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1、视频数据技术视频数据技术第1页，本讲稿共76页 计算机动画和视频源自于静态的图类，将静态的计算机动画和视频源自于静态的图类，将静态的图转变动态画的关键是画的量变和形变。只要将一系图转变动态画的关键是画的量变和形变。只要将一系列形态差异的画，在人眼中按序经过时，人脑中就会列形态差异的画，在人眼中按序经过时，人脑中就会产生动态的感觉。所以动画和视频的创建也必须要考产生动态的感觉。所以动画和视频的创建也必须要考虑符合人类的视觉基本特征和视觉心理特性。纯动画虑符合人类的视觉基本特征和视觉心理特性。纯动画和视频作品一般还需要考虑其他媒体元素的加盟，由和视频作品一般还需要考虑其他媒体元素的加盟，由此带来的
2、问题是如何实现多媒体之间的巧妙配合和超此带来的问题是如何实现多媒体之间的巧妙配合和超大数据量的存取。而如何显示动画数据，则取决于显大数据量的存取。而如何显示动画数据，则取决于显示技术，目前的显示方式主要是模拟视频和数字视频。示技术，目前的显示方式主要是模拟视频和数字视频。第2页，本讲稿共76页6.1 6.1 动画基础动画基础什么是动画？动画大师诺曼什么是动画？动画大师诺曼.麦克拉伦（麦克拉伦（Norman Norman MclarenMclaren）解释说，动画不是）解释说，动画不是“会动的画会动的画”的艺术，的艺术，而是而是“画出来的运动画出来的运动”的艺术。的艺术。6.1.1 6.1.1
3、动画原理动画原理动画是由一系列静态画面，快速按序显示而成。人眼看动画是由一系列静态画面，快速按序显示而成。人眼看到的任何物体，即使它马上消失了，它仍然在人的视觉到的任何物体，即使它马上消失了，它仍然在人的视觉中会停留约中会停留约1/24秒钟，这就是人眼所产生的视觉暂留现秒钟，这就是人眼所产生的视觉暂留现象，如果当一幅画还没有完全在视觉中消失前就立即播象，如果当一幅画还没有完全在视觉中消失前就立即播放出下一幅画，两幅画就自然联系起来，就会给人一种放出下一幅画，两幅画就自然联系起来，就会给人一种流畅的视觉变化效果，人脑中产生的便是物体在动态。流畅的视觉变化效果，人脑中产生的便是物体在动态。因此，电
4、影标准中规定了每秒因此，电影标准中规定了每秒24幀画面的播放速度，其幀画面的播放速度，其原因也就显而易见了。原因也就显而易见了。第3页，本讲稿共76页就动画的画面来讲，所表现的动作并非真实的，而是凭想象设就动画的画面来讲，所表现的动作并非真实的，而是凭想象设计出来的。从动画的制作来讲，动画画面是逐幅绘制的，动画计出来的。从动画的制作来讲，动画画面是逐幅绘制的，动画影像也是用电影胶片或像带以逐幅记录的方式制作的。影像也是用电影胶片或像带以逐幅记录的方式制作的。在动画的制作过程中，重要的是不仅要设计好每张画面，同时在动画的制作过程中，重要的是不仅要设计好每张画面，同时要考虑物体运动的各种因素，包括
5、物体运动的轨迹、方向，以要考虑物体运动的各种因素，包括物体运动的轨迹、方向，以及所需的时间。为了显示物体连续变化的效果，要求上一幅画及所需的时间。为了显示物体连续变化的效果，要求上一幅画面和下一幅画面之间的形态变化不能太大。面和下一幅画面之间的形态变化不能太大。传统的模拟动画的制作需要一个完整的制作班子，包括原作、传统的模拟动画的制作需要一个完整的制作班子，包括原作、脚本、总监督、作画监督、脚本、总监督、作画监督、美术监督、摄影监督、音响监督、美术监督、摄影监督、音响监督、演出、人物设定、机械设定、设计稿、原画、作监、背景、动演出、人物设定、机械设定、设计稿、原画、作监、背景、动画、动检、色指
6、定、描上、总校、拍摄、编集和配音。画、动检、色指定、描上、总校、拍摄、编集和配音。而数字动画的制作在时间和质量上都是令人称道的。通过计算而数字动画的制作在时间和质量上都是令人称道的。通过计算机的各种多媒体软件可方便且快速地完成角色的创建，然后利机的各种多媒体软件可方便且快速地完成角色的创建，然后利用动画编辑软件实现动画脚本的制作。用动画编辑软件实现动画脚本的制作。第4页，本讲稿共76页6.1.2 6.1.2 动画类型动画类型动画有许多种类，可从不同的角度将其分类。按动画制动画有许多种类，可从不同的角度将其分类。按动画制作技术和手段可分为手工绘制和计算机动画。按照计算作技术和手段可分为手工绘制和
