上课 2.5视频图像信号的数字化与分量编码
视频编码技术-PPT
1.视频信号的数字化 2.视频文件格式 3.视频压缩编码原理 4.视频压缩标准
学习目标
掌握视频数字化方法 了解视频文件格式 掌握视频压缩编码原理（预测编码、变换编
码、统计编码原理）
理解视频压缩标准（ MPEG标准 ）
3.1 视频信号的数字化
1.视频相关的基本概念
所谓视频（video frequency ），连续的图像变化每秒 超过24帧（frame）画面以上时，根据视觉暂留原理，人 眼无法辨别单幅的静态画面，看上去是平滑连续的视觉效 果，这样连续的画面叫做视频。即视频是由一系列单独的 静止图像组成，其单位用帧或格来表示；
（1）本地影像视频格式
－MOV格式，美国Apple公司开发的一种视频格式，默认 的播放器是苹果的QuickTime Player。具有较高的压缩比率 和较完美的视频清晰度等特点，但其最大的特点还是跨平 台性，即不仅能支持Mac OS，同样也能支持Windows系列。
Avid Media composer非线性编辑软件支持该格式。
同步信号
)
地(色度)
S-Video四芯插头（座）
地(亮度)
2.视频的采集及数字化
视频采集卡的接口
莲花接头
2.视频的采集及数字化
视频采集卡的接口 IEEE1394接口
IEEE1394是一种外部串行总线标准，800Mbps的 高速。1394接口具有把一个输入信息源传来的数据向 多个输出机器广播的功能，特别适用于家庭视听的连接。 由于该接口具有等时间的传送功能，确保视听AV设备 重播声音和图像数据质量，具有好的重播效果。
人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂 的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，而能继续保 留其影像0.1-0.4秒左右，这种现象被称为视觉暂留现象。
多媒体通信技术与应用课程教案-多媒体数字图像与视频压缩编码
对于无记忆的图像信息源而言，我们无法确切地知道信息
源在下一时刻发出的符号是符号集
中的哪一个
符号，因此信息源所发出的符号Si本身就是一个随机变量，而 其信息量I又是Si的函数。由此可知，XI也 是S1,一S2个, 随Sn 机变量，这样
我们就可以求出图像信息源X发出符号集Sn中各符号的信息量 的统计平均（即求其数学期望），从而得到符号集Sn中每个符 号的平均信息量。
彩色电视制式有PAL、NTSC和SECAM。
（3）彩色电视的空间频率响应 时间频率是单位时间内某物理量（电压或电流）周期性变化
的次数来定义，单位周/秒。而空间频率则是某物理量（亮度、 光强度）在单位空间距离内周期性变化的次数，单位为周/米。
实验研究发现，人眼对不同空间细节的分辨率是变化的，可 用视觉空间频率响应曲线表示，如图：
由于人眼对亮度的感觉是相对的，即同一亮度在不同 的环境亮度下给人的亮度感觉是不同的。因此，当人们看电 视时，在考虑环境亮度后，电视图像的对比度为：
C Lmax L Lmin L
其中 L 为环境亮度。
2.1
人眼对不同波长的光所呈现的视觉感知是不同的，而且因人而 异。为了了解人眼的视觉特性，因此国际照明委员会（CIE）特推 荐标准视度曲线（人眼视觉光谱灵敏度曲线）。
13.5
6.75
亮度信号和色差信号均采用 PCM 8bit
720
360
按照表3－4所示的取样比例所构成的视频信号格式为 4:2:2。
根据不同的应用，还可以采用4：4：4和4:1:1标准， 当对图像质量要求不是很高时，也可以采用2：1：1标准。
图 3－7 4:2:2取样结构及点阵的大小
4：4：4标准：它是直接对R,G,B进行分量编码的标准，而且 各分量的取样频率都相同，即13.5MHz。
《图像信息原理教学课件》第二章(4)
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2.5 视频图像信号的数字化与分量编码
▪ A/D转换器又称为编码器，一般采用脉码调制 （PCM），包括抽样、量化和编码。
▪ D/A转换器又称为解码器，是对 PCM 信号的解 调，包括解码和低通滤波。
❖ PCM 编解码方框图如下：
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2.5 视频图像信号的数字化与分量编码
A/D转换 ▪ 抽样：
