多媒體視頻信息處理課件

多媒體視頻信息處理

視覺(jué)是人類(lèi)感知外部世界一個(gè)最重要的途徑，而計(jì)算機(jī)視頻技術(shù)是把我們帶到近于真實(shí)世界的最強(qiáng)有力的工具。在多媒體技術(shù)中，視頻信息的獲取及處理無(wú)疑占有舉足輕重的地位，視頻處理技術(shù)在目前以至將來(lái)都是多媒體應(yīng)用的一個(gè)核心技術(shù)。5.1視頻基礎(chǔ)知識(shí)

5.1.1視頻的定義

人類(lèi)接受的信息70%來(lái)自視覺(jué),其中活動(dòng)圖像是信息量最豐富、直觀(guān)、生動(dòng)、具體的一種承載信息的媒體。視頻（Video）就其本質(zhì)而言，實(shí)際上就是其內(nèi)容隨時(shí)間變化的一組動(dòng)態(tài)圖像(25或30幀/秒)，所以視頻又叫作運(yùn)動(dòng)圖像或活動(dòng)圖像。

從數(shù)學(xué)角度描述，視頻指隨時(shí)間變化的圖像，或稱(chēng)為時(shí)變圖像。時(shí)變圖像是一種時(shí)-空（顏色）密度模式（spatial-temporalintensitypattern），可以表示為s(x,y,t)，其中(x,y)是空間變量，t是時(shí)間變量。

視頻信號(hào)具有以下特點(diǎn)：

內(nèi)容隨時(shí)間而變化伴隨有與畫(huà)面動(dòng)作同步的聲音(伴音)

圖像與視頻是兩個(gè)既有聯(lián)系又有區(qū)別的概念：靜止的圖片稱(chēng)為圖像（Image），運(yùn)動(dòng)的圖像稱(chēng)為視頻（Video）。此外，兩者的信源方式不同，圖像的輸入要靠掃描儀、數(shù)字照相機(jī)等設(shè)備；而視頻的輸入只能是電視接收機(jī)、攝象機(jī)、錄象機(jī)、影碟機(jī)以及可以輸出連續(xù)圖像信號(hào)的設(shè)備。

傳統(tǒng)的模擬信號(hào)處理設(shè)備

直接廣播衛(wèi)星（DBS））

模擬視頻具有以下特點(diǎn)：

以模擬電信號(hào)的形式來(lái)記錄

依靠模擬調(diào)幅的手段在空間傳播

使用盒式磁帶錄象機(jī)將視頻作為模擬信號(hào)存放在磁帶上

傳統(tǒng)上，視頻都以模擬方式進(jìn)行存貯和傳送，然而模擬視頻不適合網(wǎng)絡(luò)傳輸，在傳輸效率方面先天不足，而且圖像隨時(shí)間和頻道的衰減較大，不便于分類(lèi)、檢索和編輯。

數(shù)字視頻（DigitalVideo-DV）

要使計(jì)算機(jī)能夠?qū)σ曨l進(jìn)行處理，必須把視頻源--即來(lái)自與電視機(jī)、模擬攝像機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)等設(shè)備的模擬視頻信號(hào)，轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)要求的數(shù)字視頻形式并存放在磁盤(pán)上，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為視頻的數(shù)字化過(guò)程（包括采樣、量化和編碼）。

數(shù)字視頻克服了模擬視頻的局限性，這是因?yàn)閿?shù)字視頻可以大大降低視頻的傳輸和存貯費(fèi)用、增加交互性（數(shù)字視頻可通過(guò)光纖等介質(zhì)高速隨機(jī)讀取）及帶來(lái)精確再現(xiàn)真實(shí)情景的穩(wěn)定圖像。

如今，數(shù)字視頻的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，并帶來(lái)一個(gè)全新的應(yīng)用局面。首先，包括直接廣播衛(wèi)星（DBS）、有線(xiàn)電視、數(shù)字電視在內(nèi)的各種通信應(yīng)用均需要采用數(shù)字視頻。其次，一些消費(fèi)產(chǎn)品，如VCD和DVD，數(shù)字式便攜攝像機(jī)，都是以MPEG視頻壓縮為基礎(chǔ)的。

便于計(jì)算機(jī)編輯處理

模擬信號(hào)只能簡(jiǎn)單調(diào)整亮度、對(duì)比度和顏色等，極大地限制了處理手段和應(yīng)用范圍。而數(shù)字視頻信號(hào)可以傳送到計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理，很容易進(jìn)行創(chuàng)造性地編輯與合成，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)交互。

數(shù)字視頻的缺陷是處理速度慢，所需的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間大，從而使數(shù)字圖像的處理成本增高。通過(guò)對(duì)數(shù)字視頻的壓縮，這樣可以節(jié)省大量的存儲(chǔ)空間，光盤(pán)技術(shù)的應(yīng)用也使得大量視頻信息的存儲(chǔ)成為可能。

5.1.4視頻的應(yīng)用領(lǐng)域廣播電視

地面、衛(wèi)星電視廣播

有線(xiàn)電視（CATV:CommunityAntennaTV）

數(shù)字視頻廣播(DigitalVideoBroadcast）

交互式電視（ITV:InteractiveTV）

高清晰度電視（HDTV）

通信

可視電話(huà)（Videophone）

視頻會(huì)議（Videoconferencing）

視頻點(diǎn)播（VOD:VideoOnDemand）

視頻數(shù)據(jù)庫(kù)

個(gè)人娛樂(lè)錄象節(jié)目

VCD（VideoCompactDisk）

DVD（DigitalVersatileDisk）

電視購(gòu)物

家庭攝象

視頻游戲

5.2電視信號(hào)及其標(biāo)準(zhǔn)

5.2.1彩色電視信號(hào)制式

電視信號(hào)是視頻處理的重要信息源。電視信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)也稱(chēng)為電視的制式。目前各國(guó)的電視制式不盡相同，不同制式之間的主要區(qū)別在于不同的刷新速度、顏色編碼系統(tǒng)和傳送頻率等。目前世界上常用的電視制式有中國(guó)、歐洲使用的PAL制，美國(guó)、日本使用的NTSC制及法國(guó)等國(guó)所使用的SECAM制。

PAL制

PAL(PhaseAlternateLock)是聯(lián)邦德國(guó)1962年制定的一種兼容電視制式。PAL意指“相位逐行交變”，我國(guó)和大部分西歐國(guó)家都使用這種制式。PAL制規(guī)定水平掃描625行、每秒25幀、隔行掃描、每場(chǎng)需要1/50秒。

SECAM

SECAM(SequentialColorandMemory)稱(chēng)為順序傳送彩色與存儲(chǔ)，是用于法國(guó)、俄羅斯及幾個(gè)東歐國(guó)家的彩色電視制式。但基本技術(shù)及廣播方式與NTSC和PAL有很大的區(qū)別。

不同制式的電視機(jī)只能接收和處理其對(duì)應(yīng)制式的電視信號(hào)。也有多制式或全制式的電視機(jī)，這為處理和轉(zhuǎn)換不同制式的電視信號(hào)提供了極大的方便。全制式電視機(jī)可在各國(guó)各地區(qū)使用，而多制式電視機(jī)一般為指定范圍的國(guó)家生產(chǎn)。

表5-1三種彩色電視制式的主要技術(shù)指標(biāo)

TV制式NTSCPALSECAM幀頻(Hz)302525行/幀525625625亮度帶寬(MHz)4.26.06.0彩色幅載波(Hz)3.584.434.25聲音載波(MHz)4.56.56.55.2.2電視視頻信號(hào)的掃描方式

電視攝像機(jī)的作用就是將視頻圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。任何時(shí)刻，電信號(hào)只有1個(gè)值，即是一維的。但視頻圖像通常是二維的，將二維視頻圖像轉(zhuǎn)換為一維電信號(hào)是通過(guò)光柵掃描實(shí)現(xiàn)的。掃描方式主要有逐行掃描和隔行掃描兩種。

隔行掃描行的集合稱(chēng)為場(chǎng)。因此，一幀由兩個(gè)場(chǎng)組成。逐行掃描有以下優(yōu)點(diǎn)：圖像垂直清晰度高，空間處理效果好，有利于電視轉(zhuǎn)換和制式轉(zhuǎn)換，能改善視頻壓縮效率，等等。其缺點(diǎn)是：數(shù)碼率高，行掃描頻率增高，硬件難度加大。

