數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像與視頻處理技術(shù)

第三章:數(shù)字圖像與視頻處理技術(shù)*n教？學(xué)建議n本章主要介紹圖像、視頻的基礎(chǔ)知識(shí)與處理技術(shù)，包括圖像、視頻的獲取、表示、處理與應(yīng)用等，以及常用圖像、視頻處理軟件的使用。n

本章需6

~8學(xué)時(shí)。第三章:數(shù)字圖像與視頻處理技術(shù)*教？學(xué)提示圖像與視頻是兩種最常見的可視媒體。圖像、視頻的獲取、處理與數(shù)字化技術(shù)是多媒體信息處理的重要內(nèi)容。本章以數(shù)字圖像處理為基礎(chǔ)，首先介紹數(shù)字圖像處理技術(shù)，然后，介紹視頻處理技術(shù)及應(yīng)用。教學(xué)目標(biāo)通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要求掌握多媒體技術(shù)中有關(guān)圖像、視頻數(shù)字化的基本概念、方法、技術(shù)與應(yīng)用等知識(shí)。教學(xué)內(nèi)容?

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Application3基本概念數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的獲取與表示圖像的基本屬性圖像處理軟件Photoshop應(yīng)用舉例視頻的基本知識(shí)教學(xué)內(nèi)容?

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Application4視頻的數(shù)字化數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)視頻信息的壓縮編碼Windows

中的視頻播放軟件數(shù)字視頻的應(yīng)用3.1概述---幾個(gè)基本概念?

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Application5數(shù)字圖像的分類n

按其生成方法，可以分為兩大類：a、是從現(xiàn)實(shí)世界中通過(guò)數(shù)字化設(shè)備獲取的圖像，它們稱為取樣圖像(sampled

image)、點(diǎn)陣圖像(dot

matriximage)、位圖圖像(bit

map

image)，以下簡(jiǎn)稱圖像(image)b、是計(jì)算機(jī)合成的圖像，它們稱為矢量圖形(vectorgraphics)，或簡(jiǎn)稱圖形(graphics)。n

按照取樣點(diǎn)表示方式的不同，數(shù)字圖像還可以分為：

a、兩值圖像b、灰度圖像c、彩色圖像3.1概述---幾個(gè)基本概念?

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Application6圖像的獲取（capturing）n圖像的獲?。菏侵笍默F(xiàn)實(shí)世界中獲得數(shù)字圖像的過(guò)程。圖像掃描儀可用于對(duì)印刷品、照片或照相底片等進(jìn)行掃描輸入，用數(shù)碼相機(jī)或數(shù)碼攝像機(jī)可對(duì)選定的景物進(jìn)行拍攝。n

圖像獲取的過(guò)程:實(shí)質(zhì)上是模擬信號(hào)的數(shù)字化過(guò)程。3.1概述---幾個(gè)基本概念?

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Application7n

數(shù)字圖像的最基本單位：像素（Pictureelement,簡(jiǎn)寫為pel）。像素對(duì)應(yīng)于圖像數(shù)字化過(guò)程中的一個(gè)取樣點(diǎn)。n

圖像的編碼：將一幅數(shù)字圖像中的數(shù)據(jù)按一定的方式進(jìn)行組織。為了減少數(shù)字圖像的存儲(chǔ)空間往往要進(jìn)行壓縮編碼，支持圖像壓縮編碼有許多國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和文件存儲(chǔ)格式。如

BMP、GIF、TIFF、JPEG、JPEG2000等。3.1概述---幾個(gè)基本概念?

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Application8n視頻：它是由連續(xù)的隨著時(shí)間變化的一組圖像(或稱幀)組成。視頻是影像視頻的簡(jiǎn)稱。n由于人類“視覺(jué)暫留”的生理現(xiàn)象，當(dāng)1秒鐘內(nèi)連續(xù)播放多幅相互關(guān)聯(lián)的靜止圖像時(shí)就會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的感覺(jué)，即運(yùn)動(dòng)視頻。即：圖像可以看作視頻的特例。3.2

數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的獲取與表示?

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Application93.2.1

數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的獲取n

圖像數(shù)據(jù)的獲取是圖像數(shù)字化的基礎(chǔ)。n

獲取的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是模擬信號(hào)的數(shù)字化過(guò)程.n

處理步驟大體分為三步：采樣。分色。量化。3.2

數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的獲取與表示?

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Application103.2.2

數(shù)字圖像的表示從數(shù)字圖像的獲取過(guò)程可以知道，一幅取樣圖像由M(行)，N(列)個(gè)取樣點(diǎn)組成，每個(gè)取樣點(diǎn)是組成取樣圖像的基本單位，稱為像素.n

黑白圖像的像素只有1個(gè)亮度值.n彩色圖像的像素是矢量，它由多個(gè)彩色分量組成，一般有3個(gè)分量(R-紅，G-綠，B-藍(lán)).3.2

數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的獲取與表示?

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Application113.2.2

數(shù)字圖像的表示取樣圖像在計(jì)算機(jī)中的表示方法是:單色圖像用一個(gè)矩陣來(lái)表示；彩色圖像用一組矩陣來(lái)表示.矩陣的行數(shù)稱為圖像的垂直分辨率矩陣的列數(shù)稱為圖像的水平分辨率

矩陣中的元素是像素顏色分量的亮度值，使用整數(shù)表示，一般是8位至12位。3.2

數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的獲取與表示3.2.2

數(shù)字圖像的表示藍(lán)色分量?

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Application12綠色分量紅色分量圖3.2彩色圖像的表示3.3

圖像的基本屬性?

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Application133.3.1

分辨率分辨率有兩種：顯示分辨率和圖像分辨率。1.

