Lesson 8-Video

Lesson 8-Video

Overview

电视技术基础

数字视频

数字视频标准

数字视频处理

视频处理技术 .

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Overview

电视技术基础 　　　　　　　 　　　 　　

电视信号　　　　

电视制式　　　　

电视信号数字化

Using Video

1. 电视广播在我国开始于 1958 年 7 月 1 日。当时及以后的约 20 年的时间内，播出的是黑白电视，

采用的的都是直播技术，也就是用一台或几台摄象机在演播室内将播音员或演出的节目即时地拍摄

下来，使现场的活动画面转换成电信号，经导演切换后实时地选送出一路图象信号送往电视台，由

发射台通过高处的发射天线以电磁波心事辐射向四面八方，供电视机接收。

20 世纪 70 年代有了磁带录象机，于是，电视广播出现了录播方式，也就是可以先期将各种节目

录制下来，通过编辑加工等后期处理工艺，制作出完好的节目磁带，而后依照编排的节目顺序按时

播出。录播方式电视广播节目的内容不受时间，空间的限制，现在，电视台的大部分节目都是用录

播方式拨出的。

Using Video

电视信号主要由图象信号（视频信号）和伴音信号（音频信号）两大部分组成。图象信号的频带为

0~6MHz ，伴音信号的频带一般为 20Hz~2000Hz 。为了能进行远距离传送并避免两种信号的互

相干扰，在发射台将图象信号和伴音信号分别采用调幅和调频方式调制在射频载波上，形成射频电

视信号，从电视发射天线发射出去，供个电视机接收。

常用术语包含如下：

扫描行数：通常指水平行的数目。扫描行数越多，电视清晰度越高。

同步：在传送电视节目的过程中，接受端和发送端按照相同的步骤扫描

像素时，才能重现完整的图象，这叫收发两端同步。

桢频：每秒钟传送的电视图象帧数。

场帧：由于电视采用隔行扫描，即将一帧图象分成两次来传送，传一次

就叫一场。

白平衡：用彩色电视机收看黑白电视节目时将色彩饱和度降低为 0 时，

要求不出现彩色，称为白平衡，否则就是白平衡失调

How Video Works

传送电视图象时，将每幅图象分解成很多象素，按照一个一个象素，

一行一行的方式顺序传送或接收称为扫描。扫描分为隔行扫描和逐行

扫描。

Broadcast Video Standards

复合视频信号将色差信号在亮度信号之上进行编码，作为单个信号与亮度信号拥有相同的带

宽。

分离电视信号 S-VIDEO 是一种两分量的视频信号，他把亮度和色度信号分成两路独立的模

拟信号，一条用于亮度信号，另一条用于色差信号，这两个信号称为 Y/C 信号。于符合视频

信号相比， S-Video 可以更好地重现色彩， S-VIDEO 使用 4 针连接器，通常称为 S端子。

复合模拟视频

分量模拟视频

复合数字格式

分量数字格式

电视制式

实现电视的特定方式，称为电视的制式。在黑白电视和彩色电视发展过程中，分别出现过许多种不同的制式。目前

各国的电视制式不尽相同，制式的区分主要在于其帧频，分辨率，信号带宽以及载频，色彩空间的转换关系不同等。

世界上现行的彩色电视制式有 3种： NTSC （ nation television system committee) 制（美

国）， PAL(phase alternationline) 制和 SECAM 制（欧洲）。

NTSC 是 1952 年美国国家电视台标准委员会指定的彩色电视广播标准，它采用正文平衡调幅的技术方式，故也称

为正交平衡调幅制。美国，加拿大等大部分西半球国家以及日本，韩国菲律宾，中国台湾地区均采用这种制式。视

频信号的一帧由 525 条水平扫描线构成，扫描速率 1/30 秒。

PAL 制式是西德在 1962 年制定的彩色电视广播标准，它采用逐行倒相正交平衡调幅的技术方法，克服了 NTSC 制

相位敏感造成彩色失真的缺点。西德英国澳大利亚新加坡以及中国大陆及香港地区均采用这种制式。视频信号的一

帧由 625 条水平扫描线构成，扫描速率 1/25 秒。

SECAM 制式是法文的缩写，意为顺序彩色信号与存储恢复彩色信号制，是由法国在 1956 年提出 ， 1966 年指定

的一种新的彩色电视模式。它也克服了 NTSC 制式的相位失真的缺点，但采用时间分隔法来传送两个色差信号。使

用 SECAM 制的国家主要在法国东欧和中东一带。视频信号的一帧由 625 条水平扫描线构成，扫描速率 1/25 秒。

Broadcast Video Standards

3 种制式的主要参数如表所式：

电视信号数字化

电视信号数字化要经过三个步骤：抽样、量化、编码。

抽样：是指用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来 在时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号

离散化。

量化：是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值， 把模拟信号的连续幅度变为有限数量的有一定间隔

的离散值。

编码：是指按照一定的规律，把时间、幅度离散的信号 用一一对应的二进制或多进制代码表示的过程。

以上这三个过程可以称为脉冲编码调制（ PCM ）。

PCM 对信号每秒钟取样 8000 次；每次取样为 8 个位，总共 64 kbps 。取样等级的编码有二种标准。

北美洲及日本使用 Mu-Law 标准，而其它大多数国家使用 A-Law 标准。

Analog Video

视频数字化

视频内容从摄象机或者录象带上转到电脑上的过程叫做资料的数字化，或者采集。这个

过程包括把视频内容录制到电脑中同时将它播放出来，播放和转录既可以使用专门的采

集软件，也可以使用视频编辑软件。当采集完所需的内容后，就可以开始编辑了。采集

的流程如图

Analog Video

在对视频信息进行编辑编码时，视频信息首先需要被转换到硬盘上变成可以操作的形式。可以使用

模拟视频信息信号源和一块采集卡来完成这个工作。这个过程叫做视频采集，视频采集卡接受模拟

视频信号，然后把它转换成数字视频数据 .

