多媒體技術之模擬視頻與數(shù)字視頻(ppt-50頁)課件

1、計算機科學與技術學院1多媒體技術計算機科學與技術學院2第七章 數(shù)字視頻視頻信息的數(shù)字化視頻卡MPEG標準計算機科學與技術學院37.1模擬視頻和數(shù)字視頻數(shù)字視頻是指以數(shù)字化方式記錄的連續(xù)變化的圖像信息。例如VCD電影、DVD電影 模擬視頻模擬視頻是指在時間和幅度上(空間)都是連續(xù)的信號。比如：電視機、錄像機等均采用模擬視頻。 數(shù)字視頻計算機科學與技術學院47.2視頻數(shù)字化模擬視頻采樣方式的復雜性是空間的函數(shù)也是時間的函數(shù)隔行掃描方式計算機科學與技術學院5模擬視頻數(shù)字化過程一般采用分量數(shù)字化方式1)先把復合視頻信號中的亮度和色度分離，得到YUV或YIQ分量2)然后用三個模/數(shù)轉換器對三個分量分別進

2、行數(shù)字化3)最后再轉換成RGB空間。計算機科學與技術學院6采樣格式根據(jù)電視信號的特征，亮度信號的帶寬是色度信號帶寬的兩倍數(shù)字化時可采用幅色采樣法，即對信號的色差分量的采樣率低于對亮度分量的采樣率用Y：U：V來表示YUV三分量的采樣比例，則數(shù)字視頻的采樣格式分別有4：1：1、4：2：2和4：4：4三種。分量采樣時采到的是隔行樣本點，要把隔行樣本組合成逐行樣本，然后進行樣本點的量化，YUV到RGB色彩空間的轉換等等，最后才能得到數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。計算機科學與技術學院7數(shù)字視頻標準CCIR 601標準廣播級質量的數(shù)字電視編碼標準目的：在PAL、NTSC和 SECAM電視制式之間確定共同的數(shù)字化參數(shù)該標準

3、對采樣頻率、采樣結構、色彩空間轉換等都作了嚴格的規(guī)定。計算機科學與技術學院82、分辨率與幀率1、采樣頻率為f s13.5MHz3、不同的采樣格式下的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)量：計算機科學與技術學院9在視頻信息的處理及應用過程中壓縮和解壓縮技術十分必要。視頻壓縮包括對視頻信息本身的壓縮以及伴隨在視頻信息中的音頻信息的壓縮。 目前的標準：MPEG I、 MPEG II、MPEG 47.3 視頻文件的壓縮計算機科學與技術學院107.4 視頻卡及其分類基于PC機的一種多媒體視頻信號處理平臺可以匯集的信息源有：視頻源音頻源激光視盤機錄像機攝像機計算機科學與技術學院11視頻卡工作過程：信 源數(shù)字化硬件壓 縮存 儲傳

4、輸解壓縮計算機科學與技術學院12作用將視頻信號連續(xù)轉換成計算機存儲的數(shù)字視頻信號，保存在計算機中或顯示在屏幕上。視頻采集卡計算機科學與技術學院13視頻信號采集模塊音頻信號采集模塊總線接口模塊將模擬視頻信號轉換成數(shù)字視頻信號，并送到計算機中音頻信息采集過程中完成對聲音的預處理和模數(shù)轉換。實現(xiàn)對視頻、音頻信息采集的控制，并將采樣、量化后的數(shù)字信息存儲到計算機內部視 頻 采 集 卡計算機科學與技術學院14圖形加速卡對二維或三維圖形數(shù)據(jù)進行硬件加速處理計算機科學與技術學院15視頻解壓卡用于視頻重放，可以十分快速地將壓縮保存的數(shù)字視頻信號解壓縮并在顯示器上播放出來。計算機科學與技術學院16電視卡電視轉換