顯示分辨率它是指顯示屏上能夠顯示出的像素?cái)?shù)目。例如，顯示分辨率為840×480表示顯示屏分成480行，每行顯示840個(gè)像素，整個(gè)顯示屏就含有307200個(gè)顯像點(diǎn)。屏幕能夠顯示的像素越多，說(shuō)明顯示設(shè)備的分辨率越高，顯示的圖像質(zhì)量也就越高。3.3

圖像的基本屬性?

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Application143.3.1

分辨率2.

圖像分辨率它是指組成一幅圖像的像素密度的度量方法。對(duì)同樣大小的一幅圖，如果組成該圖的圖像像素?cái)?shù)目越多，則說(shuō)明圖像的分辨率越高，看起來(lái)就越逼真。相反，圖像顯得越粗糙。注意：圖像分辨率與顯示分辨率是兩個(gè)不同的概念。圖像分辨率是確定組成一幅圖像的像素?cái)?shù)目，顯示分辨率是確定顯示圖像的區(qū)域大小。3.3

圖像的基本屬性?

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Application153.3.2

像素深度像素深度：即像素的所有顏色分量的二進(jìn)制位數(shù)之和，它決定了不同顏色（亮度）的最大數(shù)目。或者是確定灰度圖像的每個(gè)像素可能有的灰度級(jí)數(shù)。例如，一幅彩色圖像的每個(gè)像素用R，G，B三個(gè)分量表示，若每個(gè)分量用8位，那末一個(gè)像素共用24位表示，就說(shuō)像素的深度為24，每個(gè)像素可以是224=18

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218種顏色中的一種。在這個(gè)意義上，往往把像素深度說(shuō)成是圖像深度。表示一個(gè)像素的位數(shù)越多，它能表達(dá)的顏色數(shù)目就越多，而它的深度就越深。3.3

圖像的基本屬性3.3.3

顏色空間顏色空間的類型，指彩色圖像所使用的顏色描述方法，也叫顏色模型。顯示彩色圖像用顏色模型顯示彩色圖像的電視機(jī)和計(jì)算機(jī)顯示器色彩顯示原理主要基于圖像的顏色模型。如圖3.3所示。組合這三種光波以產(chǎn)生特定顏色稱為相加混色，稱為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。打印彩色圖像用CMY相減混色模型?

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Application163.3

圖像的基本屬性?

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Application17真彩色、偽彩色與直接色真彩色(true

color)：真彩色是指在組成一幅彩色圖像的每個(gè)像素值中，有R,G,B三個(gè)基色分量，每個(gè)基色分量直接決定顯示設(shè)備的基色強(qiáng)度，這樣產(chǎn)生的彩色稱為真彩色。直接色(directcolor)：通過(guò)相應(yīng)的彩色變換表找出基色強(qiáng)度，用變換后得到的R,G,B強(qiáng)度值產(chǎn)生的彩色稱為直接色。3.3

圖像的基本屬性3.3.4

真彩色、偽彩色與直接色3.偽彩色(pseudo

color)：偽彩色圖像的含義是，每個(gè)像素的色不是由每個(gè)基色分量的數(shù)值直接決定，而是把像素值當(dāng)作彩色查找表(color

look-up

table,CLUT)的表項(xiàng)入口地址,去查找一個(gè)顯示圖像時(shí)使用的R,G,B強(qiáng)度值，用查找出的R,G,B強(qiáng)度值產(chǎn)生的彩色稱為偽彩色。?

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Application183.3

圖像的基本屬性?

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Application193.3.5

常用圖像文件的格式⑴BMP(BitMap-file)格式,BMP圖像是微軟公司在Windows操作系統(tǒng)下使用的一種標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式。⑵TIFF(TaggedImageFileFormat)格式，被大量使用于掃描儀和桌面出版，有許多圖像圖形應(yīng)用軟件支持這種文件格式。⑶GIF(GraphicsInterchangeFormat)格式，GIF是目前因特網(wǎng)上廣泛使用的一種圖像文件格式。⑷JPEG（the

Joint

Photographic

Experts

Group）格式是最流行的壓縮圖像文件格式，采用靜止圖像數(shù)據(jù)壓縮編碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)壓縮，大量用于因特網(wǎng)和數(shù)碼相機(jī)等。3.4

圖像處理軟件Photoshop

應(yīng)用舉例?

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Application20圖像處理軟件Photoshop簡(jiǎn)介PhotoShop軟件：美國(guó)Adobe公司開發(fā)的真彩色和灰度圖像編輯處理軟件。它被認(rèn)為是目前世界上最優(yōu)秀的圖像編輯軟件。PhotoShop功能與作用：1、它提供多種圖像涂抹、修飾、編輯、創(chuàng)建、合成、分色與打印的方法，并有許多增強(qiáng)圖像的特殊手段，可廣泛地應(yīng)用于美工設(shè)計(jì)，廣告及桌面印刷，計(jì)算機(jī)圖像處理，旅游風(fēng)光展示，動(dòng)畫設(shè)計(jì)，影視特技等領(lǐng)域，是計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理的有力工具。3.4

圖像處理軟件Photoshop

應(yīng)用舉例?

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Application213.4.1

圖像處理軟件Photoshop簡(jiǎn)介2、PhotoShop運(yùn)行在Windows圖形操作環(huán)境中，可支持TIF、TGA、PCX、GIF、BMP、PSD、JPEG等各種流行的圖像文件格式。3、PhotoShop能方便地與如文字處理，圖形應(yīng)用，桌面印刷等軟件或程序交換圖像數(shù)據(jù)。4、PhotoShop支持的圖像類型除常見的黑白、灰度、索引16色、索引256色和RGB真彩色圖像外，還支持CMYK、HSB以及HSV模式的彩色圖像。3.4

圖像處理軟件Photoshop

應(yīng)用舉例3.4.2

PhotoShop的運(yùn)行界面屬性欄

工具欄

圖象窗口

工作區(qū)

菜單欄浮動(dòng)面板?

