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计算机应用基础 · 多媒体技术

数字视频及应用

数字视频及应用

结构化讲义

A4-4.4 · 6 个大纲考点讲义 · 已精编

练本节题目

A4-4.4.1

视频信号的组成、原理，彩色电视的三种制式。

精编讲义 v1#

活动视频的生理视觉原理

必记

活动视频和电影的连续动态呈现是基于人类眼睛的“视觉暂留（Persistence of Vision）”效应（光线停止刺激后，视网膜上影像仍会保留约 0.05 ~ 0.2 秒）。当以每秒大于 24 帧（fps）的速度连续播放静止图像序列时，人眼视觉大脑就会感知为流畅平滑的连续动态画面。

全球彩色电视三大传统广播制式（专转本高频必背）

必记

PAL 制式

中文名称
逐行倒相正交平衡调幅制
帧率（帧/秒）
25 fps
扫描行数
625 行
主要采用国家 / 地区
中国、英国、德国、澳大利亚及西欧多数国家

NTSC 制式

中文名称
国家电视系统委员会制式
帧率（帧/秒）
30 fps（实际 29.97）
扫描行数
525 行
主要采用国家 / 地区
美国、日本、加拿大、韩国及中国台湾地区

SECAM 制式

中文名称
顺序传送彩色与存储制
帧率（帧/秒）
25 fps
扫描行数
625 行
主要采用国家 / 地区
法国、俄罗斯及部分东欧、非洲国家

我国采用的电视制式

必记

易错陷阱

专转本常考单选题：中国广播电视采用的是 PAL 制式，其刷新帧率为每秒 25 帧，扫描行数为 625 行

随堂自测（3 题 · 共 63 道关联题）展开作答
单选2 分自测不计入学习进度

构成视频的最小基本单位是（）

填空2 分自测不计入学习进度

动画和视频是建立在活动帧概念的基础上，帧频率为 25 帧 / 秒的制式为____制式。

填空2 分自测不计入学习进度

视频信号的组成:____。

A4-4.4.2

数字视频的获取、播放。

精编讲义 v1#

数字视频获取设备与播放架构

必记
环节角色典型硬件设备/软件工具核心功能与技术指标
数字视频采集输入数码摄像机、手机摄像头、PCI-E 视频采集卡支持 1080P / 4K 高分辨率、60/120fps 高帧率无损捕获与硬件实时压流
视频解码与播放VLC Player、PotPlayer、手机视频 App包含解复用器（拆出音视频轨）、视频解码器（H.264/HEVC）、音频解码器、渲染输出引擎
硬件加速渲染GPU 内置硬件编解码器（NVENC/QuickSync）利用图形显卡硬件专用 ASIC 芯片硬解 4K/8K 视频，CPU 占用率直降到 5% 以下

硬解 vs 软解

重点

复习提示

软解（CPU 解码）通过软件算法占用 CPU 密集运算，耗电高易发热卡顿；硬解（GPU 解码）调用显卡独立硬件视频解码单元，高效流畅极其省电。

随堂自测（3 题 · 共 53 道关联题）展开作答
填空2 分自测不计入学习进度

目前电视台播放的大多是模拟视频信号，要将其输入 PC 机进行存储和处理，必须数字化。用于视频信息数字化的插卡称为____。

判断1 分自测不计入学习进度

数字摄像机是一种离线的数字视频获取设备。

判断1 分自测不计入学习进度

数字摄像头和数字摄像机都是在线的数字视频获取设备.

