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6 1 视频的基础知识（第1页）

6。1视频的基础知识

6。1。1视频的基本原理

通常把快速、连续地随着时间变化的一组图像称之为视频。日常生活中看到的电影、电视、DVD、VCD等都属于视频的范畴。视频是活动的图像，正如像素是一幅数字图像的最小单元一样，一幅幅静止的图像组成了视频，图像是视频的最小和最基本的单元。视频是由一系列图像组成的，与静止图像不同，视频是活动的图像。视频信号具有高分辨率、色彩逼真等特点，在人们的生活当中，有70%的信息来自视觉，其中活动图像是信息最丰富、最直观的呈现，视频信号的处理也是多媒体技术的核心之一，因此视频资源也成为现代教学中必不可少的资源之一。

1。视频的基础理论

（1）模拟视频

在多媒体教学资源中，视频以其直观和生动的特点在教学中得到了广泛应用，视频与动画一样，也是由一幅幅以一定速度播放的帧序列组成，从而使观察者获得连续的感觉。由于世界各国或地区的电视制式没有统一的标准，因此视频的传输、存储方式等也不相同。目前，世界上彩色电视的制式有三种：NTSC制、PAL制和SECAM制，美国和日本采用的是NTSC制，我国和一些欧洲国家采用的是PAL制，而法国等另外一些欧洲国家或地区使用的是SECAM制。

虽然这些制式不同，但它们的基本原理都是一样的，描述视频的参数有图像大小、帧和帧速率。

①图像大小。

一段视频是由若干画格组成的，这些单独的画格就是图像。在播放节目的时候，图像大小的设置是一项重要的参数，在进行拍摄和播出的时候，图像的大小就是长宽比，它是图像水平扫描的长度与全部扫描的垂直距离之比，即帧画面的长宽比，尽管电视的制式没有统一的标准，但帧画面的长宽比早就标准化为4∶3的格式了。

对于PAL制电视来讲，它规定每帧扫描行数为625行，由于消患现象的存在，在垂直消隐期间，扫描行不可能分解图像，而垂直消隐期约占扫描时间的8%，因此625行中用于扫描图像的有效行数为625*92%≈576行。按照4∶3的比例，如果把像素看作方形，一帧图像在水平方向上就应该有576*43=768像素。显然，如果把一帧图像看成栅格的话，它就是由768*576像素组成。另外对于PAL制的图像来说，数字化后常见的图像尺寸是720*576像素，4∶3的比例没变，但像素是矩形的。

②帧和帧速率。

视频领域是利用人眼的视觉暂留特性产生的运动影像，因此必须对每秒扫描多少帧即帧速率有一定的规定。对于PAL制信号来说，帧速率是25帧s，而NTCS制信号的帧速率则为30帧s。帧速率虽然用于提供平滑的运动，但它们还远远没有达到使视频显示避免闪烁的程度。有关研究表明，人的眼睛可以觉察到低于以150s的速度刷新的图像中的闪烁。然而要把帧速率提高到这种程度，就要显著增加系统的频带宽度，这是相当困难的。为了克服这一点，在电视系统中采用了隔行扫描的办法。

（2）数字化视频

数字视频信号采用基于数字技术的图像显示标准。数字视频技术有两层含义：一是将模拟视频信号输入计算机，进行数字化视频编辑，最后制成数字视频产品；二是指视频图像由数字摄像机拍摄下来，从信号源开始，就是无失真的数字视频，输入计算机后通过软件编辑制成产品，这是纯粹的数字视频技术。

模拟视频的数字化处理、存储和输出，涉及的主要技术有以下两个方面。

①采样与量化。

模拟信号在时间上和幅度上都是连续的，为了把这种连续的信号转化为数字的0、1信号，就必须把这两个量转换为不连续的数值。把时间转化成离散值的过程称为采样，而把幅度值转换成离散值的过程称为量化。这两个过程称为模拟数字转换，简称模数（AD）转换。由于连续的模拟信号经过AD转换后变成离散值，所以只能建立原始信号的近似值。若选择的采样值和量化值比较合适，AD转换就能以较高的精度完成，使近似值误差在数字系统中再现时不被观察出来。为保障数字系统能正确地再现原始信号，不存在损失，整个过程最为重要的就是最初的AD转换所得到的近似值，它决定了整个系统的精确度。