7、计算机动画。按照计算机动画实现的方式可分为帧动画和造型动画。按动作的机动画实现的方式可分为帧动画和造型动画。按动作的表现形式可分为表现形式可分为“完善动画完善动画”和简化的和简化的“局限动画局限动画”。按空间视觉效果可分为二维动画和三维动画。按播放进按空间视觉效果可分为二维动画和三维动画。按播放进行方式可分为顺序动画和交互动画。本节主要讨论计算行方式可分为顺序动画和交互动画。本节主要讨论计算机实现方法和空间视觉效果。机实现方法和空间视觉效果。第5页，本讲稿共76页帧动画和造型动画帧动画和造型动画帧动画（帧动画（FrameFrame）由图形或画像序列构成，序列中的每）由图形或画像序列构成，序列中
8、的每幅静态图像称为一个幅静态图像称为一个“帧帧”。帧动画可以分为逐帧动画。帧动画可以分为逐帧动画和补间动画。在逐帧动画中，每一个帧上都有可编辑的和补间动画。在逐帧动画中，每一个帧上都有可编辑的角色对象，设计者可以分别进行修改。而在补间动画中，角色对象，设计者可以分别进行修改。而在补间动画中，只需要设计者在一个表演时间段的两端分别给出两个角只需要设计者在一个表演时间段的两端分别给出两个角色对象，表示运动物体的初始和终结状态画面，动画制色对象，表示运动物体的初始和终结状态画面，动画制作软件就可通过一定的算法计算并生成自然、平滑的中作软件就可通过一定的算法计算并生成自然、平滑的中间帧，从而产生细腻的
9、动画效果。间帧，从而产生细腻的动画效果。第6页，本讲稿共76页造型动画（造型动画（ObjectObject）也被称为对象动画。造型就是利用三）也被称为对象动画。造型就是利用三维软件创造三维形体。建立复杂的形体有三种造型技术：维软件创造三维形体。建立复杂的形体有三种造型技术：1 1 组合技术组合技术：先要绘出基本的几何形体，再将它们变成需要的形状，：先要绘出基本的几何形体，再将它们变成需要的形状，然后通过不同的方法将它们组合在一起。然后通过不同的方法将它们组合在一起。2 2 拓展技术拓展技术：先创造出二维轮廓，再将其拓展到三维空间。：先创造出二维轮廓，再将其拓展到三维空间。3 3 放样技术放样技
10、术：先创造出一系列二维轮廓，用来定义形体的骨架，再：先创造出一系列二维轮廓，用来定义形体的骨架，再将几何表面附于其上，从而建立立体图形。将几何表面附于其上，从而建立立体图形。制作造型动画时，制作造型动画时，首先要分别对动画中的每个对象进行特征设计，然后再由这些首先要分别对动画中的每个对象进行特征设计，然后再由这些具有个性化的对象组成完整的动画画面。经过特征设计的对象，必须按照一定具有个性化的对象组成完整的动画画面。经过特征设计的对象，必须按照一定的要求经过实时转换后才能形成连续的动画。在电影特技中，为了得到比较真的要求经过实时转换后才能形成连续的动画。在电影特技中，为了得到比较真实的感觉，虚拟
11、角色的造型可以通过基于物理的动画，实的感觉，虚拟角色的造型可以通过基于物理的动画，例如真实演员可以身带与例如真实演员可以身带与计算机相连的传感设备（如传感衣、传感手套等）去完成一系列动作，这些动作通计算机相连的传感设备（如传感衣、传感手套等）去完成一系列动作，这些动作通过计算机软件接收后就可作为虚拟角色的动作造型。过计算机软件接收后就可作为虚拟角色的动作造型。因此，完成动画至少绘图、造型、动画三个步步骤，动画就是使因此，完成动画至少绘图、造型、动画三个步步骤，动画就是使各种造型运动起来，制作人员所要做的是定义关键帧或对象造型，动各种造型运动起来，制作人员所要做的是定义关键帧或对象造型，动画的中
12、间态交给计算机去计算完成。画的中间态交给计算机去计算完成。第7页，本讲稿共76页二维动画和三维动画二维动画和三维动画二维动画二维动画2D2D的图像设计只局限于平面，缺乏立体感，对的图像设计只局限于平面，缺乏立体感，对诸如光、影、景深、景浅要求不高，所以制作也比较简诸如光、影、景深、景浅要求不高，所以制作也比较简单。单。三维动画三维动画3D3D的图像设计强调空间概念，配上真实色彩和的图像设计强调空间概念，配上真实色彩和3D3D虚拟环境，动画效果将显得相当逼真。实质上，虚拟环境，动画效果将显得相当逼真。实质上，3D3D动动画是基于计算机特殊的画是基于计算机特殊的3D3D动画软件给出的一个虚拟的三动