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Application223.4

圖像處理軟件Photoshop

應(yīng)用舉例?

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Application23PhotoShop的圖層與濾鏡圖層是一組可以用于繪制圖像和存放圖像的透明層?？梢詫D層想象為一組透明的膠片，在每一層上都可以繪圖，它們疊加到一起后，從上看下去，看到的就是合成的圖像效果。濾鏡是Photoshop中最有特色的地方，也是最令人激動(dòng)的地方。利用Photoshop提供的各種濾鏡，可以制作出各種令人眼花綴亂的圖像效果。3.4

圖像處理軟件Photoshop

應(yīng)用舉例?

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Application24PhotoShop的圖層與濾鏡Photoshop中的濾鏡可以分為兩種：1、Photoshop自己內(nèi)部帶的濾鏡，這些濾鏡在安裝了Photoshop之后，可以在濾鏡菜單下看到。Photoshop提供了近百種內(nèi)置的濾鏡，每一種都可以產(chǎn)生神奇的效果；2、三方開發(fā)的外掛濾鏡，這種濾鏡在安裝了Photoshop后，還需要另外安裝這些濾鏡后才可以使用。例3.4.4

Photoshop應(yīng)用舉例例1．制作暈映效果暈映（Vignettes）效果是指圖像具有柔軟漸變的邊緣效果。如圖3.8所示。?

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Application253.4

圖像處理軟件Photoshop

應(yīng)用舉例3.4.4

Photoshop應(yīng)用舉例操作步驟如下：1）使用Photoshop打開一幅圖像；2）在工具欄中選擇橢圓套索工具；3）用橢圓套索工具在圖像中選取所需的部分，圖3.9（a）；4）執(zhí)行Select菜單下的Feather命令，設(shè)置Feather值為40pixels；執(zhí)行Select菜單下的Inverse命令或按Ctrl+Shift+I組合鍵來(lái)反轉(zhuǎn)選擇區(qū)域，圖3.9（b）；設(shè)置背景色，如白色。按Del鍵用背景色填充選擇區(qū)域，暈映效果即形成。圖3.9（a）

圖3.9（b）?

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Application263.4

圖像處理軟件Photoshop

應(yīng)用舉例3.4.4

Photoshop應(yīng)用舉例例2．制作倒影效果。在圖3.10中，利用Photoshop可將第二幅圖中的小狗添加到第一幅圖中，由于是在水邊，所以在制作時(shí)要考慮給第二只小狗制作水中倒影。圖像合成并制作倒影效果后的圖像如圖3.10中的第3幅圖所示。?

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Application273.4

圖像處理軟件Photoshop

應(yīng)用舉例3.4.4

Photoshop應(yīng)用舉例例3．制作雨中攝影效果。在Photoshop圖像制作過(guò)程中，可對(duì)一幅已有的圖像加上下雨的特效，給人一種雨中攝影的效果。如圖3.11中所示。?

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Application283.5

視頻的基本知識(shí)?

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Application293.5.1

視頻信號(hào)的特性n1、什么是視頻（video）n2、光柵掃描n3、視頻信號(hào)的空間特性

n4、視頻信號(hào)的時(shí)間特性

n5、視頻信號(hào)的傳輸n6、視頻信號(hào)的存儲(chǔ)n

視頻技術(shù)源于影視業(yè),80年代初,由于個(gè)人計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展和普及,許多計(jì)算機(jī)公司便致力于研究將聲音、圖形、圖像、視頻作為新的信息媒體輸入／輸出計(jì)算機(jī)。n

計(jì)算機(jī)基本技術(shù)的進(jìn)展,有效地帶動(dòng)了數(shù)字視頻壓縮算法和視頻處理器結(jié)構(gòu)的改進(jìn),能做到全屏幕、全運(yùn)動(dòng)的視頻圖像、高清晰度的靜態(tài)圖像,視頻特技三維實(shí)時(shí)的全電視信號(hào)以及高速真彩色圖形。?

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Application301、什么是視頻（video）n

視頻信號(hào)：連續(xù)的隨著時(shí)間變化的一組圖象（24，25，30幀/秒），又叫運(yùn)動(dòng)圖象或活動(dòng)圖象n

常見視頻信號(hào)：電影，電視，動(dòng)畫n

視頻信號(hào)的特點(diǎn)：高分辨率（576行）色彩逼真（真彩色）人類接受的信息70%來(lái)自視覺(jué),其中活動(dòng)圖象是信息量最豐富、最直觀、生動(dòng)、具體的一種承載信息的媒體。視頻信息的處理是多媒體技術(shù)的核心。?

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Application311、

什么是視頻（續(xù)）n

模擬視頻目前，絕大多數(shù)視頻的記錄、存儲(chǔ)和傳輸仍然是模擬方式?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展使人類已能對(duì)自然界中大多數(shù)物體進(jìn)行模擬。真實(shí)的圖形和聲音是基于光亮度和聲壓值的。他們是空間和時(shí)間的連續(xù)函數(shù),將圖像和聲音轉(zhuǎn)換成電信號(hào)是通過(guò)合適傳感器的使用來(lái)完成的。電視攝像機(jī)便是一種將自然界中真實(shí)圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。?

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Application321、

什么是視頻（續(xù)）n

視頻信號(hào)模擬視頻信號(hào)是涉及一維時(shí)間變量的電信號(hào)，

f(t),它可通過(guò)對(duì)Sc(x1,x2,t)在時(shí)間坐標(biāo)t和 垂直分量X2上采樣得到的。視頻攝像機(jī)將攝像機(jī)前面的圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 電信號(hào)是一維的。圖像是兩維的,并在一個(gè)圖

像的不同位置有許多值。為了轉(zhuǎn)換這個(gè)兩維的 圖像成為一維的電信號(hào),圖像被以一種步進(jìn)次

序的方式來(lái)掃描這種方式稱為光柵掃描(Raster

Scan）。?