目前的電視系統(tǒng)大都采用隔行掃描，因?yàn)楦粜袙呙枘芄?jié)省頻帶，且硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。但逐行掃描能獲得更好的圖像質(zhì)量和更高的清晰度，不過(guò)這是以增加帶寬和成本為代價(jià)的。

5.2.3YUV與RGB彩色模型YUV模型

在PAL彩色電視制式中采用YUV模型來(lái)表示彩色圖像。其是Y表示亮度，U，V用來(lái)表示色差，是構(gòu)成彩色的兩個(gè)分量。與此類(lèi)似，在NTSC彩色電視制式中使用YIQ模型，其中的Y表示亮度，I，Q是兩個(gè)彩色分量。YUV表示法的重要性是它的亮度信號(hào)(Y)和色度信號(hào)(U、V)是相互獨(dú)立的，也就是Y信號(hào)分量構(gòu)成的黑白灰度圖與用U、V信號(hào)構(gòu)成的另外兩幅單色圖是相互獨(dú)立的。由于Y、U、V是獨(dú)立的，所以可以對(duì)這些單色圖分別進(jìn)行編碼。采用YUV模型的優(yōu)點(diǎn)之一是亮度信號(hào)和色差信號(hào)是分離的，容易使彩色電視系統(tǒng)與只對(duì)亮度敏感的黑白電視機(jī)亮度信號(hào)兼容。

PAL彩色電視制式中采用YUV模型來(lái)表示彩色圖像YUVRGB模型

RGB分別代表紅（Red）、綠(Green)、藍(lán)（Blue）三種基本顏色。電視機(jī)和計(jì)算機(jī)顯示器使用的陰極射線(xiàn)管(CathodeRayTube，CRT)是一個(gè)有源物體。CRT使用3個(gè)電子槍分別產(chǎn)生紅、綠和藍(lán)三種波長(zhǎng)的光(RGB三種電子束)，分別產(chǎn)生并以相對(duì)強(qiáng)度轟擊CRT的熒光涂層屏幕以產(chǎn)生顏色。并以各種不同的相對(duì)強(qiáng)度綜合起來(lái)產(chǎn)生顏色。組合這三種光波以產(chǎn)生特定顏色稱(chēng)為相加混色，或稱(chēng)為RGB相加模型。相加混色是計(jì)算機(jī)應(yīng)用中定義顏色的基本方法。

YUV與RGB彩色空間變換

由于所有的顯示器都采用RGB值來(lái)驅(qū)動(dòng)，這就要求在顯示每個(gè)像素之前，需要把YUV彩色分量值轉(zhuǎn)換成RGB值。這種轉(zhuǎn)換需要花費(fèi)一定的計(jì)算時(shí)間。這是一個(gè)在設(shè)計(jì)軟硬件視頻處理系統(tǒng)要綜合考慮的問(wèn)題。

在考慮人的視覺(jué)系統(tǒng)和陰極射線(xiàn)管(CRT)的非線(xiàn)性特性之后，RGB和YUV的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以近似地用下面的方程式表示：

Y=0.299R+0.587G+0.114B

U=-0.169R-0.331G+0.5B

V=0.500R-0.419G-0.081B

或者寫(xiě)成矩陣的形式:

5.2.4彩色電視的信號(hào)類(lèi)型

電視頻道傳送的電視信號(hào)主要包括亮度信號(hào)、色度信號(hào)、復(fù)合同步信號(hào)和伴音信號(hào)，這些信號(hào)或者可通過(guò)頻率域，或者可通過(guò)時(shí)間域相互分離出來(lái)。電視接收機(jī)能夠?qū)⑺邮盏降母哳l電視信號(hào)還原成視頻信號(hào)和低頻伴音信號(hào)，并能夠在其熒光屏上重現(xiàn)圖像，在其揚(yáng)聲器上重現(xiàn)伴音。

根據(jù)不同的信號(hào)源，電視接收機(jī)的輸入、輸出信號(hào)有三種類(lèi)型：高頻或射頻信號(hào)

為了能夠在空中傳播電視信號(hào)，必須把視頻全電視信號(hào)調(diào)制成高頻或射頻（RF－RadioFrequency）信號(hào)，每個(gè)信號(hào)占用一個(gè)頻道，這樣才能在空中同時(shí)傳播多路電視節(jié)目而不會(huì)導(dǎo)致混亂。PAL制每個(gè)頻道占用8MHz的帶寬；NTSC制每個(gè)頻道的帶寬為4MHz。有線(xiàn)電視CATV（CableTelevision）的工作方式類(lèi)似，只是它通過(guò)電纜而不是通過(guò)空中傳播電視信號(hào)。

電視機(jī)在接收到某一頻道的高頻信號(hào)后，要把全電視信號(hào)從高頻信號(hào)中解調(diào)出來(lái)，才能在屏幕上重現(xiàn)視頻圖像。

圖7-7復(fù)合視頻線(xiàn)及接口分量視頻信號(hào)與S－Video

為保證視頻信號(hào)質(zhì)量，近距離時(shí)可用分量視頻信號(hào)(componentvideosignal)傳輸,分量信號(hào)是指每個(gè)基色分量(R,G,B或Y,U,V)作為獨(dú)立的電視信號(hào)傳輸。計(jì)算機(jī)輸出的VGA視頻信號(hào)，即為分量形式的視頻信號(hào)。

S－Video

是一種兩分量的視頻信號(hào)，它把亮度和色度信號(hào)分成兩路獨(dú)立的模擬信號(hào)，用兩路導(dǎo)線(xiàn)分別傳輸并可以分別記錄在模擬磁帶的兩路磁軌上。這種信號(hào)不僅其亮度和色度都具有較寬的帶寬，而且由于亮度和色度分開(kāi)傳輸，可以減少其互相干擾，水平分解率可達(dá)420線(xiàn)。與復(fù)合視頻信號(hào)相比，S－Video可以更好地重現(xiàn)色彩。

5.3.1視頻信號(hào)的采樣對(duì)視頻采樣的基本要求

對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行采樣時(shí)必須滿(mǎn)足三個(gè)方面的要求。

要滿(mǎn)足采樣定理。對(duì)于PAL制電視信號(hào)。視頻帶寬為6MHz，按照CCIR601建議，亮度信號(hào)的采樣頻率為13.5MHz，色度信號(hào)為6.75MHz。

采樣頻率必須是行頻的整數(shù)倍。這樣可以保證每行有整數(shù)個(gè)取樣點(diǎn)，同時(shí)要使得每行取樣點(diǎn)數(shù)目一樣多，具有正交結(jié)構(gòu)，便于數(shù)據(jù)處理。

要滿(mǎn)足兩種掃描制式。

數(shù)字視頻信號(hào)的采樣頻率和格式現(xiàn)行的掃描制式主要有625行/50場(chǎng)和525行/60場(chǎng)兩種，它們的行頻分別為15625Hz和15734.265Hz。ITU(國(guó)際電信聯(lián)盟）建議的分量編碼標(biāo)準(zhǔn)的亮度抽樣頻率為13.5兆赫，這恰好是上述兩種行頻的整數(shù)倍。按照國(guó)際現(xiàn)行電視制式，亮度信號(hào)最大帶寬是6MHz。根據(jù)奈奎斯特抽樣定理，抽樣頻率至少要大于2×6＝12MHz，因此取13.5MHz也是合適的。

數(shù)字視頻的采樣格式

根據(jù)電視信號(hào)的特征，亮度信號(hào)的帶寬是色度信號(hào)帶寬的兩倍。因此其數(shù)字化時(shí)對(duì)信號(hào)的色差分量的采樣率低于對(duì)亮度分量的采樣率。如果用Y：U：V來(lái)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。

電視圖像既是空間的函數(shù)，也是時(shí)間的函數(shù)，而且又是隔行掃描式，所以其采樣方式比掃描儀掃描圖像的方式要復(fù)雜得多。分量采樣時(shí)采到的是隔行樣本點(diǎn)，要把隔行樣本組合成逐行樣本，然后進(jìn)行樣本點(diǎn)的量化，YUV到RGB色彩空間的轉(zhuǎn)換等等，最后才能得到數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。