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2.5 视频图像信号的数字化与分量编码
2.5.3 分量编码
在对彩色信号进行数字化处理和传输时，一 种常用的方式是对其3个分量（Y、R－Y、B－Y或 3个基色信号）进行数字化和编码，这就是分量 编码。
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2.5 视频图像信号的数字化与分量编码
1、抽样频率 CCIR于1982年确定了电视演播室分量编码
ITU规定了并行位多工传送的数字接口标准. 标准规定：每一抽样的8位字（也可任选10
位字）是在8个平衡导线对中并行传送的，3个数 字分量信号组成时分复用码流，其传送次序是：
CB，Y，CR，Y，CB，Y，CR，… 其中， CB，Y，CR是空间同位样点，另一个Y则 对应亮度的偶数个样点
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使时间上连续的模拟电视信号变成时间上 离散的信号。
抽样过程图：
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2.5 视频图像信号的数字化与分量编码
▪ 量化（均匀量化、非均匀量化） 使幅度连续的抽样值进一步在幅度上离散化的
过程。目的是为了能用有限字长的数码来表示每个抽 样点的幅度。
相邻量化等级的中点是量化判决电平。
相邻量化等级之间的距离称为量化间隔。
《图像及视频信息的编码原理》教学设计
《图像及视频信息的编码原理》教学设计作者：葛昊来源：《中国信息技术教育》2011年第04期【教材分析】《图像及视频信息的编码原理》是第一章第二节信息编码部分的内容。
要使计算机能够处理信息，采用正确的编码方法是首先要解决的问题。
因此信息的编码是信息技术的根本也是最本质的内容。
虽然信息的编码这部分内容抽象、枯燥无味，可操作内容偏少，知识与概念偏深，然而了解学习信息编码的原理却有助于学生对信息技术整体的把握，亦有助于扩展学生原有的知识体系结构。
【学情分析】图像及视频的数字化是信息的编码第2课时内容，因此学生对于什么是编码、为何要编码、文字和字符的编码以及存储单位的基本概念等内容已经有所掌握。
而对于图像及视频信息的编码却仍然陌生，且这部分知识在学生原有的知识体系结构中基本没有类似的内容，所以要让学生真正理解图像及视频信息的编码原理并不容易。
【教学目标】知识与技能了解视频产生的原理，理解图像及视频的编码原理；了解像素、分辨率和视频制式的相关概念；掌握位图图像和视频文件编码后所占字节数的计算方法。
过程与方法通过让学生帮助色盲者完成十字绣这样一个问题的分析与思考，让学生理解图像的编码原理；在学生理解图像编码原理的基础上通过教师的讲解让学生了解像素、分辨率和位图的概念；通过教师讲解和学生练习等方法让学生掌握位图图像编码后所占字节数的计算方法；在学生理解图像编码原理及掌握位图图像编码后所占字节数的计算方法的基础上，将知识引申到视频的编码原理及视频编码后所占字节数的计算方法。
情感态度与价值观激发学生学习信息技术的兴趣；培养学生分析问题、解决问题的能力，使学生看问题不再停留在问题的表面，而是能够学会深入思考；促使学生形成良好的思维习惯。
【教学重难点】教学重点：图像及视频的编码原理、位图图像编码后所占字节数的计算方法。
教学难点：图像及视频的编码原理。
【教学过程】（一）创设情境，新课导入展示十字绣作品。
师：有一位慈祥的母亲想亲自绣几幅十字绣作品送给她刚成家的孩子，并挂在新房客厅的背景墙上。
第二章 视频与音频信号的数字化
信号带宽： 视频信号：6MHz（Y、R、G、B） 色差信号：1.5MHz（R-Y、B-Y压缩）
像素：组成图像的最小基本单元。
像素颗粒越小，单位面积上的像素数越多， 图像就越清晰、越逼真。
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fs≥2fm
3、频谱混叠和限带滤波
当fs＜2fm时，上下边带的边界处频谱重叠在 一起，使信号分离不出来而产生干扰失真，叫 混叠干扰。
• 限带：使fm信号的最高频率＜1/2·fs。
通常取fs＝（2.2～2.7）fm。
二、量化
量化的概念 量化：把在时间上离散化的信号在幅度上
也离散化。
①量化级与量化级差
如果是4:4:4标准：总数码率R=3×13.5×8=324Mb/s。
2.6 ITU-R601标准和中国HDTV标准介绍
一、 ITU-R601标准介绍 演播室数字分量编码（4:2:2）标准—
