1、5.4 數字視頻及應用數字視頻及應用5.4.1 數字視頻基礎數字視頻基礎5.4.2 數字視頻的壓縮編碼數字視頻的壓縮編碼5.4.3 數字視頻的編輯數字視頻的編輯5.4.4 合成視頻合成視頻計算機動畫計算機動畫5.4.5 數字視頻的應用數字視頻的應用 25.4 數字視頻及應用5.4.1 數字視頻基礎數字視頻基礎35.4 數字視頻及應用基本概念基本概念n視頻視頻（video）：內容隨時間變化的一個圖像序列，也稱為）：內容隨時間變化的一個圖像序列，也稱為活動圖像或運動圖像活動圖像或運動圖像(motion picture)。常見的視頻有電視。常見的視頻有電視和計算機動畫。和計算機動畫。n電視電視：能傳

2、輸和再現真實世界的圖像與聲音，是當代最有影：能傳輸和再現真實世界的圖像與聲音，是當代最有影響力的信息傳播工具。響力的信息傳播工具。數字視頻數字視頻：數字化的電視信號稱為數：數字化的電視信號稱為數字視頻。字視頻。n計算機動畫計算機動畫：是計算機制作的圖像序列，是一種計算機合成：是計算機制作的圖像序列，是一種計算機合成的視頻。的視頻。45.4 數字視頻及應用電視基本知識電視基本知識n電視畫面：電視畫面：一種由光點在顯示屏上自左而右、自上而下高速掃描而成一種由光點在顯示屏上自左而右、自上而下高速掃描而成的光柵圖像，一般采用的光柵圖像，一般采用隔行隔行掃描掃描方式，即方式，即圖像由圖像由奇數場奇數場和

3、和偶數場偶數場兩部分兩部分組成，合起來組成，合起來組成一幀圖像。組成一幀圖像。n彩色電視機播放制式彩色電視機播放制式nNTSC制式，制式，正交平衡調幅制式正交平衡調幅制式。 (美國、加拿大、日本、韓國等）美國、加拿大、日本、韓國等）nSECAM制式，即制式，即行輪換調頻制式行輪換調頻制式。（俄羅斯、前蘇聯、東歐國家等。（俄羅斯、前蘇聯、東歐國家等nPAL制式制式，即，即正交平衡調幅逐行倒相制式正交平衡調幅逐行倒相制式。（。（中國中國、德國、英國等、德國、英國等n同一制式在不同國家使用時，由于各國對圖象載頻和伴音載頻使用同一制式在不同國家使用時，由于各國對圖象載頻和伴音載頻使用不同，因此又需要用

4、不同的載頻方式進行詳細劃分，不同，因此又需要用不同的載頻方式進行詳細劃分，PAL制式可分制式可分為為PAL-I、PAL-M、PAL-N、PAL-D。中國的電視播放制式為。中國的電視播放制式為PAL-D，因此要求用帶有，因此要求用帶有PAL-D制式接受功能的電視機進行收看。制式接受功能的電視機進行收看。幀頻幀頻25幀幀/s, 場頻場頻50場場/s。55.4 數字視頻及應用彩色電視信號的發送與接收彩色電視信號的發送與接收n彩色電視信號的發送與接收：彩色電視信號的發送與接收：PAL制彩色電視信號遠距制彩色電視信號遠距離傳輸時不使用離傳輸時不使用RGB表表示，而是使用亮度信號示，而是使用亮度信號Y和兩

5、個色度信號和兩個色度信號U、V來來表示表示 為進行遠距離傳為進行遠距離傳輸必須進行調制輸必須進行調制 RGBRGBYUV 復合復合 調制調制攝像機攝像機 話筒話筒發射發射天線天線RGBYUV分路分路解調解調接收接收天線天線RGB將將Y、U、V信號信號轉換成為轉換成為R、G、B 信號，然后再信號，然后再進行顯示進行顯示n使用使用Y、U，V彩色空間的原因：彩色空間的原因：與黑白電視保持兼容與黑白電視保持兼容利用人的視覺特性來節省電視信號的帶寬和發射功率利用人的視覺特性來節省電視信號的帶寬和發射功率65.4 數字視頻及應用視頻信號的數字化視頻信號的數字化 n 視頻信號的數字化過程視頻信號的數字化過程

