视频处理技术

样本个数/像素 3 2 1.5
采样数据位数（bits）/像素 3×8=24 2×8=16 1.5×8=12
量化位数愈多，量化层次就分得愈细，但数据量也成 倍上升。一般用途的视频信号均采用8位或10位量化，而信 号质量要求较高的情况下可采用12位量化。
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6.3 数字视频编码压缩

4:1:1采样格式：在每条扫描线上每4个连续的采样点取4个亮度Y 样本、1个红色差Cr样本和1个蓝色差Cb样本，如图6-3（c）。

图6-3 三种采样格式的采样空间位置图示 2013-8-3 第六章 视频处理技术 15
4:2:0采样格式：在采样位臵上与以上几种有所不同，它 是指在水平和垂直两个方向上每2个连续的（共4个）采样 点上各取2个亮度Y样本、1个红色差Cr样本和1个蓝色差Cb 样本，平均每个像素用1.5个样本表示。常用的DV、MPEG-1 和MPEG-2等均使用该格式。
6.4.2 数字视频文件格式
视频文件格式大致可分为两类：1）用于多媒体出版 的普通视频文件；2）用于网络传输的流式文件。
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常用的普通视频文件格式 ： 1、AVI文件：是一种音视频交插记录的数字视频文件 格式。运动图像和伴音数据是以交替的方式存储，与硬件 设备无关。
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第六章 视频处理技术
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2、PAL标准 是Phase Alternate Line的缩写，该标准主要用于欧洲大 部分国家、澳大利亚、南非、中国和南美洲。屏幕分辨率增加 到625条线，扫描速率降到了每秒25帧。隔行扫描。 3、SECAM标准 SEACM是Sequential Color and Memory的缩写，该标准主 要用于法国、东欧、前苏联和其他一些国家。是一种625线、 50Hz的系统 。
数字化后的视频经过编码、压缩后，形成不同格式和 质量的数字视频，可适应不同的处理和应用要求。
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第六章 视频处理技术
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6.2.3 视频采样
两种采样方法 ： 1）使用相同的采样频率对图像的亮度信号和色差信 号进行采样，保持较高的图像质量，产生巨大的数据量； 2）对亮度信号和色差信号分别采用不同的采样频率 进行采样，可减少采样数据量，是实现数字视频数据压缩 的一种有效途径。 如果用Y: Cr: Cb来表示Y、Cr、Cb三个分量的采样比 例，则数字视频常用的采样格式分别为：4:4:4、4:2:2、 4:1:1和4:2:0四种。

图6-4 4:2:0格式的两种不同采样位置 2013-8-3 第六章 视频处理技术 16
6.2.4 视频量化
视频量化是进行图像幅度上的离散化处理。对于以 上不同的采样格式，如果用8位的量化精度，则每个象素 的采样数据列于表6-3中。
表6-3 采样格式与像素数据位数
采样格式 4:4:4 4:2:2 4:1:1 4:2:0
6.3.1 视频数据压缩
可分为帧内压缩和帧间压缩两种。 帧内压缩（Intraframe compression）也称为空间压缩 （Spatial compression），仅考虑本帧的数据而不考虑相邻 帧之间的冗余信息，一般采用有损压缩算法，达不到很高的压 缩比。 帧间压缩（Interframe compression）也称为时间压缩 （Temporal compression），是基于许多视频或动画的连续前 后两帧具有很大的相关性（即连续的视频其相邻帧之间具有冗 余信息）的特点来实现的。通过比较时间轴上不同帧之间的数 据实施压缩，进一步提高压缩比。一般是无损压缩。
数字电视DTV（Digital Television）是继黑白电视 和彩色电视之后的第三代电视，是在拍摄、编辑、制作、 播出、传输、接收等电视信号处理的全过程都使用数字技 术的电视系统。可大幅度提高收视质量和频道数量，实现 双向交互式服务。 数字电视标准支持4:3和16:9两种宽高比的显示屏幕。 其中4:3一般用在普通显像管电视机上，而16:9多用在高 清晰电视机上。
HDTV
1000线以上
HDTV-1080I 1920×10 80 HDTV-1080P
第六章 视频处理技术
16:9
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6.1.5 数字视频
数字视频（Digital Video）是以离散的数字信号方式 表示、存储、处理和传输的视频信息，所用的存储介质、处 理设备以及传输网络都是数字化的。具有以下特点：
6.5 视频采集卡
6.5.1 视频卡的分类
1、按性能分类 广播级视频采集卡、专业级视频采集卡和普通视频采 集卡三大类。
2、按功能分类
① 视频采集卡 ② 视频输出卡 ③ TV卡
④ 压缩/解压缩卡S-VideoDV接口TV接口SDI接口 ⑤ 数字视频卡
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6.6 视频的采集与编辑
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6.3.2 视频压缩编码标准介绍
MPEG系列标准包含MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7 和MPEG-21等五个具体标准。



MPEG-1标准：1988年5月提出，1992年11月形成国际标 准，编号是ISO/IEC11172 。 MPEG-2标准：1990年6月提出，1994年11月形成国际标 准。编号是ISO/IECl3818 。 MPEG-4标准：1993年7月提出，1999年5月形成国际标准 （版本一），编号是ISO/IECl4496。 MPEG-7标准：1997年7月提出，在2001年9月形成国际标 准，编号是ISO/IECl5938 。 MPEG-21标准是与MPEG-7标准几乎同步制定的，于2001 年12月完成。
2、MOV文件：用于保存音频和视频信息的视频文件格 式，统称为QuickTime视频格式。可以采用压缩或非压缩两 种方式。 3、MEPG文件——MPEG／MPG／DAT格式：采用MPEG压缩 算法压缩后得到的视频文件格式，具体格式后缀可以是 MPEG、MPG或DAT。
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以离散的数字信号形式记录视频信息；
用逐行扫描方式在输出设备上还原图像；
用数字化设备编辑处理； 通过数字化宽带网络传播；

