1、引言引言n n视频是运动的图像，既可提供高速信息的传送，也可显示瞬间的相互关系。n n视频由相继拍摄并存储的图像组成。n n与音频、动画一样，视频也是动态的。11/4/20221第四章第四章 视频处理技术视频处理技术4.4.1 1电视技术基础电视技术基础4.24.2数字视频数字视频4.34.3数字视频标准数字视频标准4.44.4数字视频处理数字视频处理11/4/202224.1电视技术基础电视技术基础n n黑白电视直播方式录播方式n n卫星广播、有线电视网、星网结合11/4/20223电视信号n n由图像信号(视频信号,06MHZ)和伴音信号(音频信号,20HZ20KHZ)两大部分。n n为避
2、免干扰，将图像信号和伴音信号分别采用调幅和调频方式调制在射频载波上，形成射频载波信号。n n人的视觉暂留特性使画面看上去是连续的。我国电视每秒25帧，但还是会有闪烁。因此采用两次放送图像。11/4/20224扫描方式n n传送电视图像时，将每幅图分解成很多像素，按照一行一行的方式顺序传送或接收称为扫描。n n逐行扫描：沿着水平方向从左到右，从上到下以均匀速度依照顺序一行紧跟一行的扫描显示图像。n n隔行扫描：分成两步扫描，先扫奇数行，再扫偶数行。11/4/20225隔行扫描优点：降低闪烁，看上去眼睛舒服优点：降低闪烁，看上去眼睛舒服主要用于广播电视系统中主要用于广播电视系统中11/4/2022
3、6逐行扫描优点：简单可靠，图像清晰，但是要求传输通优点：简单可靠，图像清晰，但是要求传输通道具有很宽的频带，主要用于计算机显示器道具有很宽的频带，主要用于计算机显示器11/4/20227扫描术语n n扫描行数(垂直分辨率)：电视图像中指水平行的数目。扫描行数越多，电视清晰度越高。我国电视为625行。n n同步：接受端与发送端按照相同的步调(顺序)扫描像素时，才能重现完整而稳定的图像，称为收发两端同步。包括水平和垂直两个方向的扫描同步。11/4/20228扫描术语(续)n n光栅：电子束受到水平和垂直两个方向的综合控制而迅速扫描荧光屏时，即可出现由一行一行的亮线组成的矩形发光图案，称为光栅。n
4、n帧频：每秒钟传送的电视图像帧数。n n场频：由于电视采用隔行扫描，即将一帧图像分成两次来传递，传一次即叫一场，场频是帧频的两倍。11/4/20229扫描术语(续)n n白平衡：用彩色电视机收看黑白电视节目时将色彩饱和度减低为0时，要求不出现彩色，称为白平衡，否则白平衡失调。n n一般电视信号的彩色采用一个亮度信号，两个色差信号来表示(YUV是一种选择)。n n回忆：YUV颜色模型有什么优点？11/4/202210彩色的表达n n不同的电视制式对两个色差信号的定义不同：n nNTSC:n nPAL:11/4/202211复合视频信号n n将色差信号在亮度信号之上进行编码，作为单个信号与亮度信号
5、拥有相同的带宽。n n亮度信号与色差信号是穿插在一起的，在信号重放时很难回复出原来的色彩。n n复合视频信号不包括伴音，一般与视频输入输出配套的还有音频输入、输出端口，以便同步传输伴音。n n复合视频接口也称为AV接口。11/4/202212复合视频接口复合视频接口11/4/202213分离电视信号n nS-Video信号是一种两分量的视频信号，它把亮度和色度信号分成两路独立的模拟信号，这两路信号称为Y/C信号。n n亮度和色度具有较宽的带宽，可以分开传输，减少相互干扰，水平分解率可达到420线。可以更好的重现色彩n nS-Video使用4针连接器，通常称为S端子。11/4/202214S S
6、端子端子11/4/202215全电视信号n n将视频的亮度信号、色度信号、同步信号和伴音将视频的亮度信号、色度信号、同步信号和伴音信号复合在一起，称为全电视信号。信号复合在一起，称为全电视信号。n n为了在空中传播，需要将它们调制成高频信号，为了在空中传播，需要将它们调制成高频信号，也叫射频信号也叫射频信号(RF)RF)，每个信号占用一个频道。每个信号占用一个频道。n n电视接收机能够将接受到的高频信号还原成视频电视接收机能够将接受到的高频信号还原成视频信号和低频伴音信号，并能够在其荧光屏上重现信号和低频伴音信号，并能够在其荧光屏上重现图像，在扬声器上重现伴音。图像，在扬声器上重现伴音。n n
