数字视频技术的应用

2024年3月11日发(作者：)

数字视频技术的应用

在今天计算机软硬件技术和宽带互联网技术迅猛发展的同时，数字视频技

术在各方面的应用越来越广，各种影视制作技术也得到了突飞猛进的发展。数

字 视频技术和计算机数字影视视觉特技技术正在电视和电影发展中起到了越

来越重要的作用。观众在屏幕前享受了强烈的视觉冲击和震撼。以下介绍几种

数字视频技术在不同领域发挥的作用。

数字视频特技技术在影视行业中的应用

所谓数字视频就是先用摄像机之类的视频捕捉设备，将外界影像的颜色和亮

度信息转变为电信号，再记录到储存介质（如录像带）中。播放时，视频信号被

转变为帧信息，并以每秒约 ３０ 幅的速度投影到显示器上，使人类的眼睛认为

它是连续不间断地运动着。电影播放的帧率大约是每秒 ２４ 帧。如果用示波器

来观看，未投影的模拟信号看起来就象脑电波的扫描图象，由一些连续锯齿状的

山峰和山谷组成。为了存储视觉信息。模拟视频信号的山峰山谷必须通过数字 ／

模拟 （Ｄ ／Ａ ） 转换 器来转 变为数字 的“０”或“１”。这个转变过程就

是我们所说的视频捕捉（或采集）过程。只有将信息解码成模拟信号，才能进行

播放。因此说数字视频它不是一个格式，而是一种媒介，在该媒介内有许多文件

格式存在。其一，如应用在适合本地播放的影像视频格式：Ａ Ｖ Ｉ格式 、Ｎ ａ

ｖｉ格式、Ｍ ＰＥ Ｇ 格式 、Ｄ Ｖ － Ａ Ｖ Ｉ 格 式 、Ｄ ｉｖＸ 格 式 、

Ｍ Ｏ Ｖ 格式；其二，适合在网络中播放的流媒体影像视频格式如：Ａ Ｓ Ｆ 格

式 、Ｗ Ｍ Ｖ 格式 、Ｒ Ｍ 格式、Ｒ Ｍ Ｖ Ｂ 格式。视频技术和计算机数

字影视视觉特技技术的应用使影片故事所具有的想象力得到了视觉上的实现，硬

生生地创造出了虚拟事物形象，为观众展示了一个又一个根本无法体验的情节。

如在电影《木兰》中，导演觉得将蛙雨作为影片的结局十分完美。其实，影片实

际拍摄时只动用了一只名叫“大力水手”的牛蛙作为模特，由数 字技术人员全

方位地进行拍摄以研究青蛙的结构特点。没人知道天降蛙雨究竟是怎样一幅景

象，为此，导演租了一座 ５０ 英尺高的起重机，往下倾倒成千上万的青蛙模型，

这给了制作人员一个大致的概念。同时，名叫“大力水手”的牛蛙模特在电影制

作室里蹦上蹦下，人们给它拍照、摄影，研究它的动作，为它捏了一个黏土雕像，

并以此制作了塑料的青蛙模型，这个模型将用于制造 １５，０００ 只橡皮青蛙，

并在电脑上生成青蛙的数字形象。但电脑中简单的青蛙形象并不能产生青蛙从天

而降撞击地面的景象，因此需要进行一些分析：如果一只青蛙从 １，０００ 英

尺的高度落下，下降速度是多少？回答是每小时 ６０ 英里。那么，当它在 １，

００ ０ 英尺的高度以时速 ６０ 英里撞击地面时，会发生什么事呢？为了得出

结论，制作人员要全面考虑青蛙的重量、质量和密度等因素。这一系列数据在估

算后被输入电脑，和原有的数字模型相结合，用于今后的特效制作。一些场景仍

然需要使用橡皮青蛙：导演以广角摄蛙雨落在游泳池和街道上时的场景，从高空

落下的橡皮青蛙由技术人员进行数字处理以达到真实效果。当然，由于是电影，

导演在拍摄蛙雨特效时做了一些处理。首先，观众根本无法看 清以时速 ６０ 英