6、: n 與圖像、聲音的數字化過程相仿，但更復雜一些與圖像、聲音的數字化過程相仿，但更復雜一些(8-10 bits)濾波取樣量化編碼數字數字視頻視頻信息信息模擬模擬視頻視頻信號信號VUYUVYn 視頻視頻(采集采集)卡的功能卡的功能n將模擬視頻信號（及伴音信號）數字化并存儲在硬盤將模擬視頻信號（及伴音信號）數字化并存儲在硬盤中。數字化后的視頻圖像，經彩色空間轉換（從中。數字化后的視頻圖像，經彩色空間轉換（從YUV轉轉換為換為RGB），與計算機圖形顯示卡產生的圖像疊加，顯），與計算機圖形顯示卡產生的圖像疊加，顯示在屏幕上示在屏幕上75.4 數字視頻及應用視頻卡、顯卡與主機視頻卡、顯卡與主機的關系的

7、關系視頻視頻捕獲器捕獲器視頻視頻緩沖器緩沖器疊加疊加/轉換器轉換器TV編碼器編碼器圖形圖形控制器控制器顯示顯示存儲器存儲器內存內存CPUDSP處理器處理器PCI總線總線視頻視頻信號信號顯示器顯示器TV機機硬盤硬盤硬硬 盤盤（視頻卡和顯示卡）（視頻卡和顯示卡）（主機）（主機）視頻信視頻信號數字號數字化并存化并存入硬盤入硬盤在屏幕上監看視頻信號在屏幕上監看視頻信號計算機圖形文字輸出計算機圖形文字輸出在電腦上播放視頻在電腦上播放視頻在電視機上播放視頻在電視機上播放視頻獲取數字視頻的同時使用數字信號處理器（獲取數字視頻的同時使用數字信號處理器（DSP）進行音頻和視頻數據的壓縮編碼。）進行音頻和視頻數據

8、的壓縮編碼。85.4 數字視頻及應用數字攝像頭數字攝像頭 n通過光學鏡頭和通過光學鏡頭和CCD（電荷耦合器件）（電荷耦合器件）采集動態圖像，直接轉換成數字信號并采集動態圖像，直接轉換成數字信號并輸入輸入PC機。不需視頻采集卡進行機。不需視頻采集卡進行A/D轉轉換換 n一般分辨率為一般分辨率為30萬像素（萬像素（640480），），或者或者50萬像素（萬像素（800600）。）。n速度一般在速度一般在30fps（每秒（每秒30幀）左右，幀）左右，n鏡頭的視角可達到鏡頭的視角可達到45-60度度,n大多采用大多采用CCDCCD光傳感器光傳感器，部分采用，部分采用CMOSCMOS光光傳感器傳感器，后

9、者分辨率不能很高，但功耗，后者分辨率不能很高，但功耗低、速度快低、速度快n支持支持USB接口接口 或或IEEE1394（火線）接（火線）接口?？凇? 數字視頻數字視頻 在線獲取設備在線獲取設備95.4 數字視頻及應用數碼攝像機數碼攝像機 n原理：與數碼相機類似，能自原理：與數碼相機類似，能自動對焦、自動曝光，具有錄音動對焦、自動曝光，具有錄音等更多功能。等更多功能。n壓縮編碼：視頻圖像及伴音使壓縮編碼：視頻圖像及伴音使用用MPEGMPEGn記錄介質：磁帶，硬盤記錄介質：磁帶，硬盤n數據量很大，數據量很大，采用采用USB接口或接口或IEEE1394接口接口-數字視頻數字視頻 脫機獲取設備脫機獲取