13、画软件给出的一个虚拟的三维空间，通过创建物体的模型，把模型放在这个虚拟的维空间，通过创建物体的模型，把模型放在这个虚拟的三维空间，配上灯光效果，然后赋予对象以动态效果和三维空间，配上灯光效果，然后赋予对象以动态效果和质感效果。从某种角度来说，三维动画的创作有点类似质感效果。从某种角度来说，三维动画的创作有点类似于于实际工作中实际工作中的雕刻，摄影，布景设计及舞台灯光等综的雕刻，摄影，布景设计及舞台灯光等综合使用，所以在虚拟的三维环境中的合使用，所以在虚拟的三维环境中的工作重点工作重点也就是要也就是要控制各种组合、光线和三维对象。控制各种组合、光线和三维对象。第8页，本讲稿共76页6.2 6.2
14、 视频基础视频基础6.2.1 模拟电视信号模拟电视信号1黑白电视信号黑白电视信号 模拟视频图像扫描方式有隔行扫描和非隔行扫描之分。黑白电视和彩色电视都用隔行扫描，而计算机显示图像时一般都采用非隔行扫描（逐行扫描）。非隔行扫描非隔行扫描：电子束从显示屏的左上角一行接一行的扫到右下角，在显示屏上扫一遍就显示一幅完整的图像。隔行扫描隔行扫描：电子束扫完第1行后回到第3行开始的位置接着扫，然后在第5、7、行上扫，直到最后一行；奇数行扫完后接着扫偶数行，这样就完成了一帧（frame）的扫描。隔行扫描的一帧图像由两部分组成：一部分是由奇数行组成，称奇数场；另一部分是由偶数行组成，称为偶数场，两场合起来组成
15、一帧。第9页，本讲稿共76页 每秒钟扫描多少行称为行频行频fH；每秒钟扫描多少场称为场频场频ff；每秒扫描多少帧称帧频帧频fF。采用隔行扫描 的优点：所占用的信号传输带宽要减少一半；我国的电视画面传输率是每秒25帧、50场。25Hz的帧频能以最少的信号容量有效地满足人眼的视觉残留特性；隔行扫描使人眼不易觉察出闪烁，同时也解决了信号带宽的问题。由于我国的电网频率是50Hz，采用50Hz的场刷新率可以有效的去掉电网信号的干扰。第10页，本讲稿共76页2彩色电视信号彩色电视信号 黑白电视只传送一个反映景物亮度的电信号就行了，而彩色电视除了传送亮度信号以外还要传送色度信号。为使电视台发射一种彩色电视信
16、号，黑白和彩色电视都能正常工作，黑白电视与彩色电视的兼容是个重要问题。实现黑白和彩色信号兼容：实现黑白和彩色信号兼容：1.必须使亮度和色度信号分开传送，以便使黑白电视和彩色电必须使亮度和色度信号分开传送，以便使黑白电视和彩色电视能够分别重现黑白和彩色图像；视能够分别重现黑白和彩色图像；2.应尽量压缩彩色电视信号的频带宽度，使其与黑白电视信号应尽量压缩彩色电视信号的频带宽度，使其与黑白电视信号的带宽相同；的带宽相同；3.除了新设置的色同步信号以外，应采用与黑白电视信号完全除了新设置的色同步信号以外，应采用与黑白电视信号完全一致的行、场扫描以及消隐、同步等控制信号。一致的行、场扫描以及消隐、同步等
17、控制信号。第11页，本讲稿共76页 采用YUV空间还可以充分利用人眼对亮度细节敏感而对彩色细节迟钝的视觉特性，大大压缩色度信号的带宽。我国规定的亮度信号带宽为6MHz，而色度信号U、V的带宽分别仅为1.3MHz。在现代彩色电视系统中，通常采用YUV彩色空间或YIQ彩色空间，Y为亮度信号，它可以与黑白全电视信号兼容，而U、V是色差信号。为了解决信号频带的兼容问题，还必须采用间插的方法把两个1.3MHz的色度信号频谱插在亮度信号频谱的高端，这是因为亮度信号的频谱高端信号较弱，而且间隔较大。这样既不增加6MHz的带宽，又不会引起亮度和色度信号的混乱。这种方式称为频谱的交错。为了与声音载频相区分，一般
18、称色信号在亮度信号频谱高端的中心位置为彩色副载波或简称为副载波。我国彩色电视的副载波频率为4.43MHz。色度C信号的总带宽为2.6MHz，可以保证色度信号频谱都落在亮度带宽之内，如图。第12页，本讲稿共76页对于数字电子多媒体领域来说，我们经常接触到的色彩空间的概念，主要是RGB,YUV这两种（实际上，这两种体系包含了许多种具体的颜色表达方式和模型，如sRGB,Adobe RGB,YUV422,YUV420）,RGB是按三基色加光系统的原理来描述颜色，而YUV则是按照 亮度，色差的原理来描述颜色。对于YUV模型，实际上很多时候，我们是把它和YIQ/YCrCb模型混为一谈的。实际上,YUV模型
19、用于PAL制式的电视系统，Y表示亮度，UV并非任何单词的缩写。YIQ模型与YUV模型类似，用于NTSC制式的电视系统。YIQ颜色空间中的I和Q分量相当于将YUV空间中的UV分量做了一个33度的旋转。YCbCr颜色空间是由YUV颜色空间派生的一种颜色空间，主要用于数字电视系统中。从RGB到YCbCr的转换中，输入、输出都是8位二进制格式。6.2.2 动态视频的颜色空间动态视频的颜色空间第13页，本讲稿共76页 UV/CbCr信号实际上就是蓝色差信号和红色差信号，进而言之，实际上一定程度上间接的代表了蓝色和红色的强度 我们在数字电子多媒体领域所谈到的YUV格式，实际上准确的说，是以YcrCb色彩空
