视频转换与数字视频基础笔记

视频转换与数字视频基础笔记

前言

今天写了《图像处理笔记（OpenCV）》，于是顺势写一下图形处理的一个应用领域——视频转换与视频压缩。

这是数字影视技术基础回顾第四章的一个展开

把原理明白后，其实许多知识都是一通百通，比如我写的《ScreenToGIF小技巧之降低GIF体积》就是因为了解原理，所以可以直接定位到如何压缩文件——降色域、降帧、降分辨率。其实还有一些算法可以让压缩更加高效，比如帧内压缩，帧间压缩。不过这个得看算法技术了。

笔记

第一节 模拟电视制式及信号

1黑白电视信号

电视是采用电子学的方法来传送和显示活动景物或静止图像的设备。

电视的基本原理为顺序扫描和传输图像信号，然后在接收端同步再现。

图像的扫描是由隔行扫描组成场，由场组成帧，一帧为一幅图像。

我国电视画面传输率是每秒25帧、50场；把一帧分成奇偶两个场，奇偶交错扫描相当于有遮挡板效果，在其他行还在高速扫描时，人眼不易察觉，同时也解决了带宽问题；采用50Hz场频可以有效去除频率为50Hz电网信号的干扰。

一帧电视信号称为全电视信号，每场行数为312.5行，还有前22行和后3行为场回扫和场同步信号，不传图像，因此每场实际传送图像行数287.5，每帧为575行；而根据统计电视接收机实际垂直分解率约400线。伴音信号防置在图像频带之外，为单声道调频广播。

2.彩色电视信号与制式

1彩色电视国际制式

TV制式	帧频（Hz）	行/帧	亮度带宽 （MHz）	彩色副载波 （MHz）	色度带宽 （MHz）	声音载波 （MHz）
NTSC-M	30	525	4.2	3.58	1.3(I) 0.6(Q)	4.5
PAL-D	25	625	6.0	4.43	1.3(U) 1.3(V)	6.5
SECAM	25	625	6.0	4.25	>1.0(U) >1.0(V)	6.5

2数字视频的采样格式

• PAL制是西德西德、英国等一些西欧国家，新加坡、中国内地及香港，澳大利亚、新西兰等国家采用。YUV空间表示法的Y信号是纯的亮度信号，而U、V是色差信号。类似于大面积着色原理，图像细节完全靠黑白细节来满足。
• NTSC制美国国现在美国、加拿大等大部分西半球国家以及中国的台湾、日本、韩国、菲律宾等均采用这种制式色度信号采用YIQ空间度量，I、Q分量可由U、V分量在平面坐标上逆时针旋转30度得到。
• SECAM法国，主要集中在法国、东欧和中东一带使用。

3.电视信号由亮度信号、色度信号、色同步信号、复合同步信号、伴音信号组成

4.电视接收机的输入、输出模拟信号有以下类型：

• 1、高频或射频信号
• 2、复合视频信号
• 3、S-Video信号
• 4、色差分量信号

5.高频或射频信号

为了能够在空中传播电视信号，必须把视频全电视信号调制成高频或射频（RF,radio frequency)。在空中传播多路电视节目时，为避免混乱，每个信号占用一个频道。我国采用PAL制，每个频道带宽8MHz。

第二节 数字视频基础

1.数字视频的采样格式

在复合电视信号中，亮度信号的带宽是色度信号带宽的两倍。因此其数字化时可采用副色采样法，即对信号的色差分量的采样率低于对亮度分量的采样率。用Y:U:V来表示YUV三分量的采样比例，则数字视频的采样格式有如下4种：

（1）Y:U:V=4:4:4 :

（2）Y:U:V=4:2:2。

（3）Y:U:V=4:1:1。

（4）Y:U:V=4:2:0

2.数字视频标准 （计算）

采样频率

对PAL制、SECAM制，采样频率fs为：

fs=625×25×N=15625×N=13.5 MHz，N=864

其中：N为每一扫描行上的采样数目。在PAL制、SECAM制中，625是指行数，25表示每秒帧数。

有效显示分辨率。

为了使这些制式的采样点兼容，规定每一扫描行的有效样本数均为720个。

数据量。

CCIR 601规定，每个样本点都按8位数字化，即有256个等级。但实际上亮度信号占220级、色度信号占225级，其他位作同步、编码等控制用。如果按fs的采样率和4:2:2的格式采样，则数字视频的数据量为：

