视频基础知识幻灯片.ppt
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1、视频基础知识第1页,共47页,编辑于2022年,星期二2.1 视频的基础知识第2页,共47页,编辑于2022年,星期二 在人类接受的信息中,有在人类接受的信息中,有70%来自视觉,其来自视觉,其中视频是最直观、最具体、信息量最丰富的。我中视频是最直观、最具体、信息量最丰富的。我们在日常生活中看到的电视、电影、们在日常生活中看到的电视、电影、VCD、DVD以及用摄像机、手机等拍摄的活动图像等都属于以及用摄像机、手机等拍摄的活动图像等都属于视频的范畴。视频的范畴。第3页,共47页,编辑于2022年,星期二第4页,共47页,编辑于2022年,星期二第5页,共47页,编辑于2022年,星期二1 视频的
2、定义n视频视频(Video)(Video)就其本质而言,是内容随时间变化的就其本质而言,是内容随时间变化的一组动态图像一组动态图像(25(25或或3030帧帧/秒秒),所以视频又叫作运,所以视频又叫作运动图像或活动图像。动图像或活动图像。n一帧就是一幅静态画面,快速连续地显示帧,便一帧就是一幅静态画面,快速连续地显示帧,便能形运动的图像,每秒钟显示帧数越多,即帧频能形运动的图像,每秒钟显示帧数越多,即帧频越高,所显示的动作就会越流畅。越高,所显示的动作就会越流畅。第6页,共47页,编辑于2022年,星期二pal:25帧/秒 ntsc:30帧/秒第7页,共47页,编辑于2022年,星期二视觉暂留
3、现象n人眼在观察景物时,光信号传人大脑神经,需经人眼在观察景物时,光信号传人大脑神经,需经过一段短暂的时间,光的作用结束后,视觉形象过一段短暂的时间,光的作用结束后,视觉形象并不立即消失,这种残留的视觉称并不立即消失,这种残留的视觉称“后像后像”,视,视觉的这一现象则被称为觉的这一现象则被称为“视觉暂留现象视觉暂留现象”。具体应用是电影的拍摄和放映。根据实验人们发现要想看到连续不闪烁的画面,帧与帧之间的时间间隔最少要达到是二十四分之一秒。第8页,共47页,编辑于2022年,星期二n视频信号具有以下特点:视频信号具有以下特点:内容随时间而变化有与画面动作同步的声音(伴音)n图图像与像与视频视频是
4、两个既有是两个既有联联系又有区系又有区别别的概念:静的概念:静止的止的图图片称片称为图为图像像(Image)(Image),运,运动动的的图图像称像称为视频为视频(Video)(Video)。n图图像与像与视频视频两者的信源方式不同,两者的信源方式不同,图图像的像的输输入靠入靠扫扫描描仪仪、数字照相机等、数字照相机等设备设备;视频视频的的输输入是入是电视电视接收机、接收机、摄摄象机、象机、录录象机、影碟机以及可以象机、影碟机以及可以输输出出连续图连续图像信号的像信号的设备设备。第9页,共47页,编辑于2022年,星期二2.视频的分类 n按照处理方式的不同,视频分为模拟视频和数字按照处理方式的不
5、同,视频分为模拟视频和数字视频。视频。n模拟视频(模拟视频(Analog Video)模拟视频是用于传输图像和声音的随时间连续变化的电信号。早期视频的记录、存储和传输都采用模拟方式,如在电视上所见到的视频图像是以一种模拟电信号的形式来记录的,并依靠模拟调幅的手段在空间传播,再用盒式磁带录像机将其作为模拟信号存放在磁带上。第10页,共47页,编辑于2022年,星期二n模拟视频的特点:模拟视频的特点:以模拟电信号的形式来记录 依靠模拟调幅的手段在空间传播 使用磁带录象机将视频作为模拟信号存放在磁带上 n传统视频信号以模拟方式进行存储和传送然而模传统视频信号以模拟方式进行存储和传送然而模拟视频不适合
6、网络传输,在传输效率方面先天不拟视频不适合网络传输,在传输效率方面先天不足,而且图像随时间和频道的衰减较大,不便于足,而且图像随时间和频道的衰减较大,不便于分类、检索和编辑。分类、检索和编辑。第11页,共47页,编辑于2022年,星期二图5.1 传统的模拟信号处理设备第12页,共47页,编辑于2022年,星期二n数字视频(数字视频(Digital Video)n要使计算机能对视频进行处理,必须把视频源即要使计算机能对视频进行处理,必须把视频源即来自于电视机、模拟摄像机、录像机、影碟机等来自于电视机、模拟摄像机、录像机、影碟机等设备的模拟视频信号转换成计算机要求的数字视设备的模拟视频信号转换成计
