数字视频及应用

一、基本概念介绍

（一）数字视频

（1） 泛指内容随时间变化的一个图象序列，又叫运动图象或活动图象(motion picture)

（ 2）常见视频：电视、电影、动画等。

（ 3）特点：

①、内容随时间而变化,

②、伴随有与画面动作同步的声音(伴音),

③、人类接受的信息 70%来自视觉, 其中活动图象是信息量最丰富、直观、生动、具体的一种承载信息的 媒体。

④、视频信息的处理是多媒体技术的核心。

（二）电视

 

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 二、数字视频

（一）概念（主要参数）

（1）帧频、帧速率（frame rate）：每秒钟显示多少帧图像，单位是 fps

（2）图像扫描方式：

①、隔行扫描: 逐行扫描将每一帧图像由电子束顺序地一行接着一行连续扫描而成

②、逐行扫描: 隔行扫描把每一帧图像通过两场扫描完成，比隔行扫描更稳定，画面更自然。

（ 3）帧大小：每帧图像的分辨率，即图像宽度 x 图像高度（单位：像素）

（ 4）颜色深度、像素深度：图像中每个像素的二进位数目（单位：bit）

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（二）彩色电视的三种制式

 

①、NTSC：正交平衡调幅制， 美国标准，美国、加拿大等大部分西 半球 国家，以及中国的台湾、日本、韩国、菲律宾等采用这种制式。特点：隔行扫描；525 行/帧, 30 帧/秒；颜色模型：YIQ；存在相位敏感 造成彩色失真的缺点；

②、PAI： 逐行倒相正交平衡调幅制， 德国标准，德国、英国等一些西欧国家，以及中国（

PAI-D）、朝鲜等国家采用这种制式。特点：隔行扫描，625 行(扫描线)/帧，25 帧/秒(40 ms/帧);电影的帧频是 24fps。 彩色电视机信号使用 YUV 颜色模型，Y 表示亮度，U、V 表示色度。 颜色模型：YUV。

③、SECAM：顺序传送彩色与存储制。法国标准，法国、前苏联、东欧和中东等约 65 个国家采用这种制式。

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 （三）我国三种数字视频显示格式

（ 1） 标准清晰电视（ SDTV,表示 576i）

        ①、图像画面的分辨率为 720×576，隔行扫描，帧频为 25 fps，视频流（压缩后）的比特率约为 3Mb/s。

        ②、目前数字有线电视的大部分频道用于播放标准清晰度电视节目，DVD-Video 光盘中的视频大多也是

SDTV 格式。

（ 2） 高清晰电视（HDTV，表示为 1080i）

        ①、分辨率为 1920×1080，隔行扫描（ 1080p 是逐行扫描），帧频为 25 fps，视频流的比特率约为 8Mb/s。

        ②、比标准清晰度电视可以展现更多的影像细节，数字有线电视中高清频道播放的就是 HDTV 节目。

（ 3） 超高清晰度电视（UHDTV,也称为 4K 电视）

        ①、分辨率达 3840×2160 甚至更高，是 HDTV 的 4 倍以上

        ②、近几年 4K 电视机和 LCD 显示器已经成熟，电脑显卡也都支持 4K 显示，就连高端智能手机也能拍摄 4K 视频

        ③、8K（超高清晰度）：分辨率达 7680×4320，每秒 24p、30p 和 60p 帧；即使输入的片源画质不够好， 通过这一技术，可以对其进行燥化、边缘改善、亮度调节等操作，以改善片源画质，在输出时就能够达 到接近 8K 画质的水平。

        ④、10K（超高清晰度电视）：分辨率达 10240X4320, HDMI 2.1 标准支持。

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（四）数字视频的压缩编码

（1）视频数据压缩的必要性：

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时其数据量可超过 1GB，对存储、传输和处 理都有很大的困难

（2）视频数据压缩的可能性：

①、视频信息的每个画面内部有很多信息冗余

②、相邻画面的内容有高度的连贯性

③、人眼的视觉灵敏度有限，允许画面有一定失真

（3）数字视频压缩编码：

①、MPEG-1∶用于 VCD。

②、MPEG-2;用于 DMD、数字有线电视、卫星电视。

③、MPEG-4 AVC:用于互联网或者移动通信环境下传输的标清数字视频、iPhone 等。

④、MPEG-4 ASP:用于监控、MP4 播放器。

⑤、目前流行的数字视频编码国际标准

 

 

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（五）计算机动画

（1）使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， 而不是用摄像机拍摄的“自然视频”

（2）应用领域

①、影视和广告领域：电影特技、动画片、电视广告制作等

②、教育和培训领域：辅助教学、驾驶员训练等

③、科技领域：科学计算可视化，复杂系统的动态模拟

④、军事领域：军事训练、作战模拟等

⑤、游戏

（3） 制作过程：在计算机中建立景物的模型、描述它们的运动、生成一系列逼真的图像。

①、描述景物的形状与结构（建模）

②、确定景物的颜色和材质（纹理）

③、设置灯光和确定虚拟摄像机的位置

④、描述场景中物体的运动和摄像机的移动

⑤、绘制一系列的图像

⑥、输出动画结果

（4） 动画制作的软件

①、加拿大 Alias 公司的 Power animator

②、法国 TDI 公司的 Explore

③、荷兰 ElectroGIG 公司的 3DGO

④、加拿大 Vertigo 公司的 Vertigo

⑤、美国 Wavefront 公司的 Advanced Visualizer

⑥、美国 SGI 公司 Alias 和 Wavefront 公司的 MAYA

⑦、美国 Autodesk 公司 Discreet 公司的 3ds max，Animator Studio

（5）互联网动画格式：GIF 和 Flash。

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（六）数字视频的应用

（1） VCD、DVD 和蓝光

（ 2） 可视电话和视频会议

①、iPad/iPhone 的 FaceTime。

②、微信的视频聊天。

③、QQ 的视频聊天【使用 MPEG-4 AVC（H.264）标准】。

（3） 数字电视、IPTV

①、数字电视清晰度高，抗干扰能力强。

②、在模拟电视机上安装一个数字机顶盒，可收看数字电视。

③、IPTV∶通过互联网传播数字电视（视频）。模拟电视安装 IPTV 机顶盒后可以观看该类视频节目。智能 手机、平板电脑等终端通过视频网站或者客户端也可以收看该类视频节

（4） 视频点播（ VOD）: 将电视的视频和音频压缩后存储在服务器的硬盘上，点播时将额和音频解压后输 出到显示器上，基于 C/S 模式。

①、互联网上视频点播一般都采用流媒体技术，支持视频直播或视频点播。

②、流媒体的特点∶可以边下载边播放。

（5） 视频监控

①、视频监控是为银行、商场、交通管理等建立安全防范系统的重要组成部分。

②、视频监控系统主要是由摄像、传输、控制、显示、录像等部分组成。

③、人工智能特别是计算机视觉（computer vision）技术对于提高监控系统的效用有重大的作用。

13、使用数字视频的意义

①、数字视频易于使用计算机编辑、修改和处理

②、数字视频有利于存储和复制，复制不会产生失真

③、数字视频有利于传输(节省频率资源，抗干扰能力强)

④、数字视频可以通过计算机网传输

⑤、用户接收的数字图像质量更好(可达演播室水平)

⑥、数字视频容易与其它媒体（声音、文字等）组合使用

⑦、数字视频便于进行管理和检索