20、间模型为基础的具有多种存储格式的一类颜色模型的家族（包括YUV444/YUV422/YUV420/YUV420P等等）。并不是传统意义上用于PAL制模拟电视的YUV模型。这些YUV模型的区别主要在于UV数据的采样方式和存储方式，这里就不详述。YUV编码只占用极少的带宽（RGB要求三个独立的视频信号同时传输），可以优化彩色视频信号的传输。由于亮度信号是单独传输的，所以可兼容黑白电视。第14页，本讲稿共76页 在视频播放设备、投影机、电视机和其他显示设备中，通常有在视频播放设备、投影机、电视机和其他显示设备中，通常有复合视频、复合视频、S-VideoS-Video和分量视频和分量视频3 3种接口。
21、种接口。复合视频信号复合视频信号:NTSCNTSC和和PALPAL彩色视频信号是这样构成的彩色视频信号是这样构成的-首先有一个基首先有一个基本的黑白视频信号，然后在每个水平同步脉冲之后，加入一个颜色脉冲和一本的黑白视频信号，然后在每个水平同步脉冲之后，加入一个颜色脉冲和一个亮度信号。因为彩色信号是由多种数据个亮度信号。因为彩色信号是由多种数据“叠加叠加”起来的，故称之为起来的，故称之为“复合复合视频视频”。从全电视信号中分离出伴音后的视频信号，这时的色度信号还是间。从全电视信号中分离出伴音后的视频信号，这时的色度信号还是间插在亮度信号的高端。由于复合视频的亮度和色度是间插在一起的，在信号插在亮
22、度信号的高端。由于复合视频的亮度和色度是间插在一起的，在信号重放时很难恢复完全一致的色彩。这种信号一般可通过电缆输入或输出到家重放时很难恢复完全一致的色彩。这种信号一般可通过电缆输入或输出到家用录像机上，其信号带宽较窄，一般只有水平用录像机上，其信号带宽较窄，一般只有水平240240线左右的分分辨率。线左右的分分辨率。分量视频分量视频:指的是亮度Y、色差U和V分别是3路模拟信号，它们通过3路导线传送并记录在模拟磁带的3路磁迹上。分量视频由于其具有很宽的频带，可以提供最高质量及最精确的色彩重放。第15页，本讲稿共76页S S Video:Video:则是一种信号质量高的视频接口，它取消了信号叠加
23、的方法，可则是一种信号质量高的视频接口，它取消了信号叠加的方法，可有效避免一些无谓的质量损失。它的有效避免一些无谓的质量损失。它的 功能是将功能是将RGBRGB三原色和亮度进行分离处三原色和亮度进行分离处理理,把亮度和色度信号分成两路独立的模拟信号，用两路导线分别传输并可以把亮度和色度信号分成两路独立的模拟信号，用两路导线分别传输并可以分别记录在模拟磁带的两路磁迹上。分别记录在模拟磁带的两路磁迹上。S-Video S-Video是一种两分量的视频信号，是一种两分量的视频信号，它将两个色差信号它将两个色差信号U U、V V合并的彩色信号合并的彩色信号C C，并以，并以Y/CY/C格式进行记录。这
24、种信格式进行记录。这种信号不仅其亮度和色度都具有较宽的带宽，而且由于亮度和色度分开传输，可号不仅其亮度和色度都具有较宽的带宽，而且由于亮度和色度分开传输，可以减少其互相干扰，水平分解率可达以减少其互相干扰，水平分解率可达420420线，它的特点是信号质量较高。线，它的特点是信号质量较高。RGB:许多显示设备中都使用了红（许多显示设备中都使用了红（R R）、绿（）、绿（G G）、蓝（）、蓝（B B）三原）三原色图像，利用色图像，利用RGBRGB三原色的信号强度来记录和表述图像信息。计三原色的信号强度来记录和表述图像信息。计算机与显示设备连接也使用算机与显示设备连接也使用RGBRGB接口，其中通过
25、接口，其中通过RGBRGB三根信号线三根信号线分别传输图像信号。分别传输图像信号。第16页，本讲稿共76页6.2.3 6.2.3 彩色空间变换彩色空间变换由于许多广播标准，如欧洲的由于许多广播标准，如欧洲的PALPAL和北美的和北美的NTSCNTSC电视系统，都采用电视系统，都采用亮度和色差视频信号。因此需要一种机制进行不同色彩格式间的转亮度和色差视频信号。因此需要一种机制进行不同色彩格式间的转换，这也称为色彩空间变换。为了将彩色图像按亮度和颜色分别处换，这也称为色彩空间变换。为了将彩色图像按亮度和颜色分别处理，就要把理，就要把RGBRGB空间表示的彩色图像变换到其他彩色空间。空间表示的彩色图
