多媒体技术(第四章)

视频(video)：包括运动图像和伴音两部分。一般说来，视频包括可视的图像和可听的声音，然而由于伴音是处于辅助的地位，并且在技术上视像和伴音是同步合成在一起的，有时会把视频与视像等同。所以，在用到“视频”这个概念时，它是否包含伴音要视具体情况而定。4视频处理技术4.1电视技术基础4.2数字视频4.3数字视频的处理4视频处理技术电视是20世纪20年代的伟大发明1958.7.1，我国电视广播开始20世纪70年代开始开发数字电视目前，有线电视、数字电视、网络电视4.1电视技术基础4.1电视技术基础电视是什么？television的中译名，缩写为TV；取自希腊语的Tele(远)和拉丁语的vision(看到的景物)。传送方法(system)通过电线、光纤或电磁辐射，使用电子信号发送和接收图像与声音的方法捕获活动图像和声音、传输组合的活动图像和声音、重现图像和声音的远程通信系统图像与伴音通信系统发送和接收的静态、活动画面和声音如看“电视”是“看图像听声音”，“电视”转播是转播“现场实况”4.1电视技术基础图像的重现重显自然景物彩色不一定要恢复原景物辐射的所有光波成分，重要的是获得与原景物相同的彩色感觉。视像(visualimage)：电视信号或录像带上记录的连续的图像。频带：0～6MHz；调幅；25幅/秒伴音(audio)：伴随视像的声音信号。20Hz～20KHz；调频4.1.1电视信号4.1电视技术基础4.1.1电视信号1234567812345678隔行扫描（电视）逐行扫描（计算机）扫描（scanning）：将每幅图像分解成很多像素，按照一个一个像素、一行一行的方式顺序传送或接收的过程。分水平（行扫描）和垂直方向（场扫描）。4.1电视技术基础扫描行数：电视图像的扫描行数通常指水平行的数目；也称垂直分辨率。我国电视制式规定水平扫描行数为625。同步：在传送视频的过程中，接收端与发送端按照相同的步调（顺序）扫描图像，才能重现完整而稳定的图像，称为收发同步。帧频：每秒钟传送的图像帧数（张数）称为帧频。场频：传送的次数，一次为一场。电视场频为帧频的2倍。4.1.1电视信号4.1电视技术基础电视中使用亮度（luminance，用Y表示）和色差（chrominance，用C1/C2表示）表示彩色图像。用Y/C1/C2表示的彩色视频信号称为分量信号。4.1.1电视信号优点：（1）Y和C1、C2相互独立；彩色和黑白电视可同时接收彩色视频；（2）可以利用人眼对亮度较为敏感，而对色度相对不敏感的视觉特性，降低C1、C2信号的采样频率。不足：（1）需要3个分量信号很好的同步；（2）3倍带宽。4.1电视技术基础Y＝0.30R+0.59G+0.11B；不同标准C1和C2的定义不同。NTSC中：C1：I＝0.60R+0.28G-0.32BC2：Q＝0.21R+0.52G+0.31BPAL中：C1：U＝B－YC2：V＝R－Y4.1.1电视信号4.1电视技术基础4.1.1电视信号4.1电视技术基础包含亮度信号、色差信号和所有定时信号的单一信号叫做复合电视信号(compositevideosignal)。一个行周期的黑白全电视信号4.1.1电视信号4.1电视技术基础包含亮度信号、色差信号和所有定时信号的单一信号叫做复合电视信号(compositevideosignal)。彩色电视系统的水平消隐间隔视频（黄色）伴音（红白）4.1.1电视信号4.1电视技术基础分量电视信号(componentvideosignal)是指每个基色分量作为独立的电视信号。每个基色既可以分别用R、G和B表示，也可以用亮度-色差表示，如Y、I和Q，Y、U和V。使用分量电视信号是表示颜色的最好方法，但需要比较宽的带宽和同步信号。4.1.1电视信号4.1电视技术基础分离电视信号S-Video(Separatedvideo-VHS)是亮度和色差分离的一种电视信号，是分量模拟电视信号和复合模拟电视信号的一种折中方案。