ITU-R601 主要参数为：P22
参数名称
1．编码信号
2．一行取样点数 亮度信号（Y） 色度信号R-Y、B-Y
R、G、B或Y：74.25MHz
CR、CB ：37.125MHz
格式：1920×1080i/50
第一、二章小结
数字电视： HDTV的基本参数： 数字电视的主要优缺点 数字电视系统的基本组成 音频信号的数字化
取样频率：32KHz、44.1KHz、48KHz 量化比特数：n=16bit 数码率： R=fs×n×声道数
(计算机基础知识)多媒体数据的编码与处理
(计算机基础知识)多媒体数据的编码与处理多媒体数据的编码与处理多媒体数据的编码与处理是计算机基础知识中的重要一环。
随着科技的不断发展，多媒体应用越来越普及，对于多媒体数据的处理变得越来越关键，它涉及到视频、音频、图像等各种形式的数据处理。
本文将对多媒体数据的编码与处理进行探讨。
一、多媒体数据的编码原理多媒体数据的编码是将原始的音频、视频和图像等信号转化为数字化的数据形式，以便计算机可以对其进行处理和传输。
在编码过程中，首先需要对原始信号进行采样，然后利用数字信号处理的方法，将采样到的数据转化为二进制形式，最后进行压缩编码。
1. 音频数据的编码在音频数据的编码中，最常用的方法是脉冲编码调制（PCM），它将连续的模拟信号转化为离散的数字信号。
PCM通过对音频信号进行采样和量化，并使用不同的编码方式来表示不同的量化值，实现了音频数据的数字化。
2. 视频数据的编码视频数据的编码一般使用压缩编码技术，最为常见的是基于帧间压缩的视频编码标准，如MPEG系列。
这种编码方式首先对视频信号进行分解，将图像分解为一系列连续的帧，并通过对帧间差异进行压缩来减小数据量，从而实现视频数据的高效编码和传输。
3. 图像数据的编码对于图像数据的编码，最经典的方法是基于离散余弦变换（DCT）的JPEG编码。
JPEG编码将图像分割为8x8或16x16的小块，然后对每个小块进行DCT变换，并利用量化和熵编码来压缩图像数据，以减小文件大小，并实现高质量的图像显示和传输。
二、多媒体数据的处理方法多媒体数据的处理是对编码后的数据进行解码、编辑、处理和显示等操作，以满足不同应用需求。
以下是几种常见的多媒体数据处理方法：1. 数据解码在多媒体播放过程中，首先需要对编码后的数据进行解码。
解码过程是将压缩编码的数据还原为原始的音频、视频或图像数据的过程。
根据不同的编码方式，需要选择相应的解码算法和解码器进行解码处理。
2. 数据编辑多媒体数据的编辑是在完成解码后，对数据进行剪辑、合并、分割等操作，以满足用户对多媒体内容的需求。
图像编码在视频编码中的作用与应用(二)
图像编码在视频编码中的作用与应用一、引言随着数字技术的快速发展，视频成为了人们生活中不可或缺的一部分。
从电视节目到网络视频，视频的内容呈现方式变得更加多样化和丰富。
然而，视频数据量庞大，传输效率低下，因此需要一种高效的编码方法来压缩视频数据。
图像编码作为视频编码中重要的一环，发挥着至关重要的作用。
二、图像编码的基本原理图像编码是将图像信号转换成数字数据的过程。
在视频编码中，图像编码主要使用的是离散余弦变换（Discrete Cosine Transform, DCT）和运动估计（Motion Estimation）的方法。
1. 离散余弦变换（DCT）离散余弦变换是一种将空间域图像转换为频域图像的数学工具。
它通过将图像分块，并将每个块在水平和垂直方向上进行变换，得到块的频谱系数。
这些频谱系数中，高频的系数可以被舍弃，从而达到压缩图像数据的目的。
2. 运动估计（Motion Estimation）运动估计通过对连续的图像帧进行比较，找出图像中物体的运动信息。
在视频编码中，相邻的帧通常会有很大的相似性，因此只需要保留变化的部分，并表示为运动向量。
通过运动向量来描述图像的运动变化，可以大大减小数据的存储和传输量。
三、图像编码在视频编码中的应用1. 视频压缩图像编码作为视频编码中最关键的一环，可以将视频压缩到较小的体积，降低传输和存储成本。
通过优化图像编码算法，可以有效地减少冗余数据，提高编码的效率。
常用的视频编码标准，如和，就是基于图像编码原理来实现的。
它们在保证视频质量的同时，大幅度地降低了视频文件的大小。
2. 视频传输在视频传输中，图像编码可以将视频数据压缩后再传输，以节约带宽和网络资源。
通过将视频数据切割成一小段小包，并使用图像编码进行压缩，可以有效地提高视频传输的效率。