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Application331、什么是視頻（續(xù)）2、光柵掃描圖3.12光柵掃描?

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Application342、光柵掃描?

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Application35n逐行掃描/隔行掃描n（progressive

scanning

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interlaced

scanni-逐行掃描是在每一個(gè)Δt時(shí)間內(nèi)對(duì)一個(gè)完整的圖象進(jìn)行掃描，它被稱之為一幀。計(jì)算機(jī)行業(yè)對(duì)高分辨率采用逐行掃描的Δt為1/70秒。-電視行業(yè)使用2:1隔行掃描。其間依次對(duì)稱為奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng)的奇數(shù)行和偶數(shù)行進(jìn)行掃描。這樣做目的是：在一個(gè)固定帶寬下可降低閃爍。3.視頻信號(hào)的空間特性?

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Application36n

長(zhǎng)寬比4:3

or

16:9(aspect

ratio)即圖像水平掃描線的長(zhǎng)度與圖像豎直方向所有掃描線所復(fù)蓋距離的比。n

垂直分辨率（vertical

resolution

）同一幀面掃描線的數(shù)量。掃描線越多,垂直分辨率就越高。廣播電視系統(tǒng)利用了每個(gè)幀面525(北美)或625(歐洲)線的垂直分辨率。n

水平分辨率（

horizontal

resolution）當(dāng)攝像機(jī)掃描點(diǎn)在線上橫向移動(dòng)時(shí),傳感器輸出的電子信號(hào)連續(xù)地變化以反映傳感器所見圖像部分的光亮程度。它依賴于掃描感光點(diǎn)的大小。3、視頻信號(hào)的空間特性?

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Application37同步(Synchronization)假如視頻信號(hào)被用于調(diào)節(jié)陰極射線管電子束的亮度時(shí),它能以和傳感器卻好一樣的方式被掃描。將重新產(chǎn)生原始圖像(顯示掃描的原始圖像),這

在家用電視機(jī)和視頻監(jiān)視器中能精確地進(jìn)行。因此,電子信號(hào)被送到監(jiān)視器必須包含某些附加

的信息,以確保監(jiān)視器掃描與傳感器的掃描同步。這個(gè)信息被稱為同步信息。。掃描與同步特性?

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Application38（1）電視信號(hào)的空間特性6255762884/3768440

kb5254842424/3645310

kb105096067516/96007200001250100070016/97008700001125108054016/9600575000總線數(shù) 有效線數(shù) 縱向分辨率 縱橫比 水平分辨率 總象素PALiNTSCiHDTV(A)HDTV(E)HDTV(J)水平分辨率指能再現(xiàn)黑白相間的垂直線條的數(shù)目隔行掃描把一幀畫面分成兩場(chǎng),主要目的是為了節(jié)省頻帶，降低行頻垂直分辨率（總線數(shù)）指一幀中的掃描線總數(shù)，有效線數(shù)指可見的掃描線數(shù)目，縱向分辨率指每一場(chǎng)中可見的掃描線數(shù)目?

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Application39（2）電視信號(hào)的彩色空間?

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Application40YUV空間(PAL)亮度分量Y=0.3*R+0.59*G+0.11*B色度分量U=(B-Y)*0.493色度分量V=(R-Y)*0.877YIQ空間(NTSC)亮度分量Y=0.3*R+0.59*G+0.11*B色度分量I=0.6*R-0.28*G-0.32*B色度分量Q=0.21*R-0.52*G+0.31*B(優(yōu)點(diǎn)：與黑白電視兼容；有利于壓縮信號(hào)帶寬)4.視頻信號(hào)的時(shí)間特性n

視頻信號(hào)的時(shí)間特性用視頻幀率（Video

frame

rate）來(lái)刻畫。n幀率越高,圖像的運(yùn)動(dòng)就越流暢,大于每秒15幀便可產(chǎn)生連續(xù)的運(yùn)動(dòng)圖象?

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Application41continuity

of

motion

(

>=15f/s)non

flicker

(

>=50c/s)(PAL制式:25

frames/s,

interlacedNTSC制式:30

frames/s,

interlaced)4.視頻信號(hào)的時(shí)間特性575625全屏光點(diǎn)總數(shù):575*(4/3)*575=440

kb

(P)484*(4/3)*484=310

kb

(N)信號(hào)最高頻率:440

k

*

25/2

=

5.5MHz(P)310

k

*

30/2

=

4.65MHz(N)?

7

/

29

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&

Application42行頻: 626x25=15.625kHz(P)

;

525x30=15.75kHz(N)電視信號(hào)的時(shí)間特性頻道總帶寬(MHz)視頻信號(hào)帶寬(MHz)掃描速率(Hz)NA

50iNA

59.94i59.94p

59.948.06.09.012.030.0100p

50i60i

NAPALiNTSCiHDTV(A)HDTV(E)HDTV(J)YR-Y

B-Y5.5

1.8

1.8

50i4.2

1.0

0.6

59.94i10.0

5.0

5.0

59.94p14.0

7.0

7.0

50p20.0

7.0

3.0

60i攝象機(jī)

HDTV

常規(guī)?

7

/

29

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&

Application435、視頻信號(hào)的傳輸-1.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.06MHz(NTSC)為便于電視信號(hào)遠(yuǎn)距傳輸，把三個(gè)分量信號(hào)以及同步信號(hào)復(fù)合成一個(gè)信 號(hào)，然后才進(jìn)行傳輸CVBS=Y+a*U*Sin(Wsc*t)+b*V*Cos(Wsc*t)(Wsc為副載波頻率)伴音信號(hào)與視頻信號(hào)也復(fù)合在一起傳輸亮度圖象載波色度色度副載波聲音載波音頻?