里落 下的青蛙，因此，落下速度被减慢了约 ５０ ％ ，从而使画面更富表现力。

其次，一些青蛙被设定为在落地后受伤挣扎，这使 观众产生“青蛙自天而降，

地面上的同伴奄奄一息”的感觉。最终，这一场天降蛙雨的特效约有 ８０ ％ 由

数字技术合成，只有 ２０％ 由实物模拟完成。这里运用了典型的数字复制和数

字合成的特效手段。

影片《角斗士》中，场景是规模庞大的古罗马竞技场，而前景有演员和街道，

利用计算机数字影视视觉特技技术，制片商分别使用不同的三维软件，建立了古

罗马神殿的三维造型，然后通过必要的抠像、跟踪等程序，对场景适当处理，使

古罗马神殿矗立于背景之上，创造出了极为凝重而又壮观的历史色彩，这是场景

延伸的经典之作。

当在拍摄人物飞岩走壁、穿墙过屋，或者是神话传说中的人物在飞天入地、

腾云驾雾时，要保证演员的安全，因此要有保险绳一类的东西，可以吊着人飞来

飞去，而且可以让人在空中翻打腾挪。这时为避免保险绳的穿帮，需去掉此类东

西，就要应用数字修补的特技技术，也称为画面修饰。

在《阿甘正传》中，我们看到了阿甘和前后三位不同年代的美国总统合影、

与中国 的乒乓球运 动员打乒 乓球的场面；看到了演员坐在轮椅上并将他的双

腿隐藏起来的画面。这里运用了视频合成技术中的通道提取功能，又称为抠像。

它的基本方法是在单色背景前拍摄人物和其他前景对象，然后利用色度的区别把

单色背景去掉；或把明亮发光的物体放在黑暗的背景前拍摄，利用它们不同的亮

度来提取通道。在实际制作中，这些手段通常都不是单独使用的，而是若干种方

式结合使用。即使对于蓝屏抠像，也常常需要用手工方式把背景上某些杂物挡去，

这称为垃圾板。对于画面的不同部分，常常需要用不同的参数来进行抠像，才能

获得最佳效果。最后产生的通道很可能还需要用手绘的方式加以修饰。为此，必

须调动一切可能的手段（包括前期和后期），来确保通道的质量。

在影视后期制作中，数字视频特技技术可以为画面增加各种各样的效果和细

节，使得影视节目倍添光彩。如：光效特技效果、模仿现实世界的粒子系统特技

效果，绘画和创造图像元素以及其他的特技效果等等，甚至还有一些效果极为特

殊的特技效果，如像虚拟环境的实现，真正的火焰燃烧，以及闪电等许多特技效

果。

综上所述，传统的影视制作行业已经在努力地改变自的制作风格，利用一些

新技术，特别是利用数字视频和计算机数字影视视觉特技技术来改变传统的制作

方法，以此来满足广大的电视和电影观众对视觉效果和艺术效果的追求。因此数

字视频特技技术的出现和发展，将成为一种必然的发展趋势。

数字视频压缩技术在雷达图像远程传输中的应用

0 引 言

雷达观测站大多部署在高山、海岛等地区,而雷达观测图像又是获得第一手

资料中的重要组成部分,因此对于雷达图像这种流量非常大的信号,数字视频压

缩技术对于远程信号传输和现场监控就显得非常重要。

1 系统设计

该系统预计实现雷达信号的传输,每路单向传输速率为786kbp/s ,经压缩后

远远小于该值。系统构成原理如图1 所示 。

图 1 雷达视频传输框图

本系统运用了E1通信技术,抗干扰性、系统稳定性、机动性较为出色,传输

流量小于512 kbps ,可完成双向雷达视频的传输,并可根据需要进行增减,具有

一定的灵活性。信道可以采用无线、微波、光纤等方式,必要时可以用“北斗”