此外，在实时视频传输中，图像编码还可以根据网络的带宽变化实时调整编码参数，以适应网络状况。
3. 视频存储图像编码在视频存储中的应用十分广泛。
网络多媒体技术复习 第5章 数字图像与视频编码原理-文档资料
5.1.2 数字图像与视频压缩编码的主要方法及其分类
限失真编码
限失真编码也称有损编码、非信息保持编码、熵压缩编 码。 限失真编码方法利用了人类视觉的感知特性，允许压缩 过程中损失一部分信息，虽然在解码时不能完全恢复原始数 据，但是如果把失真控制在视觉阈值以下或控制在可容忍的 限度内，则不影响人们对图像的理解，却换来了高压缩比。 在限失真编码中，允许的失真愈大，则可达到的压缩比愈高。 常见的限失真编码方法有：预测编码、变换编码、矢量 量化、基于模型的编码等。
Huffman编码过程（1）
把信源符号按概率大小顺序排列，并设法按逆次序分配 码字的长度。在分配码字的长度时，首先将出现概率最 小的两个符号的概率相加，合成一个概率；第二步把这
个合成概率看成是一个新组合符号的概率，重复上述操
作，直到最后只剩下两个符号的概率为止。
5.2.2 霍夫曼编码
Huffman编码过程（2）
第5章 数字图像与视频编码原理
5.1 数字图像与视频压缩编码概述
5.2 无失真编码 5.3 预测编码 5.4 变换编码 5.5 MATALAB编程实例
本章学习目标
熟悉数字图像与视频编码的基本原理及常用方 法。 重点掌握霍夫曼（Huffman）编码、算术编码、 预测编码和DCT编码的基本原理。
3．算术编码 算术编码（arithmetic encoding）是近年来发展 起来的一种高效的信息保 持型数据压缩编码技术， 它最早由香农提出，其核 心为累积概率思想。 算术编码的基本原理：将 被编码的信息表示成0和1 之间的间隔。信息越长， 则编码表示它的间隔就越 小，表示这一间隔所需的 二进制位就越多。
算术编码的主要特点有：
图像信息的数字化表示和存储说课稿.docx
《图像信息的数字化表示和存储》说课稿教材分析。
木节课选自《多媒体技术应用》选修教材第一单元第二节“多媒体技术”，内容是介绍媒体信息数字化表示利存储的原理，阐释多媒体技术的基础和内涵。
使学生进一步认识多媒体技术的实质一一数字化。
从原理上对其有一个理性的认知，为后续单元的学习奠定基础。
其中，图像信息的数字化表示与存储是重点内容。
学生分析。
高一年级下学期的学生，在《信息技术基础》必修课学过相关内容，知道信息数字化的基本原理，是用0和1来表示信息。
但对各种媒体信息数字化的具体原理不清楚，对数字化表示的核心——舟二进制进行编码的思想不了解。
他们缺乏有关二进制的专业知识，对深奥抽象的原理不是特别感兴趣。
所以，如何以一种生动直观的方式，深入浅出地讲解专业的技术和原理这是本课成功与否的关键。
教学目标了解数据冗余和压缩的简单原理；掌握常用图像文件格式。
理解图像信息数字化表示和存储的原理和二进制编码的思想，能计算图像的存储容量。
学习从方法论的方向和角度思考问题，建立科学的原理认知观。
说重点难点图像信息的数字化表示和存储和二进制编码的思想说教法与学法分组教学法、游戏教学法自主实践说教学策略教学中可能遇到的问题解决问题的策略学生对纯理论的内容不感兴趣避免平铺直叙地讲解，将深奥、抽象的知识溶解在贯穿课堂的实践活动中，以课堂游戏“数字拼图”让学生从理论和实践的相互交融中深切感受知识的魅力。
一幅完整的图像包含众多像素，研究起来比较麻烦截取图像的一小部分作为研究对象，并制作模型图作为教具。
使复杂抽象的问题简单化、具体化。
学生缺乏二进制的专业知识，难以理解用二进制编码的思想通过讲解颜色编码引入二进制说教学过程我将整个教学内容分成四个相对独立的环节。
并以循序渐进的方式为主线，分别向学生创设了4个连续的情境。
“黑白图像的数字化-二进制编码-彩色图像的数字化-图像的存储容量”这条主线的环节既独立，又是4个层层递进的问题，从而沿着“图像信息数字化和存储”这个主题，探究、思考、讨论。
第2课 图像编码 课件(共15张PPT) 四年级信息技术下册浙教版(2023)
三、数字图像的应用
随着图像数字化技术的日益完善和发展，数字图像在航 空航天、生物医学、工业工程、文化艺术等领域得到广泛应 用。
拓展
数字图像可以分为矢量图和位图。矢量图是一种 缩放不失真的图像格式，任意放大都不会影响清晰度 。第2课 图像编码Fra bibliotek学习内容
1.数字图像与二进制。 2.图像数字化的过程。
讨论
学籍系统需要更新同学们的证件照，有些同学的证件图 片格式不符合上传要求，该如何解决呢?
