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1、5.4 数字视频及应用数字视频及应用5.4.1 数字视频基础数字视频基础5.4.2 数字视频的压缩编码数字视频的压缩编码5.4.3 数字视频的编辑数字视频的编辑5.4.4 合成视频合成视频计算机动画计算机动画5.4.5 数字视频的应用数字视频的应用 25.4 数字视频及应用5.4.1 数字视频基础数字视频基础35.4 数字视频及应用彩色电视信号的发送与接收彩色电视信号的发送与接收n彩色电视信号的发送与接收：彩色电视信号的发送与接收：PAL制彩色电视信号的颜制彩色电视信号的颜色不运用色不运用RGB表示，而是表示，而是运用亮度信号运用亮度信号Y和两个色和两个色度信号度信号U、V来表示来表示 为进行
2、远距离传为进行远距离传输必需进行调制输必需进行调制 RGBRGBYUV 复合复合 调制调制摄摄像像机机 话话筒筒发射发射天线天线RGBYUV分路分路解调解调接收接收天线天线RGB将将Y、U、V信号信号转换成为转换成为R、G、B 信号，然后再信号，然后再进行显示进行显示n运用运用Y、U，V彩色空间的缘由：彩色空间的缘由：n与黑白电视保持兼容与黑白电视保持兼容n利用人的视觉特性来节约电视信号的带宽和放射功率利用人的视觉特性来节约电视信号的带宽和放射功率45.4 数字视频及应用数字视频信号的获得数字视频信号的获得 视频信号的数字化过程视频信号的数字化过程:与图像、声音的数字化过程相仿，但更困难一些与
3、图像、声音的数字化过程相仿，但更困难一些(8-10 bits)滤波取样量化编码数字数字视频视频信息信息模拟模拟视频视频信号信号VUYUVY 数字视频的获得设备：数字视频的获得设备：视频采集卡（简称视频卡）视频采集卡（简称视频卡）数字摄像头，通过光学镜头和数字摄像头，通过光学镜头和CCD器件采集动态图像，转换成器件采集动态图像，转换成数字信号并输入数字信号并输入PC机机 脱机获得设备：数码摄像机脱机获得设备：数码摄像机55.4 数字视频及应用视频捕获视频捕获(采集采集)卡卡的功能的功能n从多种视频源中选择一种作为视频输入从多种视频源中选择一种作为视频输入;n支持不同的电视制式支持不同的电视制式;
4、n能同时处理图像信号的伴音能同时处理图像信号的伴音;n可在显示器上监看输入的视频信号可在显示器上监看输入的视频信号,其位置及大小可调其位置及大小可调;n能将计算机生成的图像能将计算机生成的图像/图形图形/文本与视频图像迭加处理文本与视频图像迭加处理;n可随时冻结可随时冻结(定格定格)一幅画面一幅画面,并按指定格式保存并按指定格式保存;n可可 实时压缩与存储视频及其伴音信息实时压缩与存储视频及其伴音信息;n可可 实时解压缩并播放视频及其伴音信息实时解压缩并播放视频及其伴音信息,输出设备可选输出设备可选(VGA监视器、电视机、录相机等监视器、电视机、录相机等)65.4 数字视频及应用数字摄像头数字
5、摄像头n最高辨别率为最高辨别率为640480，一般都，一般都是是352288，n速度一般在速度一般在30fps（每秒（每秒30帧）以帧）以下，下，n镜头的视角可达到镜头的视角可达到45-60度度,n支持支持USB接口接口 或或IEEE1394（火（火线）接口。线）接口。75.4 数字视频及应用数码摄像机数码摄像机 n供应供应480线以上的辨别率，清线以上的辨别率，清晰度高晰度高n自动对焦，自动曝光自动对焦，自动曝光 n运用运用MPEG-2进行压缩编码，进行压缩编码，然后记录在硬盘上然后记录在硬盘上n具有录音功能具有录音功能n数据量很大，接受数据量很大，接受USB接口或接口或IEEE1394接口
6、接口 85.4 数字视频及应用5.4.2 数字视频的压缩编码数字视频的压缩编码95.4 数字视频及应用数字视频的压缩编码数字视频的压缩编码n视频数据压缩的可能性：视频数据压缩的可能性：n数字视频的数据量大得惊人，数字视频的数据量大得惊人，1分钟的数字电视图像未压缩分钟的数字电视图像未压缩时其数据量约为时其数据量约为1G字节，对存储、传输和处理都有很大的字节，对存储、传输和处理都有很大的困难困难n视频数据压缩的可能性：视频数据压缩的可能性：n视频信息的每个画面内部有很多信息冗余视频信息的每个画面内部有很多信息冗余n相邻画面的内容有高度的连贯性相邻画面的内容有高度的连贯性n人眼的视觉灵敏度有限，允
