數(shù)字視頻技術(shù)及應(yīng)用

前言

　　研究表明，正常人對(duì)除自身以外信息的獲得，95％以上是通過(guò)視聽(tīng)覺(jué)途徑獲得的。在漫長(zhǎng)的人類進(jìn)化過(guò)程中，隨著信息媒介技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，人類越發(fā)強(qiáng)化了通過(guò)視聽(tīng)覺(jué)途徑獲求信息的習(xí)慣，這樣，“活動(dòng)影音”信息的獲得和使用就無(wú)可非議地排到了人們獲得外部信息的最突出的位置。所以，研究活動(dòng)影音信息的采錄、編輯、存儲(chǔ)、傳輸以及顯示的方法和技術(shù)在影視、娛樂(lè)、通信、教育、醫(yī)學(xué)、監(jiān)控、科學(xué)研究等領(lǐng)域尤為活躍，這就是人們常說(shuō)的視頻技術(shù)?！　?shù)字視頻技術(shù)正是在視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和推動(dòng)下成長(zhǎng)起來(lái)的一個(gè)有著更加廣泛應(yīng)用基礎(chǔ)的高新技術(shù)領(lǐng)域。數(shù)字視頻技術(shù)研究的本質(zhì)和范圍是在數(shù)字多媒體環(huán)境下，如何更高效化地適應(yīng)不同場(chǎng)合和不同應(yīng)用的將活動(dòng)影音采錄、編輯、存儲(chǔ)、傳輸以及顯示的方法和技術(shù)?！　?shù)字視頻技術(shù)下的活動(dòng)影音信息已不再是一個(gè)連續(xù)的隨時(shí)間變化的模擬電信號(hào)信息，而是一個(gè)由離散數(shù)字“0”和“1”編碼的能夠記錄和傳輸?shù)谋忍亓?。因此，這種全新的表示、表達(dá)活動(dòng)影音的信息媒介形式被稱為“數(shù)字視頻”?！　”緯?shū)以數(shù)字視頻為主線，系統(tǒng)地討論了視頻的由來(lái)和數(shù)字視頻基礎(chǔ)理論、廣義數(shù)字視頻及其分類、數(shù)字圖像與圖像序列視頻、攝錄系統(tǒng)的數(shù)字視頻、數(shù)字視頻拍攝、桌面數(shù)字視頻的獲取、數(shù)字視頻非線性編輯制作、數(shù)字視頻的壓縮和壓縮編碼格式、桌面可編輯數(shù)字視頻的導(dǎo)出與存儲(chǔ)媒體、數(shù)字視頻的流式傳輸技術(shù)、數(shù)字視頻與多媒體通信等內(nèi)容。在內(nèi)容上既有“系統(tǒng)的理論梳理”，也有“強(qiáng)技能的操作案例”；既注重用理論支撐技能，也關(guān)注用實(shí)際操作來(lái)驗(yàn)證理論內(nèi)容，從而拓展讀者的綜合能力，并有所側(cè)重地將技術(shù)與藝術(shù)有機(jī)融合?！　榱耸贡緯?shū)不失系統(tǒng)性，各專業(yè)學(xué)生在使用本書(shū)時(shí)可根據(jù)學(xué)時(shí)情況，在理清數(shù)字視頻脈絡(luò)的前提下可以有所側(cè)重。作者也力求在內(nèi)容上更突出知識(shí)和技能的“基礎(chǔ)性、時(shí)效性和通用性”，強(qiáng)調(diào)重視學(xué)生知識(shí)、技能以及綜合能力的全面訓(xùn)練和提升。　　本書(shū)參閱了大量的著作、刊物和網(wǎng)站，在此對(duì)這些文獻(xiàn)的作者表示衷心的感謝！限于編著者的學(xué)識(shí)和水平，書(shū)中難免存在不當(dāng)和錯(cuò)漏，還望同行和廣大讀者批評(píng)指正?！　≡诒緯?shū)的編著過(guò)程中，得到了吳訪升博士、陳興瑞教授、古春生博士、徐亞平副教授、黃純國(guó)副教授、郭丹老師、戴仁俊老師、陳湘軍老師、張杰老師的大力支持，在此表示感謝?！　∮捎谧髡咚接邢?，書(shū)中難免有疏漏之處，望廣大讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書(shū)對(duì)數(shù)字多媒體環(huán)境下，數(shù)字視頻從攝錄、采集、編輯制作到存儲(chǔ)與傳輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)，以及適應(yīng)不同場(chǎng)合、不同應(yīng)用的壓縮編碼、格式轉(zhuǎn)換等進(jìn)行了系統(tǒng)的討論。內(nèi)容主要包括：數(shù)字視頻基礎(chǔ)、廣義數(shù)字視頻及其分類、數(shù)字圖像與圖像序列視頻、攝錄系統(tǒng)的數(shù)字視頻、數(shù)字視頻拍攝、數(shù)字視頻非線性編輯制作、數(shù)字視頻的壓縮和桌面回放、桌面可編輯數(shù)字視頻的導(dǎo)出與存儲(chǔ)媒體、數(shù)字視頻的流式傳輸技術(shù)、數(shù)字視頻與多媒體通信等。    本書(shū)可作為高等院校數(shù)字媒體、教育技術(shù)、廣告、攝影、新聞傳播等相關(guān)專業(yè)的教材，也可作為從事多媒體影視制作的相關(guān)人員以及DV攝影愛(ài)好者的參考書(shū)或培訓(xùn)教材。