建构
按照一定的规则编码生成的图像，计算机才能处理。随 着数字设备的普及，越来越多的图像以数字形式被存储起来 。
一、认识数字图像
数字图像是在计算机上显示和处理的图像，一般由许许多多的 像素组成。像素的作用是决定图像尺寸的大小，像素越大图像的尺 寸越大，图像也越清晰。
二、图像数字化
图像数字化过程中需要按一定规则进行编码，最终以文 件形式存储到计算机中，同一图像编码成不同类型后，所需 要的存储空间也不一样。
小知识
计算机中存储容量最小的单位是比特(bit),1个二进 制位表示1个比特，但是由于比特所能表示的值太小 了，实际上计算机以8个比特为一个基本单位，称为 字节(Byte),简写为B。常见的还有KB、
练习
1.同一图像编码成不同类型，文件大小有什么变化? 2.假设用“0”代表白色方格、“1”代表黑色方格， 请根据左图在右图中填写对应的编码。
谢谢聆听！
INTERNET OF THINGS
二、图像数字化
图像数字化是通过照相机、智能手机等数字设备将采集 到的画面转化成计算机能处理的数字图像的过程，一般用二 进制来表示。二进制只有两个基本符号“0”和“1”,采用 逢二进一的进位规则。计算机中所有文件都可以用“0”和 “1”表示。例如，十进制10表示的数值是10,二进制的10表 示的数值是2。
数字化视频编码技术详解
数字化视频编码技术详解数字化视频编码技术是指将模拟视频信号转化为数字信号，并通过压缩算法进行编码的过程。
这种技术广泛应用于数字电视、视频会议、视频监控、互联网视频传输等领域。
本文将详细解析数字化视频编码技术的原理和应用。
一、数字化视频编码技术的原理数字化视频编码技术主要包括两个基本步骤：采样和编码。
采样是指将连续的模拟视频信号转化为离散的数字信号。
在视频信号的采样过程中，根据采样定理，对原始视频信号进行等间隔采样，获取一系列采样点。
采样率越高，所能还原的视频细节就越多，但同时也会导致编码所需的存储空间增加。
编码是指将采样得到的数字信号进行压缩编码，以减少数据的存储和传输量。
常用的数字化视频编码标准包括H.264、MPEG-2和VP9等。
这些标准通过以牺牲一定视频质量为代价，实现视频信号数据的高效传输和存储。
二、数字化视频编码技术的应用1. 数字电视：数字化视频编码技术在数字电视中发挥着重要作用。
通过对视频信号的数字化和编码，数字电视可以提供高清晰度的图像和良好的音频效果，为用户提供更加丰富多样的观看体验。
2. 视频会议：数字化视频编码技术在视频会议中的应用也非常广泛。
通过高效的压缩编码算法，可以实现低带宽的网络环境下的实时视频传输，提高会议的效果和体验。
3. 视频监控：数字化视频编码技术为视频监控系统的发展提供了技术基础。
通过数字化的视频信号和高效的编码算法，可以实现对监控视频的实时采集、传输、存储和分析，提高监控的效率和准确性。
4. 互联网视频传输：数字化视频编码技术使得互联网视频传输成为可能。
通过高效的压缩编码算法，互联网用户可以通过在线视频平台观看高清晰度的视频内容，实现了视频的快速传输和共享。
三、数字化视频编码技术的发展趋势随着科技的不断进步和应用需求的不断增加，数字化视频编码技术也在不断发展和演进。
1. 高效率编码：为了提高视频传输效率和节约网络带宽，数字化视频编码技术正在朝着更加高效的方向发展。
数字图像处理数字图像与视频处理技术讲课文档
像编辑处理软件。它被认为是目前世界上最优秀的图像编 辑软件。
•PhotoShop功能与作用： 1、它提供多种图像涂抹、修饰、编辑、创建、合成、 分色与打印的方法，并有许多增强图像的特殊手段， 可广泛地应用于美工设计，广告及桌面印刷，计算机 图像处理，旅游风光展示，动画设计，影视特技等领 域，是计算机数字图像处理的有力工具。
上广泛使用的一种图像文件格式。
⑷ JPEG（the Joint Photographic Experts Group）格式是最流行 的压缩图像文件格式，采用静止图像数据压缩编码的国 际标准压缩，大量用于因特网和数码相机等。
第十九页，共101页。
3.4 图像处理软件Photoshop 应用举例
3.4.1 图像处理软件Photoshop简介
属性栏 工具栏 图象窗口
菜单栏 浮动面板
工作区
第二十二页，共101页。
3.4 图像处理软件Photoshop 应用举例
3.4.3 PhotoShop的图层与滤镜
•图层
是一组可以用于绘制图像和存放图像的透明层。可以 将图层想象为一组透明的胶片，在每一层上都可以绘 图，它们叠加到一起后，从上看下去，看到的就是合 成的图像效果。
相底片等进行扫描输入，用数码相机或数码摄像机可对 选定的景物进行拍摄。
图像获取的过程:
实质上是模拟信号的数字化过程。
第六页，共101页。
3.1 概述---几个基本概念
数字图像的最基本单位：像素（Picture
