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淺析多媒體視頻信息處理的方式創(chuàng)新的論文
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，使人類社會(huì)進(jìn)入了信息時(shí)代。計(jì)算機(jī)技術(shù)在當(dāng)今教育領(lǐng)域中的應(yīng)用，是教育現(xiàn)代化的一個(gè)重要標(biāo)志。多媒體技術(shù)運(yùn)用多種現(xiàn)代化手段對(duì)信息進(jìn)行加工處理，顯示與重放，模擬、仿真與動(dòng)畫技術(shù)的應(yīng)用可以使一些在普通條件下無法實(shí)現(xiàn)或無法觀察到的過程與現(xiàn)象生動(dòng)而形象地顯示出來，可大大增強(qiáng)人們對(duì)抽象事物與過程的理解與感受。交互式多媒體技術(shù)將圖、文、聲、像融為一體，可以達(dá)到在短時(shí)間內(nèi)獲取大量知識(shí)信息的效果。
視頻信息與圖像信息、音頻信息一樣，是多媒體信息的重要組成部分，是多媒體技術(shù)研究的重要內(nèi)容。視頻信息是連續(xù)變化的影像。是多媒體技術(shù)最復(fù)雜的處理對(duì)象。視頻通常指實(shí)際場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)演示，例如電影、電視、攝像資料等。
1.視頻
視頻信號(hào)是指活動(dòng)的、連續(xù)的圖像序列。在視頻中，一幅圖像稱為一幀，是構(gòu)成視頻信息的最基本單位。在空間、時(shí)間上互相關(guān)聯(lián)的圖像序列（幀序列）連續(xù)起來，就是動(dòng)態(tài)視頻圖像。
在多媒體技術(shù)中，視頻處理一般是指借助于一系列相關(guān)的硬件（如視頻卡）和軟件，在計(jì)算機(jī)上對(duì)輸入的視頻信號(hào)進(jìn)行接收、采集、傳輸、壓縮、存儲(chǔ)、編輯、顯示、回放等多種處理。
計(jì)算機(jī)要處理視頻信息，首先要解決的是將模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字視頻信號(hào)。計(jì)算機(jī)需要對(duì)輸入的模擬視頻信息進(jìn)行采樣和量化，并經(jīng)過編碼使其變成數(shù)字化圖像。
圖像采樣就是將二維空間上模擬的連續(xù)亮度（即灰度）或色彩信息轉(zhuǎn)化為一系列有限的離散數(shù)值來表示。由于圖像是一種二維信息，所以具體的做法就是對(duì)連續(xù)圖像在水平方向和垂直方向等間隔的分割成矩形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所形成的矩形微小區(qū)域，稱之為像素。被分割的圖像若水平方向有M個(gè)間隔，垂直方向有N個(gè)間隔，則一幅視頻畫面就被表示成MxN個(gè)像素構(gòu)成的離散像素的集合。MxN表示圖像的分辨率。
在進(jìn)行采樣時(shí)，采樣點(diǎn)間隔的選取是一個(gè)非常重要的問題，它決定了采樣后的圖像是否能真實(shí)地反映原圖像的程序。一般說來，原圖像中的畫面越復(fù)雜，色彩越豐富，則采樣間隔應(yīng)越小。
采樣后得到的亮度值（或色彩值）在取值空間上仍然是連續(xù)值。把采樣后所得到的這些連續(xù)量表示的像素值離散化為整數(shù)值的操作叫量化。圖像量化實(shí)際上就是將圖像采樣后的樣本值的范圍分為有限多個(gè)段，把落入某段中的所有樣本值用同一值表示，是用有限的離散值量來代替無限的連續(xù)模擬量的一種映射操作。在量化時(shí)所確定的離散取值個(gè)數(shù)稱為量化級(jí)數(shù)，為表示量化的色彩值（或亮度值）所需的二進(jìn)制數(shù)位稱為量化字長。一般可以用8 bit、16bit、24bit或更高的量化字長來表示的顏色。量化字長越長、則越能反映原有圖像的顏色，但得到的數(shù)字圖像的容量也越大。
在多媒體系統(tǒng)中，視頻信號(hào)的采樣和量化是通過視頻卡對(duì)輸入的畫面進(jìn)行采集和捕獲，并在相應(yīng)的軟件支持下完成的。畫面采集可分為單幅畫面采集和多幅動(dòng)態(tài)畫面連續(xù)采集。單幅畫面采集時(shí)，用戶可以將輸入的視頻信息定格，然后將定格后的單幅畫面以圖形文件格式加以存儲(chǔ)。為得到活動(dòng)的視頻畫面，要進(jìn)行連續(xù)采集，視頻卡可以對(duì)視頻信號(hào)源泉輸入的視頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的捕獲和壓縮，可以每秒25幀到30幀的采樣速度對(duì)視頻加以采樣和量化。