4:2:2采樣格式

模擬視頻的數(shù)字化包括不少技術(shù)問(wèn)題，如電視信號(hào)具有不同的制式而且采用復(fù)合的YUV信號(hào)方式，而計(jì)算機(jī)工作在RGB空間；電視機(jī)是隔行掃描，計(jì)算機(jī)顯示器大多逐行掃描；電視圖像的分辨率與顯示器的分辨率也不盡相同等等。因此，模擬視頻的數(shù)字化主要包括色彩空間的轉(zhuǎn)換、光柵掃描的轉(zhuǎn)換以及分辨率的統(tǒng)一。

模擬視頻一般采用分量數(shù)字化方式，先把復(fù)合視頻信號(hào)中的亮度和色度分離，得到Y(jié)UV或YIQ分量，然后用三個(gè)模／數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)三個(gè)分量分別進(jìn)行數(shù)字化，最后再轉(zhuǎn)換成RGB空間。

4:2:2采樣格式

圖7-134:2:2采樣格式示意為了在PAL、NTSC和SECAM電視制式之間確定共同的數(shù)字化參數(shù)，國(guó)家無(wú)線(xiàn)電咨詢(xún)委員會(huì)（CCIR）制定了廣播級(jí)質(zhì)量的數(shù)字電視編碼標(biāo)準(zhǔn)，稱(chēng)為CCIR601標(biāo)準(zhǔn)(現(xiàn)在的ITU-R標(biāo)準(zhǔn))。在該標(biāo)準(zhǔn)中，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。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，人眼對(duì)顏色的敏感程度遠(yuǎn)不如對(duì)亮度信號(hào)那么靈敏，所以色度信號(hào)的取樣頻率可以比亮度信號(hào)的取樣頻率低，以減少數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量。ITU-R建議使用了4:2:2采樣結(jié)構(gòu)。所謂“4:2:2”是指色度信號(hào)取亮度信號(hào)取樣頻率的一半。即此時(shí)信號(hào)是用一個(gè)亮度分量，兩個(gè)色度分量來(lái)表達(dá)的。

根據(jù)ITU推薦的采樣率，可計(jì)算出在不同的采樣格式下數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量:

由表中看出，未壓縮的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)量十分巨大，對(duì)于目前的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)或傳輸都是不現(xiàn)實(shí)的，因此在多媒體中應(yīng)用數(shù)字視頻的關(guān)鍵問(wèn)題是數(shù)字視頻的壓縮技術(shù)。

采樣格式(Y:U:V）數(shù)據(jù)量(Mbyte/s）4:2:2274:4:4405.3.2量化

采樣過(guò)程是把模擬信號(hào)變成了時(shí)間上離散的脈沖信號(hào)，量化過(guò)程則是進(jìn)行幅度上的離散化處理。因此在時(shí)間軸的任意一點(diǎn)上量化后的信號(hào)電平與原模擬信號(hào)電平之間在大多數(shù)情況下總是存在有一定的誤差，量化所引入的誤差是不可避免的同時(shí)也是不可逆的，由于信號(hào)的隨機(jī)性這種誤差大小也是隨機(jī)的，這種表現(xiàn)類(lèi)似于隨機(jī)噪聲效果，具有相當(dāng)寬度的頻譜，因此我們又把量化誤差稱(chēng)為量化噪聲。但量化誤差與噪聲是有本質(zhì)的區(qū)別的。

如果視頻信號(hào)量化比特率為8Bit，信號(hào)就有個(gè)量化值。若最大信號(hào)正好用足８比特的話(huà)，小于1/256的信號(hào)就只能當(dāng)零處理了。而且每二個(gè)相鄰數(shù)字的差距也必需大于1/256才能分得開(kāi)，當(dāng)二個(gè)原來(lái)不同的數(shù)值用同一個(gè)二進(jìn)制值來(lái)表示時(shí)，實(shí)際數(shù)值與記錄數(shù)值之差就成為量化噪聲。所以，比特率已決定了整個(gè)系統(tǒng)的理想狀態(tài)下的最小噪聲、動(dòng)態(tài)范圍和信噪比，模擬信號(hào)在理想狀態(tài)是沒(méi)有這種限制的。亮度信號(hào)用８比特量化，灰度等級(jí)最多只有256個(gè)，如果RGB三個(gè)色度信號(hào)都用８比特量化，就可以獲得256×256×256＝16777216，即近17萬(wàn)種色彩。

5比特量化有32個(gè)灰度等級(jí)8比特量化有256個(gè)灰度等級(jí)量化比特率愈高，層次就分得愈細(xì)，但數(shù)據(jù)量也成倍上升。每增加一個(gè)比特，數(shù)據(jù)量就翻一翻，例如ＤＶＤ播放機(jī)視頻量化位數(shù)多為10比特，灰度等級(jí)達(dá)到1024個(gè)，然而數(shù)據(jù)量是８比特量化的４倍。

量化的過(guò)程是不可逆的，這是因?yàn)榱炕旧斫o信號(hào)帶來(lái)的損傷是不可彌補(bǔ)的。量化時(shí)比特?cái)?shù)選取過(guò)小則不足以反映出圖像的細(xì)節(jié)，比特?cái)?shù)選取過(guò)大則會(huì)產(chǎn)生龐大的數(shù)碼率，從而占用大量的頻帶，給傳輸帶來(lái)困難。有一種方法可以用小比特?cái)?shù)量化而獲得大比特?cái)?shù)量化時(shí)的效果。降低量化誤差的方法最直接的就是增加量化級(jí)數(shù)減小最小量化間隔，但由此帶來(lái)碼率的增加從而要求更大的處理帶寬，一般現(xiàn)在的視頻信號(hào)均采用8比特、10比特，在信號(hào)質(zhì)量要求較高的情況下采用12比特量化。

正如模擬音頻信號(hào)傳輸過(guò)程中采用不均勻量化一樣。在視頻信號(hào)的量化過(guò)程中也可以采用不均勻量化方式，即將模擬信號(hào)先進(jìn)行對(duì)數(shù)變換，其目的是讓變化量大的地方變化小，讓變化量小的地方變化大，然后，再進(jìn)行普通的8比特量化，經(jīng)傳輸后再恢復(fù)出來(lái)的模擬信號(hào)可以通過(guò)指數(shù)變換予以還原，此時(shí)，信號(hào)傳輸?shù)男Ч?lèi)似于12比特量化的效果。

5.3.3視頻信號(hào)的壓縮與編碼

抽樣、量化后的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字符號(hào)才能進(jìn)行傳輸，這一過(guò)程稱(chēng)為編碼。視頻壓縮編碼的理論基礎(chǔ)是信息論。信息壓縮就是從時(shí)間域、空間域兩方面去除冗余信息，將可推知的確定信息去掉。

在通信理論中，編碼分為信源編碼和信道編碼兩大類(lèi)。所謂信源編碼是指將信號(hào)源中多余的信息除去，形成一個(gè)適合用來(lái)傳輸?shù)男盘?hào)。為了抑制信道噪聲對(duì)信號(hào)的干擾，往往還需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行再編碼，使接收端能夠檢測(cè)或糾正數(shù)據(jù)在信道傳輸過(guò)程引起的錯(cuò)誤，這稱(chēng)為信道編碼。

視頻編碼技術(shù)主要包括MPEG與H.261標(biāo)準(zhǔn)，編碼技術(shù)主要分成幀內(nèi)編碼和幀間編碼。前者用于去掉圖像的空間冗余信息，后者用于去除圖像的時(shí)間冗余信息。

5.3.4數(shù)字視頻DV格式

數(shù)字視頻（DigitalVideo-DV）是定義壓縮圖像和聲音數(shù)據(jù)記錄及回放過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)。DV格式是一種國(guó)際通用的數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)，是由10余家公司共同制定的標(biāo)準(zhǔn)。

DV格式具有如下視頻特點(diǎn)：高清晰度，水平分辨率可達(dá)500線(xiàn)；

寬色度帶寬，還原色彩絢麗的圖像；當(dāng)前有三種常用DV格式：miniDV、DVCPro和DVCam。miniDV最常見(jiàn)，通常是家用攝像機(jī)使用的格式。DVCPro和DVCam為專(zhuān)業(yè)格式。DV格式數(shù)字?jǐn)z像機(jī)對(duì)視頻采用4:1:1數(shù)字分量采樣標(biāo)準(zhǔn)，8比特量化，基于離散余弦變量DCT的5:1幀內(nèi)壓縮，數(shù)據(jù)傳輸率為24.948Mbps對(duì)音頻信號(hào)采用兩種PCM脈沖調(diào)制編碼方式：一是采樣頻率48kHz、16比特量化的雙聲道立體聲方式。另一種是采樣頻率為32kHz、12比特量化的四聲道方式，這種方式可方便后期編輯中的配音配樂(lè)。