element,简写为pel）。像素对应于图像数字 化过程中的一个取样点。
图像的编码：将一幅数字图像中的数据按
3.2.2 数字图像的表示
分量编码的基础信号
分量编码的基础信号
分量编码通常是指将信号分解成不同的分量进行编码，这在音频、图像和视频处理中经常用到。
以下是一些常见的基础信号分量编码：
1. 音频信号的分量编码：
* 基础信号：音频信号可以分解为基础的正弦波或余弦波。
这些基础信号的振幅、频率和相位可以用于表示原始音频信号。
2. 图像信号的分量编码：
* 基础信号：图像可以分解为基础的空间频率分量。
在频域中，图像可以通过傅立叶变换表示为不同频率的正弦和余弦基函数的叠加。
* 色彩分量：对于彩色图像，通常使用不同的颜色空间（如RGB、YUV）来表示图像的颜色分量。
3. 视频信号的分量编码：
* 时间分量：视频信号可以分解为时间上的不同分量，表示为一系列图像帧。
这包括视频的帧率、持续时间等时间信息。
* 空间分量：每一帧可以按照图像信号的方式进行空间分量编码。
4. 通信信号的分量编码：
* 调制信号：在通信系统中，信号通常分解为不同的调制信号，例如调幅、调频、调相等。
这些调制信号的特征参数用于传输信息。
这些基础信号分量的编码有助于在处理和传输过程中更有效地表示原始信号。
在实际应用中，常用的编码方法包括傅立叶变换、小波变换、色度子采样等技术，这些方法有助于将信号分解成容易处理和传输的分量。
第5课视频编码(教案)四年级下册信息科技浙教版
课题
第5课视频编码
单元
第一单元
学科
信息科技
年级
四下
教材分析
本课是浙教版（2023）小学四年级下册第5课《视频编码》，主要学习内容为1.视频编码实现过程。2.数字视频的应用。在此之前，三年级下册第一单元第2课至4课已经学习图像编码，字符编码，声音编码，学生有一定的编码基础，因此本节课学生更容易上手。学生结合生活学习情景，学习视频编码实现过程。数字视频的应用。并在学习和生活中体验视频编码的识别和存储方式，是信息素养的关键体现。学习视频编码实现过程，数字视频的应用是重点，更能体现信息科技的核心的素养。
强社会信息责任。
Z
>.I
WI
3.试文件
(Ξ.视
[.视采集
(E.视
[.赛kVFLAFλcoI
RF1
改字视频的
WMV、R
一试:试着平
・格式，比里.）视频数与频数字化频数字化的
—>视频
）数字视曲频会议场高清直播（全景基数
4视频分析
「oλ<
视《1会议您
VR全景技术
种类4P4
I正不I三化
过手量化Ji的J
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B■
N
麦
司
E
立
MOV
视频文件保存为不格式视频的差异。
→编码用
我场高清直播
AI祝蟆分析
同
1的视频
三三∙
k
I
观看、思考
学生进行操
作，教师巡堂指导，并引导学生之间的互
助。
分享交流收集经验。
学生通过4个活动，讨论，思考，动手练习等，增强信息保护意识，提高对信息价值的判断力，学生能有意识地遵循网络法律法规，实现信息科技核心素养育人目标。
上课 2.5视频图像信号的数字化与分量编码
2.5.3 彩。 • 全信号编码:对CTV信号直接进行编码。 • 分量编码:对Y.R-Y.B-Y（或R.G.B）分别 进行编码。
2．5．4 全信号编码
一、抽样频率
• 选择全信号的抽样频率， 除了必须满足抽样定理 外，还应考虑到处于基 带频谱高端能量较大的 fsc 。 • 量化这一非线形过程会 产生的高次谐波，它与 抽样脉冲的各次谐波将 产生差拍，一部分差拍 会落入基带频谱内。
• 一般将抽样频率取为 三~四倍副载频。这 时差拍频谱落入Y低 端频谱的空隙中，从 而对图像的干扰不容 易察觉。 • 选择抽样频率还应考 虑抽样点的空间点阵 结构。 • 为便于行间、场间和 帧间的信号处理，经 常要求抽样点阵是逐 帧固定的正交结构。
• 满足正交结构的条件:抽样频率是行 频的整数倍。 • 根据fsc与行频的偏置关系，只当时 fs=4fsc才形成正交抽样结构。 • 抽样频率较高可降低模拟低通滤波 器及数字滤波器的设计难度。随着 器件速度的提高和成本的下降，4fsc 抽样频率被广泛地采用。
图2-29 （g）模拟信号的复原
图 泸 2 波 器 29 频（ 率 响） 应后 置 特 低 性 通 h
当信号在各分量电平上出现的概率相等时， 满量化范围的单极性信号（如Y）的量化信噪 比为信号峰-峰值与量化噪声的均方根值之比：
量化比特数n越多，量化信噪比就越大，再 生图像的质量就越高，n受到硬件实现的限制。
*经抽样、量化、编码所得到的数字信号即 为PCM信号。 * A/D转换与D/A转换由大规模集成电路 ADC与DAC实现。 * ADC的外围电路:前置低通滤波、sinc校 正，直流钳位、增益调整、基准电压源 和抽样时钟发生器。 * DAC的外围电路:基准电压源、后置低通 滤波器和输出级。
