五、視訊媒體

一、視訊原理

• 利用人類視覺暫留原理，將靜態畫面以很快的速度播放，產生動態的效果

• 電視系統上，類比視訊規格主要分為NTSC 和PAL兩種常見系統、以及不太常見的SECAM系統。

• 將視訊資料從傳統的類比式資料來源經由視訊擷取設備將它轉換成數位的形式，並加以儲存

• 過程中必須將自然界的光轉換成電(類比化)、再將電轉換成數位的量(數位化)

• NTSC
  為「美國國家規格委員會」所制定，目前採用此規格的有北美及台灣、菲律賓、日本等國家，NTSC制每秒的播放速度是29.97個畫面(29.97 fps － frames per second)

• PAL (Phase Alternation Line 之縮寫)
  為歐盟各國所共同制定，目前採用的國家及地區有歐洲、澳洲、東南亞(菲律賓除外)、大陸等區域，PAL制每秒的播放速度是25個畫面

• SECAM (Sequentiel Colures A Memoire 之縮寫) 由法國所制定，目前僅用在法國、蘇聯、非洲等國家，SECAM制每秒的播放速度是25個畫面

二、光電轉換效應

• 視訊的主要來源是攝影機
  利用三菱鏡的分色原理，先將被攝物體的光線經由透鏡分解成紅(R)、綠(G)、藍(B) 三種色光

• 再由攝像管將光線依其強度的不同轉換成強弱不等的電流，再利用電磁的轉換效應將光的信號記錄到錄影帶中儲存。

• 透過電荷耦合器(CCD) 來完成攝像管光線轉換成電流的動作

              
三、電荷耦合器(CCD)
 

• l是一塊感光晶片，類似人的「視網膜」，利用光電轉換效應將光轉化為電流訊號的元件。

• l在特定的光強度範圍內，每一像素產生的電子數目正比於光的強度，因此電荷耦合器是一個線性 (linear) 的光度量器。

• l利用電荷耦合器拍照
  • 感光步驟
             - 晶片將入射光線轉化為電子，儲存於每一像素內
  
  • 訊號處理步驟
             - 將電流數位化，構成代表影像之矩陣

l

電荷耦合器構造－
　利用電荷耦合器拍照，可分感光及訊號處理兩個步驟

 

 四、視訊數位化 (量化)

• l單一像素儲存- 將R、G、B 三原色光分別以8位元表示、儲存
  - 合成後共使用24位元，可有1677萬種顏色組合；這個組合幾乎可將大自然的所有顏色- 以數字化方式加以有效的表達。

• l畫面儲存- 每個畫面的大小(如352x240個點)- 每秒儲存的畫面數(如每秒30張)
  - 一分鐘的資料量為 1800x352x240x3 (共約435MB) 龐大的資料量

 五、視訊檔案格式

• lMotion JPEG
  - 以JPEG影像壓縮為基礎，常見的 AVI 檔案即為此種格式
  - HD (High Definition) 格式
  
  • JPEG 影像 (Frame) 都是未經進一步壓縮
  • 所需資料容量大，電腦需有運算快速之CPU
  • 但其畫質極佳，目前仍運用於電視台及電影製片公司之數位剪接及數位特效之製作
  - SD (Standard Definition)格式
  
  • 所需的資料量依選取的壓縮比不同而異
  • 壓縮比越大，檔案越小，但影像畫質將變差
  • 高壓縮比的SD 則可用於電腦直接播放、或網際網路的應用

• lMPEG影音壓縮技術
  - ISO組織的Motion Picture Expert Group委員會於1988年提出，簡稱為 MPEG
  - 根據其不同用途，先後提出的相關標準有
  
  • MPEG-1
  • MPEG-2
  • MPEG-4
  • MPEG-7
  • MPEG-21

• lMPEG影音壓縮技術
  - 減低Motion JPEG巨大的資料量所帶來的不方便性
  - MPEG的主要觀念
  • 利用視訊每兩張相鄰畫面之間的物體移動變化並不會太大的特性
  • 只從影像序列當中挑出一些關鍵畫格 (keyframe) 來儲存，而介於關鍵畫格之間的其他畫格，則只需儲存與關鍵畫格影像之間變化的資訊即可