7、算机要求的数字视频形式,这个过程称为视频的数字化过程。频形式,这个过程称为视频的数字化过程。数字视频可大大降低视频的传输和存储费用、增加交互性、带来精确稳定的图像。如今,数字视频的应用已非常广泛。包括直接广播卫星(DBS)、有线电视(如图5.2)、数字电视在内的各种通信应用均需要采用数字视频。一些消费产品,如VCD和DVD,数字式便携摄像机,都是以MPEG视频压缩为基础的。第13页,共47页,编辑于2022年,星期二图5.2 直接广播卫星(DBS)第14页,共47页,编辑于2022年,星期二数字化视频的优点数字化视频的优点n适合于网络应用适合于网络应用 在网络环境中,视频信息可方便地实现资源共
8、享。视频数字信号便于长距离传输。n再现性好再现性好 模拟信号由于是连续变化的,所以不管复制时精确度多高,失真不可避免,经多次复制后,误差就很大。数字视频可不失真地进行无限次拷贝,其抗干扰能力是模拟图像无法比拟的。它不会因存储、传输和复制而产生图像质量的退化,能准确再现图像。第15页,共47页,编辑于2022年,星期二n便于计算机编辑处理便于计算机编辑处理模拟信号只能简单调整亮度、对比度和颜色等,限制了处理手段和应用范围。而数字视频信号可以传送到计算机内进行存储、处理,很容易进行创造性地编辑与合成,并进行交互。第16页,共47页,编辑于2022年,星期二数字视频的不足数字视频的不足n数字视频的缺
9、陷是处理速度慢,数据存储空间大,数字视频的缺陷是处理速度慢,数据存储空间大,数字图像处理成本高。数字图像处理成本高。n通过对数字视频的压缩,可以节省大量存储空间,通过对数字视频的压缩,可以节省大量存储空间,光盘技术的应用也使得大量视频信息的存储成为光盘技术的应用也使得大量视频信息的存储成为可能。可能。第17页,共47页,编辑于2022年,星期二3.视频的制式电视制式第18页,共47页,编辑于2022年,星期二三种彩色电视制式的主要技术指标TV制式NTSC PALSECAM帧频(Hz)302525行/帧525625625亮度带宽(MHz)4.26.06.0彩色幅载波(Hz)3.584.434.2
10、5声音载波(MHz)4.56.56.5第19页,共47页,编辑于2022年,星期二4.视频分辨率 n视频分辨率指的是视频的画面大小,常用图像的视频分辨率指的是视频的画面大小,常用图像的“水平像素水平像素垂直像素垂直像素”来表示。来表示。VCD视频光盘的标准分辨率为352288(PAL)或352240(NTSC);SVCD视频光盘的标准分辨率为480576(PAL)或480480(NTSC);DVD视频光盘的标准分辨率为720576(PAL)或720480(NTSC)。普通电视信号的分辨率为640480;标清电视信号分辨率为720576;高清电视(HDTV)分辨率可达19201080。第20页,
11、共47页,编辑于2022年,星期二2.2 数字视频的生成数字视频的生成 n数字视频有两种生成方式:数字视频有两种生成方式:一是使用视频采集卡将模拟视频信号经计算机模数转换后,生成数字视频文件,对这些数字视频文件进行数字化视频编辑,制作成数字视频文件,利用这种方式处理后的图像和原图像相比,信号有一定的损失;二是利用数字摄像机(硬盘式、光盘式和存储卡式数字摄像机)将视频图像拍摄下来,从信号源开始,就是无失真的数字视频,输入计算机后,通过使用的编辑软件制作成数字视频文件。第21页,共47页,编辑于2022年,星期二2.3 视频压缩的一些基本概念n视频压缩(视频压缩(compression)的目标是在
12、尽可能保)的目标是在尽可能保证视觉效果的前提下减少视频数据率。视频压缩证视觉效果的前提下减少视频数据率。视频压缩比一般指压缩后的数据量与压缩前的数据量之比。比一般指压缩后的数据量与压缩前的数据量之比。由于视频是连续的静态图像,因此其压缩编码算由于视频是连续的静态图像,因此其压缩编码算法与静态图像的压缩编码算法有某些共同之处,法与静态图像的压缩编码算法有某些共同之处,但是运动的视频还有其自身的特性,因此在压缩但是运动的视频还有其自身的特性,因此在压缩时还应考虑其运动特性才能达到高压缩的目标。时还应考虑其运动特性才能达到高压缩的目标。有损和无损压缩帧内和帧间压缩对称和不对称编码 第22页,共47页
13、,编辑于2022年,星期二n有损和无损压缩有损和无损压缩在视频压缩中有损和无损的概念与静态图像中基本类似。无损压缩也即压缩前和解压缩后的数据完全一致。多数的无损压缩都采用RLE行程编码算法。有损压缩意味着解压缩后的数据与压缩前的数据不一致。在压缩的过程中要丢失一些人眼和人耳所不敏感的图像或音频信息,而且丢失的信息不可恢复。几乎所有高压缩的算法都采用有损压缩,这样才能达到低数据率的目标。丢失的数据率与压缩比有关,压缩比越小,丢失的数据越多,解压缩后的效果一般越差。此外,某些有损压缩算法采用多次重复压缩的方式,这样还会引起额外的数据丢失。第23页,共47页,编辑于2022年,星期二n帧内和帧间压缩
