計算機(jī)數(shù)字視頻及應(yīng)用.ppt

數(shù)字視頻及應(yīng)用,5.4.1 數(shù)字視頻基礎(chǔ) 5.4.2 數(shù)字視頻的壓縮編碼 5.4.3 數(shù)字視頻的編輯 5.4.4 合成視頻計算機(jī)動畫 5.4.5 數(shù)字視頻的應(yīng)用,5.4.1 數(shù)字視頻基礎(chǔ),彩色電視信號的發(fā)送與接收,彩色電視信號的發(fā)送與接收：,PAL制彩色電視信號的顏色不使用RGB表示，而是使用亮度信號Y和兩個色度信號U、V來表示,為進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸必須進(jìn)行調(diào)制,將Y、U、V信號轉(zhuǎn)換成為R、G、B 信號，然后再進(jìn)行顯示,使用Y、U，V彩色空間的原因： 與黑白電視保持兼容 利用人的視覺特性來節(jié)省電視信號的帶寬和發(fā)射功率,數(shù)字視頻信號的獲取,視頻信號的數(shù)字化過程: 與圖像、聲音的數(shù)字化過程相仿，但更復(fù)雜一些,數(shù)字視頻的獲取設(shè)備： 視頻采集卡（簡稱視頻卡） 數(shù)字?jǐn)z像頭，通過光學(xué)鏡頭和CCD或CMOS采集動態(tài)圖像，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并輸入PC機(jī) 脫機(jī)獲取設(shè)備：數(shù)碼攝像機(jī),視頻捕獲(采集)卡的功能,從多種視頻源中選擇一種作為視頻輸入; 支持不同的電視制式; 能同時處理圖像信號的伴音; 可在顯示器上監(jiān)看輸入的視頻信號, 其位置及大小可調(diào); 能將計算機(jī)生成的圖像/圖形/文本與視頻圖像迭加處理; 可隨時凍結(jié)(定格)一幅畫面,并按指定格式保存; 可 實時壓縮與存儲視頻及其伴音信息; 可 實時解壓縮并播放視頻及其伴音信息,輸出設(shè)備可選(VGA監(jiān)視器、電視機(jī)、錄相機(jī)等),視頻卡、顯卡與主機(jī)的關(guān)系,硬 盤,（主機(jī)）,視頻信號數(shù)字化并存入硬盤,在屏幕上監(jiān)看視頻信號,計算機(jī)圖形文字輸出,在電腦上播放視頻,在電視機(jī)上播放視頻,數(shù)字?jǐn)z像頭,分辨率為352288 640480 速度一般在30fps（每秒30幀）左右 鏡頭的視角可達(dá)到45-60度 支持USB接口 或IEEE1394（火線）接口 成像器件采用CMOS或CCD,數(shù)碼攝像機(jī),提供480線以上的分辨率，清晰度高 自動對焦，自動曝光 使用MPEG-2進(jìn)行壓縮編碼，然后記錄在硬盤上 具有錄音功能 數(shù)據(jù)量很大，采用USB接口或IEEE1394接口,5.4.2 數(shù)字視頻的壓縮編碼,數(shù)字視頻的壓縮編碼,視頻數(shù)據(jù)壓縮的必要性： 數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量大得驚人，1分鐘的數(shù)字電視圖像未壓縮時其數(shù)據(jù)量可超過1GB，對存儲、傳輸和處理都有很大的困難 視頻數(shù)據(jù)壓縮的可能性： 視頻信息的每個畫面內(nèi)部有很多信息冗余 相鄰畫面的內(nèi)容有高度的連貫性 人眼的視覺靈敏度有限，允許畫面有一定失真 結(jié)論： 數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量可壓縮幾十倍甚至幾百倍,數(shù)字視頻的三類編碼標(biāo)準(zhǔn),ITU-T國際標(biāo)準(zhǔn)：H.261(Px64)標(biāo)準(zhǔn)、 H.263標(biāo)準(zhǔn)等 ISO/IEC 國際標(biāo)準(zhǔn)： MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)， MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)（等同于ITU-T H.262）， 用于低分辨率、低碼率視頻應(yīng)用的MPEG-4 ASP， 代表當(dāng)前技術(shù)水準(zhǔn)的MPEG-4 AVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)（等同于ITU-T H.264）,在HDTV、藍(lán)光盤、XBOX、iPod、iPhone等眾多領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。 