数字视频分量编码
数字视频分量编码在广播电视行业中，数字电视是一项全新的系统概念，它包含了从摄制，发送，传输到接收的全过程，都使用数字技术（也就是信号全用0和1表示）的电视系统，数字技术取代模拟技术也成为不可动摇的事实，数字电视节目容量巨大，画面更清晰，是模拟电视节目无法比拟的。
根据CCIR601建议的电视演播室的编码标准，它对彩色电视信号的编码方式、取样频率、取样结构都作了明确的规定，接下来本文就数字视频分量编码取样格式的问题做一简要的介绍。
1.视频信号的编码方式在数字电视中，首先是要将模拟电视信号转换成数字信号，彩色电视信号所用的PCM编码（脉冲编码调制）方式有两种：即复合编码和分量编码。
复合编码是将模拟的全电视信号直接进行模数转换，以形成数字式全电视信号（码率低、有干扰）；而分量编码则是分别对亮度信号Y和色差信号Cr、Cb进行模数转换，然后将这些信号并路合成为数字式全电视信号（码率高、质量高）。
复合编码是将复合彩色信号直接编成PCM形式，复合编码的优点是码率低些，设备较简单，适用于在模拟系统中插入单个数字设备的情况。
复合编码的缺点由于数字电视的抽样频率必须与副载频保持一定的关系，而各种制式的副载频各不相同，难以统一，采用复合编码时由抽样频率和副载频间的差拍造成的干扰将影响图像的质量。
分量编码是将本基色信号R、G、B分量或亮度和色差信号Y、Cr（R-Y）、Cb（B-Y）分别编码成PCM形式。
分量编码的特点：编码与原模拟信号制式无关，采用分时复用方式，避免了亮色串扰；在分量编码中，亮度信号用较高的码率传送，两个色差信号的码率可低一些，但总的码率比较高，设备价格相应较贵。
复合编码早虽然实用简单，但是分量编码消除了电视制式的差别，使三大电式制式在数字电视上得到了统一，为国际间电视节目交流提供了方便，分量编码方式已经成为世界统一的数字编码标准。
2.数字视频信号分量编码格式电视模拟信号有3种制式，即NTSC、PAL和SECAM、这3种制式以扫描方式来分又可分为625行/50场和525行/60场两种系统。
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2.5.3 彩色电视图像信号的数字编码 • ~两种PCM编码方式：全信号编码和分 量编码。 • 全信号编码:对CTV信号直接进行编码。 • 分量编码:对Y.R-Y.B-Y（或R.G.B）分别 进行编码。
2．5．4 全信号编码
一、抽样频率
• 选择全信号的抽样频率， 除了必须满足抽样定理 外，还应考虑到处于基 带频谱高端能量较大的 fsc 。 • 量化这一非线形过程会 产生的高次谐波，它与 抽样脉冲的各次谐波将 产生差拍，一部分差拍 会落入基带频谱内。
PAL信号的量化等级
2．5．5 分量编码
一、抽样频率 • 实验表明，当Y的带宽为5.8~6MHz、R-Y和 B-Y带宽2MHz时，可获得满意的图像质量。 • 分量编码时，一般先根据需要，用低通滤波 器适当地限制三个分量信号的带宽。所选定 的抽样频率应不小于2.2倍信号最高频率。
• 三个分量信号的抽样频率之间及它们与行 频之间，一般应有整数倍的关系，以便于 时分复用和形成正交抽样结构。• 考 虑 525 行 制 和 625 行 制 的 兼 容 性 ， Y/RY/B-Y的抽样频率为：13.5/6.75/6.75MHz。 • 4：2：2标准:色差信号的抽样频率为亮度 信号的2/4，根据标准，525行制亮度信号 的每行样点数为858，625行制为864，色差 信号每行样点数均为亮度信号的一半。
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表2-5 分量编码抽样标准
二、量化等级 • ITU-R BT601规定，三个分量~都采用8bit四 舍五入的均匀量化方式，并在量化前将三个 分量信号归一化到相同的动态范围。 • 为此，规定红、兰色差信号的压缩系数分别 为KR=0.5/0.701、 KB=0.5/0.886 ，得到一组压 缩后的信号表达式： • Y=0.299R+0.587G+0.114B • CR=KR (R-Y)=0.500R-0.419G-0.081B • CB=kB (B-Y)=-0.619R-0.331G+0.500B
二、量化等级
• 在全信号编码中，一般采用四舍五入的 均匀量化。实验表明，为获得满意的图 像质量，一般采用8bit量化。当编解码次 数较多时，考虑到量化噪波的累积，应 采用9-10bit量化。
• 对于未经r校正的信号，为了不使黑色区 域的量化信噪比降低，采取11bit以上的 量化。 • EBU建议用于PAL制10bit精度的量化等 级如图3-3，为防止由于信号漂移、过冲 等引起量化过载，在100-0-100-0彩条全 电视信号最大值以上及同步电平以下都 留有保护带。