7

/

29

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&

Application445、視頻信號(hào)的傳輸(續(xù))彩色空間轉(zhuǎn)換(RGB=>YUV)顯示信號(hào)編碼信號(hào)復(fù)合RGB?

7

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&

Application45YUVCVBSV

Sync H

Sync復(fù)合視頻信號(hào)(VHS,用戶級(jí))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)傳 輸(R,G,B或Y,U,V)(Betacam，廣播級(jí)或?qū)I(yè)級(jí))介于復(fù)合視頻信號(hào)與分量視頻信號(hào)之間的S-video (Y/C

video)信號(hào)，由亮度和復(fù)合的色度信號(hào)組成。復(fù)合彩電信號(hào)6、視頻信號(hào)的存儲(chǔ)?

7

/

29

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&

Application46n

錄象帶（模擬）n

照相膠片/數(shù)字相機(jī)（模擬、數(shù)字）n

LD光盤（模擬+數(shù)字）n

VCD光盤（數(shù)字）n

DVD光盤（數(shù)字）n

MP3、MP4

（數(shù)字）n

移動(dòng)硬盤（數(shù)字）3.5.2

彩色電視制式?

7

/

29

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&

Application47目前世界上現(xiàn)行的彩色電視制式有三種：NTSC制、PAL制、

SECAM制它們都是兼容制制式。這里說(shuō)的“兼容”有兩層意思：一是指黑白電視機(jī)能接收彩色電視廣播，顯示的是黑白圖像，另一層意思是彩色電視機(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。3.6

視頻的數(shù)字化為什么使用數(shù)字視頻？?

7

/

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&

Application48易于操作處理質(zhì)量更好信息復(fù)制不會(huì)失真有利于傳輸有利于存儲(chǔ)可以與其它媒體組合使用可以生成標(biāo)題信息（bits

about

bits）3.6

視頻的數(shù)字化3.6.1

視頻信息的獲取主要可分為兩種方式：①通過(guò)數(shù)字化設(shè)備如數(shù)碼攝象機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、數(shù)字光盤等獲得；②通過(guò)模擬視頻設(shè)備如攝像機(jī)、錄像機(jī)(VCR)等輸出的模擬信號(hào)再由視頻（采集）卡將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻存入計(jì)算機(jī)，以便計(jì)算機(jī)進(jìn)行編輯、播放等各種操作。?

7

/

29

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&

Application49n

將分量視頻信號(hào)數(shù)字化n

例如，以亮度（Y）和色差（U，V）表示彩色畫面的三個(gè)分量：對(duì)Y、U、V三個(gè)分量分別進(jìn)行采樣對(duì)Y、U、V三個(gè)分量分別進(jìn)行量化（色差分量的采樣頻率和量化精度,與亮度分量的處理有所不同）?

7

/

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&

Application50什么是數(shù)字視頻？3.6

視頻的數(shù)字化?

7

/

29

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&

Application51視頻卡的功能從多種視頻源中選擇一種輸入支持不同的電視制式同時(shí)處理電視畫面的伴音可在顯示器上監(jiān)看輸入的視頻信號(hào),位置及大小可調(diào).可將VGA畫面內(nèi)容(graphics、text、image)與視頻迭加處理可隨時(shí)凍結(jié)(定格)一幅畫面,并按指定格式保存可連續(xù)地(實(shí)時(shí)地)壓縮與存儲(chǔ)視頻及其伴音信息,編碼格式可選可連續(xù)地(實(shí)時(shí)地)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)3.6

視頻的數(shù)字化視頻卡的結(jié)構(gòu)videograbbervideobufferoverlayconversionTV

coderVGAgraphicsVGAVRAMMMCPUDSPCodecdiscPCI

bus?

7

/

29

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&

Application52videoRGB

monitorTV

set3.6

視頻的數(shù)字化?

7

/

29

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&

Application533.6.2

視頻信息的數(shù)字化n

視頻圖象數(shù)字化通常有兩種方法。一種是復(fù)合編碼，它直接對(duì)復(fù)合視頻信號(hào)進(jìn) 行采樣、編碼和傳輸；另一種是分量編碼，它先從復(fù)合彩色視頻信 號(hào)中分離出彩色分量，然后數(shù)字化?，F(xiàn)在接觸到的大多數(shù)數(shù)字視頻信號(hào)源都是復(fù)合的彩色全視頻信號(hào)如錄象帶、激光視盤、攝象機(jī)等。對(duì)這類信號(hào)的數(shù)字化，通常是先分離成ＹＵＶ或ＲＧＢ分量信號(hào)，然后用三個(gè)Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)別對(duì)它們數(shù)字化。3.6.2

視頻信息的數(shù)字化數(shù)字化過(guò)程：圖3.17?

7

/

29

/

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&

Application54①對(duì)復(fù)合視頻信號(hào)的分離（ＹＵＶ或ＲＧＢ分量信號(hào)）②分別濾波③Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器對(duì)它們轉(zhuǎn)換數(shù)字化④加以編碼。3.6.2

視頻信息的數(shù)字化數(shù)字化過(guò)程：簡(jiǎn)圖前置慮波采樣量化PCM編碼模擬視頻信號(hào)Y,U,V(13.5MHz)(6.75MHz)(8

bits)數(shù)字視頻信息720

pel(可見部分)12

pel132

pel水平掃描線(64us)?

7

/

29

/

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&

Application55每行象素的數(shù)目:13.5MHz*64us

=

864

pel,有效象素=720(Y)6.75MHz*64us

=

432

pel,有效象素=360(U,V)3.6.3

視頻信號(hào)的采樣格式?

7

/

29

/

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&

Application56視頻信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?