公司標(biāo)準(zhǔn)：Intel公司的IndeoVideo，蘋果公司在QuickTime中使用過的Cinepak， Real Network公司的RealVideo，微軟公司的 WMV，Adobe公司Flash播放器中使用的VP6等,目前流行的數(shù)字視頻編碼標(biāo)準(zhǔn),背景材料： 什么是MPEG-4 ASP和MPEG-4 AVC,MPEG-4是數(shù)字音視頻壓縮編碼的國際標(biāo)準(zhǔn) MPEG-4分成23個部分，其中part 2和part 10是視頻編碼 為了適應(yīng)不同應(yīng)用對視頻圖像大小和質(zhì)量的不同要求，每種視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)都分成若干level和profile： MPEG-4 Part 2 分成21個profile，ASP（Advanced Simple Profile）是其中之一，其技術(shù)特點是：畫面分辨率較低，最低碼率僅64kb/s左右，但畫面質(zhì)量好，復(fù)雜度中等 MPEG-4 Part 10又稱為MPEG-4 AVC (Advanced Video Coding). 它是目前技術(shù)最先進(jìn)的視頻編碼案，分成7個profile，可用于HDTV,資料: 編碼標(biāo)準(zhǔn)與編/解碼器(Codec),編碼標(biāo)準(zhǔn)的具體實現(xiàn)稱為編碼器/解碼器（Coder/Decoder，Codec） Codec可以是硬件，也可以是軟件 同一種編碼標(biāo)準(zhǔn)可以有許多不同的Codec產(chǎn)品，例如實現(xiàn)MPEG-4 ASP的Codec有 ： DivX (Digital Video Express) ，能以較少的數(shù)據(jù)和較高的質(zhì)量對視頻信息進(jìn)行編/解碼，在網(wǎng)絡(luò)視頻應(yīng)用、MP4播放器和Xbox 360、Sony PlayStation 3游戲機(jī)中得到了較好應(yīng)用 Xvid(自由軟件)，功能與DivX相當(dāng)，某些性能甚至還更好一些 Video Codec有很多種，它們實現(xiàn)的編碼標(biāo)準(zhǔn)不同，性能和技術(shù)各有特色，用途也有差異，相互間通常不一定兼容,資料：Codec與文件格式,經(jīng)過編碼處理后的信息均以數(shù)據(jù)文件的形式進(jìn)行存儲和傳輸！ 視頻數(shù)據(jù)通常總伴隨有與之同步的音頻數(shù)據(jù)（稱為音像文件） 影音數(shù)據(jù)文件的格式往往設(shè)計成一種“容器”（container）形式，即： 文件中既有視頻數(shù)據(jù)，也有音頻數(shù)據(jù)，甚至還有文字(字幕)等其它信息 視頻、音頻或文字信息所采用的編碼標(biāo)準(zhǔn)可以不止一種 舉例： 微軟公司的.AVI格式和.ASF格式文件（后者適合流媒體應(yīng)用） 蘋果公司的.MOV格式文件 Real Network公司的.RM格式和.RMVB格式文件（.RMVB格式是.RM的擴(kuò)充，它采用MPEG-4 AVC的算法，增加了可變碼率編碼的功能，性能優(yōu)于DivX和Xvid）,音像文件與播放器,播放器(Plaper)實際上就是一種解碼器，但通常既可以解碼多種類型的信息（音頻、視頻、圖片、），還能解碼多種不同類型的音像文件格式。 PC上使用的是軟件播放器，一臺計算機(jī)可以安裝多個不同的播放器： 微軟公司的“Microsoft Media Player”， 蘋果公司的QuickTime Player和iTunes， Real公司的RealPlayer (簡稱RealOne 播放器) “全能”播放器：Storm Player（暴風(fēng)影音）、The KMPlayer、絢彩魅影、變色龍萬能播放器（PPStream）、豪杰超級解霸，等等 硬件播放器（便攜式）： MP3播放器：以播放MP3格式的音頻信息為主，也能收聽廣播、觀看文本和圖片，功能更強(qiáng)一些的還能播放視頻信息 MP4播放器：以播放視頻為主，國外叫做PVP（個人視頻播放器）或PMP（便攜式媒體播放器），LCD屏幕較大，價格較高,附：什么是MP4？,MP4播放器是一種能夠播放視頻的便攜式設(shè)備，也叫做PVP（個人視頻播放器）或PMP（便攜式媒體播放器） 功能： 看錄像（電影） 播放音樂 瀏覽文本和圖片 甚至還可以上網(wǎng) 技術(shù)特點： 自帶25英寸的LCD屏 存儲容量達(dá)幾十GB,5.4.3 數(shù)字視頻的編輯,例：簡單的視頻編輯軟件 Windows Movie Maker,由微軟公司開發(fā)，在Windows XP平臺上運(yùn)行 功能： 通過攝像機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像頭或其他視頻源將音頻和視頻捕獲到計算機(jī)中 打開已有的音頻、視頻或靜止圖片，對音頻與視頻內(nèi)容進(jìn)行編輯（包括添加片頭、使用視頻過渡或特技效果等） 將制作的視頻保存到硬盤中，或刻錄在CD或DVD光盤上，供“媒體播放器”進(jìn)行播放,5.4.4 合成視頻 計算機(jī)動畫,什么是計算機(jī)動畫？