lecture07-數(shù)字視頻

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)計算機(jī)學(xué)院2009年秋季2022年7月4日5時40分多媒體技術(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年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)3動態(tài)的畫面2022年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)4視頻（Video）2022年7月4日5時40分多媒體技術(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 Sc

2、anning）n黑白電視和彩色電視一般都用隔行掃描，而計算機(jī)顯示圖像時一般都采用非隔行掃描 2022年7月4日5時40分多媒體技術(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運動畫面 152022年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)7逐行掃描實例2022年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)8隔行掃描n場（Fields）n一副畫面分為兩場n奇數(shù)場（Odd field）n偶數(shù)場（Even field）n場頻

3、 fields per second (fps)n30 pps 相當(dāng)于 60 fpsn一般大于 60 fps時畫面無閃爍1234567891011121314152022年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)9隔行掃描實例2022年7月4日5時40分多媒體技術(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和兩個色差信號2022年7月4日5時40分多媒體技術(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

4、像，這叫逆兼容性2022年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(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、場頻、幀頻、同步信號、圖像載頻、伴音載頻等等n攝像機(jī)輸出的三基色信號轉(zhuǎn)換成一個亮度信號，以及代表色度的兩個色差信號，并將它們組合成一個彩色全電視信號進(jìn)行傳送n在接收端，彩色電視機(jī)將彩色全電視信號重新轉(zhuǎn)換成三個基色信號，在顯象管上重現(xiàn)發(fā)送端的彩色圖像2022年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)13NTSC制式nNational Television Systems Committeen1952年美國國家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會定義n正交平衡

5、調(diào)幅制n美國、加拿大等大部分西半球國家，以及日本、韓國、菲律賓等國和中國的臺灣采用這種制式2022年7月4日5時40分多媒體技術(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(field)，262.5線/場 n控制信息：每場的開始部分保留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年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)15PAL制

6、式nNTSC制缺點n相位敏感造成彩色失真nPhase-Alternative Linen德國(當(dāng)時的西德)于1962年制定n稱為逐行倒相正交平衡調(diào)幅制n德國、英國等一些西歐國家，以及我國大陸、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制是我國大陸采用的制式2022年7月4日5時40分多媒體技術(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/幀，312.5行/場n25行作場回掃，不傳送圖像，傳送圖像的行數(shù)每場只有287.5行，因此每幀只有5

7、75行有圖像顯示n顏色模型：YUV2022年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)17SECAM制式nSequential Coleur Avec Memoiren法國在1956年提出，1966年研制成功n稱為順序傳送彩色與存儲制n兩個色差信號逐行依次傳送，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、東歐國家以及中東采用這種制式2022年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)18電視信號n傳送的電視信號主要包括五種成分：n亮度信號、色度信號、色同步信號、復(fù)合同步信號和伴音信號n射頻信號：視頻全電視信號調(diào)制成高頻或射頻（RFRadio Frequency）信號

8、，每個信號占用一個頻道n有線電視（Cable TV）信號n類似與射頻信號n通過電纜而不是通過空中傳播電視信號2022年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)19彩色視頻信號的類型n三種彩色視頻信號類型n復(fù)合視頻信號(composite video signal)n分量視頻信號(component video signal)n分離視頻信號S-Video(Separated video）n各有應(yīng)用場合2022年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)20復(fù)合視頻信號n或者稱為全電視信號（分離伴音）n包含亮度信號、色差信號和所有定時信號的單一信號n亮度和色度間插在一起，信號重放時很難恢復(fù)完

9、全一致的色彩n信號帶寬較窄，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由于視頻信號中已不包含伴音，故一般與視頻端口配套的還有音頻端口，以便同步傳輸伴音nAV（Audio Video）端口2022年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)21分量電視信號n每個基色分量作為獨立的電視信號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年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)22 S-Video信號n亮度和色差分離n分量信號和復(fù)合信號的一種折中方案n優(yōu)點：n減少亮度信號和色差信號之間

10、的交叉干擾n可提高亮度信號的帶寬2022年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)23 S-Video連接器 使用獨立的兩條信號電纜線，分別用于亮度信號和色差信號，稱為Y/C信號 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年7月4日5時40分多媒體技術(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（Tele

11、cine）n3:2 Pulldown for NTSCn2:2 Pulldown for PAL2022年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)253:2 Pulldown 2022年7月4日5時40分多媒體技術(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2場1場2場1場2場1場2場1場2場12022年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)273:2 Pulldown逐行 2022年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)28數(shù)字視頻優(yōu)點n檢索方便n復(fù)制、傳輸（一般）不會造成質(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

12、性編輯：信息存儲的位置是并列平行的，與原始素材的先后順序無關(guān)2022年7月4日5時40分多媒體技術(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)合視頻信號中的亮度和色度分離n對三個分量分別進(jìn)行數(shù)字化n數(shù)字域中進(jìn)行分離2022年7月4日5時40分多媒體技術(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圖像的亮度信號和色差信號進(jìn)行采樣n對亮度信號和色差信號分別采用不同的采樣頻率進(jìn)行采樣n亞采樣（Subsampling）：對色差信號使用的采樣頻率比對亮度信號使用的采樣頻率低2022年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)31亞采樣

13、nHVS所具有的兩條特性n人眼對色度信號的敏感程度比對亮度信號的敏感程度低n人眼對圖像細(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 is chroma samples per even line2022年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)32亞采樣2022年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)334:2:0H.261, H.263和MPEG-1MPEG-22022年7月4日5時40分多媒體技術(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，

14、國際無線電咨詢委員會 (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年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)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，每個樣點的量化比特數(shù)用于演播室為10bit，用于傳輸為8bitn

15、采樣格式為4：2：2（720：360：360）nNTSC：72048030 PAL：720576252022年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)36CIF、QCIF和SQCIFnCCITT規(guī)定nCIF：Common Intermediate FormatnQCIF：Quarter-CIFnSQCIF：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年7月4日5時40分多媒體技術(shù)基礎(chǔ)視覺媒體基礎(chǔ)37SIF(S

16、ource Input File）n MPEG-I標(biāo)準(zhǔn)中使用Source Input Format (SIF)格式的視頻信號作為輸入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): 352x240 nSIF (PAL) : 352x288 2022年7月4日5時40分多媒體技術(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/DV202

17、2年7月4日5時40分多媒體技術(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 PanasonicRCA and Panasonic2022年7月4日5時40分多媒體技術(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錄影時間:SP(30min) an

18、d 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年7月4日5時40分多媒體技術(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-C略好n錄影時間：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, HitachiHita

19、chi2022年7月4日5時40分多媒體技術(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 JVC2022年7月4日5時40分多媒體技術(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

20、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年7月4日5時40分多媒體技術(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camcorder connected與TV連接回放n計算機(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錄影時間：1 hr with 2hr

21、 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年7月4日5時40分多媒體技術(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錄影時間為60min，LP模式可延長90minnSound quality is excellentnprovides still frame capturenManufacturers: Sony, Canon, Sharp, JVC, Sony, Canon, Sharp, JVC, Panasonic, and SamsungPanasonic, and Samsung2022年7月4日5時40分多媒體技術(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 Z