7

/

29

/

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&

Application57*

視頻序列(SEQUENCE),可隨機(jī)存取，有特定語(yǔ)義畫面組(GOP)，可隨機(jī)存取，編輯處理單位畫面(Picture),主編碼單位片(Slice),傳輸中的重同步單位宏塊(Macro),運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償單位塊(Block),

DCT單位視頻(復(fù)合)流?

7

/

29

/

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&

Application58n視頻復(fù)合流由視頻流、音頻流及應(yīng)用數(shù)據(jù)流組成，每個(gè)基本流分成許多“分組”(PACKET)n

視頻復(fù)合流由若干PACK組成

n

每個(gè)PACK中包含若干個(gè)分組

n

每個(gè)分組的長(zhǎng)度可變n每個(gè)分組中均含有解碼時(shí)間戳和表現(xiàn)時(shí)間戳，用于解決同步和實(shí)時(shí)問(wèn)題。3.7

數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)?

7

/

29

/

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&

Application59國(guó)際無(wú)線電咨詢委員會(huì)CCIR(International

Radio

Consultative

Committee)就制定了彩圖像數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)，稱為CCIR

801標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)改為ITU-R

BT.801標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了彩色電視圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像時(shí)使用的采樣頻率,RGB和YCbCr(或者寫成YCBCR)兩個(gè)彩色空間之間的

轉(zhuǎn)換關(guān)系等.彩色空間之間的轉(zhuǎn)換采樣頻率有效顯示分辨率關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)化?

7

/

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&

Application60n

一個(gè)成功的標(biāo)準(zhǔn)必須滿足商業(yè)的要求并且不限制

革新和競(jìng)爭(zhēng),最好的辦法是只限定必要的性能指標(biāo),以此來(lái)確定基本功能以及重要的數(shù)據(jù)交換方法和

接口等。n

標(biāo)準(zhǔn)化就是國(guó)際化。n標(biāo)準(zhǔn)化工作的過(guò)程：研究，實(shí)驗(yàn)，測(cè)試；競(jìng)爭(zhēng)，篩選，優(yōu)化。標(biāo)準(zhǔn)是長(zhǎng)期研究開發(fā)的成果，是工業(yè)界和科技界合作的成果。標(biāo)準(zhǔn)的分類:國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、國(guó)際電工委員會(huì)(IEC) 和國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)制定。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)由各國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)制定.如中國(guó)的GB,美國(guó)的 ANSI,德國(guó)的DIN和日本的JIS等。公共規(guī)范(Public

Specifications)或地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)由多家公司 些地區(qū)性的聯(lián)合組織(Consortium)共同開發(fā)。如

期的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)等。企業(yè)(實(shí)用)標(biāo)準(zhǔn)(De-Facto

Standard)它由一家公司開發(fā), 市場(chǎng)接受,如MS

Win

95軟件標(biāo)準(zhǔn)。?

7

/

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&

Application61多媒體技術(shù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的分工?

7

/

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&

Application62涉及多媒體標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際組織是IEC、ISO和

ITU。(1)

ISO/IEC的聯(lián)合技術(shù)委員會(huì)JTC1的分委會(huì)(SC)SC17,

SC31

Data

Capture

and

Identification

SystemDocument

Processing文件處理與相關(guān)通信;SC18SC21SC11,SC23

Information

Interchange

Media（磁盤，光盤）SC6，SC25，SC256

Networking

&

InterconnectsSC24，SC29:

Multimedia

and

Representation標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程工作組草案(WD)=>委員會(huì)草案(CD)=>國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草案(DIS)=>國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(IS)多媒體技術(shù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的分工(續(xù))?

7

/

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&

Application63(2)

ISO/TC36TC42TC43電影攝影術(shù);攝影術(shù);聲學(xué);TC159人類工效學(xué)。(3)

ITU-R/SG10聲學(xué);SG11電視。多媒體技術(shù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的分工(續(xù))?

7

/

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/

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&

Application64ITU-T/SG1視聽/多媒體服務(wù);SG8視聽遠(yuǎn)距服務(wù)。DAVIC數(shù)字音頻視頻委員會(huì)。DVB已于1995年底完成"數(shù)字電視廣播規(guī)范"。優(yōu)先開展的標(biāo)準(zhǔn)化工作?

7

/

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&

Application65消費(fèi)者子系統(tǒng)接口

包括消費(fèi)者子系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)之間以及終端與其它用戶裝置之間的雙向接口,可以考慮以DAVIC參考模型作為基礎(chǔ)。用戶接口

包括對(duì)用戶提供服務(wù)的雙向接口,可以通過(guò)手動(dòng)操作或與網(wǎng)絡(luò)通信來(lái)進(jìn)行。安全、存取控制、拷貝管理多媒體節(jié)目

要有利于現(xiàn)有的和開發(fā)中的各種格式的用戶裝置的競(jìng)爭(zhēng), 而不加任何不合理的限制。3.7

數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)每行象素的數(shù)目:?

7

/

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&

Application6613.5MHz*64us

=

864

pel,有效象素=720(Y)6.75MHz*64us

=

432

pel,有效象素=360(U,V)(13.5MHz)(6.75MHz)幾種常用數(shù)字視頻的格式(PAL)(色差信號(hào)格式為4:2:2)名稱分辨率 量化精度

數(shù)碼率 應(yīng)用QCIFHDTV720x576x25(l)360x576x25(c)360x288x25(l)180x144x25(c)180x144x25(l)90x72x25(c)1280x720x608

124Mb/s 普通電視4+48

23Mb/S 視頻會(huì)議2+28

5.8Mb/S 電視電話2+28+8+8

885Mb/s

HDTVCCIR601(ITU-R

601)CIF?

7

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Application673.8

視頻信息的壓縮編碼?

