多媒体技术应用4视频处理技术(陈永强).ppt
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1、多媒体技术应用4视频处理技术(陈永强) Four short words sum up what has lifted most successful Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more. individuals above the crowd: a little bit more. -author -author -date-date第四章第四章 视频处理技术视频处理技术n4 4.1.1视频概述视频概述 4 4.1.1.1.
2、1视频的视觉原理视频的视觉原理 4 4.1.2.1.2模拟视频模拟视频 4 4.1.1.3 3数字视频数字视频n4 4.2 .2 常用视频压缩标准常用视频压缩标准 4 4.2.1.2.1视频压缩原理视频压缩原理 4 4.2.2MPEG .2.2MPEG 4 4.2.3H.26X.2.3H.26Xn4 4.3.3常用视频处理软件常用视频处理软件 4 4.3.1.3.1 Windows Movie MakerWindows Movie Maker 4 4.3.2 .3.2 Adobe PremiereAdobe Premiere第四章第四章 视频处理技术视频处理技术n4.1视频概述视频概述 4.1
3、.1视频的视觉原理视频的视觉原理 4.1.2模拟视频模拟视频 4.1.3数字视频数字视频视觉是人类感知外部世界最重要的途径之一,人类视觉是人类感知外部世界最重要的途径之一,人类接受的所有信息中大约有接受的所有信息中大约有70%70%来自视觉。来自视觉。视觉接受的信息可分为两大类:视觉接受的信息可分为两大类:静止静止的和的和运动运动的。的。相对静止的图形图像,视频所含的信息量更丰富相对静止的图形图像,视频所含的信息量更丰富、更直观、更生动。、更直观、更生动。在多媒体技术中,视频信息的获取和处理无疑占有在多媒体技术中,视频信息的获取和处理无疑占有举足轻重的地位,视频处理技术在目前和将来都举足轻重的
4、地位,视频处理技术在目前和将来都是多媒体应用的一个核心技术。是多媒体应用的一个核心技术。4.1.1视频的视觉原理视频的视觉原理视频与图像是两个既有联系又有区别的概念:视频与图像是两个既有联系又有区别的概念:静止的图片称为静止的图片称为图像图像,运动的图像称为,运动的图像称为视频视频。二者的信源方式不同,图像的输入主要有扫描仪、数二者的信源方式不同,图像的输入主要有扫描仪、数码相机等设备,而视频的输入只能是电视接收机、码相机等设备,而视频的输入只能是电视接收机、摄像机、录像机等可以输入连续图像信号的设备。摄像机、录像机等可以输入连续图像信号的设备。 4.1.1视频的视觉原理视频的视觉原理视频视频
5、就其本质而言,就是其内容随时间变化的一组就其本质而言,就是其内容随时间变化的一组动态图像(每秒动态图像(每秒2525或或3030帧),所以视频又被称为帧),所以视频又被称为运动图像运动图像或或活动图像活动图像。视频信号具有内容随时间而变化和有与画面动作同视频信号具有内容随时间而变化和有与画面动作同步的声音(伴音)两大步的声音(伴音)两大本质特征本质特征。所谓所谓视觉暂留视觉暂留,是指人体的视觉器官在看到的物象,是指人体的视觉器官在看到的物象消失后,仍可暂时保留视觉的印象。消失后,仍可暂时保留视觉的印象。视觉印象在人的眼中大约可保持视觉印象在人的眼中大约可保持0.1s0.1s。如果两个视。如果两
6、个视觉印象之间的时间间隔不超过觉印象之间的时间间隔不超过0.1s0.1s,那么前一个视,那么前一个视觉印象尚未消失,而后一个视觉印象已经产生,觉印象尚未消失,而后一个视觉印象已经产生,并与前一个视觉印象融合在一起,就形成视觉暂并与前一个视觉印象融合在一起,就形成视觉暂留现象。留现象。 动画和电影利用的正是人眼的这一视觉暂留特性。动画和电影利用的正是人眼的这一视觉暂留特性。 4.1.2模拟视频模拟视频电视系统的发展前景是电视系统的发展前景是数字彩色电视数字彩色电视,数字视频的,数字视频的基础是模拟视频,而彩色电视又是在黑白电视的基础是模拟视频,而彩色电视又是在黑白电视的基础上发展起来的。基础上发