5、卡將標準的電視信號(NTSC、PAL等)轉換成VGA信號在計算機顯示。 計算機科學與技術學院17將計算機VGA信號轉換成標準電視信號在電視上播放或進行錄像。TV編碼器計算機科學與技術學院18即使是運動的部分，也多為簡單的平移。7.5 視頻的壓縮MPEG標準幀與幀之間的時間相關性：動態(tài)圖像以每秒24或25幀播放，在如此短的時間內，畫面常不會有大的變化。在畫面中變化的只是運動的部分，靜止的部分往往占有較大的面積。計算機科學與技術學院19動態(tài)圖像壓縮的基本思路用差異幀代替原來的幀，以揭示幀間的相關性，這是動態(tài)圖像壓縮的基本出發(fā)點。幀與幀之間存在相關性，因此可以將相鄰的畫面相減。例如將第1幀記作A，第

6、2幀記作B，定義B=B-A。兩幀相減是將后一幀畫面B中的每一個點的像素值減去前一幀畫面A中相應點的像素值，其結果稱為差異幀。計算機科學與技術學院20由于差異幀的壓縮是有損的。上述方式在壓縮和解壓縮時將發(fā)生誤差的積累，積累到一定程度，會造成很大的失真。差異幀也帶來了新的問題如果只保留第1幀，其他幀采用差異幀。那么后面的每一幀都需要從前一幀計算出來，恢復時也必須一幀幀順序進行。這樣就無法從想跳到的某一點進行播放，很不方便。一旦某一幀數(shù)據(jù)出了問題，后面的幀更無法恢復。計算機科學與技術學院21關于后兩點，可以采取運動補償?shù)姆椒右越鉀Q。通過計算兩個畫面中運動對象的運動矢量，跟蹤畫面中的運動部分進行預測

7、，并通過畫面移動去“迎合”后續(xù)幀的方式來產(chǎn)生差異幀的方法，叫做“運動補償”。圖像整體運動也是動態(tài)圖像經(jīng)常采用的表現(xiàn)手法，若干次簡單的相減，差異幀就不能很好地揭示相鄰幀之間的相關性，也不可能得到高的壓縮比。差異幀只能揭示活動圖像中靜止部分的相關性。對差異幀比對原來的幀更難壓縮。計算機科學與技術學院22MPEG標準Motion Picture Experts GroupMPEG-IMPEG-IIMPEG-IVMPEG-VIIMPEG-21計算機科學與技術學院23MPEG -標準（ISO/IEC11172-）的目標傳輸速率1.5Mbps視頻信號電視質量亮度信號的分辨率360240色度信號的分辨率18

8、0120每秒30幀計算機科學與技術學院24MPEG-標準的內容MPEG系統(tǒng)（ISO/IEC11172-1）MPEG視頻（ISO/IEC11172-2）MPEG音頻（ISO/IEC11172-3）測試驗證（ISO/IEC11172-4）MPEG涉及的問題是視頻壓縮、音頻壓縮及多種壓縮數(shù)據(jù)流的復合和同步問題。計算機科學與技術學院25 MPEG對視頻和音頻壓縮的方法、壓縮后數(shù)據(jù)的儲存和傳輸?shù)母袷降确矫婢髁嗽敿毜囊?guī)定。例如：在視頻壓縮方面，采用運動補償來減少幀序列間的時間冗余信息；用離散余弦變換(DCT)技術來減少幀序列間的空間冗余信息；為解決高壓縮比和隨機播放的要求，還采用了預測和插補等幀間技術。

9、 計算機科學與技術學院26時間冗余量的減少為了減少時間冗余量，MPEG將1/30秒時間間隔的幀序列電視圖像，以三種類型的圖像格式表示：內碼幀（I）預測幀（P）插補幀（B）另有第四種類型幀是D幀，它是一種專用幀格式，僅僅用于實現(xiàn)快速查詢中。計算機科學與技術學院27I幀，又稱內碼幀，是完整的獨立編碼的圖像，是不能由其他幀構造的幀，必須存儲或傳輸。 P幀，也稱為預測幀，通過對它之前的I幀進行預測，對預測誤差作有條件的存儲和傳輸。B幀，又稱為雙向幀或插補幀，是根據(jù)其前后的I幀或者P幀的信息進行插值編碼而獲得。該過程有時也稱為雙向插值。計算機科學與技術學院28運動補償運動補償預測法運動補償插補法畫面上的