对于采样来说，它采用了一定频率的时间脉冲读取模拟波形的瞬间值，从而产生一系列采样值，因此采样时间频率又称为采样速率。显然在采样过程中，采样频率越高，波形被等分的份数越多，质量越好。需要注意的是，在采样阶段，信号只在时间上是离散的，每一个采样值仍然是模拟信号，而且每一个采样值都可以具有在连续范围内的任意值。最终把这些离散的模拟信号转化为数字信号的过程，就是量化。量化值可用采样精度表示，即波形垂直等分的数目，等分的数目越多，则采样精度越高，质量越好。若用8位转换器，可把采样信号256等分；而用16位转换器，则可将其65536等分。

②压缩编码。

通过数字化处理后的视频信号在计算机中所占的存储量是巨大的。例如，显示分辨率640*480像素的一帧视频图像，若每个图像用24位颜色来表示，则一帧视频图像占640*480*248=900KB。如果按25帧s的速度播放，则每秒视频图像需占22MB的存储空间。可见，将不经压缩的数字视频存放到计算机里是不现实的。解决这一问题的方法是对视频数据进行压缩。数字视频数据具有很大的压缩潜力，像素与像素之间在行和列上有很大的相关性，因此整体上数据的冗余度很大。在允许一定失真限度的前提下，可对视频图像数据进行大幅度的压缩。

衡量一种数据压缩方法的优劣有三个重要指标：一是压缩比要大；二是实现压缩的方法要简单；三是恢复的效果要好。目前，常用的压缩编码方法可分为两大类：一类是冗余压缩法，又称无损压缩，主要采用哈夫曼编码、算术编码、行程编码等；另一类是熵压缩法，又称有损压缩法，主要包括预测编码、变换编码、子带编码、矢量化编码、混合编码和小波编码等。由于无损压缩不会产生失真，因此常用于文本类数据的压缩，它能保证完全地恢复数据，但这种方法的压缩比低，一般在2∶1～5∶1。而有损压缩法由于允许一定的失真，其压缩比可达到100∶1～200∶1，故可用于图像、声音、动态视频等数据的压缩。

视频图像的压缩主要遵循MPEG（MotiosGroup）动态图像压缩国际标准，MPEG是压缩比可达到100∶1～200∶1的帧间压缩方法。它是通过实时将帧内编码单独地压缩在每一帧，主要将频域里人眼不敏感的部分滤除，而且帧在时域里是均匀分布的，因此在编辑的时候可随便编辑任意帧，而与其他的帧不相关，这对于以帧为精度单位的后期编辑处理来讲是非常重要的。不过用MPEG压缩后的数字视频，所占用的空间仍然很大。

2。输出图像

随着网络多媒体资源的日益丰富，越来越多的学生喜欢利用网络浏览视频、学习课程，相应地，多媒体技术的发展又推动了视频资源的新发展，也为视频资源的应用开辟了广阔的市场。教师可将一些视频资源放到网络上供学生观看，也可制作VCD或DVD在课堂上播放，还可保存起来以供重新编辑使用。总之，就是要根据不同的用途，把各种不同格式的视频文件用相应的软件输出成既定的格式以供后期使用。软件生成的相应文件格式如表6-1-1所示。

表6-1-1不同用途输出软、硬件需求对照

6。1。2获取视频的方法

要学习视频资源的制作，就要从视频的获取开始，即要学习怎么样得到视频素材。

获取视频的常用方法有两种：一种是通过摄像机拍摄，获取视频信号；另一种是通过视频采集卡从视频源（录像机、电视机、影碟机等）获取模拟视频信号，并将其转化为计算机数字视频信号。

采集卡是一种将数据源（如摄像机、录像机、电视机、影碟机等）输出的视频信号或者视音频信号采集到计算机，并转化为可供编辑处理的数字信号的设备。视频采集卡是将视频信号采集到计算机内的采集卡，其中包括采集数字信号的1394卡和采集模拟信号的压缩卡，而同时能采集两种信号的采集卡一般比较高级，属于采集编辑卡。

目前市场上比较流行的，适用于数码摄像机的采集卡可以分为以下两类。

（1）IEEE1394卡

IEEE1394卡仅仅是将数码摄像机记录的数据传输到电脑硬盘中，其他功能如编辑、压缩均由软件实现，一般只具有1394数据接口。IEEE1394接口可以高速、快捷、无损失地传输数字视频信号，使采集工作更加简单、有效。

（2）带有IEEE1394接口的编辑卡

这类产品除了具备以上数据卡的功能外，还带有实时编辑功能、添加字幕、特技效果，这些都是由硬件完成的，不需要太多生成时间，也就是通常意义上的非线性编辑卡。除了IEEE1394接口以外，这类卡一般还配有**、S-Video等接口。

6。1。3数字摄像机的使用