7、许画面有确定失真人眼的视觉灵敏度有限，允许画面有确定失真n结论：结论：n数字视频的数据量可压缩几十倍甚至几百倍数字视频的数据量可压缩几十倍甚至几百倍 105.4 数字视频及应用数字视频压缩编码的国际标准数字视频压缩编码的国际标准名名 称称图图像格式像格式压缩压缩后的后的码码率率主要主要应应用用MPEG-1360288大大约约1.2 Mb/s 1.5Mb/s适适用用于于VCD、数数码码相相机机、数数字字摄摄像机等像机等H.261360288 或或180144Px64 kb/s (P=1、2时时，只只支支持持180144格格式式，P6时时，可支持可支持360288格式格式)应应用用于于视视频频通通
8、信信，如如可可视视电电话话、会会议电视议电视等等MPEG-2(MPML)7205765 Mb/s 15Mb/s用用途途最最广广,如如DVD、卫卫星星电电视视直播、数字有直播、数字有线电视线电视等等MPEG-2高清格式高清格式144011521920115280 Mb/s 100Mb/s高清晰度高清晰度电视电视（HDTV）领领域域MPEG-4(H.26L)多多种种不不同同的的视频视频格式格式与与MPEG-1，MPEG-2相相当当，但最低可达到但最低可达到64kb/s适适合合于于交交互互式式和和移移动动多多媒媒体体应应用用，包包括括虚虚拟拟现现实实、远远程程教教学学、手机、手机、MP4播放器等播放
9、器等115.4 数字视频及应用数字视频的常用文件格式数字视频的常用文件格式n.mpeg（.mpg，.dat）运用运用MPEG编码的电影文件编码的电影文件n.mp2MPEG-2 编码的电影文件编码的电影文件n.mp4MPEG-4 编码的电影文件编码的电影文件n.avi（.navi）微软公司的视频剪辑文件微软公司的视频剪辑文件 n.wmv微软公司的流式视频文件微软公司的流式视频文件n.asf微软公司的流式视频文件微软公司的流式视频文件n.rm(RealAudio)RealNetworks的流式视频文件的流式视频文件n.mov(.qt)苹果公司的流式视频文件苹果公司的流式视频文件n DivX格式格式
10、MPEG-4 v3 改进后的一种格式，在改进后的一种格式，在MP4播放播放器上运用器上运用125.4 数字视频及应用附：什么是附：什么是MP4？nMP4播放器是一种能够播放视频的便携播放器是一种能够播放视频的便携式设备，也叫做式设备，也叫做PVP（个人视频播放器）（个人视频播放器）或或PMP（便携式媒体播放器）（便携式媒体播放器）n功能：功能：n看录像（电影）看录像（电影）n播放音乐播放音乐n阅读文本和图片阅读文本和图片n甚至还可以上网甚至还可以上网n技术特点：技术特点：n自带自带25英寸的英寸的LCD屏屏n存储容量达几十存储容量达几十GB135.4 数字视频及应用5.4.3 数字视频的编辑数
11、字视频的编辑145.4 数字视频及应用例：简洁的视频编辑软件例：简洁的视频编辑软件 Windows Movie Maker n由微软公司开发，在由微软公司开发，在Windows XP平台上运行平台上运行n功能：功能：n通过摄像机、数字摄像头或其他视频源将音频和视通过摄像机、数字摄像头或其他视频源将音频和视频捕获到计算机中频捕获到计算机中n打开已有的音频、视频或静止图片，对音频与视频打开已有的音频、视频或静止图片，对音频与视频内容进行编辑（包括添加片头、运用视频过渡或绝内容进行编辑（包括添加片头、运用视频过渡或绝技效果等）技效果等）n将制作的视频保存到硬盘中，或刻录在将制作的视频保存到硬盘中，或
12、刻录在CD或或DVD光盘上，供光盘上，供“媒体播放器媒体播放器”进行播放进行播放 155.4 数字视频及应用5.4.4 合成视频合成视频计算机动画计算机动画165.4 数字视频及应用什么是计算机动画？什么是计算机动画？n计算机动画计算机动画运用计算机生成一系列内容连续的画面供实运用计算机生成一系列内容连续的画面供实时演播的一种技术，它是一种计算机合成的数字视频，而不时演播的一种技术，它是一种计算机合成的数字视频，而不是用摄像机拍摄的是用摄像机拍摄的“自然视频自然视频”n上世纪九十年头起先，计算机动画技术应用于电影绝技，如上世纪九十年头起先，计算机动画技术应用于电影绝技，如电影电影“侏罗纪公园侏