10、運動部分在幀與幀之間必然有連續(xù)性，預測法根據(jù)這一特性，將當前的圖像畫面看作是前面某時刻圖像的位移，位移的幅度和方向在圖像畫面的各處可有不同。用插補的方法進行運動的補償，可以大幅度地壓縮運動圖像的信息。計算機科學與技術學院29MPEG的位流分層結構有效性是MPEG壓縮算法需要對附加信息，如位移域、量化器步長、預測器或插值類型等，提供有效的管理。 MPEG視頻圖像數(shù)據(jù)流是一個分層結構。目的是把位流中邏輯上獨立的實體分開，防止語意模糊，并減輕解碼過程的負擔。對分層的要求是支持通用性、靈活性和有效性。通用性的含義是使MPEG標準的語法規(guī)定可滿足不同的應用要求；靈活性可通過視頻序列頭上所定義的許多參數(shù)來

11、說明；計算機科學與技術學院30MPEG視頻位流分層結構共包括6層：圖像序列層圖像組層圖像層宏塊片層宏塊層塊層隨機存取單元：上下文隨機存取單元：視頻編碼基本編碼單元重同步單元運動補償單元DCT單元計算機科學與技術學院31每一個層的開始有一個頭，作為說明參數(shù)。在圖像序列層的頭中，裝有視頻序列參數(shù)，如圖像寬度、圖像高度、像素長寬比、楨率、位率、緩沖區(qū)尺寸等。 每一層支持一個確定的函數(shù)，或是一個信號處理函數(shù)（DCT，運動補償），或是一個邏輯函數(shù)（同步，隨機存取點）等。計算機科學與技術學院32計算機科學與技術學院33MPEG-II系統(tǒng)支持的基本功能：解碼時多壓縮流的同步；將多個壓縮流交織成單個的數(shù)據(jù)流；

12、解碼時緩沖器初始化；緩沖區(qū)管理和時間識別。 MPEG-II標準包括MPEG系統(tǒng)、MPEG視頻、MPEG音頻和一致性四大部分內容。MPEG-II標準的系統(tǒng)功能是將一個或更多的音頻、視頻或其他的基本數(shù)據(jù)流合成單個或多個數(shù)據(jù)流，以適應于存儲和傳送。計算機科學與技術學院34MPEG-視頻視頻分量的位速率范圍大約為2到15Mbps與MPEG-視頻體系向下兼容力求滿足數(shù)字存儲媒體、可視電話、數(shù)字電視、高清晰度電視（HDTV）、通信網(wǎng)絡等領域的應用。分辨率低 （352288）中 （720480）次高（14401080）高 （19201080）計算機科學與技術學院35高速壓縮基于內容交互基于內容分級擴展具有基

13、于內容方式表示的視頻數(shù)據(jù)MPEG-IV標準MPEG-是以內容為中心的描述方法，對信息元的描述更加符合人的心理，不僅可以獲得比現(xiàn)有標準更為優(yōu)越的性能，還提供了各種新的功能。特點計算機科學與技術學院36復合。將各個VO的碼流復合成一個符合MPEG-4標準的位流。基于內容的視頻編碼過程VO的形成。先從原始視頻流中分割出VO。編碼。對各VO分別獨立編碼，即對不同VO的運動信息、形狀信息和紋理信息這三類信息分別編碼，分配不同的碼字。在編碼和復合階段可以加入用戶的交互控制或由智能化算法進行控制。計算機科學與技術學院377.6視頻文件格式一種MPEG多媒體格式用于壓縮和儲存音頻和視頻分辨率為 352 x 2

14、40 象素幀速率為每秒 25 幀(PAL)可提供與錄像帶同等質量的視頻。MPEG1計算機科學與技術學院38MPEG2一種MPEG多媒體格式用于壓縮、儲存音頻及視頻供廣播質量的應用程序使用定義了支持添加封閉式字幕和各種語言通道功能的協(xié)議。計算機科學與技術學院39AVIAudio/Video Interleave（音頻/視頻交錯）,在AVI文件中，運動圖像和伴音數(shù)據(jù)是以交織的方式存儲，并獨立于硬件設備。讀取視頻數(shù)據(jù)流時能更有效地從存儲媒介得到連續(xù)的信息。一種用于 Windows 系統(tǒng)的 Microsoft 多媒體視頻格式。計算機科學與技術學院40AVI格式主要參數(shù)視頻參數(shù)視窗尺寸(Video si