7、展起来的。4.1.2模拟视频模拟视频1. 1.电视的基本原理电视的基本原理2.2.电视制式电视制式4.1.2模拟视频模拟视频1. 1.电视的基本原理电视的基本原理电视的基本工作原理为顺序扫描和传输图像信号,然电视的基本工作原理为顺序扫描和传输图像信号,然后在接收端同步再现。主要有后在接收端同步再现。主要有逐行扫描逐行扫描和和隔行扫描隔行扫描两种扫描方式。两种扫描方式。逐行扫描逐行扫描有图像垂直清晰度高,空间处理效果好,有有图像垂直清晰度高,空间处理效果好,有利于电视转换和制式转换,以及改善视频压缩效率利于电视转换和制式转换,以及改善视频压缩效率等优点。等优点。相对隔行扫描而言,逐行扫描主要有码
8、率高,行扫描相对隔行扫描而言,逐行扫描主要有码率高,行扫描频率高和硬件复杂度增大等缺点。频率高和硬件复杂度增大等缺点。4.1.2模拟视频模拟视频1. 1.电视的基本原理电视的基本原理电视系统大都采用电视系统大都采用隔行扫描隔行扫描,因为隔行扫描能节省因为隔行扫描能节省频带,且硬件实现简单。频带,且硬件实现简单。隔行扫描的行集合为场,一帧由两个场组成。一帧隔行扫描的行集合为场,一帧由两个场组成。一帧电视信号称为一个全电视信号,由奇数场行信号电视信号称为一个全电视信号,由奇数场行信号、偶数场行信号及同步信号顺序构成,见图、偶数场行信号及同步信号顺序构成,见图4-2。 4.1.2模拟视频模拟视频1.
9、 1.电视的基本原理电视的基本原理图4-2 隔行扫描一帧信号的合成过程 4.1.2模拟视频模拟视频2.2.电视制式电视制式电视制式电视制式就是用来实现电视图像信号和伴音信号或其他信号就是用来实现电视图像信号和伴音信号或其他信号传输的方法,电视图像的显示格式,以及这种方法和电视传输的方法,电视图像的显示格式,以及这种方法和电视图像显示格式所采用的技术标准。图像显示格式所采用的技术标准。对于对于模拟电视模拟电视,有黑白电视制式、彩色电视制式及伴音制式,有黑白电视制式、彩色电视制式及伴音制式等;等;对于对于数字电视数字电视,有图像信号、音频信号压缩编码格式(信源,有图像信号、音频信号压缩编码格式(信
10、源编码)、编码)、TSTS流(流(Transport StreamTransport Stream)编码格式(信道编码)编码格式(信道编码)、数字信号调制格式及图像显示格式等制式。)、数字信号调制格式及图像显示格式等制式。 4.1.2模拟视频模拟视频2.2.电视制式电视制式为了实现黑白和彩色信号的兼容,色度编码对副载为了实现黑白和彩色信号的兼容,色度编码对副载波的调制有三种不同方法,形成了三种彩色电视波的调制有三种不同方法,形成了三种彩色电视制式:制式:NTSCNTSC制式制式、PALPAL制式制式和和SECAMSECAM制式。制式。4.1.2模拟视频模拟视频2.2.电视制式电视制式1 1)N
11、TSCNTSC制式制式即正交平衡调幅制式,即正交平衡调幅制式,19531953年由美国全国电视标准委员会(年由美国全国电视标准委员会(National Television System CommitteeNational Television System Committee)制定,分为)制定,分为NTST-MNTST-M、NTSC-NNTSC-N等,主要使用国家包括美国、加拿大等,主要使用国家包括美国、加拿大、日本、韩国、菲律宾等。、日本、韩国、菲律宾等。4.1.2模拟视频模拟视频2.2.电视制式电视制式2 2)PALPAL制式制式即正交平衡调幅逐行倒相制式。即正交平衡调幅逐行倒相制式。1
12、9671967年由西德创立,主要使年由西德创立,主要使用国家包括中国、德国、英国、意大利、荷兰等。分为用国家包括中国、德国、英国、意大利、荷兰等。分为PAL-BPAL-B、PAL-IPAL-I、PAL-MPAL-M、PAL-NPAL-N和和PAL-DPAL-D等,中国的电视等,中国的电视播放制式为播放制式为PAL-DPAL-D。4.1.2模拟视频模拟视频2.2.电视制式电视制式3 3)SECAMSECAM制式制式即顺序传送与存储彩色电视系统。即顺序传送与存储彩色电视系统。19661966年由法国研制成功,年由法国研制成功,分为分为SECAM-D/KSECAM-D/K等。主要使用国家包括俄罗斯、