26、像变换到其他彩色空间。目前采用的彩色空间变换有三种：目前采用的彩色空间变换有三种：YIQ YIQ、YUVYUV和和YCrCbYCrCb。每种变换使。每种变换使用的参数是为了适应某种类型的显示设备。例如，用的参数是为了适应某种类型的显示设备。例如，YIQYIQ用于用于NTSCNTSC彩彩色电视制式，色电视制式，YUVYUV用于用于PALPAL制和制和SECAMSECAM彩色电视制式，而彩色电视制式，而YCrCbYCrCb用于连用于连接在计算机上的显示器。接在计算机上的显示器。第17页，本讲稿共76页在在YUVYUV模型中，模型中，Y Y表示亮度，表示亮度，U U、V V是构成彩色的两个分量。考虑
27、人的视觉系统和是构成彩色的两个分量。考虑人的视觉系统和阴极射线管的非线性特性，阴极射线管的非线性特性，YUV YUV 和和RGBRGB的对应关系近似换算式如下：的对应关系近似换算式如下：Y=0.299R+0.587G+0.114BY=0.299R+0.587G+0.114BU=-0.147R-0.289G+0.436BU=-0.147R-0.289G+0.436BV=0.615R-0.515G-0.100BV=0.615R-0.515G-0.100BYIQYIQ与与RGBRGB彩色空间变换所对应关系表示如下：彩色空间变换所对应关系表示如下：Y=0.299R+0.587G+0.114BY=0.2
28、99R+0.587G+0.114BI=0.596R-0.275G-0.321BI=0.596R-0.275G-0.321BQ=0.212R-0.523G+0.311BQ=0.212R-0.523G+0.311B用用YUVYUV或或YIQYIQ模型来表示彩色图像的优点是亮度信号模型来表示彩色图像的优点是亮度信号Y Y和色差信号和色差信号UV(UV(或或IQ)IQ)是相互独立的，可对是相互独立的，可对Y Y、U U和和V V三种图像信号单独进行编三种图像信号单独进行编辑和编码。辑和编码。第18页，本讲稿共76页所以彩色所以彩色模拟视频模拟视频采用的是加色（三色叠加）信号，首先要把彩色图采用的是加色
29、（三色叠加）信号，首先要把彩色图像分解为像分解为R R、G G、B B三原色。图像的传输信号可以是单色信号和复合三原色。图像的传输信号可以是单色信号和复合信号。单色信号传输即分别传输信号。单色信号传输即分别传输R R、G G、B B三原色信号，同时加上视三原色信号，同时加上视频同步信号，在接收端合成显示信号。频同步信号，在接收端合成显示信号。在采用在采用8 8位颜色的数字电视系统中，亮度定义为位颜色的数字电视系统中，亮度定义为1616至至235235，色度，色度CbCb和和CrCr信号的取值范围为信号的取值范围为1616至至240240，其中，其中128128与与0 0相等。相等。YCrCbY
30、CrCb和和RGBRGB色彩空间的转换关系如下：色彩空间的转换关系如下：R=1.164(Y-16)+1.596(Cr-128)R=1.164(Y-16)+1.596(Cr-128)G=1.164(Y-16)-0.813(Cr-128)-0.392(Cb-128)G=1.164(Y-16)-0.813(Cr-128)-0.392(Cb-128)B=1.164(Y-16)+1.596(Cr-128)B=1.164(Y-16)+1.596(Cr-128)其中其中RGBRGB是伽马（是伽马（GammaGamma）校正）校正RGBRGB数值。由于数值。由于CRTCRT显示器在信号幅度和输出显示器在信号幅
31、度和输出强度间是非线性关系，通过伽马校正信号可使它们之间的关系转为线性化。强度间是非线性关系，通过伽马校正信号可使它们之间的关系转为线性化。第19页，本讲稿共76页6.2.4 6.2.4 视频显示和格式视频显示和格式 电视机和计算机显示器的阴极射线管（电视机和计算机显示器的阴极射线管（CRTCRT），使用），使用3 3个个电子枪分别产生红、绿和蓝三种波长的光，在彩色显像管电子枪分别产生红、绿和蓝三种波长的光，在彩色显像管上又使用了红、绿、蓝这三种磷光材料发光合成彩色，这上又使用了红、绿、蓝这三种磷光材料发光合成彩色，这样就需要把用样就需要把用YUVYUV或或YIQYIQ表示的图像信号转换成用表
