lecture07數(shù)字視頻

1、2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)1多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)(四)向輝山東大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院2009年秋季2022-5-15多媒體技術(shù)視覺媒體基礎(chǔ)2本章內(nèi)容n視覺媒體基本概念n顏色基礎(chǔ)n數(shù)字圖像n數(shù)字視頻2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)3動(dòng)態(tài)的畫面2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)4視頻（Video）2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)5電視掃描（scanning）n掃描指電子束遍歷整個(gè)屏幕的方法n兩種形式：n隔行掃描(interlaced scanning)n非隔行掃描（Noninterlaced Scanning）或稱為逐行掃描（Progressive

2、 Scanning）n黑白電視和彩色電視一般都用隔行掃描，而計(jì)算機(jī)顯示圖像時(shí)一般都采用非隔行掃描 2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)6逐行掃描n掃描線（scanline）：組成圖象的水平線n一副畫面又稱為一幀（frame）n從觀察位置從左至右n從上至下n刷新率（Refresh Rate）n每秒鐘多少幅畫面 ppsn畫面無閃爍 50n運(yùn)動(dòng)畫面 152022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)7逐行掃描實(shí)例2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)8隔行掃描n場(chǎng)（Fields）n一副畫面分為兩場(chǎng)n奇數(shù)場(chǎng)（Odd field）n偶數(shù)場(chǎng)（Even field）n場(chǎng)頻 fields per

3、second (fps)n30 pps 相當(dāng)于 60 fpsn一般大于 60 fps時(shí)畫面無閃爍1234567891011121314152022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)9隔行掃描實(shí)例2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)10彩色電視Y、C1, C2彩色表示法分別表示亮度信號(hào)和兩個(gè)色差信號(hào)2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)11彩色電視制式n電視信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)也稱為電視的制式nNTSC制、PAL制和SECAM制n兼容制制式：n黑白電視機(jī)能接收彩色電視廣播，顯示的是黑白圖像n彩色電視機(jī)能接收黑白電視廣播，顯示的也是黑白圖像，這叫逆兼容性2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒

4、體基礎(chǔ)12彩色電視制式的基本要求n必須采用與黑白電視相同的一些基本參數(shù)n如掃描方式、掃描行頻、場(chǎng)頻、幀頻、同步信號(hào)、圖像載頻、伴音載頻等等n攝像機(jī)輸出的三基色信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)亮度信號(hào)，以及代表色度的兩個(gè)色差信號(hào)，并將它們組合成一個(gè)彩色全電視信號(hào)進(jìn)行傳送n在接收端，彩色電視機(jī)將彩色全電視信號(hào)重新轉(zhuǎn)換成三個(gè)基色信號(hào)，在顯象管上重現(xiàn)發(fā)送端的彩色圖像2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)13NTSC制式nNational Television Systems Committeen1952年美國(guó)國(guó)家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)定義n正交平衡調(diào)幅制n美國(guó)、加拿大等大部分西半球國(guó)家，以及日本、韓國(guó)、菲律賓等國(guó)和中國(guó)的

5、臺(tái)灣采用這種制式2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)14NTSC制式的掃描特性n525行/幀, 30幀/秒n寬高比（Aspect Ratio）：電視畫面的長(zhǎng)寬比(電視為4:3；電影為3:2；高清晰度電視為16:9) n掃描方式：隔行掃描，一幀分成2場(chǎng)(field)，262.5線/場(chǎng) n控制信息：每場(chǎng)的開始部分保留20掃描線作為控制信息，因此只有485條線的可視數(shù)據(jù)nLaser disc約：420線，S-VHS約：320線n顏色模型：YIQ2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)15PAL制式nNTSC制缺點(diǎn)n相位敏感造成彩色失真nPhase-Alternative Linen德國(guó)(

6、當(dāng)時(shí)的西德)于1962年制定n稱為逐行倒相正交平衡調(diào)幅制n德國(guó)、英國(guó)等一些西歐國(guó)家，以及我國(guó)大陸、朝鮮等采用這種制式n根據(jù)不同的參數(shù)細(xì)節(jié)，又可以進(jìn)一步劃分為G、I、D等制式，其中PALD制是我國(guó)大陸采用的制式2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)16PAL制式n625行(掃描線)/幀，25幀/秒(40 ms/幀) n寬高比(aspect ratio)：4:3 n掃描方式：隔行掃描，2場(chǎng)/幀，312.5行/場(chǎng)n25行作場(chǎng)回掃，不傳送圖像，傳送圖像的行數(shù)每場(chǎng)只有287.5行，因此每幀只有575行有圖像顯示n顏色模型：YUV2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)17SECAM制式nSeq