13、罗纪公园”、玩具总动员、泰坦尼克等，玩具总动员、泰坦尼克等，取得轰动效应取得轰动效应n应用领域：应用领域：n影视和广告领域：电影绝技、动画片、电视广告制作等影视和广告领域：电影绝技、动画片、电视广告制作等n教化和培训领域：协助教学、驾驶员训练等教化和培训领域：协助教学、驾驶员训练等n科技领域：科学计算可视化，困难系统的动态模拟科技领域：科学计算可视化，困难系统的动态模拟n军事领域：军事训练、作战模拟等军事领域：军事训练、作战模拟等n游戏游戏175.4 数字视频及应用计算机动画的制作过程计算机动画的制作过程n计计算算机机动动画画制制作作包包括括：在在计计算算机机中中建建立立景景物物的的模模型型、
14、描描述述它它们的运动、生成一系列逼真的图像们的运动、生成一系列逼真的图像n三维计算机动画制作过程分以下几个阶段：三维计算机动画制作过程分以下几个阶段：n（1）描述景物的形态与结构（建模）描述景物的形态与结构（建模）n（2）确定景物的颜色和材质（纹理）确定景物的颜色和材质（纹理）n（3）设置灯光和确定虚拟摄像机的位置）设置灯光和确定虚拟摄像机的位置n（4）描述场景中物体的运动和摄像机的移动）描述场景中物体的运动和摄像机的移动n（5）绘制一系列的图像）绘制一系列的图像n（6）输出动画结果）输出动画结果185.4 数字视频及应用动画制作软件动画制作软件n著名的商品化的造型与动画制作软件著名的商品化的
15、造型与动画制作软件:n加拿大加拿大Alias公司的公司的Power animator n法国法国TDI公司的公司的Exploren荷兰荷兰ElectroGIG公司的公司的3DGOn加拿大加拿大Vertigo公司的公司的Vertigon美国美国Wavefront公司的公司的Advanced Visualizern美国美国SGI公司公司Alias和和Wavefront 公司的公司的MAYAn美美国国Autodesk公公司司Discreet公公司司的的3ds max，Animator Studio195.4 数字视频及应用互联网动画：互联网动画：GIF和和FlashnGIF动画动画(参见参见5.2节
16、节)：nMacromedia公司的公司的Flash动画动画n画面大小可随意调整，用户可限制播放过程画面大小可随意调整，用户可限制播放过程n既可生成自动可执行文件既可生成自动可执行文件(*.exe)，还可生成用，还可生成用 Flash 播放器播放的文件播放器播放的文件(*.SWF)；n既可做成单独的动画，也可以嵌入网页文件既可做成单独的动画，也可以嵌入网页文件n接受流式传输方式，可以边下载边进行播放接受流式传输方式，可以边下载边进行播放n演示演示205.4 数字视频及应用5.4.5 数字视频的应用数字视频的应用1VCD与与DVD2可视电话与视频会议可视电话与视频会议3数字电视数字电视4点播电视点
17、播电视215.4 数字视频及应用什么是什么是VCD,什么是什么是DVD?nVideoCD（简称（简称VCD）：按）：按MPEG-1标准将标准将60分钟的分钟的音频音频/视频节目记录在一张视频节目记录在一张CD光盘上，图像质量为光盘上，图像质量为VHS(352240)，即家用录放像机的水平，可播放立，即家用录放像机的水平，可播放立体声体声 nDVD-Video（简称为（简称为DVD）：按）：按MPEG-2标准将音频标准将音频/视频节目记录在视频节目记录在DVD光盘上，图像质量为广播级光盘上，图像质量为广播级(720576)，可播放，可播放5.1声道的环绕立体声，单面单层声道的环绕立体声，单面单层
18、DVD（容量为（容量为4.7GB）光盘可记录）光盘可记录120分钟以上的影视分钟以上的影视节目节目225.4 数字视频及应用VCD与与DVD的比较的比较VCDDVD视频压缩编视频压缩编码标码标准准MPEG-1 video，图图像分像分辨率辨率为为352240（家用（家用电电视质视质量）量）MPEG-2 video，图图像分辨率像分辨率为为720480（广播（广播级电视图级电视图像像质质量）量）音音频压缩编频压缩编码标码标准准MPEG-1 audio，层层2，支持双声道立体声支持双声道立体声MPEG-2audio或杜比或杜比AC-3,支持支持5.1声声道的三道的三维环绕维环绕立体声立体声光光盘盘