32、示的图像信号转换成用RGBRGB表示的表示的图像信号才能显示。图像信号才能显示。模拟视频信号模拟视频信号模拟视频信号模拟视频信号通过光栅扫描的方法显示在屏幕上。通过一定的通过光栅扫描的方法显示在屏幕上。通过一定的扫描行数和速度，在屏幕上从上到下进行扫描，从而产生图像扫描行数和速度，在屏幕上从上到下进行扫描，从而产生图像的集合信号。动态的视频图像就是连续显示的不同扫描图像。的集合信号。动态的视频图像就是连续显示的不同扫描图像。获取模拟视频图像的设备可以是模拟或数字的显示设备。所不获取模拟视频图像的设备可以是模拟或数字的显示设备。所不同的是，使用数字显示设备时，必须要经过模同的是，使用数字显示设备
33、时，必须要经过模/数转换。数转换。模拟视频模拟视频模拟视频模拟视频的常用格式有专用格式的的常用格式有专用格式的 Betacam SP Betacam SP，家用格式的，家用格式的 VHSVHS、8mm 8mm 和和 Hi8 Hi8 等。等。第20页，本讲稿共76页BetacamSP：专业格式比其他格式的分辨率更高，而专业格式比其他格式的分辨率更高，而噪声最少，但价格高。噪声最少，但价格高。VHSVHS：使用使用12mm12mm带宽的录影带。水平解像度为带宽的录影带。水平解像度为280-280-300300线。因为是线。因为是12mm12mm带宽的录影带，也有人称之为带宽的录影带，也有人称之为V
34、12V12。8mm8mm：也称为也称为 V8 V8。因为所使用的录影带为。因为所使用的录影带为8mm8mm的带宽的带宽所致，全名为所致，全名为Video8Video8简称简称V8V8。水平解像度为。水平解像度为270270线。线。Hi8Hi8：Hi8Hi8与与V8V8同为使用同为使用8mm8mm带宽的录影带，但是水平带宽的录影带，但是水平解像度为解像度为400400线。线。第21页，本讲稿共76页6.2.5 6.2.5 模拟视频标准模拟视频标准模拟视频模拟视频的标准也称为的标准也称为电视制式电视制式电视制式电视制式，目前流行的模拟彩色电，目前流行的模拟彩色电视有三大制式，即视有三大制式，即PA
35、LPAL制、制、NTSCNTSC制和制和SECAMSECAM制。美、日、加制。美、日、加拿大等国采用是拿大等国采用是NTSCNTSC制。德、英、西欧等国采用是制。德、英、西欧等国采用是PALPAL制，制，我国也采用我国也采用PALPAL制。法、俄等国采用的是制。法、俄等国采用的是SECAMSECAM制。制。由于电视频道的带宽是有限的，因此，由于电视频道的带宽是有限的，因此，模拟电视调谐器模拟电视调谐器模拟电视调谐器模拟电视调谐器接收模拟电视信号接收模拟电视信号接收模拟电视信号接收模拟电视信号时，无论是哪一种制式，都要使两个时，无论是哪一种制式，都要使两个色差信号调制到某个副载波频率上，采用频谱
36、搬移的方色差信号调制到某个副载波频率上，采用频谱搬移的方法法将许多不同频率的高频电视信号变换成一个固定的中将许多不同频率的高频电视信号变换成一个固定的中将许多不同频率的高频电视信号变换成一个固定的中将许多不同频率的高频电视信号变换成一个固定的中频输出频输出频输出频输出，然后与然后与Y Y信号共频带传送。信号共频带传送。第22页，本讲稿共76页NTSC NTSC 视频视频 NTSCNTSC（美国国家电视标准委员会，（美国国家电视标准委员会，National Television Standards National Television Standards CommitteeCommittee）
37、是）是19521952年定义的彩色电视广播标准，称为正交平衡调幅制式。年定义的彩色电视广播标准，称为正交平衡调幅制式。NTSCNTSC采用的是采用的是YIQYIQ彩色空间，鉴于人眼难于分辨蓝、品红间的颜色细节和容易彩色空间，鉴于人眼难于分辨蓝、品红间的颜色细节和容易分辨红、黄间的颜色细节这个特点，采用蓝、品红间色差信号分辨红、黄间的颜色细节这个特点，采用蓝、品红间色差信号Q Q和和 红、黄间红、黄间的色差信号的色差信号I I去代替蓝、红两个色差信号。去代替蓝、红两个色差信号。NTSCNTSC制首先是将制首先是将Q Q和和I I这两个色差信号（其频率为这两个色差信号（其频率为3.58MHz3.5