A4-4.4.3

视频信号的数字化。

精编讲义 v1#

视频数字化中的 YUV 色彩空间与下采样格式

必记

YUV 4:4:4

采样比例内涵
每个像素均拥有完整的 Y（亮度）、U（色度）、V（色度）分量
数据量相比 RGB 的压缩率
无压缩，与 RGB 24位真彩色等量
典型应用领域
电影后期调色、无损高保真监视

YUV 4:2:2

采样比例内涵
水平方向每两个像素共享一组 UV 色度分量，亮度分量 Y 保持全采样
数据量相比 RGB 的压缩率
数据量减小至原始 RGB 的 2/3（66.7%）
典型应用领域
专业广播级高清电视摄像

YUV 4:2:0

采样比例内涵
水平和垂直方向每 4 个相邻像素共享一组 UV 色度分量
数据量相比 RGB 的压缩率
数据量减小至原始 RGB 的 1/2（50%）
典型应用领域
绝大多数网络视频、DVD、蓝光、H.264/HEVC 消费级视频默认标准

为什么采用 YUV 4:2:0 压缩？

必记

易错陷阱

生理学依据：人眼视觉系统对“明暗细节（亮度 Y）”极其敏感，而对“色彩细节（色度 UV）”相对迟钝。因此大幅降低色度采样率不会被人眼察觉，却能在源头上直接砍掉 50% 原始数据量。

随堂自测（3 题 · 共 107 道关联题）展开作答
填空2 分自测不计入学习进度

广播电台或电视台本身制作的信号是数字形式的，通过数字传输技术进行传播后，由收音机或电视机直接进行收听或收看。这种全面采用数字技术的系统称为：_____________。

单选2 分自测不计入学习进度

下列关于数字电视的说法错误的是（）。

单选2 分自测不计入学习进度

下列关于数字电视的说法,错误的是

A4-4.4.4

数字视频存储数据量的计算、压缩编码、编辑和应用。

精编讲义 v1#

数字视频未压缩存储数据量计算公式（专转本高频必考）

必记

复习提示

==未压缩视频数据量（字节） = 单帧图像数据量 × 帧率（fps） × 播放时间（秒） 即：[(水平像素 × 垂直像素 × 色彩深度 bit) ÷ 8] × 帧率 × 时间==

视频压缩核心概念：I 帧、P 帧、B 帧（MPEG 核心帧类型）

必记

I 帧（关键帧）

英文全称
Intra-coded Picture
压缩参考原理与特性
帧内压缩图像，不依赖任何前后帧，自身包含完整画面数据
压缩率与重要性
压缩比最小（体积最大），但是解码和快速跳转定位的基准，必须首先解码

P 帧（前向预测帧）

英文全称
Predictive-coded Picture
压缩参考原理与特性
参考其前面的一个 I 帧或 P 帧，仅记录与前帧的差值变化（运动补偿）
压缩率与重要性
压缩比高，体积居中

B 帧（双向预测帧）

英文全称
Bi-directional Predictive
压缩参考原理与特性
同时参考前面的前向帧和后面的后向帧进行双向插值预测
压缩率与重要性
压缩比最高（体积最小），但解码时需要前后帧都到位才能解码

主流视频编码标准与文件封装容器格式区分

必记
对比维度常见类别与代表核心说明与常考点
视频编码标准（编解码算法）MPEG-1 (VCD), MPEG-2 (DVD), MPEG-4, H.264/AVC, H.265/HEVC, AV1定义视频像素的压缩数学算法；H.265 比 H.264 在同等画质下节约约 50% 带宽
视频封装容器格式（文件后缀）MP4 (.mp4), AVI (.avi), MKV (.mkv), MOV (.mov), FLV (.flv)外壳包装盒：将视频轨、音频轨、字幕轨及元数据打包封装进同一个文件中
随堂自测（3 题 · 共 30 道关联题）展开作答
填空2 分自测不计入学习进度

某视频的帧速率是 25fps, 帧的色彩深度是 24 位。帧大小是 640*480，录制了 10 分钟。视频流的比特率是 ____ Mbps(按 1000 计算);