,計算機(jī)動畫使用計算機(jī)生成一系列內(nèi)容連續(xù)的畫面供實時演播的一種技術(shù)，它是一種計算機(jī)合成的數(shù)字視頻，而不是用攝像機(jī)拍攝的“自然視頻” 上世紀(jì)九十年代開始，計算機(jī)動畫技術(shù)應(yīng)用于電影特技，如電影“侏羅紀(jì)公園”、 玩具總動員、泰坦尼克等，取得轟動效應(yīng) 應(yīng)用領(lǐng)域： 影視和廣告領(lǐng)域：電影特技、動畫片、電視廣告制作等 教育和培訓(xùn)領(lǐng)域：輔助教學(xué)、駕駛員訓(xùn)練等 科技領(lǐng)域：科學(xué)計算可視化，復(fù)雜系統(tǒng)的動態(tài)模擬 軍事領(lǐng)域：軍事訓(xùn)練、作戰(zhàn)模擬等 游戲,選講： 計算機(jī)動畫的制作過程,計算機(jī)動畫制作包括：在計算機(jī)中建立景物的模型、描述它們的運(yùn)動、生成一系列逼真的圖像 三維計算機(jī)動畫制作過程分以下幾個階段： （1）描述景物的形狀與結(jié)構(gòu)（建模） （2）確定景物的顏色和材質(zhì)（紋理） （3）設(shè)置燈光和確定虛擬攝像機(jī)的位置 （4）描述場景中物體的運(yùn)動和攝像機(jī)的移動 （5）繪制一系列的圖像 （6）輸出動畫結(jié)果,例：三個簡單動畫,例1,例2,例3,例4,動畫制作軟件,著名的造型與動畫制作的商品化軟件: 加拿大Alias公司的Power animator 法國TDI公司的Explore 荷蘭ElectroGIG公司的3DGO 加拿大Vertigo公司的Vertigo 美國Wavefront公司的Advanced Visualizer 美國SGI公司Alias和Wavefront 公司的MAYA 美國Autodesk公司Discreet公司的3ds max，Animator Studio,互聯(lián)網(wǎng)動畫：GIF和Flash,GIF動畫(參見5.2節(jié))： Adobe(Macromedia)公司的Flash動畫 畫面大小可任意調(diào)節(jié)，用戶可控制播放過程 既可生成自動可執(zhí)行文件(*.exe)，還可生成用 Flash 播放器播放的文件 (*.SWF)； 既可做成單獨的動畫，也可以嵌入網(wǎng)頁文件 采用流式傳輸方式，可以邊下載邊進(jìn)行播放 演示,5.4.5 數(shù)字視頻的應(yīng)用,VCD與DVD 可視電話與視頻會議 數(shù)字電視 點播電視,什么是VCD, 什么是DVD ?,VideoCD（簡稱VCD）：按MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)將60分鐘的音頻/視頻節(jié)目記錄在一張CD光盤上，圖像質(zhì)量為VHS (352240)，即家用錄放像機(jī)的水平，可播放立體聲 DVD-Video（簡稱為DVD影碟）：按MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)將音頻/視頻節(jié)目記錄在DVD光盤上，圖像質(zhì)量為廣播級 (720576)，可播放5.1聲道的環(huán)繞立體聲，單面單層DVD（容量為4.7GB）光盤可記錄120分鐘以上的影視節(jié)目,VCD與DVD的比較,可視電話和視頻會議,可視電話：通話雙方能互相看見的一種電話系統(tǒng) 電話機(jī)具有攝像、顯示、聲音等功能，內(nèi)置高質(zhì)量CCD鏡頭及MODEM 視頻會議：多人同時參與的一種音/視頻通信系統(tǒng) 類似于可視電話，但多人參加通話，提供的功能也更加豐富 兩種實施方式： 在電信局的數(shù)字通信網(wǎng)上進(jìn)行 在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行，例如使用下列即時通信軟件： 微軟的MSN Messenger，騰迅的QQ，網(wǎng)易的POPO，新浪的UC等,什么是數(shù)字電視 ?,數(shù)字電視指的是:電視節(jié)目的制作（攝錄、編輯）、處理、傳輸、接收播放全過程的數(shù)字化，特別是將電視信號進(jìn)行數(shù)字化之后以數(shù)字形式進(jìn)行傳輸和接收； 數(shù)字電視的范圍： 高端全高清晰度電視(HDTV)，分辨率1920x1024 中端常規(guī)模擬電視的數(shù)字化（DTV），720x480 低端包括互聯(lián)網(wǎng)上的IPTV等,數(shù)字電視的優(yōu)點,(1) 頻道利用率高 可傳輸?shù)臄?shù)字電視節(jié)目比傳輸模擬電視節(jié)目增加好幾倍 (2) 抗干擾能力強(qiáng) 同等傳輸條件下的抗干擾能力優(yōu)于模擬電視 (3) 圖像清晰度高 用戶接收到的圖像質(zhì)量能達(dá)到演播室水平 (4) 音響效果好 具有CD級音質(zhì)效果，可支持5.1環(huán)繞立體聲家庭影院 (5) 可開展基于TV的交互式數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 包括電視購物、電視銀行、電視商務(wù)、電