如果 1394 接口（ Firewire/iLink ），那么只需要数字化传输信息就可以了。通过 IEEE1394 接

口采集视频信号其实完全不是采集，这只是传输数据而已。 1394设备，例如兼容摄象机，会看作

是连接到计算机的设备。 1394 标准包括设备控制在内，因此多数情况下可以通过视频编辑软件控

制摄象机。

从摄象机传输数字视频数据到硬盘上就是使用采集软件控制功能找到需要传输的片断，然后单

击“ record” 按扭。通过 DV 编码器，视频数据以整幅图片大限， 25fps 的速度传送到硬盘上。

数字视频的文件格式

1 ． AVI格式

　　 AVI （ Audio Video Interleaved ）是一种 RIFF （ Resource Interchange

File Format ）文件格式，多用于音视频捕捉、编辑、回放等应用程序中。通常情况下，

一个 AVI文件可以包含多个不同类型的媒体流（典型的情况下有一个音频流和一个视

频流），不过含有单一音频流或单一视频流的 AVI文件也是合法的。 AVI 可以算是

Windows操作系统上最基本的也是最常用的一种媒体文件格式，兼容性比较好，不过

存在压缩比小，文件比较大的缺点。

AVI 符合 RIFF文件规范，而 RIFF文件具有如图所示的文件头结构：

Digital Video

2.Windoes Media 视频

Windows Media 视频文件主要有两种不同的扩展名： asf文件和 wmv文件。

ASF 是 advanced streaming format 的缩写，是 Microsoft公司Windows Media 的核心。 ASF定义为

同步媒体的统一容器文件格式。 ASF 是一种数据格式，包括音频视频图象以及控制命令脚本等多媒体信息。

通过这种格式，以网络数据包的形式传输，实现流式多媒体内容发布。

ASF 的最大优势就是体积小，因此适合网络传输，四用微软公司的最新媒体播放器可以直接播放该格式的文

件。用户可以将图象声音动画数据组合成一个 ASF格式的文件。 ASF具有如下特点：

①可扩展的媒体类型

②部件下载

③可伸缩的媒体类型

④多语言

⑤目录信息。

ASF 文件格式图：

Digital Video Compression

3.RealMedia文件格式

RealNetworks公司的 Realmedia包括 Realaudio ， Realflash三类文件，其中， Realaudio

用来传输接近 CD 音质的音频数据， Realvideo 用来传输不间断的视频数据： Realflash 则是

Realnetworks公司与 Macromedia公司新近联合推出的一种高压缩比的动画格式。

图是 Realmedia文件示意图。每个块包括下面的字段：

●指明块标识符的四字符编码

●块中限定数据大小的 32位数值

●数据块部分

●依类型的不同，上层的块可包含子对象。

Digital Video Compression

4.Quick Time 电影（ movie ）文件格式

Apple公司的 QuickTime 电影文件现已成为数字媒体领域的工业标准。 QuickTime 电影文件格

式定义了存储数字媒体内容的标准方法，使用这种格式不仅可以存储单个的媒体内容（如视频帧或

音频采样），而且能保存对该媒体作品的完成描述： QuickTime文件格式被设计用来适应与数字

化媒体结构，所以他是应用程序间见换数据的理想格式。。

QuickTime 使用良种基本结构存储信息：标准原子和 QT原子。标准原子是简单原子， QT原子

是原子容器原子，允许建立复杂的分层结构。

Video Recording and Tape Formats

5.MPEG文件