視頻信號(hào)經(jīng)數(shù)字化后，需要將數(shù)字化信息壓縮后加以存儲(chǔ)。在使用時(shí)，再將數(shù)字化信息從介質(zhì)中讀出，還原成圖像信號(hào)加以輸出。作為一個(gè)完整的信息表示，有時(shí)視頻信息還需要與信息同步播放，這就需要將視頻信號(hào)與音頻信號(hào)按某種格式組織起來，在播放時(shí)實(shí)現(xiàn)二者的同步。在多媒體的應(yīng)用領(lǐng)域中，由于數(shù)字化的圖像資料信息數(shù)據(jù)過于龐大，面臨圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸?shù)睦щy。因此視頻技術(shù)一直是多媒體技術(shù)中比較困難的部分。在多媒體系統(tǒng)中，動(dòng)態(tài)視頻圖像不僅需要巨大的存儲(chǔ)容量，而且對(duì)傳輸速度也有很高的要求，視頻信號(hào)的采集、存儲(chǔ)、顯示、傳輸都要涉及到龐大的數(shù)據(jù)，而現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)由于存儲(chǔ)容量和處理速度有限，從而成為視頻處理的瓶頸。一個(gè)有效的方法就是對(duì)圖像進(jìn)行壓縮處理，在視頻信號(hào)采集的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行壓縮處理，然后再存儲(chǔ)起來，在播放時(shí)先進(jìn)行解壓縮，然后再輸出。
2.視頻處理過程
2.1 視頻采集。
視頻信號(hào)的采集是在一定的時(shí)間以一定的速度對(duì)單幀視頻信號(hào)或動(dòng)態(tài)連續(xù)地對(duì)多幀視頻信號(hào)進(jìn)行接收，采樣后形成數(shù)字化數(shù)據(jù)的處理過程。視頻采集分為兩種：?jiǎn)螏嬅娌杉投喾B續(xù)采集。
2.2 編碼處理。
對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行編碼壓縮處理是減少數(shù)字化視頻數(shù)據(jù)量的有效措施。如果數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)不到23MB/S，那么會(huì)導(dǎo)致大量數(shù)據(jù)的丟失，從而會(huì)影響視頻采樣和播放的質(zhì)量。
2.3 基本編輯。
視頻基本編輯主要是片段取舍：首先確定片段起點(diǎn)和終點(diǎn)，然后將其去掉或保留，最后保留的片段按時(shí)間順序排列，從頭到尾連續(xù)播放，形成完整的視頻節(jié)目。編輯軟件中用于排列這些片段的工作空間稱為時(shí)間軸。
2.4 圖像增強(qiáng)和復(fù)原。
圖像增強(qiáng)和復(fù)原的目的是為了提高圖像的質(zhì)量同，如去除噪聲，提高圖像的清晰度等。圖像增強(qiáng)不考慮圖降質(zhì)的原因，突出圖像中所感興趣的部分。如強(qiáng)化圖像高頻分量，可使圖像中物體輪廓清晰，細(xì)節(jié)明顯；如強(qiáng)化低頻分量可以減少圖像中噪聲影響。圖像復(fù)原要求對(duì)圖像降質(zhì)的原因有一定的了解，一般講應(yīng)根據(jù)降質(zhì)過程建立“降質(zhì)模型”，再采用某種濾波方法，恢復(fù)或重建原來的圖像。
2.5 視頻回放。
回放是指將存儲(chǔ)的數(shù)字化視頻數(shù)據(jù)通過實(shí)時(shí)解壓縮恢復(fù)成原來的字計(jì)算機(jī)屏幕上顯示重現(xiàn)。由于數(shù)字視頻數(shù)據(jù)量龐大，因此視頻的回放與屏幕顯示的速度和質(zhì)量密切相關(guān)，即與顯示卡的質(zhì)量有關(guān)。
3.視頻文件——MPG文件
MPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)動(dòng)力圖像而設(shè)計(jì)的，其基本方法是：在單位時(shí)間內(nèi)采集并保存第一幀信息，然后只存儲(chǔ)其余幀相對(duì)第一幀發(fā)生變化的部分，從而達(dá)到壓縮的目的。它主要采用兩個(gè)基本壓縮技術(shù)：運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)（預(yù)測(cè)編碼和插補(bǔ)碼）實(shí)現(xiàn)時(shí)間上的壓縮，變換域（離散余弦變換DCT）壓縮技術(shù)實(shí)現(xiàn)空間上的壓縮。
3.1 MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)（1998）。
更加注重多媒體系統(tǒng)的交互性和靈活性，主要應(yīng)用視像電話、視像電子郵件等，對(duì)傳輸速率要求較低，在4800—64000BIT/S之間，利用很窄的帶寬，采用幀重建、數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了用最少的數(shù)據(jù)獲得最佳的圖像質(zhì)量。
3.2 MPEG-7標(biāo)準(zhǔn)（2001）。
MPEG-4中定義的音頻、視頻對(duì)象的描述同樣適用于MPEG-7標(biāo)準(zhǔn)，MPEG-7標(biāo)準(zhǔn)的描述可以增強(qiáng)其他MPEG標(biāo)準(zhǔn)的功能，作為國際化的標(biāo)準(zhǔn)研究和制定，具有很好的兼容性，能夠快速、有效地搜索出用戶所需的不同類型的多媒體影像資料。
參考文獻(xiàn)
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[3] 音視編輯與電視節(jié)目制作.
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[5] 劉新龍，張占軍.MPEG-4視頻流編解碼與視頻采集方法研究.第18卷，第4期，2004年出版.
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