10、設備105.4 數字視頻及應用5.4.2 數字視頻的壓縮編碼數字視頻的壓縮編碼115.4 數字視頻及應用數字視頻的壓縮編碼數字視頻的壓縮編碼n視頻數據壓縮的視頻數據壓縮的必要性必要性：n數字視頻的數據量大得驚人，數字視頻的數據量大得驚人，1分鐘的數字電視圖像未壓縮時分鐘的數字電視圖像未壓縮時其數據量約為其數據量約為1G字節，對存儲、傳輸和處理都有很大的困難字節，對存儲、傳輸和處理都有很大的困難n視頻數據壓縮的視頻數據壓縮的可能性可能性：n畫面內部信息相關性很強，畫面內部信息相關性很強，有很多冗余信息有很多冗余信息n相鄰畫面的內容有高度的連貫性相鄰畫面的內容有高度的連貫性n人眼的視覺靈敏度有限，

11、允許畫面有一定失真人眼的視覺靈敏度有限，允許畫面有一定失真n結論：結論：n數字視頻的數據量可壓縮數字視頻的數據量可壓縮幾十倍幾十倍甚至甚至幾百倍幾百倍 125.4 數字視頻及應用數字視頻壓縮編碼的國際標準數字視頻壓縮編碼的國際標準 名名 稱稱圖像格式圖像格式壓縮后的碼率壓縮后的碼率主要應用主要應用MPEG-1360288大約大約1.2 Mb/s 1.5Mb/s適用于適用于VCD、數碼相機、數字、數碼相機、數字攝像機等攝像機等H.261360288 或或180144Px64 kb/s (P=1、2時，只支時，只支持持180144格式，格式，P6時，時，可支持可支持360288格式格式)應用于視頻

12、通信，如可視電話、應用于視頻通信，如可視電話、會議電視等會議電視等MPEG-2 (MPML)7205765 Mb/s 15Mb/s用途最廣用途最廣, 如如DVD、衛星電視、衛星電視直播、數字有線電視等直播、數字有線電視等MPEG-2高清格式高清格式144011521920115280 Mb/s 100Mb/s高清晰度電視（高清晰度電視（HDTV）領域）領域MPEG-4(H. 26L)多種不同的多種不同的視頻格式視頻格式與與MPEG-1，MPEG-2相當，相當，但最低可達到但最低可達到64kb/s適合于交互式和移動多媒體應適合于交互式和移動多媒體應用，包括虛擬現實、遠程教學、用，包括虛擬現實、遠

13、程教學、手機、手機、MP4播放器等播放器等135.4 數字視頻及應用數字視頻的常用文件格式數字視頻的常用文件格式n.mpeg（.mpg，.dat）使用使用MPEG編碼的電影文件編碼的電影文件n.mp2MPEG-2 編碼的電影文件編碼的電影文件n.mp4MPEG-4 編碼的電影文件編碼的電影文件n.avi （.navi）微軟公司的視頻剪輯文件微軟公司的視頻剪輯文件 n.wmv微軟公司的流式視頻文件微軟公司的流式視頻文件n.asf微軟公司的流式視頻文件微軟公司的流式視頻文件n.rm(RealAudio)RealNetworks的流式視頻文件的流式視頻文件n.mov (.qt)蘋果公司的流式視頻文件

14、蘋果公司的流式視頻文件n DivX格式格式MPEG-4 v3 改進后的一種格式，在改進后的一種格式，在MP4播放播放器上使用器上使用145.4 數字視頻及應用附：什么是附：什么是MP4？nMP4播放器是一種能夠播放視頻的便攜播放器是一種能夠播放視頻的便攜式設備，也叫做式設備，也叫做PVP（個人視頻播放器）（個人視頻播放器）或或PMP（便攜式媒體播放器）（便攜式媒體播放器）n功能：功能：n看錄像（電影）看錄像（電影）n播放音樂播放音樂n瀏覽文本和圖片瀏覽文本和圖片n甚至還可以上網甚至還可以上網n技術特點：技術特點：n自帶自帶25英寸的英寸的LCD屏屏n存儲容量達幾十存儲容量達幾十GB155.4