MPEG 是压缩视频的基本格式。以这种压缩算法记录的视频称为 MPEG文件，通常有 .mpg 的文

件后缀名。 MPEG还有两个变种： MPV 和 MPA 。 MPV只有视频不含音频， MPA 则是只记录了

音频没有视频。

MPEG （ moving picture experts group ，运动图象专家小组）的活动开始于 1988 年，其目

标是要在 1990 年建立一个标准的草案。 MPEG 和 JPEG 两个专家小组都是在 ISO领导下的专家

小组，其小组成员也有很大的交叠。 MPEG专家小组的研究内容，不仅仅限于数字视频压缩，音

频及音频和视频的同步问题都不能脱离视频压缩独立进行。 MPEG-1 视频是面向比特率大约在

1.5Mb/s 的视频信号的压缩， MPEG-1 音频是面向每通道速率为 64Kb/s ， 28Kb/s 和 192Kb/s

的视频信号的压缩， MPEG-1 是将数字视频信号和其相伴随的音频信号在一个可以接受的质量下，

压缩到比特率为 1.5Mb/s 的一个 MPEG 单一比特流。

Composite Analog Video

MPEG-1 的标准号为 ISO/IEC11172 ，标准名称为“信息技术 -用于数据速率高达大约 1.5Mb/s 的

数字存储媒体的电视图象和半音编码”（ Information technology-Coding of moving picturs

and associated audio for digital storge media at up to about1.5Mb/s ）。它已于 1992 年

底正被 ISO/IEC纳取，由以下 5 部分组成：

①MPEG系统（ MPEG-1 Systems ），规定电视图象数据，声音数据及其相关数据的同步，标准名是

ISO/IEC 11172-1

②MPEG-1 电视图象（ MPEG-1 Video ），规定电视数据的编码和解码，标准名为 ISO/IEC11172-2

③MPEG-1声音（ MPEG-1 Audio ）规定声音数据的解码和编码，标准名为 ISO/IEC11172-3

④MPEG-1 一致性测试（ MPEG-1 Conformance testing ），标准名为 ISO/IEC 11172-4

⑤MPEG-1软件模拟（ MPEG-1 Software simulation ），标准名为 ISO/IEC 11172-5

Component Analog Video

MPEG 是国际标准化组织 ISO/IEC 下的一个制定动态视频压缩编码标准的组织，它为

视频压缩编码技术的标准化、实用化做出了巨大贡献。如针对 CD-ROM 的 1.5Mbps

传输率的 MPEG-1、针对 HDTV 的 6Mbps 以上传输速率的 MPEG-2 都已成功地得到

应用，并创造了巨大的商业价值。 MPEG-4 是针对视频会议、可视电话的甚低速率编

码标准，它融入了基于内容的检索与编码，可对压缩数据内容直接访问；即将于 2001

年制定完毕的 MPEG-7 标准被称为 "多媒体内容描述接口 "，这种标准化的描述可以

加到任何类型的媒体信息上。不管视频信息的表达形式或压缩形式如何，具有这种标准

化描述的多媒体数据均可被检索。

视频压缩算法的基本原理

视频图像数据有极强的相关性，也就是说有大量的冗余信息。其中冗余信息可分为空间

冗余信息和时间冗余信息。压缩技术就是将数据中的冗余信息去掉（去除数据之间的相

关性），压缩技术包含帧内图像数据压缩技术、帧间图像数据压缩技术和熵编码压缩技

术。

去除时间冗余信息，使用帧间编码技术可去除时域冗余信息；去除空间冗余信息，主要

使用帧间编码技术和熵编码技术：为了提高压缩比，帧内 /帧间图像数据压缩技术必须