38、8MHz、相位分别为、相位分别为00及及9090的副载波信号）进行正交平衡调幅，然后将亮度信号的副载波信号）进行正交平衡调幅，然后将亮度信号Y Y和调制后的色度信号混合，再加和调制后的色度信号混合，再加上复合同步、复合消隐及色同步等辅助信号，结果产生彩色复合全电视信号上复合同步、复合消隐及色同步等辅助信号，结果产生彩色复合全电视信号CVBSCVBS去调去调制发射机，在接收端可利用同步检波的方法恢复这两个色差信号。制发射机，在接收端可利用同步检波的方法恢复这两个色差信号。NTSCNTSCNTSCNTSC标准标准标准标准规定视频源每秒钟需要发送规定视频源每秒钟需要发送3030幅完整的图像，每个帧的
39、总行幅完整的图像，每个帧的总行数只有数只有525525。为了避免出现严重的闪烁现象，采用隔行扫描法。将每一帧均分。为了避免出现严重的闪烁现象，采用隔行扫描法。将每一帧均分为两个场，每场的扫描行数为为两个场，每场的扫描行数为262.5262.5行。一部分全是奇数行，另一部分则全是行。一部分全是奇数行，另一部分则全是偶数行。显示的时候，先扫描奇数行，再扫描偶数行，就可以有效地改善图像偶数行。显示的时候，先扫描奇数行，再扫描偶数行，就可以有效地改善图像显示的稳定性。所以其帧频为显示的稳定性。所以其帧频为30Hz30Hz，场扫描频率是，场扫描频率是60Hz60Hz。第23页，本讲稿共76页NTSC彩色
40、电视制式彩色电视制式 具有如下的扫描特性：（1）525行/帧，30帧/秒（29.97fps,33.37ms/frame）。（2）高宽比：电视画面的长宽比（电视为4:3；电影为3:2；高清晰度电视为16:9）。（3）隔行扫描：一帧分成2场（field），262.5线/场。（4）在每场的开始部分保留20扫描线作为控制信息，因此只有485条线的可视数据。Laser disc约420线，S-VHS约320线。（5）每行63.5微秒，水平回扫时间10微秒（包含5微秒的水平同步脉冲），所以显示时间是53.5微秒。（6）颜色模型：YIQ。第24页，本讲稿共76页PAL PAL 视频视频 PAL PAL（逐行
41、倒相，（逐行倒相，Phase Alternate LinePhase Alternate Line）是）是19621962年德国年德国制定的彩色电视广播标准，也称为逐行倒相正交平衡调幅制。制定的彩色电视广播标准，也称为逐行倒相正交平衡调幅制。PALPAL制式采用制式采用YUVYUV颜色模型，它首先是将颜色模型，它首先是将U U和和V V这两个色差信号这两个色差信号（其频率为（其频率为4.43MHz4.43MHz、相位分别为、相位分别为00及及9090的副载波信号）的副载波信号）进行正交平衡调幅，如色差信号进行正交平衡调幅，如色差信号V V对副载波进行平衡调幅时，对副载波进行平衡调幅时，一行为一
42、行为9090，另一行为，另一行为-90-90。PALPAL制改善了制改善了NTSCNTSC制对于相位制对于相位的敏感性，从而减小了由于相位变化所引起的色调失真。的敏感性，从而减小了由于相位变化所引起的色调失真。根据不同的参数细节，根据不同的参数细节，PALPAL制式还可分为制式还可分为G G、I I、D D等制式，等制式，我国使用我国使用PAL-DPAL-D制式，该彩色电视制式规定视频源每秒钟需要制式，该彩色电视制式规定视频源每秒钟需要发送发送2525幅完整的图像，每个帧的总行数为幅完整的图像，每个帧的总行数为625625，也采用隔行扫，也采用隔行扫描法，每一场的扫描行数为描法，每一场的扫描行
43、数为312.5312.5行。所以其帧频为行。所以其帧频为25Hz25Hz，场，场扫描频率是扫描频率是50Hz50Hz。第25页，本讲稿共76页扫描特性：（1）625行（扫描线）/帧，25帧/秒（40ms/帧）。（2）高宽比（aspect ratio）：4:3。（3）隔行扫描，2场/帧，312.5行/场。（4）颜色模型：YUV。第26页，本讲稿共76页SECAM SECAM SECAM SECAM 视频视频视频视频SECAMSECAMSECAMSECAM（顺序传送彩色与存储（顺序传送彩色与存储SEquential Couleur Avec SEquential Couleur Avec Memo
44、ireMemoire）是法国采用的一种电视制式。）是法国采用的一种电视制式。19561956年由法国工程年由法国工程师亨利师亨利.弗朗斯于提出，并于弗朗斯于提出，并于19671967年付之实用的兼容性彩色年付之实用的兼容性彩色电视制式。电视制式。SECAMSECAM制式是色差信号对副载波信号进行调频，而两个色差制式是色差信号对副载波信号进行调频，而两个色差信号信号R-YR-Y和和B-YB-Y是逐行轮换传送的方式，又称为顺序传送与存是逐行轮换传送的方式，又称为顺序传送与存储复用调频制。在信号传输过程中，亮度信号每行都传送，储复用调频制。在信号传输过程中，亮度信号每行都传送，而两个色差信号则是逐行