使用S-Video有两个优点：(1)减少亮度信号和色差信号之间的交叉干扰。(2)不须要使用梳状滤波器来分离亮度信号和色差信号，这样可提高亮度信号的带宽。4.1.1电视信号4.1电视技术基础插座号信号信号电平阻抗1地(亮度)--2地(色度)--3亮度(包含同步信号)1V75ohms4色度0.3V75ohms分离电视信号S-Video4.1.1电视信号4.1电视技术基础在彩色电视系统中把视频信号（图像信号），复合同步信号和复合消隐信号和在一起，形成全电视信号。图像信号和伴音信号只有经过调制和混频，形成射频全电视信号（Radiofrequency）才能发射。4.1.2电视制式4.1电视技术基础世界上现行的模拟彩色电视制可归纳为NTSC制、PAL制和SECAM制•NTSC、PAL和SECAM是互不兼容的电视制•彩色电视机可接收黑白电视节目，显示黑白电视•黑白电视机可接收彩色电视节目，显示黑白电视4.1电视技术基础1.NTSC制20世纪50年代初美国国家电视系统委员会(NTSC)制定的彩色电视广播标准美国、加拿大等大部分西半球国家以及日本、韩国、菲律宾和台湾地区采用主要特性：•图像的宽高比为4:3•525条扫描线，隔行扫描，30帧每秒•视像带宽为4.2MHz，使用YIQ信号，色度信号用正交幅度调制，声音用调频制(FM)•总的电视通道带宽为6MHz4.1电视技术基础2.PAL制PAL是Phase-AlternativeLine的缩写1963年德国披露、1967年开播的彩色电视广播标准德国、英国等一些西欧国家，以及中国、朝鲜等采用因使用的一些参数细节不同，故有PAL-G，PAL-I，PAL-D等制式我国大陆采用PAL-D制式主要特性•图像的宽高比为4:3•625条扫描线，隔行扫描，25帧图像每秒•视像带宽至少为4MHz，使用YUV颜色模型•总的电视通道带宽为8MHz4.1电视技术基础3.SECAM制SECAM(法文：SequentialColeurAvecMemoire)1956年开始开发于1967年开播的法国彩色电视广播标准，称为“顺序传送彩色与存储”彩色电视制法国、俄罗斯、东欧和中东等约有60多个国家和地区使用主要特性与PAL制具有相同的扫描线数(625线每帧)、帧频(25帧每秒，50场每秒)和图像宽高比(4:3)，视像带宽最高为6MHz，总带宽为8MHz4.1.2电视制式TV制式NTSCPALSECAM帧频/Hz302525行/帧525625625亮度带宽/MHz4.26.06.0色度带宽/MHz1.3，0.61.3，1.31.0，1.0彩色幅载波/MHz3.584.434.25声音载波/MHz4.56.56.5表4-1不同电视制式的技术标准4.1电视技术基础4.1.3电视信号数字化将模拟的彩色信号分离成YCbCr、YUV、YIQ或RGB彩色空间中的分量信号，然后用3个A/D转换器分别进行数字化。4.1电视技术基础4.1.3电视信号数字化为了在PAL、NTSC和SECAM电视制式之间确定共同的数字化参数，国家无线电咨询委员会(CCIR)制定了广播级质量的数字电视编码标淮ITU－RBT.601标推。在该标准中，对采样频率、采样结构、色彩空间转换等都作了严格的规定。4.1电视技术基础4.1.3电视信号数字化4.1电视技术基础1.采样频率CCIR规定了共同的电视图像采样频率。这个采样频率也用于远程图像通信网络中的电视图像信号对PAL制和SECAM制，规定采样频率为fs=625×25×N=15625×N=13.5MHz,N=864（每一扫描行上的采样数目）对NTSC制，规定采样频率为fs=525×29.97×N=15734×N=13.5MHz，N=8584.1.3电视信号数字化4.1电视技术基础ITU-RBT.601的亮度采样结构2.