13.5(MHz) ×8(bit) ＋2×6.75(MHz)×8(bit) =27MB/s

3有损和无损压缩

无损压缩（lossless)指压缩前和解压缩后的数据完全一致。适合于由计算机生成的图像，它们一般具有连续的色调。

几乎所有高压缩的算法都采用有损压缩（loss） ，这样才能达到低数据率的目标。丢失的数据与压缩比有关，压缩比越小，丢失的数据越多，解压缩后的效果一般越差。

4帧内和帧间压缩

帧内压缩（intraframe)也称为空间压缩。帧内一般采用有损压缩算法，由于帧内压缩时各个帧之间没有相互关系，所以压缩后的视频数据仍可以以帧为单位进行编辑。帧内压缩一般达不到很高的压缩。

帧间压缩（interframe)也称为时间压缩（temporal compression) ，它通过比较时间轴上不同帧之间的数据进行压缩。帧间压缩一般是有损的。

5对称和不对称编码

1）对称（symmetric)意味着压缩和解压缩占用相同的计算处理能力和时间，适合实时压缩和传送图像，应用于视频会议等。

）不对称（asymmetric)编码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的实时回放，即以不同的速度进行压缩和解压缩。

6运动图像分类及排序

为保证图像质量基本不降低而又能够获得高的压缩比，MPEG标准定义了三种图像：帧内图（Intrapictures I），预测图（Predicted Pictures P）和插补图，即双向预测图（Bidirectional Prediction B）。

图像压缩首先需要处理I帧图像，然后是对应的前向预测图像P，在两者的基础上才处理B图像。MPEG编码器算法允许选择I图像的频率和位置。I图像的频率是指每秒钟出现I图像的次数，位置是指时间方向上帧所在的位置。

第三节 MPEG数字视频

MPEG概念

•目前有多种视频压缩编码方法，但其中最有代表性的是MPEG数字视频格式和AVI数字视频格式。

•MPEG（Moving Picture Export Group）是1988年联合成立的一个专家组，它的工作是开发满足各种应用的运动图像及其伴音的压缩、解压缩和编码描述的国际标准。一般来说，MPEG标准分为MPEG视频、MPEG音频和MPEG视音频三个部分。

•到2004年为止，开发和正在开发的MPEG标准有：MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4 、MPEG-7 和MPEG-21 。

•MPEG系列国际标准已经成为影响最大的多媒体技术标准，对数字电视、视听消费电子产品、多媒体通信等信息产业中的重要产品将产生深远的影响。

MPEG标准

MPEG-1：运动图像数字压缩标准，1992年正式发布。

MPEG-2：运动图像数字压缩标准。（DVD用的格式）

MPEG-4：运动图像数字压缩标准及多媒体应用标准（1999年发布）。（网络、多媒体监控）

MPEG-7：多媒体内容描述接口标准。

第四节 AVI数字视频

AVI（Audio Video Interleave)音频视像交插记录

第五节 流媒体的基本概念

概念

流媒体是通过网络传输的音频、视频或多媒体文件。流媒体在播放前不需要下载整个文件，流媒体的数据流随时传送随时播放，只是在开始时有一些延迟。当流式媒体文件传输到客户方的计算机时，在播放之前该文件的部分内容已存入内存。流媒体简单来说就是应用流媒体技术在网络上传输的多媒体文件。

流放技术就是把连续的视频和声音等多媒体信息经过压缩处理后放置在特定的服务器上，让用户一边下载一边观看、收听，而不需要等整个压缩文件下载到自己机器后才可以观看的网络传输技术。该技术首先在用户端的计算机上创造一个缓冲区，播放前预先下载一段资料作为缓冲，当网路实际连线速度小于播放所耗用资料的速度时，播放程序就会取用这一小段缓冲区内的资料，避免播放的中断，也使得播放品质得以维持。

领域

目前在这个领域上，竞争的公司主要有三个：Microsoft、Real Networks、Apple，而相应的产品是：Windows Media 、Real Media、Quicktime。

优点

网络环境中，利用流放技术传播多媒体文件有如下优点：

（1）实时传输和实时播放。流放多媒体使得用户可以立即播放音频和视频信号，无须等待文件传输结束，这对获取存储在服务器上的流化音频、视频文件和现场回访音频和视频流都具有十分重要的意义。

（2）节省存储空间。采用流技术，可以节省客户端的大量存储空间，预先构造的流文件或用实时编码器对现场信息进行编码。

（3）信息数据量较小。现场流都比原始信息的数据量要小，并且用户不必将所有下载的数据都同时存储在本地存储器上，可以边下载边回放，从而节省了大量的磁盘空间。

总结

图形处理的应用范围十分广阔。上面的部分内容其实已经有部分滞后了，当然原理依旧是这些原理。电视虽然不流行了，但是自媒体拍摄开始流行了。

其实图形处理更形象的应用是Photoshop，不过premiere也比较接近，因为近期我开始弄视频了。

premiere软件的使用（快速入门，迅速了解常用功能、常用快捷键、常用插件）——wsdchong

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