目前DV格式數(shù)字?jǐn)z錄機(jī)，其記錄圖像的水平分辨率為500線(xiàn)。在記錄過(guò)程中，亮度信號(hào)Y與兩個(gè)色差信號(hào)U、V，三者不在同一頻帶傳輸并分別記錄，避免了相互串?dāng)_和影響。此外，視頻和音頻信號(hào)在輸出時(shí)先要進(jìn)入數(shù)字存儲(chǔ)器，然后以新的時(shí)間碼標(biāo)準(zhǔn)輸出，這樣就消除了使用模擬機(jī)常見(jiàn)的圖像抖動(dòng)、扭曲等時(shí)間碼誤差，使圖像和聲音更加穩(wěn)定。使用數(shù)字存儲(chǔ)器還能有效的進(jìn)行信號(hào)失落補(bǔ)償，消除模擬機(jī)播放錄像時(shí)常見(jiàn)的“雪花”現(xiàn)象。同時(shí)，由于對(duì)聲音的處理采用了與音樂(lè)CD和數(shù)字錄音帶相同的編碼方式，所以圖像清晰度高、色彩還原逼真、音響效果好。

5.4基于多媒體計(jì)算機(jī)的視頻處理系統(tǒng)

在多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，視頻處理一般是借助于一些相關(guān)的硬件和軟件，在計(jì)算機(jī)上對(duì)輸入的視頻信號(hào)進(jìn)行接收、采集、傳輸、壓縮、存儲(chǔ)、編輯、顯示、回放等多種處理。視頻信號(hào)主要是指來(lái)自電視機(jī)、錄/放像機(jī)、攝像機(jī)等視頻設(shè)備的信號(hào)，也可以是來(lái)自影碟機(jī)的影視節(jié)目。

5.4.1數(shù)字視頻系統(tǒng)的組成

從硬件平臺(tái)的角度分析，一個(gè)視頻采集系統(tǒng)要包括視頻采集設(shè)備、視頻信號(hào)源設(shè)備、大容量存儲(chǔ)設(shè)備、以及配置有相應(yīng)視頻處理軟件的高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

提供模擬視頻輸出的設(shè)備有錄像機(jī)、電視機(jī)、影碟機(jī)等；對(duì)模擬視頻信號(hào)進(jìn)行采集、量化和編碼的設(shè)備由視頻采集卡來(lái)完成；最后，由計(jì)算機(jī)接收和記錄編碼后的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。在這一過(guò)程中起主要作用的是視頻采集卡，它不僅提供接口以連接模擬視頻設(shè)備和計(jì)算機(jī)，而且具有把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的功能。

5.4.2視頻采集卡的工作原理

視頻采集卡是一個(gè)安裝在計(jì)算機(jī)擴(kuò)展槽上的一個(gè)硬卡。它可以匯集多種視頻源的信息，如電視、影碟、錄像機(jī)和攝像機(jī)的視頻信息，對(duì)被捕捉和采集到的畫(huà)面進(jìn)行數(shù)字化、凍結(jié)、存儲(chǔ)、輸出及其他處理操作，如編輯、修整、裁剪、按比例繪制、像素顯示調(diào)整、縮放功能等。視頻卡為多媒體視頻處理提供了強(qiáng)有力的硬件支持。

視頻采集卡的工作原理如圖5-1所示。視頻卡一般具有多種視頻接口，可接收來(lái)自攝像機(jī)、錄像機(jī)、VCD機(jī)等多種視頻信號(hào)，通過(guò)視頻軟件可選擇所需的視頻源。

從彩色攝像機(jī)、錄像機(jī)或其他視頻信號(hào)源得到的彩色電視信號(hào)，經(jīng)視頻接口送入視頻采集卡，信號(hào)首先經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，然后送到多制式數(shù)字解碼器進(jìn)行解碼。模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）又是一個(gè)視頻解碼器，其任務(wù)是對(duì)視頻信號(hào)解碼和數(shù)字化。采用不同的顏色空間可選擇不同的視頻輸入解碼器芯片。

圖5-1視頻卡的工作原理框圖

經(jīng)ADC解碼后得到的YUV信號(hào)格式。當(dāng)以4：2：2格式采樣時(shí)，每4個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)中取4個(gè)亮度Y、2個(gè)色差U、2個(gè)色差V的樣本值，共8個(gè)樣本值。YUV信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換可變成RGB信號(hào)。

RGB信號(hào)然后被送入視頻處理芯片，對(duì)其進(jìn)行剪裁，變化等處理。視頻處理芯片是用于視頻捕獲、播放、顯示用的專(zhuān)用控制芯片，主要功能可分為PC總線(xiàn)接口、視頻輸入剪裁、變化比例、與VGA信號(hào)同步、色鍵控制以及對(duì)幀存儲(chǔ)器VRAM的讀寫(xiě)和刷新控制。

視頻信息可實(shí)時(shí)地存到VRAM中，計(jì)算機(jī)可以通過(guò)視頻處理器對(duì)幀存儲(chǔ)器的內(nèi)容進(jìn)行讀寫(xiě)操作，幀存儲(chǔ)器的視頻像素信息讀到計(jì)算機(jī)后，通過(guò)編程可以實(shí)現(xiàn)各種算法，完成視頻圖像的編輯與處理。

視頻采集卡主要有兩種控制方式把視頻信號(hào)與VGA信號(hào)疊加顯示，即色鍵方式和窗口方式。視頻輸出的RGB信號(hào)與VGA顯示卡引過(guò)來(lái)的RGB信號(hào)是完全同步的，用適當(dāng)?shù)姆椒ń惶媲袚Q兩路信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)兩路輸出的疊加。上述兩種RGB信號(hào)經(jīng)過(guò)DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換變成模擬信號(hào)，并在顯示器的窗口中顯示。

由于視頻信息量巨大，如果直接存儲(chǔ)，會(huì)占用大量的存儲(chǔ)空間。以電視圖像為例，電視上一秒鐘的畫(huà)面，其實(shí)是由幾十幅連續(xù)所組成的，如果直接將這些視頻信息存儲(chǔ)起來(lái)，至少也要十幾MB的容量。所以視頻卡又提供了對(duì)視頻數(shù)字信號(hào)的壓縮功能，并以壓縮的圖像文件格式進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)在計(jì)算機(jī)上播放視頻圖像時(shí)還得經(jīng)過(guò)解壓縮過(guò)程，使其還原成圖像信息才能播放。5.4.3視頻采集卡的性能指標(biāo)

根據(jù)不同的應(yīng)用、不同的適用環(huán)境和不同的技術(shù)指標(biāo)，目前有多種規(guī)格的視頻采集卡?？梢詺w納出以PC機(jī)為硬件環(huán)境的視頻采集卡的主要功能和技術(shù)指標(biāo)：

接口

視頻采集卡的接口包括視頻與PC機(jī)的接口和與模擬視頻設(shè)備的接口。目前PC視頻采集卡通常采用32位的PCI總線(xiàn)接口，它插到PC機(jī)主板的擴(kuò)展槽中，以實(shí)現(xiàn)采集卡與PC機(jī)的通信與數(shù)據(jù)傳輸。

視頻采集卡至少要具有一個(gè)復(fù)合視頻接口（VideoIn）以便與模擬視頻設(shè)備相連。高性能的采集卡一般具有一個(gè)復(fù)合視頻接口和一個(gè)S－Video接口。一般的采集卡都支持PAL和NTSC兩種電視制式。

視頻采集卡如果不具備電視天線(xiàn)接口和音頻輸入接口，就不能用視頻采集卡直接采集電視射頻信號(hào)，同時(shí)也不能直接采集到模擬視頻中的伴音信號(hào)。要采集伴音，PC機(jī)上必需要裝有聲卡，視頻采集卡通過(guò)PC機(jī)上的聲卡獲取數(shù)字化的伴音并把伴音與采集到的數(shù)字視頻同步到一起。

一般而言,視頻采集卡有單工卡和雙工卡兩種。單工卡只提供視頻輸入接口,雙工卡還提供輸出接口。如果只需在PC機(jī)上編輯數(shù)字化視頻,單工卡就可以了。若想把數(shù)字化編輯過(guò)后的影像拷貝到錄像帶上,就需要雙工卡。