同时使用。帧内压缩算法与 JPEG压缩算法大致相同，采用基于 DCT 的变换编码技术，

用以减少空域冗余信息。帧间压缩算法，采用预测法和插补法。预测误差可在通过

DCT变换编码处理，进一步压缩。帧间编码技术可减少时间轴方向的冗余信息。

Component Digital

国际音视频压缩标准发展历程

H.261—— H.261 标准是为 ISDN设计，主要针对实时编码和解码设计，压缩和解压缩的信号延

时不超过 150ms ，码率 px64kbps(p=1~30) 。 H.261 标准主要采用运动补偿的帧间预

测、 DCT变换、自适应量化、熵编码等压缩技术。 只有 I帧和 P帧，没有 B帧，运动估计精度只

精确到像素级。支持两种图像扫描格式： QCIF 和 CIF 。

H.263——H.263 标准是甚低码率的图像编码国际标准，它一方面以 H.261 为基础，以混合编码

为核心，其基本原理框图和 H.261十分相似，原始数据和码流组织也相似；另一方面， H.263 也

吸收了 MPEG 等其它一些国际标准中有效、合理的部分，如：半像素精度的运动估计、 PB 帧预测

等，使它性能优于 H.261 。 H.263 使用的位率可小于 64Kb/s,且传输比特率可不固定（变码

率）。 .263支持多种分辨率： SQCIF(128x96)、 QCIF 、 CIF 、 4CIF 、 16CIF 。

JPEG—— 国际标准化组织于 1986 年成立了 JPEG(Joint Photographic Expert

Group)联合图片专家小组，主要致力于制定连续色调、多级灰度、静态图像的数字图

像压缩编码标准。常用的基于离散余弦变换 (DCT) 的编码方法，是 JPEG算法的核心

内容。

MPEG-1/2—— MPEG-1 标准用于数字存储体上活动图像及其伴音的编码，其数码率

为 1.5Mb/s 。 MPEG-1 的视频原理框图和 H.261 的相似。 MPEG-1 视频压缩技术

的特点： 1. 随机存取； 2. 快速正向 /逆向搜索； 3 .逆向重播； 4. 视听同步； . 容

错性； 6. 编 /解码延迟。 MPEG-2被称为“ 21 世纪的电视标准”，它在 MPEG-1

的基础上作了许多重要的扩展和改进，但基本算法和 MPEG-1 相同。

MPEG-4—— MPEG-4 标准并非是 MPEG-2 的替代品，它着眼于不同的应用领域。 MPEG-4 的制定初衷主要针

对视频会议、可视电话超低比特率压缩（小于 64Kb/s ）的需求。在制定过程中， MPEG 组织深深感受到人们对媒

体信息，特别是对视频信息的需求由播放型转向基于内容的访问、检索和操作。 MPEG-4 与前面提到的

JPEG 、 MPEG-1/2 有很大的不同，它为多媒体数据压缩编码提供了更为广阔的平台，它定义的是一种格式、一种

框架，而不是具体算法，它希望建立一种更自由的通信与开发环境。于是 MPEG-4新的目标就是定义为：支持多种

多媒体的应用，特别是多媒体信息基于内容的检索和访问，可根据不同的应用需求，现场配置解码器。编码系统也

是开放的，可随时加入新的有效的算法模块。应用范围包括实时视听通信、多媒体通信、远地监测 /监视、 VOD、

家庭购物 /娱乐等。

JVT ：新一代的视频压缩标准—— JVT 是由 ISO/IEC MPEG 和 ITU-T VCEG 成立的联合视频工作组（ Joint Video

Team ），致力于新一代数字视频压缩标准的制定。 JVT 标准在 ISO/IEC 中的正式名称为： MPEG-4

AVC(part10) 标准；在 ITU-T 中的名称 :H.264 （早期被称为 H.26L ）

数字非线形编辑

采集图像要求计算机有较高的数据传输能力，较大的硬盘空间，较快的处理速度。另外，还需要视频采集压