書(shū)籍目錄

前言第1章 數(shù)字視頻概述  1.1 什么是視頻    1.1.1 黑白視頻    1.1.2 彩色模擬視頻  1.2 什么是數(shù)字視頻    1.2.1 數(shù)字視頻的特點(diǎn)    1.2.2 廣義的數(shù)字視頻新概念  1.3 數(shù)字視頻的現(xiàn)狀    1.3.1 數(shù)字視頻的應(yīng)用現(xiàn)狀    1.3.2 數(shù)字視頻的前沿技術(shù)問(wèn)題  思考題第2章 彩色數(shù)字視頻基礎(chǔ)  2.1 彩色電視原理和信號(hào)類型    2.1.1 彩色電視的原理    2.1.2 彩色電視信號(hào)的組成    2.1.3 彩色電視信號(hào)的類型  2.2 彩色電視制式與掃描特性    2.2.1 彩色電視制式    2.2.2 同步掃描特性  2.3 彩色電視圖像的數(shù)字化    2.3.1 關(guān)于數(shù)字化方案    2.3.2 A/D轉(zhuǎn)換與D/A轉(zhuǎn)換    2.3.3 數(shù)據(jù)壓縮編碼    2.3.4 彩色圖像子采樣  2.4 彩色電視圖像的數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)    2.4.1 色彩空間轉(zhuǎn)換    2.4.2 采樣頻率與相應(yīng)時(shí)間基準(zhǔn)的關(guān)系    2.4.3 圖像分辨率與每行有效像素    2.4.4 625掃描行系統(tǒng)中采樣格式分析    2.4.5 ITU-R BT.601標(biāo)準(zhǔn)摘要  思考題第3章 廣義數(shù)字視頻及其分類  3.1 廣義的數(shù)字視頻    3.1.1 廣義數(shù)字視頻的表述    3.1.2 廣義數(shù)字視頻概念的幾個(gè)側(cè)重點(diǎn)  3.2 數(shù)字視頻的分類    3.2.1 基于演播室攝錄系統(tǒng)的數(shù)字視頻    3.2.2 基于磁帶介質(zhì)存儲(chǔ)的數(shù)字視頻    3.2.3 基于光盤存儲(chǔ)的數(shù)字視頻    3.2.4 基于圖像序列的數(shù)字視頻    3.2.5 基于桌面處理的數(shù)字視頻    3.2.6 基于流式傳輸?shù)臄?shù)字視頻    3.2.7 基于固體存儲(chǔ)的數(shù)字視頻    3.2.8 基于硬盤存儲(chǔ)的數(shù)字視頻    3.2.9 基于視頻通信的數(shù)字視頻    3.2.10 基于3D動(dòng)畫(huà)和虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的數(shù)字視頻  思考題第4章 數(shù)字圖像與圖像序列視頻  4.1 計(jì)算機(jī)表色模式與數(shù)字圖像    4.1.1 計(jì)算機(jī)表色模式    4.1.2 數(shù)字圖像的種類    4.1.3 數(shù)字圖像(位圖)的基本屬性  4.2 數(shù)字圖像編輯處理    4.2.1 數(shù)字圖像編輯處理軟件    4.2.2 Photoshop編輯操作的核心技術(shù)思想    4.2.3 Photoshop圖像處理的關(guān)鍵與效率  4.3 數(shù)字圖像編輯處理實(shí)踐單元    4.3.1 圖像合成制作    4.3.2 圖像設(shè)計(jì)制作    4.3.3 制作適用于視頻場(chǎng)合使用的圖像  4.4 常用的幾種圖像序列與數(shù)字視頻    4.4.1 圖像序列與數(shù)字視頻    4.4.2 常見(jiàn)的圖像序列視頻    4.4.3 圖像序列的相互轉(zhuǎn)換  思考題第5章 攝錄系統(tǒng)的數(shù)字視頻  5.1 視頻攝錄系統(tǒng)的發(fā)展    5.1.1 視頻攝像機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)述    5.1.2 視頻錄像機(jī)的發(fā)展  5.2 數(shù)字?jǐn)z錄系統(tǒng)的分類和機(jī)種格式    5.2.1 數(shù)字?jǐn)z錄系統(tǒng)的分類    5.2.2 數(shù)字?jǐn)z錄系統(tǒng)的機(jī)種格式    5.2.3 