7

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&

Application68概述1、為什么要壓縮數(shù)字音頻、視頻信息量大數(shù)據(jù)壓縮的可能性（原始的視頻圖像信息存在很大的冗余度等）2、圖像壓縮的方法有許多方法用于圖像壓縮,但它們可基本分為兩種類型:無(wú)損壓縮有損壓縮。3、圖像壓縮的目的、壓縮依據(jù)在于移走冗余信息,減少表示一個(gè)圖像所需的存貯量。壓縮編碼目的?

7

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&

Application69n

信息是對(duì)事件和物體的抽象描述n數(shù)據(jù)是在確定了描述方法后對(duì)事件和物體的具體描述記錄（表示）n對(duì)同一信息,若使用的描述方法不同,則形成記錄的數(shù)據(jù)量可能完全不同n數(shù)據(jù)壓縮的目的,就是用盡可能少的數(shù)據(jù)來(lái)表達(dá)信息,從而節(jié)省傳輸和存儲(chǔ)的開銷。壓縮編碼的依據(jù)?

7

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&

Application70n

畫面內(nèi)部信息有很強(qiáng)的相關(guān)性n

相鄰畫面有高度的相容性n

運(yùn)動(dòng)可以估測(cè)（Motion

Estimation）n

人眼的視覺(jué)特性視頻壓縮編碼技術(shù)的分類（續(xù)）?

7

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Application71信源模型——編碼技術(shù)單個(gè)像素顏色——PCM編碼像素塊顏色——ADPCM，變換編碼像素塊顏色和運(yùn)動(dòng)——帶運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)腄PCM/DCT混合 編碼、小波編碼視頻壓縮編碼技術(shù)的分類（續(xù)）信源模型——編碼技術(shù)?

7

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2020Multimedia

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&

Application72運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)——分形編碼、輪廓/紋理編碼圖像中每個(gè)物體的形狀、運(yùn)動(dòng)和顏色——分析/綜合編碼圖像中己知物體的形狀、運(yùn)動(dòng)和顏色——知識(shí)基編碼圖像中的行為單元——語(yǔ)義學(xué)編碼視頻壓縮編碼技術(shù)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則：?

7

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&

Application73n

重建圖像的質(zhì)量n

編碼/解碼延時(shí)n

錯(cuò)誤修復(fù)能力n

碼率n

算法復(fù)雜程度3.8

視頻信息的壓縮編碼?

7

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&

Application743.8.2

常用的圖像壓縮方案JPEG(theJointPhotographicExpertsGroup)電視電話/會(huì)議電視P·84K位/秒

(CCITTH.28)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)圖像專家組MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)圖像專家組MPEG-2及其他標(biāo)準(zhǔn)常用的還有MPEG-4、

MPEG-7和H.261運(yùn)動(dòng)圖像專家組MPEG(Moving

Picture

Expert

Group)?

7

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&

Application75n是ISO/IEC/JTC1/SC29下面的一個(gè)工作組WG11,成立于1988年。大約有100多家單位300名專家參加,分10個(gè)組進(jìn)行工作。n

1993年8月和1994年11月公布的標(biāo)準(zhǔn)PEG-1和MPEG-2,在影視和多媒體計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用,MPEG-4將于1998年公布。MPEG及其他壓縮方法?

7

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Application76MPEG標(biāo)準(zhǔn)?

7

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Application77n

MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)

1993年8月公布。用于傳輸1.5Mbps數(shù)據(jù)傳輸率的數(shù)字存儲(chǔ)媒體運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音的編碼。n

MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)1994年11月公布。主要針對(duì)高清晰度電視(HDTV)所需要的視頻及伴音信號(hào)，典型傳輸速率為10Mbps，與MPEG-1兼容，適用于1.5Mbps～60Mbps甚至更高的編碼范圍。MPEG標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）?

7

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&

Application78nMPEG-4標(biāo)準(zhǔn)專家組成立于1993年。該標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)為：支持多種多媒體應(yīng)用(主要側(cè)重于對(duì)多媒體信息內(nèi)容的訪問(wèn))，可根據(jù)應(yīng)用的不同要求現(xiàn)場(chǎng)配置解碼器。該標(biāo)準(zhǔn)將于1998年11月公布。n

MPEG-7標(biāo)準(zhǔn)是“多媒體內(nèi)容描述接口”

(Multimedia

Content

Description

Interface)。該標(biāo)準(zhǔn)將確定各種類型的多媒體信息標(biāo)準(zhǔn)的描述方法。該標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃于2000年11月公布。MPEG標(biāo)準(zhǔn)的意義?

7

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29

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&

Application79n

MPEG支持JPEG和H.261等優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn),在參加競(jìng)爭(zhēng)

的14個(gè)方案的基礎(chǔ)上,通過(guò)反復(fù)協(xié)調(diào)而得到統(tǒng)一,從而成為先進(jìn)、合理、質(zhì)量高、成本低的優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn),為世界所公認(rèn)。nMPEG促進(jìn)了大規(guī)模集成電路專用芯片的發(fā)展,為多媒體技術(shù)、產(chǎn)品的繁榮立下了功勞。MPEG標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用?

7

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&

Application80n以MPEG-1作為視音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)的VCD在我國(guó)已經(jīng)形成了龐大的市場(chǎng)n

以MPEG-2作為視音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字衛(wèi)星電視接收機(jī)IRD已經(jīng)在歐美形成了很大市場(chǎng)，1993年下半年,美國(guó)高級(jí)電視聯(lián)盟(ATV

Grand

Alliance)和歐洲數(shù)字視頻廣播計(jì)劃(Digital

Video

BroadcastProject)先后決定將MPEG-2用于自己的高分辨率

電視(HDTV)廣播中;我國(guó)的研究成果與產(chǎn)品?