缩卡，将模拟视频信号压缩转换成数字视频信号，常见的有基于 MPEG-1 ， MPEG-2 ， MPEG-4 和 M-JPEG

压缩方式的采集压缩卡。最新的 1394 接口也可以理解为视频采集卡，通过 1394 接口，像 DV 等有 1394 接

口的视频设备就可以将视频数据传输到电脑中，大大降低了成本。

M-JPEG压缩方式对每一帧图像单独压缩，一般用于专业非线性视频编辑系统。课件制作中可以选用 MPEG-

2 或 MPEG-4格式的压缩卡，它可将模拟视频压缩成 MPEG-1 ， MPEG-2 或 MPEG-4格式的数字视频文件，

课件中可直接使用。有 DV设备的可以选用 1394 接口卡，它成本低、图像好，缺点是不支持模拟设备。另外，

采集时应尽量使用母带，如果摄录设备有 S-Video 信号输出，采集时应使用 Video 端子，可以提高画面质量。

对于需要编辑的，可以选择将视频信号采集成高质量的 MPEG-1 ， MPEG-2 或 AVI格式文件，利用视频编辑

软件进行画面的剪辑，并可以加入视频特技、字幕等，配上解说音乐等。然后再通过生成输出所需要的格式

文件。

用的非线性软件有 Adobe Premiere ， Sony Vegas ， Campus Edius ， Ulead Media Studio ，

绘声绘影等。 Adobe Premiere 是非常专业的非线性编辑软件，目前最新版本为 Adobe Premiere

pro1.5 ，该软件具有丰富的转场特技和视频滤镜，并有着丰富的插件以增强功能，具有非常强大的

功能，但操作复杂。 Sony Vegas 和 Campus Edius 也是专业的视频编辑软件，它们各有特

色。 Ulead Media Studio 是一款准专业的视频编辑软件。而绘声绘影功能则比较简单，运行速度比

较慢，但有界面友好、操作容易的特点，适合要求不高的场合。总而言之，每一款编辑软件都有其优

点和缺点，必要时可以互相取长补短。

视频转换可以用视频编辑软件重新生成所需要的格式，也可以用专门的视频转换软件来实现，如豪

杰视频通等，可以进行常见视频格式的相互转换，并可以批量转换。

视频处理是一项技术性非常强的工作，要求工作人员要熟练掌握各种视音频格式的技术特点，并关注

新的视频技术发展动态，熟悉各种常见视频处理软件的使用，这样处理起视频才能随心所欲。

数字视频节目制作过程

1. 素材准备

在使用非线形编辑系统节目之前，需要向系统中输入素材。大多数非线形编辑系统是实时地把磁带上的

视音频信号转录到磁带上，这比传统编辑增加了额外的操作时间。目前在多数 PC 机上使用 1394

接口将摄象机中的数据传输到计算机中。

除了视频素材之外，还应将其他需要用到的素材如图象，动画，声音等也通过适当的方法加入到计算机

中去。

2. 节目制作

节目制作通常包括以下内容：

①素材浏览。通过编辑系统的播放器可以播放浏览素材，可以用正常速度播放，也可以快速重放，慢

放和单帧播放，播放速度可无级调节，也可以反向播放

②编辑定位点。在确定编辑点时，可以手动操作进行粗略定位，也可以使用时码精确定位编辑点。

③素材剪辑。可以直接在参考编辑点前后的画面进行剪裁或手工编辑。

④素材组接。非线形编辑系统中的各段素材的相互位置可以随意调整。编辑过程中，也可以在任

何时候删除节目中的一个或多个镜头，或向节目中的任意位置插入一段素材

⑤特技。在非线形编辑系统中制作特级时，一般可以在调整特技参数的同时观察特级对画面的影

响

⑥字幕。字幕与视频画面合成方式有软件和硬件两种。软件字幕实际上使用了特级抠象的方法进

行处理，生成的时间较长，一般不适合制作字幕叫多的节目。但他与视频编辑环境的集成性

好，便于升级和扩充字库。硬件字幕实现的速度快，能够实时查看字幕与画面的叠加效果，