填空2 分自测不计入学习进度

数码摄像机的分辨率为 $1280 \times 1024$ ，帧频为每秒 30 帧，用它拍 2 分钟 24 位真彩色视频，未经压缩时所占用的存储空间是 ____

单选2 分自测不计入学习进度

2 分钟，25 帧 / 秒，640 * 480 分辨率，24 位真彩色数字视频的不压缩的数据量约为 ____。

A4-4.4.5

计算机合成数字视频。

精编讲义 v1#

二维动画 vs 三维计算机动画制作流程对比

必记

二维动画（2D Animation）

核心技术原理
在平面坐标系中基于关键帧（Keyframe）与补间动画自动过渡
经典制作步骤流程
原画设计 -> 绘制关键帧 -> 计算机自动生成中间帧 -> 上色合成
代表软件工具
Adobe Animate (Flash), Toon Boom Harmony

三维动画（3D Animation）

核心技术原理
在虚拟三维三维空间中构建模型多边形网格并赋予材质光影渲染
经典制作步骤流程
三维建模（Modeling） -> 骨骼绑定（Rigging） -> 动作动画设计 -> 材质贴图灯光 -> 渲染输出（Rendering）
代表软件工具
Autodesk Maya, 3ds Max, Blender, Cinema 4D

渲染（Rendering）的概念

重点

复习提示

渲染是三维动画制作的最后一道关键工序，指计算机根据设定的三维场景模型、材质着色器、全局光照与摄像机参数，经由复杂光线追踪数学算法，计算生成最终连续二维图像序列的过程。

随堂自测（3 题 · 共 26 道关联题）展开作答
判断1 分自测不计入学习进度

虚拟现实技术使计算机从一种需要用键盘、鼠标对其进行操作的设备，变成了人处于计算机创造的环境中，通过感官、语言、手势等比较“自然”的方式进行“交互、对话”的系统和环境。

判断1 分自测不计入学习进度

多媒体计算机不能编辑 3D 视频特效。 ( )

多选2 分自测不计入学习进度

视频是多幅静止图像（图像帧）与连续的音频信息在时间轴上同步运动的混合媒体，如电视、电影、计算机动画等，下列属于视频文件格式的是（）

A4-4.4.6

流媒体。

精编讲义 v1#

流媒体的核心概念与技术优势

必记

流媒体（Streaming Media）是指采用流式传输技术在网络上连续传输音频、视频等多媒体文件的技术。其核心突破在于：无需等待整个几十 GB 的媒体文件全部下载完毕，只需将开始部分数据缓存在本地内存几秒钟即可实现“边下载、边解压、边播放”，极大缩短启动等待时间，大幅降低客户端存储空间占用。

主流流媒体传输协议体系对比

必记

RTSP

英文全称
实时流传输协议（Real-Time Streaming Protocol）
传输层底层
TCP / UDP
特点与主要应用场景
用于流媒体客户端与服务器之间的控制交互（充当网络流媒体“遥控器”：播放、暂停、快进快退）

RTP / RTCP

英文全称
实时传输协议 / 控制协议
传输层底层
UDP（低时延）
特点与主要应用场景
RTP 负责实时打包传输音视频数据包；RTCP 负责 QoS 服务质量监控与反馈

RTMP

英文全称
实时消息传输协议（Adobe 开发）
传输层底层
TCP
特点与主要应用场景
延迟极低（1~3秒），曾广泛用于国内各大直播平台推流

HLS

英文全称
HTTP Live Streaming（苹果主导）
传输层底层
HTTP / TCP
特点与主要应用场景
基于标准 HTTP 协议将视频切成若干小切片（.ts 切片 + .m3u8 索引清单），天然穿透各种防火墙，全平台移动端兼容最好
随堂自测（3 题 · 共 95 道关联题）展开作答
判断1 分自测不计入学习进度

为保证用户在网络上边下载边观看视频信息，需要采用并行技术。

判断1 分自测不计入学习进度

校园内的 VOD 系统可应用于网络教学，实现 VOD 系统必须采用多服务器分布式方案。

多选2 分自测不计入学习进度

流媒体即媒体分发技术，通常需要在客户端和服务器之间采用以下（）协议。 A RTP B RSP C RTCP D RSVP