數(shù)字?jǐn)z錄機(jī)影像質(zhì)量的比較  5.3 數(shù)字?jǐn)z錄設(shè)備的選購(gòu)    5.3.1 目標(biāo)用途和性價(jià)比的綜合考慮    5.3.2 訂貨和驗(yàn)貨的注意事項(xiàng)  思考題第6章 數(shù)字視頻拍攝  6.1 認(rèn)識(shí)數(shù)字?jǐn)z錄機(jī)    6.1.1 數(shù)字?jǐn)z錄一體機(jī)的組成    6.1.2 數(shù)字?jǐn)z錄機(jī)的基本性能指標(biāo)    6.1.3 數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的綜合指標(biāo)    6.1.4 更高層次的性能指標(biāo)  6.2 視頻拍攝實(shí)踐單元    6.2.1 數(shù)字?jǐn)z錄機(jī)的基本設(shè)置    6.2.2 使用操作數(shù)字?jǐn)z錄機(jī)遵循的步驟及其環(huán)節(jié)  6.3 數(shù)字?jǐn)z錄機(jī)的構(gòu)畫(huà)技巧    6.3.1 攝影景別和拍攝角度    6.3.2 靜態(tài)構(gòu)圖與動(dòng)態(tài)構(gòu)圖  6.4 數(shù)字?jǐn)z錄機(jī)的用光技巧    6.4.1 對(duì)光及光線形式的認(rèn)識(shí)    6.4.2 數(shù)字?jǐn)z錄時(shí)對(duì)照明的要求    6.4.3 攝像照明的光線分析  6.5 數(shù)字?jǐn)z錄機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸與上載接口    6.5.1 IEEE 1394接口解析    6.5.2 SDI標(biāo)準(zhǔn)與SDI接口    6.5.3 SDTI壓縮串行數(shù)字接口    6.5.4 AES/EBU及S/PDIF數(shù)字音頻接口    6.5.5 FDDI光纖分布式數(shù)據(jù)接口  思考題第7章 桌面數(shù)字視頻的獲取與格式轉(zhuǎn)換  7.1 桌面數(shù)字視頻的獲取概述    7.1.1 桌面數(shù)字視頻的獲取途徑    7.1.2 圖像采集的獲取方法    7.1.3 數(shù)據(jù)上載的獲取方法    7.1.4 光盤數(shù)據(jù)截取的獲取方法  7.2 桌面數(shù)字視頻的格式轉(zhuǎn)換    7.2.1 桌面數(shù)字視頻的格式    7.2.2 桌面數(shù)字視頻的格式轉(zhuǎn)換方法  思考題第8章 視頻非線性編輯系統(tǒng)  8.1 視頻非線性編輯系統(tǒng)概述    8.1.1 非線性編輯與非線性編輯系統(tǒng)    8.1.2 非線性編輯系統(tǒng)的分類  8.2 專業(yè)化的板卡驅(qū)動(dòng)非編系統(tǒng)    8.2.1 平臺(tái)構(gòu)成    8.2.2 專業(yè)非編視頻卡    8.2.3 大容量數(shù)字存儲(chǔ)載體    8.2.4 方便實(shí)用的軟件  8.3 大眾化的軟件驅(qū)動(dòng)非編系統(tǒng)    8.3.1 基于軟件加速的非編卡的出現(xiàn)    8.3.2 大眾化的軟件驅(qū)動(dòng)非編系統(tǒng)  8.4 兩款專業(yè)非線性編輯系統(tǒng)概述    8.4.1 專業(yè)DPS非線性編輯系統(tǒng)簡(jiǎn)介    8.4.2 DV Storm 2數(shù)字非線性編輯系統(tǒng)簡(jiǎn)介  思考題第9章 數(shù)字視頻編輯制作  9.1 數(shù)字視頻編輯制作概述    9.1.1 視頻編輯的幾個(gè)概念    9.1.2 非線性編輯制作的工作流程  9.2 通用平臺(tái)的非線性編輯軟件    9.2.1 通用平臺(tái)的非線性編輯軟件簡(jiǎn)介    9.2.2 Adobe Premiere成為視頻編輯制作的主流工具  9.3 Premiere 6.5 軟件的編輯操作    9.3.1 Premiere 6.5 軟件編輯操作的核心思想    9.3.2 Premiere 6.5 編輯制作實(shí)例  9.4 Premiere Pro 2.0軟件的編輯操作    9.4.1 Premiere Pro 2.0軟件編輯操作的核心思想    9.4.2.Premiere Pro 2.0下的主要特效解析與圖示  9.5 Premiere Pro 2.0外掛插件的使用    9.5.1 。