除了量化间隔相等的均匀量化方 式外，有时为了用较少的编码比特 数取得较高的量化信噪比，还采用 量化均匀不等的非均匀量化方式。 编码是指将样点幅度的量化值编 成二进值数码。表3-1以3 bit编码为 例表示出了两种常用的数码：
自然二进码和交替二进码（格雷 码）。自然二进码是权重码，易于编、 解码及算术逻辑运算。其编码公式为:
• 一般将抽样频率取为 三~四倍副载频。这 时差拍频谱落入Y低 端频谱的空隙中，从 而对图像的干扰不容 易察觉。 • 选择抽样频率还应考 虑抽样点的空间点阵 结构。 • 为便于行间、场间和 帧间的信号处理，经 常要求抽样点阵是逐 帧固定的正交结构。
• 满足正交结构的条件:抽样频率是行 频的整数倍。 • 根据fsc与行频的偏置关系，只当时 fs=4fsc才形成正交抽样结构。 • 抽样频率较高可降低模拟低通滤波 器及数字滤波器的设计难度。随着 器件速度的提高和成本的下降，4fsc 抽样频率被广泛地采用。
• 4：1：1标准中，Y/R-Y/B-Y的抽样频率 为 13.5/3.375/3.375MHz ， 即 两 个 色 差 信 号在垂直方向上的分解力与Y相同，在水 平方向上则为Y的1/4。以上标准的幅型 比都是4：3。 • --• HDTV的演播室国际标准（包括幅型比 16：9），数字有效行的亮度样点数为 1920，正交抽样结构等一些基本参数也 已获得CCIR通过。
2.5 视频图像信号的数字化
2.5.1模拟信号数字处理的优点 1、~数字处理:不改变现行模拟~传输 体制前提下，对解调后的视音频基 带信号采用的数字处理技术。 *2、数字电视~是一种完全脱离模拟电 视的系统。
3、模拟电视数字化处ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的阶段。 4、用两种物理状态传递信息的信号。 5、能够整帧地存储在存储器中。 6、为演播室的多功能节目制作和高质 量接收创造的条件。 7、便于与计算机及其它数字设备接口， 便于加入公用的数据通信网。
*经抽样、量化、编码所得到的数字信号即 为PCM信号。 * A/D转换与D/A转换由大规模集成电路 ADC与DAC实现。 * ADC的外围电路:前置低通滤波、sinc校 正，直流钳位、增益调整、基准电压源 和抽样时钟发生器。 * DAC的外围电路:基准电压源、后置低通 滤波器和输出级。
短距离传送PCM信号:采用并行传送方 式，即每一个抽样的N个码位以及为收、 发同步用的抽样时钟，在n+1条传输线中 并行传送。 中、远距离传输:采用全串行传送方 式，即对n个码位首先进行并/串转换， 然后在同一条线路上依次传出。
图2-29 （g）模拟信号的复原
图 泸 2 波 器 29 频（ 率 响） 应后 置 特 低 性 通 h
当信号在各分量电平上出现的概率相等时， 满量化范围的单极性信号（如Y）的量化信噪 比为信号峰-峰值与量化噪声的均方根值之比：
量化比特数n越多，量化信噪比就越大，再 生图像的质量就越高，n受到硬件实现的限制。
2.5.2数字电视信号产生和复原
●A/D转换:在时间上和幅度上的离
散化，转化为离散的数字电视信号。
●D/A转换:数字处理后为使能在模
拟器件上显示、记录或进一步处理， 还需要D/A。
图2-28 一般电视信号数字处理方框图。
电视信号的A/D转换一般采用脉冲编 码 调 制 （ PCM ） 方 式 ， 又 称 为 编 码 器 （Encoder），包括抽样、量化和编码。
• 在100-0-100-0彩条信号下，Y的变化为01，R-Y和B-Y经压缩后的变化范围均为0.5~0.5，(参见有关表)，动态范围一致。
• 亮度信号的编码采用自然二进码。 • 色差信号是双极性信号，依次采用偏移 二进码。 • 偏移二进码可以理解为信号的零电平对 应于第128量化级的自然二进码。~
• 无论525行制还是625行制，数字有效行的亮度 信号样点数都是720，色差信号样点数都是360， 每行中的这（720+2×360 ）个“有效”样点 是必须存储或处理的。 • 数字有效行的规定消除了~制式间的差别，便 于国际间的电视节目交换 。---
• 4：2：2标准:演播室制定要求较高的分量编 码标准。 • 某些应用场合为压缩数码率可采用较低档次 编码标准，常用有4：2：0和4：1：1标准。 • 4：2：0标准:亮度信号与色差信号的抽样频 率与4：2：2标准相同，但两个色差信号每 两行取一行，即水平和垂直方向上的分解力 均取为Y的一半。
D/A转换又称为解码器（Decoder）， 是对PCM信号的解调，包括解码和低通 滤波，如2-29（a）所示。
图2-29 （a） PCM编解码框图
图2-29 （b）原始模拟信号
图2-29 （c ）抽样后的离散样点序列
图2-29 （d）原始模拟信号频谱
图2-29 （e）离散样点序列频谱
图2-29 （f）抽样后量化值判决