19、存存储储容容量量650MB左右左右有多种不同有多种不同规规格。格。单单面面单层单层DVD容量容量为为4.7GB，单单面双面双层为层为8.5GB播放播放时间时间1小小时时左右左右单单面面单层单层DVD光光盘盘可播放可播放2小小时时左右左右其他功能其他功能较较少少支持多种支持多种辅辅助功能，如多种文字字幕，助功能，如多种文字字幕，多种多种语语言声音，多种言声音，多种视视角，多种角，多种宽宽高高比等比等235.4 数字视频及应用可视电话和视频会议可视电话和视频会议n可视电话：通话双方能相互望见的一种电话系统可视电话：通话双方能相互望见的一种电话系统n电话机具有摄像、显示、声音等功能，内置高质量电话机
20、具有摄像、显示、声音等功能，内置高质量CCD镜头镜头及及MODEMn视频会议：多人同时参与的一种音视频会议：多人同时参与的一种音/视频通信系统视频通信系统n类似于可视电话，但多人参与通话，供应的功能也更加丰富类似于可视电话，但多人参与通话，供应的功能也更加丰富n两种实施方式：两种实施方式：n在电信局的数字通信网上进行在电信局的数字通信网上进行n在互联网上进行，例如运用下列即时通信软件：在互联网上进行，例如运用下列即时通信软件：n微软的微软的MSN Messenger，腾迅的，腾迅的QQ，网易的，网易的POPO，新浪的新浪的UC等等245.4 数字视频及应用什么是数字电视什么是数字电视?n数数字
21、字电电视视指指的的是是:电电视视节节目目的的制制作作（摄摄录录、编编辑辑）、处处理理、传传输输、接接收收播播放放全全过过程程的的数数字字化化，特特殊殊是是将将电电视视信信号号进进行行数数字化之后以数字形式进行传输和接收；字化之后以数字形式进行传输和接收；n数字电视的范围：数字电视的范围：n高端高端高清晰度电视高清晰度电视(HDTV)，辨别率，辨别率1920 x1024n中端中端常规模拟电视的数字化（常规模拟电视的数字化（DTV）n低端低端包括互联网上的包括互联网上的IPTV等等 节目制作节目制作信号处理信号处理广播传输广播传输接收播放接收播放 1 2 3 4255.4 数字视频及应用数字电视的
22、优点数字电视的优点(1)频道利用率高频道利用率高可传输的数字电视节目比传输模拟电视节目增加好几倍可传输的数字电视节目比传输模拟电视节目增加好几倍(2)抗干扰实力强抗干扰实力强同等传输条件下的抗干扰实力优于模拟电视同等传输条件下的抗干扰实力优于模拟电视(3)图像清晰度高图像清晰度高用户接收到的图像质量能达到演播室水平用户接收到的图像质量能达到演播室水平(4)音响效果好音响效果好具有具有CD级音质效果，可支持级音质效果，可支持5.1环绕立体声家庭影院环绕立体声家庭影院(5)可开展基于可开展基于TV的交互式数据业务的交互式数据业务包包括括电电视视购购物物、电电视视银银行行、电电视视商商务务、电电视视
23、游游戏戏、点点播播电电视视等业务等业务 265.4 数字视频及应用什么是点播电视什么是点播电视(VOD)？nVOD（点播电视）指用户可以自己选择观看须要的电视节目，（点播电视）指用户可以自己选择观看须要的电视节目，变更了电视台播什么用户只能看什么的电视收看模式变更了电视台播什么用户只能看什么的电视收看模式 nVOD的分类（按响应方式）：的分类（按响应方式）：nTrue VOD：点播要求随时都会得到响应：点播要求随时都会得到响应nNear VOD：点播要求只能在特定时刻才会得到响应：点播要求只能在特定时刻才会得到响应用用 户户接入网接入网宽宽 带带广域网广域网交换器交换器LAN 家庭用户家庭用户
24、单位用户单位用户视频视频服务器服务器28.8-128 kb/s 10-100Mb/s分配服务器分配服务器和和/或或智能部件智能部件网网管管工作站工作站节目制作中心节目制作中心VOD系统组成的示意图系统组成的示意图275.4 数字视频及应用小结：为什么运用数字视频？小结：为什么运用数字视频？n数字视频易于运用计算机编辑、修改和处理数字视频易于运用计算机编辑、修改和处理n数字视频有利于存储和复制，复制不会产生失真数字视频有利于存储和复制，复制不会产生失真n数字视频有利于传输数字视频有利于传输(节约频率资源，抗干扰实力强节约频率资源，抗干扰实力强)n数字视频可以通过计算机网传输数字视频可以通过计算机网传输n用户接收的数字图像质量更好用户接收的数字图像质量更好(可达演播室水平可达演播室水平)n数字视频简洁与其它媒体（声音、文字等）组合运用数字视频简洁与其它媒体（声音、文字等）组合运用n数字视频便于进行管理和检索数字视频便于进行管理和检索