• l串流視訊 (Streaming Media) 技術
  • 當前在網際網路應用上最主要的一種多媒體傳遞與播放方式
  • 藉由串流視訊技術，視訊資料可以在網際網路上進行傳輸，而使用者僅需接收到部分的多媒體資料之後便可以開始播放，不用苦等完整檔案下載成功
  • 目前較常見的格式有RealVideo、WMV、MPEG4、H.264… 等格式

• AVI格式
  • l微軟公司所開發出來的一種視訊格式

  • l可以將各媒體資料以資料流 (data stream) 的方式儲存並將音訊資料是與視訊資料一起交錯安排，使得它們可以天衣無縫的一起播放

  • l由於 Windows 作業系統的普及，連帶的也使得它成為目前在 Windows 作業平台上最廣泛被運用的音訊／視訊格式

  • lAVI 的格式中只描述了音訊以及視訊資料流儲存在檔案之中的結構，並未特別指定它編碼的方式，因此它可以透過許多不同的編碼方式加以儲存

  • l壓縮編碼的種類繁多，目前較常被使用的有Motion-JPEG、DivX以及MPEG-4等

• QuickTime 格式
  • lApple公司在 1991 年開發出來的視訊檔案格式

  • l必須要搭配使用QuickTime播放軟體觀看其內容

  • l如AVI一樣，QuickTime並沒有限定視訊資料必須使用何種壓縮格式，它只定義了視訊的結構

  • l現階段QuickTime多半還是使用Apple本身的視訊編碼技術，具備有串流的效果，類似於RealVideo的格式

六、視訊播放規格

• lVideo Compact Disc (VCD)
  
  • 使用MPEG-1視訊壓縮格式的影音光碟
  • –輸出的影片品質約為VHS錄影帶影片等級 (通常會更好一些)
  • –可用一般電腦的光碟機、VCD播放機、甚至DVD播放機來播放
  • –採用特殊的MPEG-1壓縮格式，其採樣的解析度為352X240 (NTSC)、位元率是1.15Mbps

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• lSuper Video CD (SVCD)
  
  • 增強的VCD版本
  • –採用了MPEG-2視訊壓縮技術，支援變動位元速率 (VBR)
  • –一般常見的SVCD大約可儲存、播放約30-45 分鐘的影片；雖然時間可延長到 70 分鐘，不過此時聲音和影像的品質將會降低
  • –SVCD 可以利用一般的VCD/SVCD播放機、大多數的 DVD 播放機、以及裝有DVD/SVCD播放軟體的電腦光碟機來播放
  • –除了在中國地區以外，並未為其它國家所採用，隨著DVD的發展，SVCD已逐漸被市場所淘汰

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• lDigital Video Disc (DVD-Video)
  
  • DVD-Video影像的部分採用的是MPEG-2的標準
  • –可採用固定採樣率及變動採樣率
  • –最高可採樣到9Mbps，解析度也由VCD的352 × 240 (NTSC) 提昇到720 × 480，因此在畫質上穫得了很大的改善
  • –聲音部分可採用PCM、杜比AC3及DTS等格式。可達到家庭電影院的影音效果
  • –是目前影片製作的主要播放格式
  • –藉由 DVD 光碟片較大的儲存空間，我們可以將視訊資料以單面或雙面、單層或雙層的方式來燒錄於 DVD 光碟片之中
  • –可以用DVD播放機或是電腦的DVD光碟機搭配軟體來播放

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七、電腦上的視訊播放

• l一般的視訊資料，可以透過Windows系統內建的媒體播放程式Windows Media Player來播放
  
  • 以Windows XP為例，內建Windows Media Player 8.0版 (目前已可上網更新到10.0版)
  • –可播放檔案格式
    
    • Microsoft Windows Media 格式 (副檔名為 avi、asf、asx、rmi、wav 、wma、wax 等)
    • MPEG 系列 (副檔名為 mpg 、mpeg、m1v、mp2、mp3、mpa、mpe 等)
    • lMIDI 格式 (副檔名為 mid、rmi 等)
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 資料來源：web.ydu.edu.tw/~hjw/course/media/FCH04.PPT
                     http://www.cyut.edu.tw/~jjliaw/pages/98_02_course/multimedia/Ch04.pdf