15、數字視頻及應用5.4.3 數字視頻的編輯數字視頻的編輯165.4 數字視頻及應用視頻編輯軟件視頻編輯軟件nAdobe Premiere，PC機上流行的視頻編輯軟件機上流行的視頻編輯軟件nWindows Movie Maker：由微軟公司開發，在：由微軟公司開發，在Windows XP平臺上運行。功能包括：平臺上運行。功能包括：n通過攝像機、數字攝像頭或其他視頻源將音頻和視頻捕通過攝像機、數字攝像頭或其他視頻源將音頻和視頻捕獲到計算機中獲到計算機中n打開已有的音頻、視頻或靜止圖片，對音頻與視頻內容打開已有的音頻、視頻或靜止圖片，對音頻與視頻內容進行編輯（包括添加片頭、使用視頻過渡或特技效果等）進

16、行編輯（包括添加片頭、使用視頻過渡或特技效果等）n將制作的視頻保存到硬盤中，或刻錄在將制作的視頻保存到硬盤中，或刻錄在CD或或DVD光盤上，光盤上，供供“媒體播放器媒體播放器”進行播放進行播放 175.4 數字視頻及應用5.4.4 合成視頻合成視頻計算機動畫計算機動畫185.4 數字視頻及應用什么是計算機動畫？什么是計算機動畫？n計算機動畫計算機動畫使用計算機制作的可供實時演播的一系列連使用計算機制作的可供實時演播的一系列連續畫面的一種技術，它是一種計算機合成的數字視頻，而不續畫面的一種技術，它是一種計算機合成的數字視頻，而不是用攝像機拍攝的是用攝像機拍攝的“自然視頻自然視頻”n上世紀九十年代

17、開始，計算機動畫技術應用于電影特技，如上世紀九十年代開始，計算機動畫技術應用于電影特技，如電影電影“侏羅紀公園侏羅紀公園”、 玩具總動員玩具總動員、泰坦尼克泰坦尼克等，等，取得轟動效應取得轟動效應n應用領域：應用領域：n影視和廣告領域：電影特技、動畫片、電視廣告制作等影視和廣告領域：電影特技、動畫片、電視廣告制作等n教育和培訓領域：輔助教學、駕駛員訓練等教育和培訓領域：輔助教學、駕駛員訓練等n科技領域：科學計算可視化，復雜系統的動態模擬科技領域：科學計算可視化，復雜系統的動態模擬n軍事領域：軍事訓練、作戰模擬等軍事領域：軍事訓練、作戰模擬等n游戲游戲195.4 數字視頻及應用計算機動畫的制作過

18、程計算機動畫的制作過程n基礎：計算機圖形學基礎：計算機圖形學n計算機動畫制作包括：計算機動畫制作包括：在計算機中生成場景和形體的模在計算機中生成場景和形體的模型型描述它們的運動描述它們的運動生成圖像并轉換為視頻信號輸出生成圖像并轉換為視頻信號輸出n三維計算機動畫制作過程分以下幾個階段：三維計算機動畫制作過程分以下幾個階段：（1）描述景物的形狀與結構（建模）描述景物的形狀與結構（建模） （2）確定景物的）確定景物的顏色和材質（紋理）顏色和材質（紋理） （3）設置燈光和確定虛擬攝像機）設置燈光和確定虛擬攝像機的位置的位置（4）描述場景中物體的運動和攝像機的移動）描述場景中物體的運動和攝像機的移動（

19、5）繪制一系列的圖像）繪制一系列的圖像（6）輸出動畫結果）輸出動畫結果n 二維動畫軟件如二維動畫軟件如Animator ProAnimator Pro 三維動畫軟件如三維動畫軟件如3D StudioMAX3D StudioMAX、MAYAMAYA、DirectorDirector等等205.4 數字視頻及應用動畫制作軟件動畫制作軟件n著名的造型與動畫制作的商品化軟件著名的造型與動畫制作的商品化軟件:n加拿大加拿大Alias公司的公司的Power animator n法國法國TDI公司的公司的Exploren荷蘭荷蘭ElectroGIG公司的公司的3DGOn加拿大加拿大Vertigo公司的公司的