具有多種接口的視頻采集卡與視頻源的連接實(shí)時(shí)壓縮功能

由于模擬視頻輸入端可以提供不間斷的信息源，視頻采集卡要采集模擬視頻序列中的每幀圖像，并在采集下一幀圖像之前把這些數(shù)據(jù)傳入PC系統(tǒng)。因此，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集的關(guān)鍵是每一幀所需的處理時(shí)間。如果每幀視頻圖像的處理時(shí)間超過(guò)相鄰兩幀之間的相隔時(shí)間，則要出現(xiàn)數(shù)據(jù)的丟失，也即丟幀現(xiàn)象。采集卡都是把獲取的視頻序列先進(jìn)行壓縮處理，然后再存入硬盤(pán)，也就是說(shuō)視頻序列的獲取和壓縮是在一起完成的，免除了再次進(jìn)行壓縮處理的不便。不同檔次的采集卡具有不同質(zhì)量的采集壓縮性能。

大多數(shù)視頻采集卡都具備硬件壓縮的功能，在采集視頻信號(hào)時(shí)首先在卡上對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行壓縮，然后再通過(guò)接口把壓縮的視頻數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)上。視頻采集卡采用幀內(nèi)壓縮的算法把數(shù)字化的視頻存儲(chǔ)成AVI文件，高性能的視頻采集卡還能直接把采集到的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)壓縮成MPEG格式的文件。

視頻捕獲卡一般都采用專(zhuān)業(yè)級(jí)的專(zhuān)用芯片來(lái)處理視頻的壓縮，例如:intel的i750。同時(shí)由于圖像采集要處理大量數(shù)據(jù)（１分鐘的AVI文件大約占30MB空間），所以對(duì)計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)的要求也較高。如果用軟件的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，則對(duì)計(jì)算機(jī)的性能有很高的要求，否則抓取的畫(huà)面及播放畫(huà)面的速度便會(huì)受到相應(yīng)的影響。采集分辨率及幀頻

視頻采集卡按照其用途可以分為廣播級(jí)視頻采集卡，專(zhuān)業(yè)級(jí)視頻采集卡，民用級(jí)視頻采集卡。他們的區(qū)別主要是采集的圖像指標(biāo)不同。

廣播級(jí)視頻采集卡屬高檔設(shè)備，主要用于電視臺(tái)制作節(jié)目。廣播級(jí)視頻采集卡的最高采集分辨率一般720576(CCIR推薦值),PAL制,每秒25幀；或分辨率為640480，NTSC制，每秒30幀。最小壓縮比一般在4:1以?xún)?nèi)。這一類(lèi)產(chǎn)品的特點(diǎn)是采集的圖像分辨率高，視頻信噪比高，缺點(diǎn)是視頻文件龐大，每分鐘數(shù)據(jù)量至少為200MB。

專(zhuān)業(yè)級(jí)視頻采集卡比廣播級(jí)視頻采集卡的性能稍微低一些，分辨率兩者是相同的，但壓縮比稍微大一些，其最小壓縮比一般在6:1以?xún)?nèi)，輸入輸出接口為AV復(fù)合端子與S端子，此類(lèi)產(chǎn)品適用于廣告、多媒體節(jié)目制作及多媒體軟件開(kāi)發(fā)。

民用級(jí)的視頻采集卡的動(dòng)態(tài)分辨率一般最大為384288，PAL制式，幀頻為每秒25幀。

驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用程序

視頻采集卡一般都配有硬件驅(qū)動(dòng)程序以實(shí)現(xiàn)PC機(jī)對(duì)采集卡的控制和數(shù)據(jù)通信。根據(jù)不同的采集卡所要求的操作系統(tǒng)環(huán)境，各有不同的驅(qū)動(dòng)程序。采集卡只有在正確安裝了驅(qū)動(dòng)程序以后才能正常工作。也可以采用通用的軟件，例如數(shù)字視頻編輯軟件AdobePremiere。

5.4.4視頻設(shè)備及其連接

視頻信號(hào)源及設(shè)備

攝像機(jī)、錄像機(jī)等設(shè)備都帶有復(fù)合視頻輸出端口，有的帶有分量視頻輸出端口。由于視頻采集卡提供復(fù)合視頻輸入和分量視頻輸入口，因此只要具有復(fù)合視頻輸出或S－Video輸出端口的設(shè)備都可以為采集卡提供視頻信號(hào)源，把這些輸出端口與采集卡相應(yīng)的視頻輸入端口相連就可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的連接。

視頻的質(zhì)量在很大程度上取決于模擬視頻信號(hào)源的質(zhì)量及視頻采集卡的性能。根據(jù)不同的模擬視頻信號(hào)源應(yīng)分別選擇相應(yīng)的設(shè)備。攝像機(jī)可以實(shí)時(shí)獲取動(dòng)態(tài)實(shí)景。獲取的實(shí)景可以記錄在與攝像機(jī)配套的磁錄像帶上，也可以直接通過(guò)攝像機(jī)的輸出端口輸出，有的攝像機(jī)還具有播放功能，可以播放其錄像帶上的信號(hào)并通過(guò)輸出端口輸出。磁帶錄像機(jī)及錄像帶是提供模擬視頻信號(hào)源的最常用設(shè)備。不同檔次和規(guī)格的錄像機(jī)對(duì)使用的磁帶有不同的要求，如VHS的磁帶僅適用于VHS錄像機(jī)。

視頻設(shè)備與PC的連接

準(zhǔn)備好了模擬視頻信號(hào)源及其相應(yīng)的設(shè)備，剩下的工作就是把模擬視頻設(shè)備與PC機(jī)上的采集卡相連接。模擬設(shè)備與采集卡的連接包括模擬設(shè)備視頻輸出端口與采集卡視頻輸入端口的連接，以及模擬設(shè)備的音頻輸出端口與MPC聲卡的音頻輸入端口的連接。

如果采集卡只具有視頻輸入端口而沒(méi)有伴音輸入端口，要同步采集模擬信號(hào)中的伴音，必須使用帶聲卡的計(jì)算機(jī)，通過(guò)聲卡來(lái)采集同步伴音。

視頻采集卡有兩種視頻輸入接口，要注意它們之間的區(qū)別，一種是具有標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合視頻輸入接口(RCA，俗稱(chēng)蓮花接口)，標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)在輸出時(shí)要進(jìn)行編碼，將信號(hào)壓縮后輸出，接收時(shí)還要進(jìn)行解碼。這樣會(huì)損失一些信號(hào)。還有一種是S視頻輸入接口(S-Video)。由于S視頻信號(hào)不需要進(jìn)行編碼、解碼，所以沒(méi)有信號(hào)損失，因此使用S－Video端口可以獲取更好的圖像質(zhì)量。

兼有復(fù)合視頻接口和S-Video接口的視頻卡S-video電纜線(xiàn)及接口復(fù)合視頻插頭視頻采集的過(guò)程

采集視頻的過(guò)程主要包括如下幾個(gè)步驟：

設(shè)置音頻和視頻源，把視頻源外設(shè)的視像輸出與采集卡相連、音頻輸出與MPC聲卡相連。

準(zhǔn)備好MPC系統(tǒng)環(huán)境，如硬盤(pán)的優(yōu)化、顯示設(shè)置、關(guān)閉其他進(jìn)程等。

啟動(dòng)采集程序，預(yù)覽采集信號(hào)，設(shè)置采集參數(shù)。啟動(dòng)信號(hào)源，然后進(jìn)行采集。

播放采集的數(shù)據(jù)，如果丟幀嚴(yán)重可修改采集參數(shù)或進(jìn)一步優(yōu)化采集環(huán)境，然后重新采集。

由于信號(hào)源是不間斷地送往采集卡的視頻輸入端口的，可根據(jù)需要，對(duì)采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的編輯。如剪切掉起始和結(jié)尾處無(wú)用的視頻序列，剪切掉中間部分無(wú)用的視頻序列等，以減少數(shù)據(jù)所占的硬盤(pán)空間。