15、ze)幀率(Frames per second)音頻參數(shù)WAV文件參數(shù)視頻與伴音的交織參數(shù)同步控制（Synchronization）壓縮參數(shù)計算機科學與技術學院41AVI格式的特點提供無硬件視頻回放功能實現(xiàn)同步控制和實時播放可以高效地播放存儲在硬盤和光盤上的AVI文件提供了開放的AVI數(shù)字視頻文件結構：AVI文件可以再編輯計算機科學與技術學院42AVI的壓縮算法沒有統(tǒng)一標準Microsoft公司推出AVI文件格式時，同時推出了一種壓縮算法由于AVI的開放性，其它公司的壓縮算法也可加入其中。實現(xiàn)方法 把該算法的驅動加入到Windows系統(tǒng)中計算機科學與技術學院43計算機科學與技術學院44DIVX

16、MPEG4使用 MPEG4 壓縮算法可以實現(xiàn)高壓縮比。文件擴展名AVIDVDCD-ROMCD-ROM計算機科學與技術學院45對計算機配置的要求CPU 主頻300MHz 以上64 兆的內存8兆顯存的顯卡播放軟件Windows Media PlayerMPEG4 編碼器DIVX 5.0.5IDVX字幕支持軟件VobSub計算機科學與技術學院46MOVMovie digital video technologyApple公司推出的一種視頻格式相應的視頻應用軟件為QuickTime?？梢圆捎貌粔嚎s或壓縮的方式壓縮算法包括Cinepak、Intel Indeo Video R3.2 和Video編碼。計

17、算機科學與技術學院47Real VideoReal Networks公司流媒體(Streaming Video)文件格式文件擴展名RA、RAM、RMVBReal Networks 編碼RealProducerRealProducer Plus/Pro增強功能，需付費購買基本功能，可免費下載在用 56K MODEM 撥號上網(wǎng)的條件下實現(xiàn)不間斷的視頻播放計算機科學與技術學院48ASFAdvanced Streaming Format采用 MPEG4 的壓縮算法一種流媒體格式網(wǎng)絡應用的ASF圖象質量比 VCD 差一些，但 RAM 格式要好?？筛鶕?jù)應用需要調整圖像質量不考慮網(wǎng)絡情況，選取最好的圖像質量

18、壓縮文件，視頻圖像比 VCD （MPEG1）好。計算機科學與技術學院497.7 數(shù)字視頻格式的轉換主要的視頻文件：MPG文件、AVI文件和MOV文件具有不同的格式、不同的壓縮編碼算法和不同的特性須相應的播放軟件播放。播放軟件首先能夠識別視頻文件的格式，通過解壓縮來回放數(shù)據(jù)。播放軟件只要包含某種格式的解釋和解壓功能，就能夠播放該種格式的視頻文件。通過軟件或硬件也可以把這三種視頻文件的格式進行轉換。（第14講）考場作文開拓文路能力分解層次(網(wǎng)友來稿)江蘇省鎮(zhèn)江中學 陳乃香說明：本系列稿共24講，20XX年1月6日開始在資源上連載【要義解說】文章主旨確立以后，就應該恰當?shù)胤纸鈱哟危箮讉€層次構成一個

19、有機的整體，形成一篇完整的文章。如何分解層次主要取決于表現(xiàn)主旨的需要。【策略解讀】一般說來，記人敘事的文章常按時間順序分解層次，寫景狀物的文章常按時間順序、空間順序分解層次；說明文根據(jù)說明對象的特點，可按時間順序、空間順序或邏輯順序分解層次；議論文主要根據(jù)“提出問題分析問題解決問題”順序來分解層次。當然，分解層次不是一層不變的固定模式，而應該富于變化。文章的層次，也常常有些外在的形式：1小標題式。即圍繞話題把一篇文章劃分為幾個相對獨立的部分，再給它們加上一個簡潔、恰當?shù)男祟}。如世界改變了模樣四個小標題：壽命變“長”了、世界變“小”了、勞動變“輕”了、文明變“綠”了。 2序號式。序號式作文與小