但一般需要支持双通道的视频硬件来实现

⑦声音编辑。大多数基于 PC 的非线形编辑系统能直接从 CD唱盘， MIDI文件中录制波形

声音文件。波形声音文件可以非常直接地在屏幕上显示音量的变化，使用编辑软件进行

多轨声音合成时，一般也不受总的音轨数量的限制。

⑧动画（图象）制作与合成。由于非线形编辑系统的出现，动画的逐帧录制设备已基本被

淘汰。非线形编辑系统除了可以实时录制动画以外，还能通过抠象实现动画或图象与实

拍画面的合成，极大地丰富了节目录制的手段。

3. 节目输出

制作好的节目可以直接输出到硬盘上，保存为指定格式的文件。也可以输出到录象带或

DV 磁带上，还可以直接制作成为 VCD 或者 DVD光盘。

节目制作举例

1.Premiere概述

Premiere 是 Adobe公司推出的一种专业化视频编辑软件 ,它可配合多种硬件进行视频捕获和处理，

并能产生广播级质量的视频文件

1. 发展简史

Adobe推出了 Premiere 的 Macintosh版本 , 升级到 4.0 时才推出 Windows版本。

Premiere 4.0/4.2

Premiere 5.0/5.1/5.5

Premiere 6.0/6.5

2. 基本功能

Premiere 是非常优秀的视频编辑软件，它能对视频、声音、动画、图片、文本进行编辑和处理，

并最终生成电影文件。

视频素材的采集与制作

视频（ video ）：由连续画面组成，按一定速度播放，具有直观生

动的特点。

视频信号源：电视机、录像机、摄像机、激光视盘机等。

计算机的视频信号：模拟视频；数字视频。

模拟视频：通过视频采集卡和相应软件转化成数字视频后才能编辑和播放。

数字视频：有数字摄像机拍摄后直接输入计算机进行处理。

视频素材的采集与制作

视频信号的采集：

单画面采集：画面先进行定格，然后定格的单幅画面以多种图像格式存储。

多幅动态连续动画：连续采集是以 25-30 帧 /S 的采样速度进行实时、动态的捕

捉和压缩，并以文件形式加以存储。

视频素材的采集与制作

视频文件格式：

avi;mov;qt;mpeg;dat;rm

avi ： audio-video Interleaved(Video

for windows)

mov,qt:QuickTime

mpeg:国际标准化组织的运动图像专家小组（ mpeg ）

dat ： VCD

rm:Real Video网络适用

视频素材的采集与制作

视频采集：

©视频捕捉卡配合相应的软件采集

©通过软件来截取 VCD 上的视频片断

©屏幕抓取软件记录屏幕的动态显示

视频素材的采集与制作

视频卡的选择、安装和使用：

视频采集卡：将模拟视频信号换化为计算机的视频文件是视频素材采集和制作

的核心设备。

分为以下四大类：

1、电视卡、视频捕捉卡、带 TV输入的显示卡

2、视频采集实时压缩卡

3、视频采集实时压缩（编辑）卡

4、高档视频采集实时压缩（编辑）卡

安装：硬件安装和驱动程序的安装

视频素材的采集与制作

视频卡的使用

1 启动 Premiere,在弹出的“ New project setting”(新建项目设置 )对话框中选择“ Ca

pture setting”

2 捕捉格式设置

3 VFW(Video for windows capture Option)设置

4 Video Source (视频源 )设置

5 图像尺寸格式设置

6 视频压缩设置

7 预览及捕捉

视频素材的采集与制作

超级解霸的使用

功能介绍

从 VCD上截取图像

从 VCD上截取连续图像

从 VCD上截取影片片断

视频素材的采集与制作

简单视频作品制作 1. 视频素材预处理2. 合并视频素材 3. 添加音频素材4. 添加文字5. 完成作品