5.4.4數(shù)字視頻的輸出

數(shù)字視頻的輸出是數(shù)字視頻采集的逆過(guò)程，也即把數(shù)字視頻文件轉(zhuǎn)換成模擬視頻信號(hào)輸出到電視機(jī)上進(jìn)行顯示，或輸出到錄像機(jī)記錄到磁帶上，這需要專(zhuān)門(mén)的設(shè)備來(lái)完成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)到模擬信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。根據(jù)不同的應(yīng)用和需要，這種轉(zhuǎn)換設(shè)備也有多種。目前已有集模擬視頻采集與輸出于一體的視頻卡，可以與錄像機(jī)等設(shè)備相連，提供高質(zhì)量的模擬視頻信號(hào)采集和輸出。這種設(shè)備可以用于專(zhuān)業(yè)級(jí)的視頻采集、編輯及輸出。

5.5其他功能的視頻卡5.5.1視頻輸出卡-TVCoder

經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)加工處理的視頻數(shù)據(jù)以視頻文件的格式進(jìn)行存儲(chǔ)和交流，但不能以錄像帶的形式進(jìn)行傳播或者直接在電視機(jī)上收看。視頻輸出卡的功能是將計(jì)算機(jī)顯示卡輸出的VGA信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號(hào)，以PAL和NTSC兩種制式輸出，從而可在電視上觀(guān)看計(jì)算機(jī)顯示器上的畫(huà)面，或?qū)⑵渫ㄟ^(guò)錄像機(jī)錄制到錄像帶上。對(duì)計(jì)算機(jī)的VGA顯示卡輸出的以RGB形式表示的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，將其轉(zhuǎn)換成可供錄象機(jī)和電視機(jī)輸入和顯示的復(fù)合視頻信號(hào)的接口卡叫視頻輸出卡或編碼卡（TVCoder）。

TVCoder的功能是把計(jì)算機(jī)顯示器上顯示的內(nèi)容實(shí)時(shí)地轉(zhuǎn)換為模擬視頻信號(hào)并輸出到電視機(jī)或錄像機(jī)上，這對(duì)于多媒體演示和多媒體教育培訓(xùn)有很大幫助。還可以把多媒體演示的內(nèi)容記錄到磁帶上。

TVCoder具有以下幾種接口：VGA輸入端口：TVCoder的輸入信號(hào)取自于PC機(jī)的VGA顯示輸出端。輸出制式開(kāi)關(guān)：TVCoder支持NTSC和PAL制式輸出，由制式選擇開(kāi)關(guān)可選擇所需的輸出信號(hào)的制式。

模擬輸出端口：TVCoder

可提供復(fù)合視頻輸出，兩分量的S－Video輸出以及三分量RGB輸出。Video和S－Video輸出可與具有相應(yīng)視頻輸入端口的電視或錄像機(jī)相連；RGB輸出可以與RGB顯示器或其他具有RGB輸入端口的設(shè)備，如投影儀等相接。

VGA輸出：由于TVCoder要占用計(jì)算機(jī)主機(jī)的VGA輸出端口，因此它還提供一個(gè)VGA輸出端口以便與計(jì)算機(jī)的顯示器連接。

5.5.2MPEG卡

MPEG是能將大量視頻信息進(jìn)行壓縮的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。在該標(biāo)準(zhǔn)的支持下，一套74分鐘的完整錄像畫(huà)面以及具有CD音質(zhì)的音頻信號(hào)，只要一張CD光盤(pán)即可存儲(chǔ)。由于MPEG將活動(dòng)的圖像與聲音信號(hào)一體存儲(chǔ)，因此大大提高了播放質(zhì)量。

MPEG卡實(shí)際上分為兩類(lèi)：MPEG壓縮卡和解壓卡。MPEG壓縮卡用于將視頻影像壓縮成MPEG的格式。它首先將模擬音視頻信號(hào)數(shù)字化，然后按MPEG標(biāo)準(zhǔn)的壓縮算法分別對(duì)數(shù)字音視頻信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼，產(chǎn)生一個(gè)碼率約為1.5mbit/s的MPEG復(fù)合音視頻碼流，最后再轉(zhuǎn)變?yōu)?mpg格式的文件儲(chǔ)存在硬盤(pán)上。根據(jù)所支持的信號(hào)輸入方式，MPEG壓縮設(shè)備可分為專(zhuān)業(yè)型和普及型；專(zhuān)業(yè)型MPEG壓縮卡可以支持YUV、S－Video和復(fù)合視頻等多種輸入。它們一般還帶有數(shù)字濾波預(yù)處理和專(zhuān)業(yè)分量型錄像機(jī)控制等功能。預(yù)處理功能除了能減小視頻信號(hào)中的噪聲外，還可限制視頻信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，使信號(hào)更容易壓縮，有效地降低了壓縮算法引起的壓縮失真，可大大提高圖像的主觀(guān)清晰度。

MPEG解壓卡是采用硬件方式將壓縮后的VCD影碟數(shù)據(jù)解壓后進(jìn)行回放。當(dāng)計(jì)算機(jī)將CD-ROM內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到MPEG卡上時(shí)，通過(guò)卡上的MPEG解碼器，將已壓縮的數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓。品質(zhì)較好的MPEG卡可播放每秒30幀的電影畫(huà)面，速度和NTSC制式一樣。有些MPEG卡還提供了視頻輸出端口（VideoOut）和音頻輸出端口（AudioOut）,可以將VCD畫(huà)面播放到大屏幕彩色電視機(jī)上或其他錄象設(shè)備上，具備了視頻輸出卡的功能。

MPEG編碼卡

5.5.3電視接收卡

電視卡（TVTUNER)從工作原理上看相當(dāng)于一臺(tái)數(shù)字式電視機(jī)。它首先將從天線(xiàn)接收下來(lái)的射頻信號(hào)變換成視頻信號(hào)，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，再經(jīng)變換電路變?yōu)镽GB數(shù)字信號(hào)，最后通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換變?yōu)槟MRGB信號(hào)送顯示器上顯示。

因?yàn)殡娨暱ú捎弥鹦袙呙璺绞?，加上?jì)算機(jī)顯示點(diǎn)距小，分辨率高，所以整個(gè)電視圖像看上去清晰穩(wěn)定，完全可以與電視機(jī)媲美。電視卡的硬件部分是電視頻道的選臺(tái)電路，在MPC上安裝此卡后，允許用戶(hù)在MPC上用遙控器或鼠標(biāo)進(jìn)行操作，對(duì)電視頻道進(jìn)行選擇。不同的電視卡所能選擇的頻道數(shù)量各異，一般能達(dá)到100個(gè)左右。有些TVTUNER卡配有聲音輸出的接口，以供用戶(hù)連接到音箱或轉(zhuǎn)接到聲卡的輸入口。除頻道選擇之外，電視接收卡還可以進(jìn)行頻道預(yù)設(shè)、亮度及音量調(diào)節(jié)、彩色調(diào)整等。

外置式(左)與內(nèi)置式（右）電視卡5.5.4視頻卡的發(fā)展趨勢(shì)

系統(tǒng)集成是現(xiàn)代技術(shù)的主要趨勢(shì)，多媒體本身就是技術(shù)集成的產(chǎn)物。近年來(lái)，多媒體視頻硬件主要在兩個(gè)領(lǐng)域發(fā)展。

第一是與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)結(jié)合，由視頻采集卡附加網(wǎng)絡(luò)通信卡構(gòu)成的多媒體視頻會(huì)議、S可視電話(huà)、視頻郵件、多媒體通信終端等?；趯拵Ф嗝襟w通信網(wǎng)絡(luò)的交互式電視（ITV）、點(diǎn)播電視（VOD）以及遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷系統(tǒng)、遠(yuǎn)程電子圖書(shū)館等新技術(shù)正在普及實(shí)施，通過(guò)交互電視的機(jī)頂盒（STB）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽、電視購(gòu)物、收看VOD節(jié)目等，最終走向電視、電腦與電信的三電合一的目的。

第二方面是與影視制作技術(shù)結(jié)合，構(gòu)成集壓縮/解壓縮、合成輸出、特技效果為一體的影視制作非線(xiàn)形編輯系統(tǒng)。視頻處理硬件最終將從高檔系統(tǒng)的選件轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的組件。

從技術(shù)上看，電子器件的集成度越來(lái)越高；從應(yīng)用角度看，綜合處理多媒體功能的需求越來(lái)越普遍，因此“集成到芯片中，設(shè)計(jì)在主板上”將會(huì)是新一代視頻/圖像處理硬件的發(fā)展趨勢(shì)。