45、依次传送，在接收端可利用延迟线而两个色差信号则是逐行依次传送，在接收端可利用延迟线将收到的信号延迟一行，使每一行所传送的色差被使用两次，将收到的信号延迟一行，使每一行所传送的色差被使用两次，用来弥补了每行中缺少的另一个色差信号。这种利用行错开用来弥补了每行中缺少的另一个色差信号。这种利用行错开传输时间的办法，可以避免同时传输时所产生的串色以及由传输时间的办法，可以避免同时传输时所产生的串色以及由其造成的彩色失真。其造成的彩色失真。SECAM制式也采用隔行扫描法，其帧频和场频与制式也采用隔行扫描法，其帧频和场频与PAL-D制制式相同。式相同。第27页，本讲稿共76页有如下的扫描特性：（1）625
46、行（扫描线）/帧，25帧/秒（40ms/帧）。（2）高宽比：4:3。（3）隔行扫描，2场/帧，312.5行/场。（4）颜色模型：YUV。第28页，本讲稿共76页三种电视制式的区别三种电视制式的区别在这三种制式中，在这三种制式中，NTSCNTSCNTSCNTSC制式最早研究成功，制式最早研究成功，PALPAL制式和制式和SECAMSECAM制式分别针对制式分别针对NTSCNTSCNTSCNTSC制式的缺点而提出的改进制式。制式的缺点而提出的改进制式。制式的主要区别在于其帧频不同、分辨率不同、信号的带制式的主要区别在于其帧频不同、分辨率不同、信号的带宽不同、可载频率不同或色彩空间的转换关系不同。宽
47、不同、可载频率不同或色彩空间的转换关系不同。表表6-16-1列出了三种电视制式的主要技术指标。列出了三种电视制式的主要技术指标。第29页，本讲稿共76页电视信号数字化电视信号数字化 常用的方法有两种：常用的方法有两种：（1）先先用用高高速速模模/数数转转换换器器对对彩彩色色全全电电视视信信号号进进行行数数字字化化，然然后后在在数数字字域域中中进进行行分分离离亮亮度度和和色色度度，以以获获得得所所希希望望的的YUV（PAL，SECAM制制）分分量量或或YIQ（NTSC制制）分分量量，最最后转换成后转换成RGB分量数据。此种方法称为复合数字化。分量数据。此种方法称为复合数字化。（2）从复合彩色电视
48、图像中分离出彩色分量的亮度和色度，得到）从复合彩色电视图像中分离出彩色分量的亮度和色度，得到YUV或或YIQ分量，然后用分量，然后用3个模个模/数转换器对数转换器对3个分量分别进行数字化，最个分量分别进行数字化，最后再转换成后再转换成RGB空间，此种方法称为分量数字化。空间，此种方法称为分量数字化。第30页，本讲稿共76页 数字视频数字视频数字视频数字视频（Digital Video-DVDigital Video-DV）是定义压缩图像和声音）是定义压缩图像和声音数据记录及回放过程的标准。数字视频的特点数据记录及回放过程的标准。数字视频的特点 影像质量好、影像质量好、音响效果好、设备价格较低、
49、不会导致制作过程的质量损音响效果好、设备价格较低、不会导致制作过程的质量损失、不需要视频捕捉卡和帧同步卡，捕捉和录制是实时的。失、不需要视频捕捉卡和帧同步卡，捕捉和录制是实时的。大部分数码摄像机都能通过大部分数码摄像机都能通过 FireWire(IEEE 1394)FireWire(IEEE 1394)接口与计算机相连，可以实时录像并能进行快速的数据传接口与计算机相连，可以实时录像并能进行快速的数据传输。输。6.3 6.3 数字视频数字视频6.3.1 6.3.1 数字视频概述数字视频概述第31页，本讲稿共76页模拟视像设备中的视频信号是模拟信号，如果要将模拟视模拟视像设备中的视频信号是模拟信号
50、，如果要将模拟视像设备中的模拟视频信号转变为数字视频信号，就需要通像设备中的模拟视频信号转变为数字视频信号，就需要通过视频卡的处理。过视频卡的处理。模拟摄像机就是最常见的模拟视像设备模拟摄像机就是最常见的模拟视像设备，我们要从模拟摄像机中获取数字视频的话，一般是先将视我们要从模拟摄像机中获取数字视频的话，一般是先将视频源影像的颜色和亮度信息转变为电信号，再记录到储存频源影像的颜色和亮度信息转变为电信号，再记录到储存介质。然后经过视频捕捉设备的采样、量化和编码，也就介质。然后经过视频捕捉设备的采样、量化和编码，也就是将模拟视频信号通过是将模拟视频信号通过A/DA/D转换器转变为数字的转换器转变为