13、前苏联等。主要使用国家包括俄罗斯、前苏联和东欧国家及部分非洲国家。和东欧国家及部分非洲国家。4.1.3数字视频数字视频1. 1.数字视频的特点数字视频的特点2.2.数字视频的发展史数字视频的发展史3.3.数字视频的常用格式数字视频的常用格式4.1.3数字视频数字视频1. 1.数字视频的特点数字视频的特点数字视频是模拟视频数字化的结果。数字视频是模拟视频数字化的结果。 相对模拟视频,数字视频有如下特点相对模拟视频,数字视频有如下特点 :适合网络应用适合网络应用再现性好再现性好便于编辑处理便于编辑处理4.1.3数字视频数字视频2.2.数字视频的发展史数字视频的发展史自自2020世纪世纪4040年代
14、计算机诞生以来,从计算机所能处理的信息年代计算机诞生以来,从计算机所能处理的信息类型这个角度来看,计算机大约经历了以下三个发展阶段类型这个角度来看,计算机大约经历了以下三个发展阶段。 1 1)数值计算阶段)数值计算阶段 2 2)数据处理阶段)数据处理阶段 3 3)多媒体阶段)多媒体阶段 4.1.3数字视频数字视频2.2.数字视频的发展史数字视频的发展史初级阶段初级阶段,其主要特点就是在台式计算机上增加简,其主要特点就是在台式计算机上增加简单的视频功能。单的视频功能。主流阶段主流阶段,数字视频在计算机中得到广泛应用,成,数字视频在计算机中得到广泛应用,成为主流。为主流。高级阶段高级阶段,普通个人
15、计算机进入了成熟的多媒体计,普通个人计算机进入了成熟的多媒体计算机时代。算机时代。4.1.3数字视频数字视频3.3.数字视频的常用格式数字视频的常用格式视频格式可以分为适合本地播放的视频格式可以分为适合本地播放的本地影像视频本地影像视频和适合在网和适合在网络中播放的络中播放的网络流媒体影像视频网络流媒体影像视频两大类。两大类。网络流媒体影像视频的广泛传播性使之正被广泛应用于视频网络流媒体影像视频的广泛传播性使之正被广泛应用于视频点播、网络演示、远程教育、网络视频广告等因特网信息点播、网络演示、远程教育、网络视频广告等因特网信息服务领域。服务领域。4.1.3数字视频数字视频3.3.数字视频的常用
16、格式数字视频的常用格式英文全称为英文全称为Audio Video InterleavedAudio Video Interleaved,即音频,即音频/ /视频交视频交错格式。顾名思义,是将语音和影像同步组合在一起的文错格式。顾名思义,是将语音和影像同步组合在一起的文件格式。件格式。格式是格式是RealNetworksRealNetworks公司开发的一种公司开发的一种新型流式视频文件格式。新型流式视频文件格式。格式是一种由格式是一种由RMRM视频格式升级延伸出的新视频格视频格式升级延伸出的新视频格式,它的先进之处在于式,它的先进之处在于RMVBRMVB视频格式打破了原先视频格式打破了原先RM
17、RM格格式那种平均压缩采样的方式。式那种平均压缩采样的方式。4.1.3数字视频数字视频3.3.数字视频的常用格式数字视频的常用格式即即QuickTimeQuickTime影片格式,它是影片格式,它是AppleApple公司开发的一种公司开发的一种音频、视频文件格式,用于存储常用数字媒体类型。音频、视频文件格式,用于存储常用数字媒体类型。是微软公司是微软公司Windows MediaWindows Media的核心。这是一种包含音的核心。这是一种包含音频、视频、图像以及控制命令脚本的数据格式。频、视频、图像以及控制命令脚本的数据格式。的英文全称为的英文全称为Windows Media Video