7、uential Coleur Avec Memoiren法國(guó)在1956年提出，1966年研制成功n稱為順序傳送彩色與存儲(chǔ)制n兩個(gè)色差信號(hào)逐行依次傳送，不怕干擾，彩色效果好，但其兼容性較差n其它參數(shù)類同PAL制式n法國(guó)、東歐國(guó)家以及中東采用這種制式2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)18電視信號(hào)n傳送的電視信號(hào)主要包括五種成分：n亮度信號(hào)、色度信號(hào)、色同步信號(hào)、復(fù)合同步信號(hào)和伴音信號(hào)n射頻信號(hào)：視頻全電視信號(hào)調(diào)制成高頻或射頻（RFRadio Frequency）信號(hào)，每個(gè)信號(hào)占用一個(gè)頻道n有線電視（Cable TV）信號(hào)n類似與射頻信號(hào)n通過電纜而不是通過空中傳播電視信號(hào)2022-5-1

8、5多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)19彩色視頻信號(hào)的類型n三種彩色視頻信號(hào)類型n復(fù)合視頻信號(hào)(composite video signal)n分量視頻信號(hào)(component video signal)n分離視頻信號(hào)S-Video(Separated video）n各有應(yīng)用場(chǎng)合2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)20復(fù)合視頻信號(hào)n或者稱為全電視信號(hào)（分離伴音）n包含亮度信號(hào)、色差信號(hào)和所有定時(shí)信號(hào)的單一信號(hào)n亮度和色度間插在一起，信號(hào)重放時(shí)很難恢復(fù)完全一致的色彩n信號(hào)帶寬較窄，一般只有水平240線的分辨率n一般可通過視頻線纜進(jìn)行輸入或輸出n由于視頻信號(hào)中已不包含伴音，故一般與視頻端口配套的還

9、有音頻端口，以便同步傳輸伴音nAV（Audio Video）端口2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)21分量電視信號(hào)n每個(gè)基色分量作為獨(dú)立的電視信號(hào)nRGB或亮度-色差表示，如YIQ與YUVn表示顏色的最好方法n很寬的頻帶nDVD及投影電視n色差輸出端子：Y, Cr, Cb2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)22 S-Video信號(hào)n亮度和色差分離n分量信號(hào)和復(fù)合信號(hào)的一種折中方案n優(yōu)點(diǎn)：n減少亮度信號(hào)和色差信號(hào)之間的交叉干擾n可提高亮度信號(hào)的帶寬2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)23 S-Video連接器 使用獨(dú)立的兩條信號(hào)電纜線，分別用于亮度信號(hào)和色差信號(hào)，稱為Y

10、/C信號(hào) 使用4針連接器 區(qū)別S-Video和S-VHS (Super Video Home System) SVideo接口的產(chǎn)生最早來自于SVHS型的錄像機(jī)2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)24電影與電視視頻轉(zhuǎn)換n電影與電視具有不同的刷新率n電視為 30 pps（NTSC）n電影為 24 ppsn顯示方式不同n電影放映機(jī)將整幅畫面直接放映n電視采用隔行掃描的方式n電影需要進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)電視（Telecine）n3:2 Pulldown for NTSCn2:2 Pulldown for PAL2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)253:2 Pulldown 2022-5-

11、15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)263:2 Pulldown 隔行隔行第1幀第2幀第3幀第4幀場(chǎng)2場(chǎng)1場(chǎng)2場(chǎng)1場(chǎng)2場(chǎng)1場(chǎng)2場(chǎng)1場(chǎng)2場(chǎng)12022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)273:2 Pulldown逐行 2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)28數(shù)字視頻優(yōu)點(diǎn)n檢索方便n復(fù)制、傳輸（一般）不會(huì)造成質(zhì)量下降n很容易進(jìn)行非線性編輯n線性編輯：磁帶記錄畫面是順序的n非線性編輯：信息存儲(chǔ)的位置是并列平行的，與原始素材的先后順序無關(guān)2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)29數(shù)字化的方法n主要步驟n色彩空間的轉(zhuǎn)換n光柵掃描的轉(zhuǎn)換n分辨率的統(tǒng)一 n分量數(shù)字化n復(fù)合視頻信號(hào)中的亮度和色度分離n

12、對(duì)三個(gè)分量分別進(jìn)行數(shù)字化n數(shù)字域中進(jìn)行分離2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)30采樣方法n使用相同的采樣頻率對(duì)圖像的亮度信號(hào)和色差信號(hào)進(jìn)行采樣n對(duì)亮度信號(hào)和色差信號(hào)分別采用不同的采樣頻率進(jìn)行采樣n亞采樣（Subsampling）：對(duì)色差信號(hào)使用的采樣頻率比對(duì)亮度信號(hào)使用的采樣頻率低2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)31亞采樣nHVS所具有的兩條特性n人眼對(duì)色度信號(hào)的敏感程度比對(duì)亮度信號(hào)的敏感程度低n人眼對(duì)圖像細(xì)節(jié)的分辨能力有一定的限度n常見采樣格式,記為 a:b:cna is luma samplesnb is chroma samples per odd linenc i

13、s chroma samples per even line2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)32亞采樣2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)334:2:0H.261, H.263和MPEG-1MPEG-22022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)34數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)CCIR 601標(biāo)準(zhǔn)n1980年，國(guó)際無線電咨詢委員會(huì) (International Radio Consultative Committee）制定nITU-R BT.601標(biāo)準(zhǔn)n標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視(SDTV)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)n對(duì)采樣頻率、采樣結(jié)構(gòu)、色彩空間轉(zhuǎn)換等都作了嚴(yán)格的規(guī)定2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)