7、射频信号的接口形式就是常见的天线接口或有线射频信号的接口形式就是常见的天线接口或有线电视接口。电视接口。11/4/202216电视制式n n什么是制式？不同的制式区别在哪里？n n目前世界上现行的彩色电视制式有3种：NTSC、PAL、SECAM。n n目前三种现行制式在不同国际或地区使用，各自有各自的特点。11/4/20221711/4/202218电视信号数字化n nITU-R BT.601标准：规定了彩色电视图像转换成数字图像时使用的采样频率，RGB和YCbCr两个彩色空间之间的转换关系。n n电视图像信号数字化首先从复合彩色电视图像中分离出彩色分量，然后数字化。n n对于彩色全电视信号，
8、首先将模拟的全电视信号分离成YCbCr/YUV/YIQ/RGB彩色空间中的分量信号，然后用3个A/D转换器分别对它们数字化。11/4/202219电视信号数字化(续)n n一般非线性视频编辑卡都有模拟输入接口。只要将模拟信号从该接口输入便可以在视频编辑软件中数字化后存到计算机中。n nTV-PC卡：接收电视信号在计算机上播出，也可以将电视节目数字化后录制在计算机中。n nITU-R BT.601用于对隔行扫描电视图像进行数字化，对NTSC和PAL制式彩色电视的采样频率和有效显示分辨率都做了规定。11/4/20222011/4/202221数字视频数字视频n n数字视频的内容是被计算机捕捉并数字
9、化了的摄像机或电影的胶片。通过把图形图像放在一起创建动画也可以获得数字视频。n n视频采集：将摄像机和录像带上的内容转到电脑上的过程称为采集。视频采集卡接收模拟视频信号，然后将它转化为数字视频数据。11/4/202222视频数字化视频视频采集采集流程流程 139413941394接口接口接口(FireWire/iLink)FireWire/iLink)FireWire/iLink)仅仅传仅仅传仅仅传送数字化信息，并非视频送数字化信息，并非视频送数字化信息，并非视频信号采集信号采集信号采集11/4/202223数字视频采样n n对彩色电视图像进行采样时，有两种方法：n n使用相同频率对亮度信号和
10、色差信号进行采样使用相同频率对亮度信号和色差信号进行采样n n采用不同频率对亮度信号和色差信号进行采样采用不同频率对亮度信号和色差信号进行采样n n图像子采样：对色差信号使用的采样频率比对亮度信号使用的采样频率低。n n主要的子采样方法有三种：n n4:1:1/4:2:2/4:4:411/4/202224数字视频采样(续)n n4:1:1 在每4个连续的采样点上，取4个亮度Y的样本值，而色差分别取其第一点的样本值，共6个样本。n n4:2:2 在每4个连续的采样点上，取4个亮度Y的样本值，而色差分别取其第一点和第三点的样本值，共8个样本。n n4:4:4 在每个采样点上，亮度、色差各取一个样本
11、。信息量大。11/4/20222511/4/202226数字视频采样(续)n n视频数字化不仅要在空间上采样，而且要在时间上进行采样，即每隔一定的时间进行一次空间上(帧)的采样。PAL：25帧/秒；NTSC：29.97帧/秒n n在数字视频中，帧速率是可以更改的。n n时间码：用来识别和记录视频数据流中的每一帧，每一帧都有一个唯一的时间码地址。11/4/202227数字视频的文件格式n n广义的视频文件包括：动画文件和影像文件。n n动画文件指由相互关联的若干帧静止图像所组成的图像序列。n n影像文件主要指那些包含了实时的音频、视频信息的多媒体文件，多媒体信息来源于视频输入设备。11/4/20
