2.RealPlay RealPlayer是RealNetworks公司的產品，支持播放多種在線媒體視頻，界面如圖所示。除了支持自身公司的rm、rmvb等格式外，還支持包括Flash、FLV格式以及MOV格式等等，并且在播放過程中能夠錄制視頻。 2022-2-9315.4 視頻文件的格式及播放5.4.2 視頻格式文件的播放3.QuickTime Player QuickTime Player是蘋

20、果電腦公司所設計的數字媒體制作播放平臺。它適用于Mac OS X平臺和PC平臺。QuickTime 視頻文件播放程序支持多種數字視頻文件，包括：MiniDV、DVCPro、 DVCam、AVI、AVR、MPEG-1、OpenDML以及Macromedia Flash等。并且可以收聽/收看網絡播放，支持HTTP、RTP和RTSP標準。4. 暴風影音 暴風影音無疑是目前國內最流行，使用人數最多的一款媒體播放器。它可以說是一款全能媒體播放器，對各流行的影音文件和流媒體的全面支持，并且軟件完全免費。 2022-2-9325.4 常見的視頻文件格式5.4.3 視頻格式文件的相互轉換 1.超級白金轉換秀

21、超級白金轉換秀是國內首個集成CD抓規、音頻轉換、視頻轉換、音視頻混合轉換、音視頻切割/駁接轉換于一體的優秀影音轉換工具。 2022-2-9335.4 常見的視頻文件格式5.4.3 視頻格式文件的相互轉換 2.WinAVI Video Converter WinAVI Video Converter是一個專業的視頻編、解碼軟件。界面非常漂亮，簡單易用。該軟件支持包括AVI、MPEG1/2/4、VCD/SVCD/DVD、DivX、XVid、ASF、WMV、RM在內的幾乎所有視頻文件格式。支持VCD/SVCD/DVD刻錄。支持AVI-DVD、AVI-VCD、AVI-MPEG、AVI-MPG、AVI-

22、WMV、DVD-AVI及視頻到AVI/WMV/RM的轉換。2022-2-9345.4 常見的視頻文件格式5.4.3 視頻格式文件的相互轉換 3. WisMencoder WisMencoder 是一個免費的視頻壓縮、轉換軟件。它能夠把多種視頻格式，包括av、mpg、rmvb、wmv、mp4、mov、dat等格式以最快的速度和最高的質量轉換為AVI格式。 2022-2-9355.5數字視頻的采集 視頻采集（video capture）是將來自電視機、錄像機、VCD機、數字攝像機等設備輸出視頻信號導入計算機的過程，其主要方式有： 通過視頻采集卡將模擬視頻轉換為數字視頻，并按數字視頻文件的格式保存下

23、來，模擬視頻可能來至于磁帶錄像機、攝像機及電視信號等； 直接利用數字攝像機拍攝而獲取數字視頻。 計算機中制作的動畫文件也可以轉換為視頻文件格式，通過抓圖軟件對計算機屏幕畫面進行動態采集也可以獲得數字視頻。2022-2-9365.5數字視頻的采集 5.5.1 采集模擬視頻1視頻采集卡視頻采集卡2022-2-9375.5數字視頻的采集 5.5.1 采集模擬視頻2采集過程 安裝視頻采集卡硬件和軟件驅動； 準備視頻源，如錄像機、攝像機、電視信號等，并通過連接線把視頻源外設的視頻輸出端口與視頻采集卡相應的視頻輸入端口相連，音頻輸入與MPC的聲卡的音頻輸入相連； 準備好MPC系統環境，如硬盤優化、關閉其他

24、進程等； 啟動采集程序，預覽采集信號，設置采集參數，如采集文件的格式、采集文件的路徑等； 啟動信號源，開始進行采集； 預覽采集的數據，如果丟幀嚴重可以修改采集參數或進一步優化環境，采集效果滿意后再開始正式采集。2022-2-9385.5數字視頻的采集 5.5.1 采集模擬視頻Windows XP自帶的視頻編輯軟件Movie Maker2022-2-9395.5數字視頻的采集 5.5.2 利用數字攝像機直接拍攝 數碼攝像機拍攝的視頻信號是數字信號，所以可以直接將把視頻內容傳遞到計算機中。其采集的過程就是把數字攝像機拍攝的內容傳輸到計算機，這需要MPC上配有IEEE 1394接口。 1394接口卡

25、和1394電纜2022-2-9405.6 數字視頻的后期處理5.6.1非線性編輯1什么是線性編輯 線性編輯，是一種磁帶的編輯方式，它利用電子手段，根據節目內容的要求將素材連接成新的連續畫面的技術。通常使用組合編輯將素材順序編輯成新的連續畫面，然后再以插入編輯的方式對某一段進行同樣長度的替換。但要想刪除、縮短、加長中間的某一段就不可能了，除非將那一段以后的畫面抹去重錄，這是模擬時代視頻編輯的方式。 2022-2-9415.6 數字視頻的后期處理5.6.1非線性編輯2什么是非線性編輯 數字視頻的編輯稱為非線性編輯（Nonlinear Editing，簡稱NLE），它需要依靠非線性編輯系統完成。傳統

26、的線性編輯是錄像機通過機械運動使磁頭將25f/s的視頻信號順序記錄在磁帶上，在編輯時也必須順序尋找所需要的視頻畫面。而數字技術發展起來之后出現了專用的非線性編輯機，非線性編輯采用硬盤作為存儲介質來記錄數字化的視音頻信號，由于硬盤可以滿足1/25s內任意一幀畫面的隨機讀取和存儲，從而實現視音頻編輯的非線性。2022-2-9425.6 數字視頻的后期處理5.6.1 非線性編輯3. 非線性編輯的基本過程 數字視頻的非線性編輯，即對視頻及音頻素材進行隨機快捷地存取、修改，改變視頻素材的時間順序、長短并合成新的剪輯。編輯過程就是： 把視頻片段、字幕或者圖像按照需要的次序放到視頻軌道上； 在場景之間添加過

27、渡（Transition）效果讓不同鏡頭之間過渡自然，并在場景上使用濾鏡以調整圖像質量和效果等； 音頻軌道則可以直接使用視頻片段原有的聲音，也可以配音、添加背景音樂和各種音效； 預演、修改滿意后，利用編輯程序合并文件、轉場、特效和覆疊的信息，并生成新的視頻文件。 生成的視頻文件可以根據不同的需要，輸出如VCD、DVD以及錄像帶存儲的不同形式的成品。2022-2-9435.6 數字視頻的后期處理5.6.2 常用的視頻編輯軟件1Adobe Premiere 2022-2-9445.6 數字視頻的后期處理5.6.2 常用的視頻編輯軟件2Ulead視頻編輯軟件 Media Studio Pro 會聲會

28、影 2022-2-9455.6 數字視頻的后期處理5.6.3 制作視頻節目光盤1VCD和DVDVCD上的目錄結構和文件的主要含義: CDDA:以軌的格式存放在光盤上的CD-DA音軌。 Cdi:CD-i應用程序以及使用CD-I播放機時所要用到的數據。 Karaoke:Karaoke光盤要用到的語言及文字數據。 Mpegav:以軌的格式存在光盤上的MPEG視頻。 Segment:其他非軌格式存在光盤上的MPEG文件。 Vcd:在VCD及CD-I播放機上都必須用到的數據。2022-2-9465.6 數字視頻的后期處理5.6.3 制作視頻節目光盤1VCD和DVD 在標準確的DVD視頻光盤中一般會有“AUDIO-T