5.6視頻文件的類(lèi)型

5.6.1AVI文件

AVI（AudioVideoInterleave）是一種音頻視像交插記錄的數(shù)字視頻文件格式。1992年初微軟公司推出了AVI技術(shù)及其應(yīng)用軟件VFW（VideoforWindows）。在AVI文件中，運(yùn)動(dòng)圖像和伴音數(shù)據(jù)是以交織的方式存儲(chǔ)，并獨(dú)立于硬件設(shè)備。這種按交替方式組織音頻和視像數(shù)據(jù)，可使得讀取視頻數(shù)據(jù)流時(shí)能更有效地從存儲(chǔ)媒介得到連續(xù)的信息。

AVI文件結(jié)構(gòu)不僅解決了音頻和視頻的同步問(wèn)題，而且具有通用和開(kāi)放的特點(diǎn)。它可以在任何Windows環(huán)境下工作，而且還具有擴(kuò)展環(huán)境的功能。用戶(hù)可以開(kāi)發(fā)自己的AVI視頻文件，在Windows環(huán)境下可隨時(shí)調(diào)用。AVI一般采用幀內(nèi)有損壓縮，可以用一般的視頻編輯軟件如AdobePremiere進(jìn)行再編輯和處理。

在AVI文件中，運(yùn)動(dòng)圖像和伴音數(shù)據(jù)是以交織的方式存儲(chǔ)，并獨(dú)立于硬件設(shè)備。這種音頻和視像的交織組織方式與傳統(tǒng)的電影相似，在電影中包含圖像信息的幀順序顯示，同時(shí)伴音聲道也同步播放。5.6.2MOV文件

Apple公司在其生產(chǎn)的Macintosh機(jī)也推出了相應(yīng)的視頻格式，即Moviedigitalvideo的文件格式，其文件以MOV為后綴，相應(yīng)的視頻應(yīng)用軟件為Apple'sQuickTimeforMacintosh。隨著大量原本運(yùn)行在Macintosh上的多媒體軟件向PC/Windows環(huán)境的移植，導(dǎo)致了QuickTime視頻文件的流行。同時(shí)Apple公司也推出了適用于PC機(jī)的視頻應(yīng)用軟件Apple'sQuickTimeforWindows，因此在MPC機(jī)上也可以播放MOV視頻文件。

MOV格式的視頻文件可以采用不壓縮或壓縮的方式，其壓縮算法包括Cinepak、IntelIndeoVideoR3.2和Video編碼。其中Cinepak和IntelIndeoVideoR3.2算法的應(yīng)用和效果與AVI格式中的應(yīng)用和效果類(lèi)似。而Video格式編碼適合于采集和壓縮模擬視頻，支持16位圖像深度的幀內(nèi)壓縮和幀間壓縮，幀率可達(dá)每秒10幀以上。

QuickTime還采用了一種稱(chēng)為QuickTimeVR的虛擬現(xiàn)實(shí)（VR，VirtualReality）技術(shù)，用戶(hù)只需通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤(pán)，就可以觀(guān)察某一地點(diǎn)周?chē)?60度的景象，或者從空間任何角度觀(guān)察某一物體。

QuickTime以其領(lǐng)先的多媒體技術(shù)和跨平臺(tái)特性、較小的存儲(chǔ)空間要求、技術(shù)的獨(dú)立性以及系統(tǒng)的高度開(kāi)放性，目前已成為數(shù)字媒體軟件技術(shù)領(lǐng)域的事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)最近選擇QuickTime文件格式作為開(kāi)發(fā)MPEG4規(guī)范的統(tǒng)一數(shù)字媒體存儲(chǔ)格式。

5.6.3MEPG文件-MPEG/MPG/DAT格式

將MPEG算法用于壓縮全運(yùn)動(dòng)視頻圖像，就可以生成全屏幕活動(dòng)視頻標(biāo)準(zhǔn)文件：MPG文件。MPG格式文件在1024786的分辯率下可以用每秒25幀（或30幀）的速率同步播放全運(yùn)動(dòng)視頻圖像和CD音樂(lè)伴音，并且其文件大小僅為AVI文件的六分之一。MPEG-2壓縮技術(shù)采用可變速率（VBR-VariableBitRate）技術(shù)，能夠根據(jù)動(dòng)態(tài)畫(huà)面的復(fù)雜程度，適時(shí)改變數(shù)據(jù)傳輸率獲得較好的編碼效果，目前使用的DVD就是采用了這種技術(shù)。

MPEG的平均壓縮比為50∶1，最高可達(dá)200∶1，壓縮效率之高由此可見(jiàn)一斑。同時(shí)圖像和音響的質(zhì)量也非常好。MPEG標(biāo)準(zhǔn)包括MPEG視頻、MPEG音頻和MPEG系統(tǒng)(視頻、音頻同步)三個(gè)部分，MP3音頻文件就是MPEG音頻的一個(gè)典型應(yīng)用，而VCD、SVCD、DVD則是全面采用MPEG技術(shù)所產(chǎn)生出來(lái)的新型消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品。

5.6.4RAM格式

目前，很多視頻數(shù)據(jù)要求通過(guò)Internet來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，視頻文件的體積往往比較大，而現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)帶寬卻往往比較“狹窄”，客觀(guān)因素限制了視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和實(shí)時(shí)播放，于是一種新型的流式視頻(StreamingVideo)格式應(yīng)運(yùn)而生了。這種流式視頻采用一種“邊傳邊播”的方法，即先從服務(wù)器上下載一部分視頻文件，形成視頻流緩沖區(qū)后實(shí)時(shí)播放，同時(shí)繼續(xù)下載，為接下來(lái)的播放做好準(zhǔn)備。這種“邊傳邊播”的方法避免了用戶(hù)必須等待整個(gè)文件從Internet上全部下載完畢才能觀(guān)看的缺點(diǎn)。

RealNetworks公司所制定的音頻視頻壓縮規(guī)范稱(chēng)為RealMedia，是目前在Internet上的跨平臺(tái)的客戶(hù)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的多媒體應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，它采用音頻/視頻流和同步回放技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)在Internet上流媒體技術(shù)，能夠在Internet上以28.8kb/s的傳輸速率提供立體聲和連續(xù)視頻。

RealMedia包括三類(lèi)文件：RealAudio、RealVideo及RealFlash，RealAudio用來(lái)傳輸接近CD音質(zhì)的音頻數(shù)據(jù)，RealVideo用來(lái)傳輸連續(xù)視頻數(shù)據(jù)，而RealFlash則是RealNetworks公司與Macromedia公司新近合作推出的一種高壓縮比的動(dòng)畫(huà)格式。

RealMedia根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率的不同制定了不同的壓縮比率，現(xiàn)在大多使用其中的14.4kb/s、28.8kb/s以及ISDN56kb/s這三種不同速率下的RealMedia流格式。

整個(gè)Real系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：服務(wù)器、編碼器和播放器。RealEncoder負(fù)責(zé)將已有的音頻和視頻文件或者現(xiàn)場(chǎng)的音頻和視頻信號(hào)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換成RM格式，服務(wù)器負(fù)責(zé)廣播RM格式的音頻或視頻，而播放器則負(fù)責(zé)將傳輸過(guò)來(lái)的RM格式的音頻或視頻數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)播放出來(lái)。目前，Internet上已有不少網(wǎng)站利用RealVideo技術(shù)進(jìn)行重大事件的實(shí)況轉(zhuǎn)播。

5.7非線(xiàn)性編輯系統(tǒng)

非線(xiàn)性編輯系統(tǒng)是隨著多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展而產(chǎn)生的，它以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，配以專(zhuān)用板卡和高速硬盤(pán)，由相應(yīng)軟件控制完成視音頻節(jié)目制作。由于非線(xiàn)性編輯具有傳統(tǒng)線(xiàn)性編輯無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此，使用視音頻非線(xiàn)性編輯系統(tǒng)已經(jīng)成為電視節(jié)目后期制作、電子出版物和多媒體課件制作的發(fā)展方向。5.7.1線(xiàn)性編輯與非線(xiàn)性編輯

線(xiàn)性編輯(LinearEditing)指的是傳統(tǒng)方式下的聲像編輯技術(shù)。不管是錄像帶還是錄音帶，它存儲(chǔ)的信息是以時(shí)間順序記錄的。當(dāng)使用者要選取不同的視頻素材或某一片段，需要頻繁地倒帶，從錄像帶的一部分找到另外一部分，甚至更換錄像帶。完成一個(gè)編輯經(jīng)常需要反復(fù)按順序?qū)ふ倚枰钠?，其過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率較低。