18、Windows Media Video,也是微软推,也是微软推出的一种采用独立编码方式,并且可以直接在网上实时观出的一种采用独立编码方式,并且可以直接在网上实时观看视频节目的文件压缩格式。看视频节目的文件压缩格式。第四章第四章 视频处理技术视频处理技术n4.2 常用视频压缩标准常用视频压缩标准 4.2.1视频压缩原理视频压缩原理 4.2.2MPEG 4.2.3H.26X视频压缩标准有视频压缩标准有H.26XH.26X和和MPEGMPEG。比较而言,比较而言,H.26XH.26X仅仅是视频编码的标准,而仅仅是视频编码的标准,而MPEGMPEG既包括视频编码标准,也包括音频编码标既包括视频编码标准
19、,也包括音频编码标准和视音同步标准。准和视音同步标准。4.2.1视频压缩原理视频压缩原理视频压缩的目标是在尽可能保证视觉效果的前提下视频压缩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。减少视频数据率。 1. 1.基本概念基本概念2.2.压缩策略压缩策略4.2.1视频压缩原理视频压缩原理1. 1.基本概念基本概念(1 1)有损和无损压缩)有损和无损压缩 无损压缩无损压缩也即压缩前和解压缩后的数据完全一致。多数的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无损压缩都采用RLERLE行程编码算法。行程编码算法。有损压缩有损压缩意味着解压缩后的数据与压缩前的数据不一致。意味着解压缩
20、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。频信息,而且丢失的信息不可恢复。 (2 2)帧内和帧间压缩)帧内和帧间压缩 帧内(帧内(IntraframeIntraframe)压缩)压缩一般采用有损压缩算法,帧内压缩一一般采用有损压缩算法,帧内压缩一般达不到很高的压缩。般达不到很高的压缩。帧间(帧间(InterframeInterframe)压缩)压缩通过比较时间轴上不同帧之间的数据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。进行压缩。帧间压缩一般是无损的
21、。 4.2.1视频压缩原理视频压缩原理1. 1.基本概念基本概念(3 3)对称和不对称编码)对称和不对称编码 对称性(对称性(symmetricsymmetric)是压缩编码的一个关键特征。对称意是压缩编码的一个关键特征。对称意味着压缩和解压缩占用相同的计算处理能力和时间,对称算味着压缩和解压缩占用相同的计算处理能力和时间,对称算法适合于实时压缩和传送视频。法适合于实时压缩和传送视频。不对称(不对称(asymmetricasymmetric)编码)编码,不对称或非对称意味着压缩,不对称或非对称意味着压缩时需要花费大量的处理能力和时间,而解压缩时则能较好地时需要花费大量的处理能力和时间,而解压缩
22、时则能较好地实时回放,也即以不同的速度进行压缩和解压缩。实时回放,也即以不同的速度进行压缩和解压缩。 (4 4)位速率)位速率 位速率位速率是指在一个数据流中每秒钟能通过的信息量。是指在一个数据流中每秒钟能通过的信息量。 4.2.1视频压缩原理视频压缩原理2.2.压缩策略压缩策略(1 1)去掉相关性)去掉相关性 视频图像数据有很强的相关性,也就是说有大量的冗余信视频图像数据有很强的相关性,也就是说有大量的冗余信息。其中冗余信息可分为息。其中冗余信息可分为空域冗余信息空域冗余信息和和时域冗余信息时域冗余信息。 使用帧间编码技术可去掉时域冗余信息,包括以下三部分:使用帧间编码技术可去掉时域冗余信息
23、,包括以下三部分: 运动补偿运动补偿 运动表示运动表示 运动估计运动估计使用帧间编码技术和熵编码技术可以去掉空域冗余信息,使用帧间编码技术和熵编码技术可以去掉空域冗余信息,主要的编码方法有:主要的编码方法有: 变换编码变换编码 量化编码量化编码 熵编码熵编码4.2.1视频压缩原理视频压缩原理2.2.压缩策略压缩策略(2 2)心理声学音频压缩)心理声学音频压缩 心理声学心理声学指指“人脑解释声音的方式人脑解释声音的方式”。压缩音频的所有。压缩音频的所有形式都是用功能强大的算法将听不到的音频信息去掉。形式都是用功能强大的算法将听不到的音频信息去掉。 (3 3)心理视觉视频压缩)心理视觉视频压缩 心
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