有效样本数对PAL制和SECAM制的亮度信号，每一扫描行采样864个对NTSC制的亮度信号，每一条扫描行采样858个对所有的制式，每一扫描行的有效样本数均为720个4.1.3电视信号数字化采样格式信号形式采用频率/Hz样本数/扫描行数字信号取值范围（A/D）NTSCPAL4:2:2Y13.5858（720）864（720）220级（16～235）Cr6.75429（360）432（360）225级（16～240）Cb6.75429（360）432（360）（128±112）4:4:4Y13.5858（720）864（720）220级（16～235）Cr13.5858（720）864（720）225级（16～240）Cb13.5858（720）864（720）（128±112）4.1电视技术基础ITU-RBT.601推荐使用4∶2∶2的彩色电视图像采样格式。采样频率Y用13.5MHz，Cr、Cb用6.75MHz4.1.3电视信号数字化4.1电视技术基础CIF电视图像格式为既可用625行的电视图像又可用525行的电视图像，国际电信联盟(ITU)规定了公用中间分辨率格式(CommonIntermediateFormat，CIF)、1/4公用中间分辨率格式(Quarter-CIF，QCIF)和小1/4公用中间分辨率格式(Sub-QuarterCIF，SQCIF)视频数字化—是将模拟视频信号经模数转换和彩色空间变换等过程，转换成数字计算机可以显示和处理的数字信号。视频编码—是将数字化视频信号经过编码成为电视信号，从而可以录制到录像带上或在电视上播放视频技术的最近发展趋势之一是与多媒体计算机密切相关的高清晰度电视(HDTV)4.2数字视频模拟视频：就是采用电子学的方法来传送和显示活动景物或静止图像的，也就是通过在电磁信号上建立变化来支持图像和声音信息的传播和显示。大多数家用电视机和录像机显示的都是模拟视频。数字视频：就是指使用计算机数字技术来处理用录像带拍摄出来的活动影像，经过这样处理的视频，无论是继续使用录像带放映，还是不使用录像带放映都可以称其为数字视频。因此说数字视频它不是一个格式，而是一种媒介。4.2.1基本概念4.2数字视频4.2.2数字视频的采样格式使用相同的采样频率进行图像的亮度和色差信号采样；对亮度信号和色差信号采用不同的频率进行采样；一般色差信号采样频率低，称为图像子采样（subsampling）4.2数字视频4.2.2数字视频的采样格式用Y：U：V来表示三分量的采样比例，则数字视频的采样格式有：（1）4：1：1，在每4个连续的采样点上，取4个亮度Y的样本值，而色差U、V分别取其第一点的样本值，共6个样本。（2）4：2：2，在每4个连续的采样点上，取4个亮度Y的样本值，而色差U、V分别取其第一和第三点的样本值，共8个样本。常用（3）4：4：4，对每个采样点，亮度Y、色差U、V各取一个样本。4.2数字视频4.2.2数字视频的采样格式4.2数字视频3个样本2个样本1.5个样本/像素4.2.2数字视频的采样格式电视图像既是空间的函数，也是时间的函数，而且又是隔行扫描式，所以其采样方式比扫描仪扫描图像的方式要复杂得多。分量采样时采到的是隔行样本点，要把隔行样本组合成远行样本，然后进行样本点的量化，YUV到RGB色彩空间的转换等等，最后才能得到数字视频数据。通常用时间码（timecoder）来识别和记录视频数据流中的每一帧；小时：分钟：秒：帧，hours:minutes:seconds:frames；唯一性4.2数字视频4.2.3视频文件格式影像格式(VideoFormat)：AVI、MPEG、MOV、WMV等流格式(StreamVideoFormat)：RM/RA、RP、RT、ASF等4.2数字视频4.2.3视频文件格式（1）AVI（AutoVideoInterleaved）格式从微软公司WIN3.1时代就面世了，优点就是兼容好、调用方便而且图像质量好。但缺点是体积大。（2）MPEG（MotionPictureExpertsGroup）格式系列是我们平时所见到的最普遍的一种视频格式。包括MPEG视频（MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4）、