20、Vertigon美國美國Wavefront公司的公司的Advanced Visualizern美國美國SGI公司公司Alias和和Wavefront 公司的公司的MAYAn美國美國Autodesk公司公司Discreet公司的公司的3ds max，Animator Studio215.4 數字視頻及應用互聯網動畫：互聯網動畫：GIF和和FlashnGIF動畫：將多張動畫：將多張GIF圖像保存在一個文件中，圖像保存在一個文件中，顯示時按預先規定的時間間隔逐一進行顯示，顯示時按預先規定的時間間隔逐一進行顯示，從而形成動畫的效果。從而形成動畫的效果。nMacromedia公司的公司的Flash動畫動

21、畫n采用采用矢量圖形，矢量圖形，畫面大小可任意調節，用戶可控制播放過程畫面大小可任意調節，用戶可控制播放過程n既可生成自動可執行文件既可生成自動可執行文件(*.exe)，還可生成用，還可生成用 Flash 播放器播放的播放器播放的文件文件 (*.SWF)；n既可做成單獨的動畫，也可以嵌入網頁文件既可做成單獨的動畫，也可以嵌入網頁文件n將音樂、聲效、視頻與動畫畫面結合在一起，制作高品質網頁動畫將音樂、聲效、視頻與動畫畫面結合在一起，制作高品質網頁動畫n采用流媒體技術，可以邊下載邊播放采用流媒體技術，可以邊下載邊播放n演示演示225.4 數字視頻及應用5.4.5 數字視頻的應用數字視頻的應用1 V

22、CD與與DVD2 可視電話與視頻會議可視電話與視頻會議3 數字電視數字電視4 點播電視點播電視235.4 數字視頻及應用什么是什么是VCD, 什么是什么是DVD ?nCD(Compact Disc)：小型光盤：小型光盤, 最早應用于數字音響最早應用于數字音響領域領域, 代表產品是代表產品是CD唱片。每張唱片。每張CD唱片的存儲容量是唱片的存儲容量是650MB左右，可存放左右，可存放1小時的立體聲高保真音樂。小時的立體聲高保真音樂。nVideoCD（簡稱（簡稱VCD）：按）：按MPEG-1標準將標準將60分鐘的分鐘的音頻音頻/視頻節目記錄在一張視頻節目記錄在一張CD光盤上，圖像質量為光盤上，圖像

23、質量為VHS (352240)，即家用錄放像機的水平，可播放立體聲，即家用錄放像機的水平，可播放立體聲 nDVD-Video（簡稱為（簡稱為DVD）：按）：按MPEG-2標準將音頻標準將音頻/視頻節目記錄在視頻節目記錄在DVD光盤上，圖像質量為廣播級光盤上，圖像質量為廣播級 (720576)，可播放，可播放5.1聲道的環繞立體聲，單面單層聲道的環繞立體聲，單面單層DVD（容量為（容量為4.7GB）光盤可記錄）光盤可記錄120分鐘以上的影視分鐘以上的影視節目節目245.4 數字視頻及應用VCD與與DVD的比較的比較 VCDDVD視頻壓縮編視頻壓縮編碼標準碼標準MPEG-1 video，圖像分，圖

24、像分辨率為辨率為352240（家用（家用電視質量）電視質量）MPEG-2 video，圖像分辨率為，圖像分辨率為720480（廣播級電視圖像質量）（廣播級電視圖像質量）音頻壓縮編音頻壓縮編碼標準碼標準MPEG-1 audio，層，層2，支持雙聲道立體聲支持雙聲道立體聲MPEG-2audio或杜比或杜比AC-3,支持支持5.1聲聲道的三維環繞立體聲道的三維環繞立體聲光盤存儲容光盤存儲容量量650MB左右左右有多種不同規格。單面單層有多種不同規格。單面單層DVD容容量為量為4.7GB，單面雙層為，單面雙層為8.5GB播放時間播放時間1小時左右小時左右單面單層單面單層DVD光盤可播放光盤可播放2小時