12、2228AVI视频文件格式n nAVI是音频视频交错的英文缩写(audio video interleaved),由Microsoft公司开发的一种符合RIFF文件规范的数字音频与视频文件格式。n nAVI并未限定压缩标准，因此用不同的压缩算法得到的avi文件，必须使用相应的解压算法才能播放出来。11/4/202229AVI视频文件格式(续)n nAVI有两个版本：AVI1.0和AVI2.0。主要区别在于位数不同。n n不同AVI版本所支持的文件大小不同。例如AVI1.0的文件大小被限制在2GB，只能存储9分钟的视频。AVI2.0使用64位来存储信息，这样在理论上的最大长度可达1.81010G
13、B,足够存储150000年的DV视频。11/4/202230AVI文件结构n n符合RIFF文件规范，RIFF文件具有如下文件头结构：n nRIFF文件使用四字节码FOURCC来表征数据类型。最开始的四个字节是“RIFF”，表示这是一个RIFF文件；紧接着用四个字节表示文件大小，然后用四字节说明文件类型(例如avi、wave等)11/4/202231AVI文件结构举例n n以下数据取自一个实际的avi文件的文件头，试对此数据作一简单分析：n n52 49 46 46 64 552 49 46 46 64 5E 10 00 41 56 49 20 4C 49 53 54E 10 00 41 56
14、 49 20 4C 49 53 54n nEC 7E 00 00 68 64 72 6C 61 76 69 68 38 00 00 00EC 7E 00 00 68 64 72 6C 61 76 69 68 38 00 00 00n n说明：说明：开始的四个字节52 49 46 46为RIFF的ASCII码，接下来的四个字节64 5E 10 00 表示avi文件的大小。11/4/202232AVI文件的数据组织n nRIFF文件的实际数据中，用列表、块的形式来组织数据。列表可以嵌套子列表和块。n n列表和块具有相似的结构，均为一个四字节的ID后跟表示该数据大小的值，该值占用四个字节的空间，再接
15、下来是实际的数据。n n例如4 4C 49 53 54C 49 53 54为为“LIST”LIST”，表示列表的表示列表的开始，开始，EC 7E 00 00 EC 7E 00 00 表示列表的大小，但不表示列表的大小，但不包括本身的包括本身的8 8个字节。个字节。11/4/202233AVI文件的数据组织(续)n n整个AVI文件的结构为：一个RIFF头、两个列表(一个用于描述媒体流格式，一个用于保存媒体流数据)、一个可选的索引块。n n第一个列表的名字为“hdr1”，用于描述AVI文件中各个流的格式信息。hdr1列表嵌套了一系列块和子列表。11/4/202234Windows Media视频
16、n nWindows Media视频主要有两种不同的扩展名：asf，wmv。n nasf为advanced streaming format的缩写。Asf定义为同步媒体的统一容器文件格式。n n作为一种数据格式，asf包括音频、视频、图像以及控制命令脚本等多媒体信息。基于此，以网络数据包的形式传输、实现流式多媒体内容发布。11/4/202235asf文件格式的特点n n体积小，因此适合网络传输，使用微软的WMP软件可以字节播放。n n可以灵活的制作asf格式的文件。n nasf格式的视频中可以带有命令代码，用户指定在到达视频或者音频的某个时间后触发某个时间或者操作。11/4/202236asf文件格式的特点(续)n n可扩展的媒体类型。n n部件下载。n n可伸缩的媒体类型。n n多语言。n n目录信息。11/4/202237asf文件格式的逻辑结构n n头对象：必需的，放在每个asf文件的开头部分。作用是在asf文件的开始部分提供一个比特序列，并且包含所有其它头对象信息。n n数据对象：必需的，紧跟在头对象之后。数据对象包含所有多媒体数据，以asf数据单元的形式存储。11/4/202