傳統(tǒng)的線(xiàn)性編輯

非線(xiàn)性編輯是將傳統(tǒng)視頻編輯系統(tǒng)要完成的工作全部或部分放在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，是傳統(tǒng)設(shè)備同計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。計(jì)算機(jī)數(shù)字化地記錄所有視頻片段并將它們存儲(chǔ)在硬盤(pán)上。由于計(jì)算機(jī)對(duì)媒體的交互性，人們可以對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)字文件反復(fù)地更新或編輯。從本質(zhì)上講，非線(xiàn)性技術(shù)提供了一種分別存儲(chǔ)許多單獨(dú)素材的方法，使得任何片段都可以立即觀(guān)看并隨時(shí)任意修改。它利用了計(jì)算機(jī)軟件提供的多種靈活的過(guò)渡和特殊效果，可高效地完成“原始編輯”，如剪輯、切換、動(dòng)畫(huà)處理等，再由計(jì)算機(jī)完成數(shù)字視頻的生成與計(jì)算，并將生成的完整視頻回放到視頻監(jiān)視設(shè)備或轉(zhuǎn)移到錄像帶上。由于計(jì)算機(jī)交互性及資源的數(shù)字化特性突破了傳統(tǒng)線(xiàn)性編輯的局限，使視頻編輯工作更加隨心所欲和富有創(chuàng)造性。

非線(xiàn)性編輯系統(tǒng)與傳統(tǒng)方式的在實(shí)際應(yīng)用中有許多明顯的優(yōu)點(diǎn)。

編輯制作方便。傳統(tǒng)線(xiàn)性編輯中剪輯與增加特技要交替順序進(jìn)行，非線(xiàn)性編輯可以先編好鏡頭的順序，然后根據(jù)要求在需要的編輯點(diǎn)添加特技。

有利于反復(fù)編輯和修改。在實(shí)際工作中，發(fā)現(xiàn)不理想或出現(xiàn)錯(cuò)誤可以恢復(fù)到若干操作步驟之前?？稍谌我饩庉孅c(diǎn)插入一段素材，切入點(diǎn)以后的素材可被自動(dòng)向后推，同樣刪除一段素材，切出點(diǎn)以后的素材可以自動(dòng)向前遞補(bǔ)，重組素材段。所有這些操作可以在幾秒鐘內(nèi)完成。

制作圖像畫(huà)面的層次多。每一段素材都相當(dāng)于傳統(tǒng)編輯系統(tǒng)中一臺(tái)放機(jī)播放的視頻信號(hào)，而素材數(shù)量是無(wú)限的，這使得節(jié)目編輯中的連續(xù)特技可一次完成無(wú)限多個(gè)，它不僅提高了編輯效率而且豐富了畫(huà)面的效果。

圖像與聲音的同步對(duì)位準(zhǔn)確方便。圖像通過(guò)加幀減幀可拉長(zhǎng)或縮短鏡頭片斷，隨意改變鏡頭的長(zhǎng)度。聲音可不變音調(diào)而改變音長(zhǎng)（即保持聲音頻率不變，延長(zhǎng)或縮短時(shí)間節(jié)奏）。因此，在實(shí)際制作過(guò)程中，在一段音樂(lè)與一段圖像相配時(shí)，很容易把它們的長(zhǎng)度編成一致。這在傳統(tǒng)的線(xiàn)性編輯方式中是不太容易做到的。非線(xiàn)性編輯系統(tǒng)是一個(gè)計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)為依托的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，用戶(hù)可以任選硬件和軟件搭建適合各自專(zhuān)業(yè)需求和資金條件的系統(tǒng)。只要選用好的多媒體硬件，滿(mǎn)意的圖像質(zhì)量與實(shí)時(shí)特性都是可以實(shí)現(xiàn)的。但要讓系統(tǒng)穩(wěn)定高效地運(yùn)行，真正發(fā)揮出系統(tǒng)的最高效能，軟件系統(tǒng)也起著重要的作用。所以說(shuō)，軟件系統(tǒng)是非線(xiàn)性編輯系統(tǒng)的靈魂。

5.7.2非線(xiàn)性編輯系統(tǒng)技術(shù)特性

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電視數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，非線(xiàn)性編輯系統(tǒng)不僅能夠完成視音頻的非線(xiàn)性編輯，而且在編輯過(guò)程中可同時(shí)完成多通道特技、字幕疊加、配音、配樂(lè)等電視制作手法。能夠集數(shù)字特技切換器、字幕機(jī)、編輯機(jī)、編輯控制器及功能較完備的調(diào)音臺(tái)為一體。

非線(xiàn)性編輯系統(tǒng)技術(shù)的技術(shù)特性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

有聯(lián)機(jī)線(xiàn)性編輯和脫機(jī)非線(xiàn)性編輯兩種方式。其中，聯(lián)機(jī)線(xiàn)性編輯功能較強(qiáng)，圖像質(zhì)量可滿(mǎn)足廣播級(jí)的要求，適合于采用非線(xiàn)性粗編輯（即壓縮比在100:1以上非線(xiàn)性編輯，又稱(chēng)草稿編輯）與線(xiàn)性精編輯相結(jié)合的工作方式。

采用了MPEG、JPEG壓縮技術(shù)和合理的壓縮比及完善的視頻電路，具有兩路實(shí)時(shí)非線(xiàn)性通道，一個(gè)實(shí)時(shí)圖文層，兩個(gè)以上鍵層，實(shí)時(shí)雙通道數(shù)字特技。另外，DSP技術(shù)的應(yīng)用和圖形圖像硬件處理技術(shù)設(shè)計(jì)的特技加速卡的出現(xiàn)，使軟件數(shù)字特技時(shí)間加快了近20倍，可調(diào)整壓縮比，從無(wú)損失壓縮到預(yù)覽壓縮，從而提供多種分辨率的圖像質(zhì)量，可適用于電視節(jié)目制作過(guò)程中粗編與精編兩個(gè)不同的場(chǎng)合。

可兼容Windows平臺(tái)下所有的音頻、視頻及多媒體制作軟件。例如Premiere、StudioMAX等。音頻系統(tǒng)有多軌實(shí)時(shí)音頻通道，真正做到了在回放視頻的同時(shí)完成錄音功能（即實(shí)時(shí)配音）。

視頻有模擬復(fù)合信號(hào)、S—視頻、RGB和模擬分量信號(hào)的接口。上述這些接口都為配制編輯系統(tǒng)提供了非常靈活的選擇性。

可實(shí)現(xiàn)多機(jī)聯(lián)網(wǎng)，在部分終端分別進(jìn)行非線(xiàn)性粗編輯及字幕動(dòng)畫(huà)制作的同時(shí)，主終端進(jìn)行聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)線(xiàn)性編輯。

非線(xiàn)性編輯系統(tǒng)目前正處于不斷發(fā)展階段，許多方面有待于改進(jìn)、完善。例如，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度需要進(jìn)一步提高，增加實(shí)時(shí)處理多通道視頻數(shù)據(jù)的能力，減少運(yùn)算處理數(shù)據(jù)等待時(shí)間。圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)需要進(jìn)一步提高，以求在廣播級(jí)圖像質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)下達(dá)到更大的數(shù)據(jù)壓縮比。還要發(fā)展高速率、大容量、低成本的便攜存儲(chǔ)設(shè)備，使它將有利于提高非線(xiàn)性主機(jī)的使用效率和方便節(jié)目交換。

5.7.3非線(xiàn)性視頻編輯系統(tǒng)處理視頻的過(guò)程

非線(xiàn)性視頻編輯系統(tǒng)是將傳統(tǒng)視頻編輯系統(tǒng)要完成的工作全部或部分在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，它需要相應(yīng)的計(jì)算機(jī)硬件和軟件來(lái)配合。在非編系統(tǒng)上處理視頻的過(guò)程主要有以下幾個(gè)步驟：視頻素材的準(zhǔn)備和搜集

視頻素材可以來(lái)自于傳統(tǒng)視頻設(shè)備的原始視頻資料，如攝像設(shè)備、錄放像設(shè)備、影碟機(jī)等視頻源，當(dāng)然也包括計(jì)算機(jī)本身獲得或生成的圖形