14、35CCIR 601標(biāo)準(zhǔn)n以YCrCb為基礎(chǔ)進(jìn)行編碼n亮度抽樣頻率為525/60和625/50三大制式行頻公倍數(shù)的2.25MHz的6倍n即Y、Cr、Cb三分量的抽樣頻率分別為13.5MHz、6.75MHz、6.75MHzn抽樣后采用線性量化，每個(gè)樣點(diǎn)的量化比特?cái)?shù)用于演播室為10bit，用于傳輸為8bitn采樣格式為4：2：2（720：360：360）nNTSC：72048030 PAL：720576252022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)36CIF、QCIF和SQCIFnCCITT規(guī)定nCIF：Common Intermediate FormatnQCIF：Quarter-CIFnSQ

15、CIF：Sub-Quarter CIFnCIF空間分辨率為352288,QCIF與SQCIF分別為其1/4和1/16n使用逐行掃描n使用NTSC幀速率29.97幅/秒n使用1/2的PAL水平分辨率，即288線nYCrCb分量編碼2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)37SIF(Source Input File）n MPEG-I標(biāo)準(zhǔn)中使用Source Input Format (SIF)格式的視頻信號(hào)作為輸入n一般取CCIR601標(biāo)準(zhǔn)的半尺寸nSIF (NTSC): 360 x240nSIF (PAL) : 360 x288 n為了使寬高均為16的倍數(shù)進(jìn)行了微調(diào)nSIF (NTSC):

16、352x240 nSIF (PAL) : 352x288 2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)38攝像機(jī)（Camcorder）nFull-Size VHSnCompact VHS (VHS-C）n8mmnSVHS-CnHI8nDigital8nMiniDV/DV2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)39攝像機(jī)全尺寸全尺寸VHSVHSn帶寬12mm，大帶n可以直接由普通VHSVCR播放n視頻分辨率：240/250 linesn錄影時(shí)間：2hrs(SP)或6hrs (EP/SLP)n必須采用肩背式攝像n錄音效果較差n制造商: HitachiHitachi、RCA and Panaso

17、nicRCA and Panasonic2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)40攝像機(jī)VHS-CVHS-CnVHS帶的縮小帶n必須使用adapter以便在普通VCR中播放n視頻分辨率: 240-250 linesn錄影時(shí)間:SP(30min) and EP/SLP(90min) n容易手持n聲音質(zhì)量差n制造商：Panasonic, JVC, RCA, QuasarPanasonic, JVC, RCA, Quasar2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)41攝像機(jī)8mm8mmn8mm磁帶n通過A/V線回放，但是無法在VCR中直接播放n視頻分辨率：250 lines，色彩較VHS-

18、C略好n錄影時(shí)間：2hrs(SP) or 4hr(LP by Sony)n容易手持n聲音質(zhì)量較好n制造商: Canon, Sony, Sharp, Samsung, Canon, Sony, Sharp, Samsung, HitachiHitachi2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)42攝像機(jī) SVHS-CSVHS-Cn類似 VHS-C，除了n分辨率400 lines (比VHS高60%)n回放n可以在攝像機(jī)中回放n可以使用adapter在SVHS VCR中播放n攝像機(jī)可以播放和錄制VHS-C格式tapenVHS-C攝像機(jī)不能播放錄好的SVHS-C tapesn制造商: 主要是 J

19、VC2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)43攝像機(jī) HI8HI8n類似 8mm，除了n分辨率達(dá)400線，約提高60%n回放n無法在一般的VCR中回放Hi8 tapesnHI-8 camcorders可以使用普通8mm tapen普通8mm攝像機(jī)不能播放錄好的HI8 tapesn制造商: Canon, Sony, Sharp, Samsung, Canon, Sony, Sharp, Samsung, HitachiHitachi2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)44攝像機(jī) Digital8Digital8n使用 8mm or HI8 tape，數(shù)字方式錄制n通過camcord

20、er connected與TV連接回放n計(jì)算機(jī)數(shù)字回放通過IEEE-1394 portn攝像機(jī)可以播放模擬的8mm and HI8 tapesn視頻分辨率接近：500 linesn錄影時(shí)間：1 hr with 2hr HI8、8mm tapen聲音效果很好n允許靜態(tài)畫面捕捉n制造商: 只有 SonySony2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)45DV（Digital Video）nDV使用6.35mm帶寬的錄影帶n標(biāo)準(zhǔn)的DV帶n縮小的MiniDV帶：家用的攝影機(jī)nVideo resolution is 500 linesn錄影時(shí)間為60min，LP模式可延長(zhǎng)90minnSound quality is excellentnprovides still frame capturenManufacturers: Sony, Canon, Sharp, JVC, Sony, Canon, Sharp, JVC, Panasonic, and SamsungPanasonic, and Samsung2022-5-15多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)46變焦(ZOOM)n兩種變焦n光學(xué)變焦（Optical Zoom）n數(shù)碼變焦（Digital Zoom）n光學(xué)