7

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&

Application81n

VCD首先在中國(guó)開發(fā)和廣泛應(yīng)用。n

中科院聲學(xué)所在MPEG-1解碼設(shè)備的設(shè)計(jì)與產(chǎn)業(yè)化

方面做出了突出的貢獻(xiàn)。中科院計(jì)算所國(guó)家智能計(jì)算機(jī)研究開發(fā)中心完成的MPEG-2解碼設(shè)備已經(jīng)成功應(yīng)用到DVD和數(shù)字衛(wèi)星電視接收機(jī)等產(chǎn)品中。n四川鼎天公司設(shè)計(jì)的具有實(shí)時(shí)MPEG-1和MPEG-2解碼功能的多媒體計(jì)算機(jī)于早就已經(jīng)研制成功,并在當(dāng)年美國(guó)秋季計(jì)算機(jī)展覽會(huì)上公開發(fā)布。我國(guó)的研究成果與產(chǎn)品?

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2020Multimedia

Technology

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Application82n

VCD首先在中國(guó)開發(fā)和廣泛應(yīng)用。n中科院聲學(xué)所在MPEG-1解碼設(shè)備的設(shè)計(jì)與產(chǎn)業(yè)化方面做出了突出的貢獻(xiàn)。n中科院計(jì)算所國(guó)家智能計(jì)算機(jī)研究開發(fā)中心完成的MPEG-2解碼設(shè)備已經(jīng)成功應(yīng)用到DVD和數(shù)字衛(wèi)星電視接收機(jī)等產(chǎn)品中。n

四川鼎天公司設(shè)計(jì)的具有實(shí)時(shí)MPEG-1和MPEG-2解碼功能的多媒體計(jì)算機(jī)于早就已經(jīng)研制成功,并在當(dāng)年美國(guó)秋季計(jì)算機(jī)展覽會(huì)上公開發(fā)布。多媒體標(biāo)準(zhǔn)與信息基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系?

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Technology

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Application83n信息基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善,要求多媒體技術(shù)在節(jié)目供應(yīng)、服務(wù)供應(yīng)、網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)和用戶等各個(gè)環(huán)節(jié)上起作用。因此,多媒體標(biāo)準(zhǔn)必須考慮上述4個(gè)環(huán)節(jié)。n

1996年12月,在ISO/IEC/JTC1的年會(huì)上,信息基礎(chǔ)設(shè)施專題工作組(SWG-GII)提出的全球信息基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化首次報(bào)告中,初步認(rèn)定了100項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)專題項(xiàng)目,其中的機(jī)頂盒接口、人機(jī)接口要求和圖形存取等許多標(biāo)準(zhǔn)是以相應(yīng)的多媒體標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的。3.9

Windows

中的視頻播放軟件?

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Application84Microsoft

Windows

Media

Player（以下稱Media

Player）是Windows操作系統(tǒng)自帶的一種通用多媒體播放器。Media

Player的作用：可以用來(lái)播放CD、DVD和VCD，能從CD復(fù)制曲目，創(chuàng)建自己的音頻和數(shù)據(jù)CD，收聽電臺(tái)廣播，搜索和組織數(shù)字媒體文件及向便攜設(shè)備（如Pocket

PC和便攜式數(shù)字音頻播放機(jī)）復(fù)制文件。3.9

Windows

中的視頻播放軟件?

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2020Multimedia

Technology

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Application853.9.1

Media

Player的運(yùn)行Media

Player的運(yùn)行步驟如下：?jiǎn)螕簟伴_始”|“程序”|“附件”|“娛樂(lè)”|“WindowsMedia

Player”即可運(yùn)行該軟件，軟件運(yùn)行后，屏幕出現(xiàn)圖3.25的運(yùn)行界面。3.9

Windows

中的視頻播放軟件3.9.1

Media

Player的運(yùn)行快速訪問(wèn)面板隱藏任務(wù)欄按鈕

播放控件區(qū)域?

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2020Multimedia

Technology

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Application86正在播放區(qū)域播放信息區(qū)域3.9

Windows

中的視頻播放軟件3.9.2

Media

Player支持的媒體格式文件類型（格式）

文件擴(kuò)展名音樂(lè)

CD

播放（CD

音頻）

.cda音頻交換文件格式

(AIFF)

.aif、.aifc

和

.aiffWindows

Media音/視頻文件Windows音頻和視頻文件.asf、.asx、.wax、.wm、.wma、.wmd、.wmp、.wmv、.wmx、wpl和.wvx.avi和.wavWindows

Media

Player外觀.wmz運(yùn)動(dòng)圖像專家組(MPEG).mpeg、.mpg、.m1v、.mp2、.mpa、.mpe、.mp2v*和.mpv2音樂(lè)器材數(shù)字接口(MIDI).mid、.midi和.rmiAU

(UNIX).au和.sndMP3.mp3和.m3uDVD視頻.vobMacromedia

Flash.swf?

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Technology

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Application873.9

Windows

中的視頻播放軟件3.9.3利用Media

Player播放數(shù)字視頻?

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2020Multimedia

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Application881、如何利用Media

Player觀看DVD操作步驟如下：在“播放”菜單上指向“DVD、VCD或CD音頻”，然后單擊包含

DVD的驅(qū)動(dòng)器。在播放列表窗格中單擊適當(dāng)?shù)腄VD標(biāo)題或章節(jié)名。選擇要播放的視頻文件。3.9

Windows

中的視頻播放軟件3.9.3利用Media

Player播放數(shù)字視頻?

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2020Multimedia

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Application892、如何利用Media

Player觀看VCD操作步驟如下：運(yùn)行Media

Player；將VCD插入CD-ROM驅(qū)動(dòng)器中，VCD就會(huì)自動(dòng)開始播放。若

Windows

Media

Player播放機(jī)正在播放其他內(nèi)容，可以使用“播放”菜單播放

VCD。3、如何利用Media

Player播放視頻