Premiere Pro 2.0外掛插件的安裝    9.5.2.Premiere Pro 2.0外掛插件的使用  9.6 Adobe Aiter Effects軟件編輯操作    9.6.1 Adobe After Effect軟件特點(diǎn)及其核心思想    9.6.2 AE視頻包裝軟件的實(shí)例  思考題第10章 數(shù)字視頻的壓縮和桌面回放  10.1 數(shù)據(jù)壓縮編碼的幾個(gè)概念    10.1.1 數(shù)據(jù)冗余及其種類    10.1.2 數(shù)據(jù)壓縮的方法和類型  10.2 數(shù)字視頻壓縮編碼算法基礎(chǔ)    10.2.1 無(wú)損壓縮編碼算法    10.2.2 有損壓縮編碼算法及其種類  10.3 常用的混合編碼類型及國(guó)際圖像編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)    10.3.1 常用的混合編碼類型    10.3.2 JPEG標(biāo)準(zhǔn)及編碼方案要點(diǎn)    10.3.3 MPEG.1 標(biāo)準(zhǔn)及具體編碼方案要點(diǎn)    10.3.4 MPEG.2 標(biāo)準(zhǔn)及具體編碼方案要點(diǎn)    10.3.5 MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)及具體編碼方案要點(diǎn)    10.3.6 H.261、H.263標(biāo)準(zhǔn)  10.4 桌面無(wú)硬件視頻回放壓縮編碼格式    10.4.1 AVI(含DV AVI)格式    10.4.2 MPEG格式(跨平臺(tái))    10.4.3 MOV/QT格式    10.4.4 DV格式  思考題第11章 可編輯數(shù)字視頻的導(dǎo)出與存儲(chǔ)  11.1 桌面可編輯數(shù)字視頻的導(dǎo)出    11.1.1 借助通用平臺(tái)非編軟件Premiere的導(dǎo)出    11.1.2 借助其他專業(yè)非編系統(tǒng)平臺(tái)的導(dǎo)出  11.2 數(shù)字視頻的存儲(chǔ)媒體    11.2.1 光盤存儲(chǔ)媒體    11.2.2 磁帶存儲(chǔ)媒體    11.2.3 硬盤陣列存儲(chǔ)  思考題第12章 數(shù)字視頻的流式傳輸技術(shù)  12.1 流式傳輸技術(shù)概述    12.1.1 流式傳輸技術(shù)和相關(guān)概念    12.1.2 流式傳輸?shù)姆绞脚c特點(diǎn)    12.1.3 流式傳輸?shù)臍v史與發(fā)展及主要應(yīng)用領(lǐng)域  12.2 流式傳輸?shù)墓ぷ髟砼c協(xié)議    12.2.1 流式傳輸?shù)墓ぷ髟?   12.2.2 流式傳輸?shù)膮f(xié)議  12.3 三種主流流式傳輸平臺(tái)體系    12.3.1 RealSystem流式傳輸平臺(tái)體系    12.3.2 QuickTime流式傳輸平臺(tái)體系    12.3.3 Windows Media流式傳輸平臺(tái)體系  12.4 流媒體服務(wù)器的架設(shè)與運(yùn)行    12.4.1 流媒體系統(tǒng)架設(shè)流程    12.4.2 架設(shè)Windows Media Service服務(wù)器的步驟  12.5 P2P流媒體系統(tǒng)概述    12.5.1 P2P流媒體系統(tǒng)播送方式    12.5.2 P2P流媒體中的關(guān)鍵技術(shù)    12.5.3 P2P流媒體的應(yīng)用  思考題第13章 數(shù)字視頻與多媒體通信  13.1 寬帶多媒體視頻通信    13.1.1 寬帶多媒體視頻通信簡(jiǎn)介    13.1.2 寬帶多媒體視頻通信編碼標(biāo)準(zhǔn)    13.1.3 網(wǎng)絡(luò)電視  13.2 無(wú)線移動(dòng)多媒體視頻通信    13.2.1 無(wú)線移動(dòng)多媒體視頻通信簡(jiǎn)介    13.2.2 移動(dòng)手機(jī)電視  思考題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　1.2 什么是數(shù)字視頻　　自20世紀(jì)80年代以來(lái)，伴隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和數(shù)字DSP芯片技術(shù)，以及計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)的進(jìn)展，一方面，各種視頻設(shè)備和計(jì)算機(jī)多媒體外部設(shè)備相繼采用微處理器技術(shù)嘗試數(shù)字化控制和數(shù)字化處理，使得視頻媒體的圖像質(zhì)量、操作控制、輕便化、小型化等性能都有了長(zhǎng)足的提高；另一方面，計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)也在逐步占領(lǐng)著圖形圖像、視頻處理等多媒體制高地。