卫星定位系统短信通道保障传输。

2 压缩解压原理

压缩解压单元是本系统的核心,完成雷达视频信号的压缩和解压,最后把视

频压缩码流与触发计时数据、方位数据码流合路后送至信道管理单元。本系统采

用小波变换的高效压缩方法,它把一幅图像作为一个整体来处理,是一种全局变

换,会产生一个天线扫描周期的延迟。适用雷达图像压缩编码采用帧间预测编码,

雷达图像中占画面绝大部分的背景是静止的,利用这一特点可以大幅度压缩图像

数。

正交小波滤波器组滤波的过程,也就是对信号实施分解的过程,这一过程的

分解和重构即为塔形变换。如图 2所示,二维正交小波变换的正交镜象滤波器组

( Q MFB) 的分解过程。其中H和G为正交镜象滤波器对, H 是低通滤波器, G 是

高通滤波器。图 2 中,第 2 层图像

A

2

k f

分解成 4 幅子图像 :

A k

f , Dk f ,

Dkf , Dkf

。

A k

f

经历了水平与垂直 2 个方向的低通滤波 ,

Dk f

经历了行

方向低通滤波、列方向高通滤波,

Dk f

在列方向低通滤波、行方向高通滤波,

Dk

f

在行与列方向均为高通滤波,因而它们相应于

A

2

kf

保存了相应水平和垂直方

向的高频或低频成分。上述分解过程继续施加于低频成分

Ak f

,对其进一步分

解,直至满意的分辨率。

图 2 二维正交小波变换的正交镜像滤波器组 (QM FB) 的分解过程

3 系统结构性能分析

本系统能进行雷达视频的传输,在信道容量一定的情况下,雷达分辨率和作

用距离是矛盾的。大部分远程警戒雷达的距离分辨率较低,参照各种雷达技术资

料后,通过合理分配,可使该系统满足绝大部分雷达的要求,部分波段的警界雷达

采用压缩数据存储之后选择传输的方式来解决这个矛盾。

由于小波变换算法须对阈值以下的数据进行取舍,所以这种压缩是一种有损

压缩。经实验,在压缩率达到200倍时,PPI显示器开始感觉失真,在压缩率达到

100 倍时 ,R显示器感觉有失真。经实验,本设备在500 kbps的信道中传输4 M Hz

采样的视频信号时,图像保真度完全能满足需要。

4 结 论

雷达视频的小波变换域压缩算法能对雷达视频进行大比例的压缩,基于该算

法的先进性,系统采用了先进的小波变换专用芯片,运用了全新的设计思路,并密

切结合实际需要,于2005年底顺利完成了系统的设计论证。该全数字雷达视频传

输系统技术较为先进、可靠性高、可移植性强,在2 Mbps的信道上能传输雷达视

频,可以胜任多种场合的应用。与E1信道PC传输卡的选用十分吻合。

数字视频技术在外语教学中的应用

“传统的高校英语教学模式‘教师—课本/课堂—学生’在很大程度上限制

了学生英语学习潜能的发挥”。以课堂为中心的传统教学模式 ,师生虽然都投入

了大量时间和精力,教学效果却往往不尽如人意:多数学生学会的仅仅是哑巴英

语,在实际语言环境中,不仅听不懂而且讲不出。因此,外语教学专家和教育技术

研究人员一直致力于探索促进外语教学的有效方法和先进技术。

一 、数字视频技术在外语教学中的优势

2 0世纪90年代后,以多媒体技术和网络技术为代表的信息技术得到了迅猛

发展。这些技术在教育领域的应用,引起了“教育思想、教育内容、教育方法、

教育模式、教育过程”等诸多方面的变革。网络多媒体技术不仅突破了传统教学

中课本与课堂对教师和学生的束缚,而且使学生成为教学的真正主角。在外语教

学中,数字视频技术更易进入交际角色, 所学的英语材料在声像和语言所构成的

情景中也更容易再现出来,在心理上进入最佳联想状态、最佳认知状态和最佳行

为准备状态”。

构建和模拟语言情景的方法很多,影像技术无疑是其中的佼佼者。在早期的