14、帧内和帧间压缩帧内压缩也称为空间压缩。当压缩一帧图像时,仅考虑本帧的数据而不考虑相邻帧之间的冗余信息,这实际上与静态图像压缩类似。帧内一般采用有损压缩算法,由于帧内压缩时各个帧之间没有相互关系,所以压缩后的视频数据仍可以以帧为单位进行编辑。帧内压缩一般达不到很高的压缩。采用帧间压缩是基于许多视频或动画的连续前后两帧具有很大的相关性,或者说前后两帧信息变化很小的特点。也即连续的视频其相邻帧之间具有冗余信息,根据这一特性,压缩相邻帧之间的冗余量就可以进一步提高压缩量,减小压缩比。帧间压缩也称为时间压缩,它通过比较时间轴上不同帧之间的数据进行压缩。帧间压缩一般是无损的。帧差值算法是一种典型的时间压缩
15、法,它通过比较本帧与相邻帧之间的差异,仅记录本帧与其相邻帧的差值,这样可以大大减少数据量。第24页,共47页,编辑于2022年,星期二2.4 常见的数字视频文件格式常见的数字视频文件格式 第25页,共47页,编辑于2022年,星期二1.AVI格式 AVI(Audio Video Interleaved,音频视频交,音频视频交错)格式是一种可以将视频和音频交织在一起进行错)格式是一种可以将视频和音频交织在一起进行同步播放的数字视频文件格式。同步播放的数字视频文件格式。AVI格式由格式由Microsoft公司于公司于1992年推出,随年推出,随Windows3.1一一起被人们所认识和熟知。它采用的
16、压缩算法没有统起被人们所认识和熟知。它采用的压缩算法没有统一的标准,除一的标准,除Microsoft公司之外,其他公司也推公司之外,其他公司也推出有自己的压缩算法,只要把该算法的驱动加到出有自己的压缩算法,只要把该算法的驱动加到Windows系统中,就可以播放该算法压缩的系统中,就可以播放该算法压缩的AVI文文件。件。AVI格式的优点是图像质量好,可以跨多个平格式的优点是图像质量好,可以跨多个平台使用,但是其缺点是体积过于庞大,其文件扩展台使用,但是其缺点是体积过于庞大,其文件扩展名为名为.avi。第26页,共47页,编辑于2022年,星期二2.MPEG格式nMPEG(Moving Pictu
17、res Experts Group,动,动态图像专家组)是态图像专家组)是1988年成立的一个专家组,其年成立的一个专家组,其任务是负责制订有关运动图像和声音的压缩、解任务是负责制订有关运动图像和声音的压缩、解压缩、处理以及编码表示的国际标准。压缩、处理以及编码表示的国际标准。MPEG格格式是采用了有损压缩方法从而减少运动图像中的式是采用了有损压缩方法从而减少运动图像中的冗余信息的数字视频文件格式。目前冗余信息的数字视频文件格式。目前MPEG格式格式有三个压缩标准,分别是有三个压缩标准,分别是MPEG-1、MPEG-2、和和MPEG-4。第27页,共47页,编辑于2022年,星期二nMPEG-
18、1制定于制定于1992年,它是针对年,它是针对1.5Mbps以下以下数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音编数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音编码而设计的国际标准。使用码而设计的国际标准。使用MPEG-1的压缩算法,的压缩算法,可以把一部时长可以把一部时长120分钟的电影(视频文件)压缩分钟的电影(视频文件)压缩到到1.2GB左右。这种数字视频格式的文件扩展名左右。这种数字视频格式的文件扩展名包括包括.mpg、.mlv、.mpe、.mpeg以及以及VCD光盘中的光盘中的.dat等。等。第28页,共47页,编辑于2022年,星期二nMPEG-2制定于制定于1994年,是为高级工业标准的图
19、年,是为高级工业标准的图像质量以及更高的传输率而设计的。这种格式主像质量以及更高的传输率而设计的。这种格式主要应用在要应用在DVD和和SVCD的制作(压缩)方面,同的制作(压缩)方面,同时在一些时在一些HDTV(高清晰电视广播)和一些高要(高清晰电视广播)和一些高要求视频编辑、处理上面也有较广的应用。使用求视频编辑、处理上面也有较广的应用。使用MPEG-2的压缩算法,可以把一部时长的压缩算法,可以把一部时长120分钟的分钟的电影压缩到电影压缩到48GB。这种数字视频格式的文件扩。这种数字视频格式的文件扩展名包括展名包括.mpg、mpe、.mpeg、.m2V及及DVD光光盘中的盘中的.vob等。
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