25、左右小時左右其他功能其他功能較少較少支持多種輔助功能，如多種文字字幕，支持多種輔助功能，如多種文字字幕，多種語言聲音，多種視角，多種寬高多種語言聲音，多種視角，多種寬高比等比等255.4 數字視頻及應用可視電話和視頻會議可視電話和視頻會議n可視電話：通話雙方能互相看見的一種電話系統可視電話：通話雙方能互相看見的一種電話系統n電話機具有攝像、顯示、聲音與圖像的編電話機具有攝像、顯示、聲音與圖像的編/解碼等功能，內置高質量解碼等功能，內置高質量CCD鏡頭及鏡頭及MODEMn靜態圖像可視電話靜態圖像可視電話：靜止圖像，圖像信號和話音信號交替傳送，傳：靜止圖像，圖像信號和話音信號交替傳送，傳送圖像時不

26、能通話。送圖像時不能通話。n動態圖像可視電話動態圖像可視電話：傳輸話音時也傳輸圖像，通話時圖像可動態變：傳輸話音時也傳輸圖像，通話時圖像可動態變化?；?。n視頻會議：通過數字音視頻數據實時傳送聲音、圖像使得分散在兩個或視頻會議：通過數字音視頻數據實時傳送聲音、圖像使得分散在兩個或多個地點的用戶就地參加會議的一種多媒體通信應用。多個地點的用戶就地參加會議的一種多媒體通信應用。n視頻會議的視頻會議的兩種實施方式：兩種實施方式：n在在電信局的數字通信網上電信局的數字通信網上進行進行n在互聯網上進行，例如使用下列即時通信軟件：在互聯網上進行，例如使用下列即時通信軟件：微軟的微軟的MSN Messenge

27、r，騰迅的，騰迅的QQ，網易的，網易的POPO，新浪的，新浪的UC等等265.4 數字視頻及應用什么是數字電視什么是數字電視 ?n數字電視指的是數字電視指的是:電視電視節目的制作（攝錄、編輯）、處理、節目的制作（攝錄、編輯）、處理、傳輸、接收、播放全過程傳輸、接收、播放全過程的數字化，特別是將電視信號進行的數字化，特別是將電視信號進行數字化之后以數字化之后以數字形式進行傳輸和接收數字形式進行傳輸和接收；n數字電視的范圍：數字電視的范圍：n高端高端高清晰度電視高清晰度電視(HDTV)，分辨率，分辨率1920 x1024n中端中端常規模擬電視的數字化（常規模擬電視的數字化（DTV）n低端低端包括互

28、聯網上的包括互聯網上的IPTV等等 節目制作節目制作信號處理信號處理廣播傳輸廣播傳輸接收播放接收播放 1 2 3 4275.4 數字視頻及應用數字電視的優點數字電視的優點(1) 頻道利用率高頻道利用率高可傳輸的數字電視節目比傳輸模擬電視節目增加好幾倍可傳輸的數字電視節目比傳輸模擬電視節目增加好幾倍(2) 抗干擾能力強抗干擾能力強同等傳輸條件下的抗干擾能力優于模擬電視同等傳輸條件下的抗干擾能力優于模擬電視 (3) 圖像清晰度高圖像清晰度高用戶接收到的圖像質量能達到演播室水平用戶接收到的圖像質量能達到演播室水平(4) 音響效果好音響效果好具有具有CD級音質效果，可支持級音質效果，可支持5.1環繞立體聲家庭影院環繞立體聲家庭影院 (5) 可開展基于可開展基于TV的交互式數據業務的交互式數據業務包括電視購物、電視銀行、電視商務、電視游戲、點播電視包括電視購物、電視銀行、電視商務、電視游戲、點播電視等業務等業務 285.4 數字視頻及應用數字電視的傳播途徑數字電視的傳播