外语电化教学中,传统的录像技术常常被用来创设生动形象的情境和语境。与之

相比, 数字视频技术有着更高的优越性和灵活性:第一,数字视频技术可以提供

高清晰度的画面,优质的音响效果和无以伦比的抗干扰能力;第二,数字视频技术

可以与其他的多媒体元素进行组合从而为用户提供一个友好的交互平台;第三,

数字视频技术还具有便捷性、共享性和信息量大的突出优点, 使得信息可以“多

通道统一获取”、“统一存储、组织和合成” ,并在全球范围内实现共享。因此,

数字视频技术可以成为外语专业教师的一件利器,用来对声像素材进行二度开

发, 其目的是实现课堂教学材料的形象化、课后学习资源的系统化,以及学生外

语学习进度的个性化。

二 、教学素材获取 、编辑和输出的基本技术和方法

根据笔者的实践,可以进行数字视频编辑的软件很多,从专业级别到面向普

通用户的一应俱全。如Windows Movie Maker、会声会影、Sony Vegas、

Me2diaStudio Pro、After Effect、Adobe Premiere、FINALCUTPROHD 和 AVI。

一般来说,功能越强大的视频处理软件,其操作越复杂,对运行环境的要求也越

高。在实际的选择中,用户要充分考虑这两个因素,以此来选取适合自己使用的软

件工具。本文主要借助Premiere6.5来着重阐述有关DVD光盘资源的素材获取、

编辑和输出的基本技术和方法。

(一 ) 素材获取

目前最容易获取的高清晰画质的数字视频素材来自大量的DVD片源。DVD文

件是VOB格式,不能被直接导入到Premiere6.5中。所以,素材获取的第一步是进

行格式转换。我们推荐使用WinAVI2ideo Converter作为转换工具 ,将DVD文件

转换成MPEG22格式。其具体操作步骤如下:通过桌面快捷键或者开始/程序

/WinAVI2ideo Converter开启软件,在主界面中选择DVD按钮。在接下来的界面

中选取要转换的源文件,选择输出路径和MPEG22格式,还可以点击Advanced选项

进行高级设置。在高级设置的Encode编码选项中,Source audio streams参数

是音频选项, Source subtitle streams参数是字幕选项。这款转化工具的优势

在于提供参数调节功能和清晰细致的画质。

(二 ) 素材编辑

素材编辑主要是对片源进行片段剪切、效果处理以及片段的渲染输出。片段

剪切是把一个或数个片源中的经典场景,如购物、问路、打电话、看医生、参加

生日晚会、去银行、去学校注册、在办公室等进行剥离,然后再按照外语教学内

容的要求进行合成操作或单独渲染输出。而效果处理主要是过渡效果和字幕操

作。过渡效果可以连接两个具有相同教学目的的场景,例如把两个有关问候内容

不同片源的场景进行合成,使学生理解和掌握不同语境中的问候方式。字幕操作

主要用于实现教学的因材施教原则,可以为不同外语水平的学生提供不同的素材

形式:有视频无字幕素材、有视频有外文字幕素材、有视频有中文字幕素材。另

外,字幕和音频的组合处理还可以面向翻译课程和口译课程的特殊学生群体。视

频素材的编辑在Premiere 6.5中完成。打开Premiere,进入项目装载设置对话

框,它的作用是设置视频和音频的采集以及输出格式。对输出格式进行设置是必

要的,但是这一步操作可以在项目完成后进行,所以单击OK按钮跳过设置,直接

进入主界面。主界面由3个窗口和8个面板组成,三个窗口是项目窗口、时间线

窗口和监视器窗口;8个面板是导航、历史和命令三个集成面板,过渡、视频和音

频三个集成面板,以及效果控制和信息两个集成面板。

(

见图

1

。

)