兩方面的競(jìng)爭(zhēng)和融合顯得尤為活躍，而且遇到的問(wèn)題同樣都是“視頻的數(shù)字化處理必然帶來(lái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和高速運(yùn)算處理”的難題。這不得不使計(jì)算機(jī)領(lǐng)域與視頻領(lǐng)域再作親密的結(jié)合，以解決兩個(gè)行業(yè)共同面臨的問(wèn)題。那就是如何用統(tǒng)一的視音頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)兼容各自的多媒體系統(tǒng)，推廣流行的數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)。這樣，一個(gè)以Codec技術(shù)為核心的新的技術(shù)領(lǐng)域——“數(shù)字視頻技術(shù)”領(lǐng)域就形成了（這里所說(shuō)的Codec可以是一款軟件，也可以是固化成用于視頻文件的壓縮和解壓縮的專用程序芯片）。顯然，這個(gè)有著廣泛應(yīng)用基礎(chǔ)的高新技術(shù)領(lǐng)域所研究的本質(zhì)和范圍就是如何更加高效化地適應(yīng)不同場(chǎng)合和不同應(yīng)用地將活動(dòng)影音文件采錄、編輯、傳輸、存儲(chǔ)，以及顯示和交互的一系列方法和技術(shù)。由此，在數(shù)字多媒體技術(shù)的大環(huán)境下，演繹了一幕幕視頻媒體數(shù)字化和數(shù)字視頻流行化的壯觀場(chǎng)景?！　?.2.1 數(shù)字視頻的特點(diǎn)　　由于視頻最初是以模擬的電信號(hào)形式產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的，所以，數(shù)字視頻的發(fā)展也就必然從模擬視頻數(shù)字化開(kāi)始。這既是視頻技術(shù)要求的，同時(shí)也是計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)要求的。只是有些人試圖從信號(hào)上游做數(shù)字化工作，有些人希望從下游做融合溝通的數(shù)字化工作。無(wú)論怎樣，他們都面臨著數(shù)字化的環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境下，數(shù)字視頻與模擬視頻有什么本質(zhì)區(qū)別呢？　　1）在數(shù)字環(huán)境下，視頻（包括音頻）從整體上講已不再是一個(gè)連續(xù)的隨時(shí)間變化的電信號(hào)，而是一個(gè)由離散數(shù)字“0”和“1”編碼的能夠傳輸和記錄的“比特流”。　　2）在數(shù)字環(huán)境下，活動(dòng)影音的圖像也不再是連續(xù)的電子圖像，而是一個(gè)不連續(xù)的以像素為單元的點(diǎn)陣化數(shù)字圖像。圖像的清晰與否是由點(diǎn)陣化的像素?cái)?shù)量決定的?！　?）未經(jīng)壓縮的原始數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量是非常大的。目前，數(shù)字視頻比照“標(biāo)準(zhǔn)模擬視頻”的滿屏有效像素（PAL／720×576像素；NTSC／720×480像素），時(shí)基和幀率遵從原有的視頻制式。例如，1分鐘滿屏真彩色數(shù)字視頻需要1.5 GB的存儲(chǔ)空間。如果要求它按正常時(shí)基和幀率顯示播放，其數(shù)據(jù)傳輸率至少在27Mbit／s以上。　　4）在數(shù)字環(huán)境下，數(shù)字視頻有無(wú)數(shù)種“媒體格式”。它們大都是按照不同的壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)、存儲(chǔ)介質(zhì)類型、記錄方式、應(yīng)用領(lǐng)域及其平臺(tái)類型等形成自己不同的格式標(biāo)準(zhǔn)?！　?）在數(shù)字環(huán)境下，數(shù)字視頻是可以進(jìn)行非線性編輯和非線性檢索的，并可以有選擇地進(jìn)行實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)播放，以及適應(yīng)帶寬條件調(diào)整畫(huà)面分辨率。 　　……

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