存储在数字存储媒体上。
与模拟视频相比，数字视频还具有以下优点：①可用 计算机编辑处理；②再现性好；③适合于数字网络。
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6.2 视频数字化
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第六章 视频处理技术
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录像机 摄像头 电视机 VCD机 分量或复合视频信号 DVD机 …… NTSC: 525/60 PAL: 625/50 SECAM: 625/50
多媒体计算机
视 频 采 样
隔 行 、 逐 行 转 换
量 化
彩 色 数字视频 空 间 转 换
编 码 、 压 缩
图6-2 视频信号的数字化过程
表6-2
类型 PDTV SDTV 水平扫描线 200～300线 400～600线 扫描方式
数字电视标准参数
具体类型 最高分辨 屏幕宽 率 高比 4:3 4:3 画面质量 普通VCD DVD 目前高清 晰度
9
模拟到数字的过渡，兼容模拟电视 隔行扫描 逐行扫描 隔行扫描 逐行扫描 SDTV-480I SDTV-480P 640×480
(a)复合视频
(b)分量视频
(c)分离视频 图6-1 四种不同的视频信号
(d)射频信号
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6.1.3 模拟视频标准
世界上最常用的模拟广播视频标准（也称制式）有3个： NTSC、PAL、SECAM。 1、NTSC标准 是1952年美国国家电视标准委员会（National Television Standard Committee）制定的一项标准。基本 内容为：视频信号的帧由525条水平扫描线构成，水平扫描 线每隔1/30秒在显像管表面刷新一次，隔行扫描。 美国、加拿大、墨西哥、日本和其他许多国家都采用该 标准。
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6.4 数字视频文件格式
6.4.1 数字视频体系
数字视频体系包括多媒体计算机对视频文件进行编码 的格式以及识别和播放此格式文件的播放器。 目前主要的数字视频体系有苹果公司的QuickTime、微 软的Windows媒体格式、RealNetwork公司的RealMedia格式 以及国际标准规定的MPEG格式。
第六章
视频处理技术
本章主要内容
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8
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视频基础知识 视频的数字化 数字视频编码压缩 数字视频文件格式 视频采集卡 视频的采集与编辑 视频处理软件 动画技术
第六章 视频处理技术 2
6.1 视频基础知识
视频（Video）是多幅静止图像（图像帧）与连续的音 频信息在时间轴上同步运动的混合媒体，多帧图像随时间 变化而产生运动感，因此视频也被称为运动图像。 按照视频的存储与处理方式不同，可分为模拟视频和数字 视频两种。
表6-1 三种模拟视频制式的主要技术参数
制式
帧频（FPS） 行数/帧 场频（Hz）
颜色频率 （MHz）
声音频率 （MHz）
PAL
NTSC SECAM
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25
30 25
625
525 625
50.00
59.94 50.00
第六章 视频处理技术
4.43
3.58 4.43
6.5
4.5 6.5
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6.1.4 DTV数字电视标准
6.2.1 视频数字化方法
视频数字化有复合数字化（Recombination digitalization） 和分量数字化（Component digitalization）两种方法。 复合数字化是先用一个高速的模/数（A/D）转换器对全 彩色电视信号进行数字化，然后在数字域中分离亮度和色度， 以获得YCbCr分量、YUV分量或YIQ分量，最后再转换成RGB分 量。 分量数字化是先把复合视频信号中的亮度和色度分离， 得到YUV或YIQ分量，然后用3个模/数转换器对3个分量分别进 行数字化，最后再转换成RGB分量。分量数字化是采用较多的 一种模拟视频数字化方法。

来自百度文库
用模拟调幅的手段在空间传播；
使用模拟录像机将视频作为模拟信号存放在磁带上。
第六章 视频处理技术 4
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6.1.2 模拟视频的信号类型
模拟视频信号主要包括亮度信号、色度信号、复合同步 信号和伴音信号。 通常提供的信号类型有： 1、复合视频信号 2、分量视频信号
3、S-Video信号
4、射频信号
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第六章 视频处理技术
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6.1.1 模拟视频
模拟视频（Analog Video）是以连续的模拟信号方式 存储、处理和传输的视频信息，所用的存储介质、处理设 备以及传输网络都是模拟的。 模拟视频具有以下特点：

以连续的模拟信号形式记录视频信息；
用隔行扫描方式在输出设备（如电视机）上还原图像； 用模拟设备编辑处理；
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6.2.2 视频数字化过程
采用分量采样的数字化方法，则基本的数字化过程 （如图6-2所示）包括： ① 按分量采样方法采样，得到隔行样本点； ② 将隔行样本点组合、转换成逐行样本点； ③ 进行样本点的量化； ④ 彩色空间的转换，即将采样得到YUV或YCbCr信号转 换为RGB信号； ⑤ 对得到的数字化视频信号进行编码、压缩。
6.6.1 视频采集
1、采集模拟视频
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第六章 视频处理技术
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数字电视标准把电视图像的清晰度分为普通清晰度电视 （PDTV, Pure Digital Television）、标准清晰度电视 （SDTV, Standard Definition Television）、高清晰度电 视（HDTV, High Definition Television）3个等级，支持 隔行和逐行两种场扫描方式，具体参数内容见表6-2。
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4:4:4采样格式：在每条扫描线上每4个连续的采样点取4个亮度Y 样本、4个红色差Cr样本和4个蓝色差Cb样本，如图6-3（a）。

4:2:2采样格式：在每条扫描线上每4个连续的采样点取4个亮度Y 样本、间隔取2个红色差Cr样本和2个蓝色差Cb样本，如图6-3（b）。