图 1 Premiere6.5主界面

1. 导入操作 。在项目窗口中右击空白区域 ,选择File/Import命令,可以

将MPEG22格式文件导入到该窗口。

2. 剪辑操作。粗剪操作在监视器窗口中进行。点击该窗口的双窗口视图图

标,左边的窗口是源材编辑窗口,负责源素材的剪切,右边的窗口是项目监视窗口,

负责对时间线上的项目进行实时浏览。通过鼠标拖曳,将项目窗口中的素材拖入

源材编辑窗口。通过播放和停止按钮,或者移动位置定位标志设置入点和出点,

之后点击插入图标,将片段插入到时间线上的空白视音频轨道。细剪操作在时间

线的视频轨道上进行。选中片段,右击鼠标,选择Time2line Window Options,在

Track Format的选项上,选择第一个显示模式,同时调整时间单位指示器为1帧 ,

意思是以每秒1帧的速度显示片段画面,这时用户可以通过选择工具和剃刀工具

进行精确到每1帧的细致调整。在使用剃刀工具进行剪切的同时,注意同步模式

图标,以确定视频轨道和音频轨道是否同步操作。

3. 过渡操作。过渡又称换景操作,是视频编辑中常用效果之一 ,它的作用是

在片段之间建立一种场景的变换,使X片段即将结束的画面到达即将出现的Y片

段画面。 Premiere6.5要求换景标志必须出现在Video1A和Video 1B轨道之间

的过渡轨道,而需要做换景处理的两个或几个片段要被安置在A/B轨道上。单击

过渡面板Transition,选取一种换景标志,将之用鼠标拖曳到过渡轨道上。需注

意的是,A/B轨道上的片段应有一定部分的重合。

4. 字幕操作。在Premiere 6.5中,用Video2以上的轨道添加字幕。选择

File/New/Title命令,弹出字幕设计窗口。利用文字输入和绘图工具(矢量图形

可以用来遮住不想要的素材字幕)进行字幕设计,其技巧和方法同图片编辑软件

中文字与矢量图形的操作相类似,这里不再赘述。编辑完毕后关闭退出,按系统要

求给出文件名称和输出路径,系统自动将制作好的字幕文件导入到项目窗口备

用。

5. MPEG22格式输出。输出之前,通过ALT键和拖动播放磁头来预览实时效

果。选择File/Export Timeline/Adobe MPEG Encoder命令, 在MPEG Stream

参数中选择Advanced 进行高级设置,给出文件名称和存储路径, 点击Export

按钮输出视频项目。

(三 ) 素材输出

作为最后的文件格式,我们可以将MPEG22转换为采用RV9/10编码的RMVB

格式,它的特点是对视频和音频进行压缩处理,在保证画质的前提下力求做到最

小。使用 Easy Real edit Producer压制MPEG22文件的操作步骤是:打开ERP,

在主界面中点击添加按钮,将MPEG22格式的视频文件添加到工作区内。选取该文

件激活参数设置选项。在参数设置选项中进行压缩设置和输出路径设置。在压缩

设置中进行固定码率、动态码率和平均码率的设置。一般来说,对于较好片源,

最大码率设定在850-950,平均码率设定在550;而普通片源,最大码率设定在

650-750,平均码率设定在450;对于较差片源,最大码率设定在500-650,平均码

率设定在300。设置完毕后,在主界面中点击开始压缩按钮进行压制。

以上介绍的视频处理技术都是笔者在实践中不断总结经验的结果。当然,与

此相关的工具软件是比较多的,其采用的方法也不是唯一的。在实际的外语教学

中,用户完全可以根据自己的具体情况加以借鉴和吸纳。目前,多媒体技术包括数

字视频技术在外语教学中的应用方兴未艾,我们完全可以展望信息技术所带来的

美好前景: 建立起一个基于多媒体课件的课堂教学模式和基于网络的课后学习

模式。这种双模式教学可以最大程度地调动学生的学习热情并合理地安排学习时

间。当然,它对授课教师也提出了更高的要求,需要他们掌握多种媒体的加工与合

成技术。