20、標題作文有相同的特點。序號可以是“一、二、三”，可以是“A、B、C”，也可以是“甲、乙、丙”從全文看，序號式干凈、明快；但從題目上看，卻看不出文章內容，只是標明了層次與部分。有時序號式作文，也適用于敘述性文章，為故事情節(jié)的展開，提供了明晰的層次。 3總分式。如高考佳作人生也是一張答卷。開頭：“人生就是一張答卷。它上面有選擇題、填空題、判斷題和問答題，但它又不同于一般的答卷。一般的答卷用手來書寫，人生的答卷卻要用行動來書寫?！敝黧w部分每段首句分別為：選擇題是對人生進行正確的取舍，填空題是充實自己的人生，判斷題是表明自己的人生態(tài)度，問答題是考驗自己解決問題的能力。這份“試卷”設計得合理而且實在，每

21、個人的人生都是不同的，這就意味著這份人生試卷的“答案是豐富多彩的”。分解層次，應追求作文美學的三個價值取向：一要勻稱美。什么材料在前，什么材料在后，要合理安排；什么材料詳寫，什么材料略寫，要通盤考慮。自然段是構成文章的基本單位，恰當劃分自然段，自然就成為分解層次的基本要求。該分段處就分段，不要老是開頭、正文、結尾“三段式”，這種老套的層次顯得呆板。二要波瀾美。文章內容應該有張有弛，有起有伏，如波如瀾。只有這樣才能使文章起伏錯落，一波三折，吸引讀者。三要圓合美。文章的開頭與結尾要遙相照應，把開頭描寫的事物或提出的問題，在結尾處用各種方式加以深化或回答，給人首尾圓合的感覺?！纠慕馄省?話題：忙忙

22、，不亦樂乎 忙，是人生中一個個步驟，每個人所忙的事務不同，但是不能是碌碌無為地白忙，要忙就忙得精彩，忙得不亦樂乎。 忙是問號。忙看似簡單，但其中卻大有學問。忙是人生中不可缺少的一部分，但是怎么才能忙出精彩，忙得不亦樂乎，卻并不簡單。人生如同一張地圖，我們一直在自己的地圖上行走，時不時我們眼前就出現(xiàn)一個十字路口，我們該向哪兒，面對那縱軸橫軸相交的十字路口，我們該怎樣選擇?不急，靜下心來分析一下，選擇適合自己的坐標軸才是最重要的。忙就是如此，選擇自己該忙的才能忙得有意義。忙是問號，這個問號一直提醒我們要忙得有意義，忙得不亦樂乎。 忙是省略號。四季在有規(guī)律地進行著冷暖交替，大自然就一直按照這樣的規(guī)律

23、不停地忙，人們亦如此。為自己找一個目標，為目標而不停地忙，讓這種忙一直忙下去。當目標已達成，那么再找一個目標，繼續(xù)這樣忙，就像省略號一樣，毫無休止地忙下去，翻開歷史的長卷，我們看到牛頓在忙著他的實驗；愛迪生在忙著思考；徐霞客在忙著記載游玩；李時珍在忙著編寫本草綱目。再看那位以筆為刀槍的充滿著朝氣與力量的文學泰斗魯迅，他正忙著用他獨有的刀和槍在不停地奮斗。忙是省略號，確定了一個目標那么就一直忙下去吧!這樣的忙一定會忙出生命靈動的色彩。 忙是驚嘆號。世界上的人都在忙著自己的事，大自然亦如此，小蜜蜂在忙，以蜂蜜為回報。那么人呢?居里夫人的忙，以放射性元素的發(fā)現(xiàn)而得到了圓滿的休止符；愛因斯坦在忙，以相對論的問世而畫上了驚嘆號；李白的忙，以那豪放的詩歌而有了很大的成功；張衡的忙，因為那地動儀的問世而讓世人仰慕。每個人都應該有效率的忙，而不是整天碌碌無為地白忙。人生是有限的、短暫的，因此，每個人都應該在有限的生命里忙出屬于他的驚嘆號；都應在有限的生命里忙出他的人生精彩篇章。 忙是萬物、世界、人生中都不可缺少的一部分。作為這世上最高級動物的我們，我們在忙什么呢?我們要忙得有意義，有價值，我們要忙出屬于我們的精彩。我們的忙不能永遠是問號，而應是省略號和感嘆號。忙就要忙得精彩，忙得不亦樂乎。 解剖：本文將