第1章 数字媒体非线性编辑技术概述

第1章数字媒体非线性编辑技术概述

本章学习目标

1．了解数字媒体的基础知识

2．了解非线性编辑与合成的基本概念

3．熟悉非线性编辑系统的功能与作用

数字媒体非线性编辑技术是一门新的综合性技术，它涵盖了电视技术、数字媒体技术和计算机技术的主要领域，其关键技术主要包括电影与电视编辑技术、数字视频与音频处理技术、数字图形与图像处理技术、数据压缩技术、数字存储技术、多媒体网络技术以及计算机硬件技术等。随着关键技术的不断发展，非线性编辑系统不但在电视台、电影厂和音像出版社得到了越来越广泛的应用，而且还在多媒体资源制作、网络流媒体制作等计算机传媒领域得到了广泛的应用。

1.1 数字媒体基础

1.1.1 数字图形与图像技术

数字媒体中的图形与图像主要是指静态的数字媒体形式，它不仅包含着诸如形、色、明、暗等外在的信息显示属性，而且从产生、处理、传输、显示的过程看，还包含着诸如颜色模型、分辨率、像素深度、文件大小、真/伪彩色等计算机技术的内在属性。

1. 图形与图像的区别与联系

从本质上讲，数字图形和图像虽有区别，但并不是数字化图像性质上的区别，而是从图像显示内容类别的角度加以区分的，与图像的内容形式有直接关系。一般来说，图像所表现的显示内容是自然界的真实景物，或利用计算机技术逼真地绘制出的带有光照、阴影等特性的自然界景物。而图形实际上是对图像的抽象，组成图形的画面元素主要是点、线、面或简单立体图形等，与自然界景物的真实感相差很大。

有时为了更好地利用计算机数字化的特性，图形也可以用图像来表示，图像也可以抽象提取特征转化为图形来表示（这种抽象过程，会使原型图像丢失一些显示信息）。如下图所示。

2. 图形与图像的像素

像素是数字图形与图像中能被单独处理的最小基本单元。

从像素的视觉属性看，它是一个最小可视单位。

从像素的量值属性看，它的数据结构应同时包含有显示地址、色彩、亮度等数据，这些数据就称为像素值。

如果把每个像素值按照图像中该像素所对应的位置排列，就可以构成一个像素矩阵，矩阵中的每一个元素对应图像中的一个点。因此数字图形与图像的非线性编辑正是对这个像素矩阵的数据采用一定的算法进行有目的的处理。

3．图形与图像的颜色模型

（1）RGB模型

RGB模型也称为加色法混色模型。它是以RGB（红、绿、蓝）三基色光互相叠加来实

现混色的方法，因而适合于显示器等发光体的显示。当三种基本颜色等量相加时，就会得到不同深浅的灰色。然而物体的颜色是丰富多彩的，任何一种颜色和这三种基色之间的关系可用下面的配色方程来描述：

F(物体颜色)=R×（红色的百分比）+G×（绿色的百分比）+B×（蓝色的百分比）

（2）CMY模型

CMY模型（Cyan，Magenta，Yellow）是采用青、品红、黄色3种基本颜色按一定比例合成颜色的方法。CMY模型又称为减色法混色模型，因为色彩的显示不是直接来自于光线的色彩，而是光线被物体吸收掉一部分之后反射回来的剩余光线所产生的。光线都被吸收时成为黑色，当光线都被反射时成为白色。

（3）YUV与YIQ模型

YUV适用于PAL和SECAM彩色电视制式，而YIQ适用于NTSC（National Television System Committee,国家电视系统委员会）彩色电视制式。其中Y是亮度信号，U和V则是两个色差信号，分别传送红基色分量和蓝基色分量与亮度分量的差值信号，在NTSC彩色电视制式中使用YIQ模型，其特性与YUV模型相近。

（4）HSI颜色模型

HSI〔Hue-Saturation-Intensity(Lightness),HSI或HSL〕颜色模型用H、S、I三个参数描述颜色特性，其中H定义颜色的波长，称为色调；S表示颜色的深浅程度，称为饱和度；I 表示强度或亮度，这些是颜色的三要素。

4．图形与图像的基本属性

（1）分辨率

分辨率是一个统称，分为显示分辨率、图像分辨率等。

显示分辨率是指某一种显示方式下，显示屏上能够显示出的像素数目，以水平和垂直的像素数表示。

图像分辨率是指组成数字图形与图像的像素数目，以水平和垂直的像素数表示。

（2）颜色深度

颜色深度是指图像中每个像素的颜色（或亮度）信息所占的二进制数位数，记作位/像素（bits per pixel，bpp ）。常见颜色深度种类有：

4位：这是VGA标准支持的颜色深度，共16种颜色。

8位：这是数字媒体应用中的最低颜色深度，共256种颜色。

16位：在16位中，用其中的15位表示RGB三种颜色，每种颜色5位，用剩余的一位表示图像的其他属性。

24位：用三个8位分别表示RGB，称为三个颜色通道，可生成的颜色数为16 777 216种，约16 M种颜色，称真彩色。

32位：同24位颜色深度一样，也是用三个8位通道分别表示RGB三种颜色，剩余的8位用来表示图像的其他属性。

（3）Alpha通道

使用32位颜色深度时，用一个8位来表示图像的透明度信息，这个8位通道称为Alpha 通道。Alpha通道分为两种类型：Straight和Premultiplied通道。

Straight Alpha通道将像素的透明度信息保存在独立的Alpha通道中，它也被称为不带遮罩的Alpha通道。

Premultiplied Alpha通道不但保存Alpha通道中的透明度信息，而且同时保存RGB通道中的相同信息，因而它也被称为带有背景色遮罩的Alpha通道。

5．图形与图像的基本类型

位图是由许许多多的像素组合而成的平面点阵图。其中每个像素的颜色、亮度和属性是

用一组二进制像素值来表示的。

矢量图是用一系列数学公式来描述或处理一幅图的，描述的对象包括一幅图中所包含的各图元的位置、颜色、大小、形状、轮廓和其他一些特性，也可以用更为复杂的形式表示图像中的曲面、光照、阴影、材质等效果。

6．图形与图像的处理

（1）图形处理

数字图形处理包括二维平面及三维空间的图形处理两种。现在图形处理的具体内容主要包括：几何变换，如平移、旋转、缩放、透视和投影等；曲线和曲面拟合；建模或造型；隐线、隐面消除；阴暗处理；纹理产生；配色，等等。

（2）图像处理

数字图像处理是指将客观世界中实际存在的物体映射成数字化图像，然后在计算机上用数学的方法对数字化图像进行处理。

（3）图形处理与图像处理的区别

图形处理着重研究怎样将数据和几何模型变成可视的图形，这种图形可能是自然界中根本不存在的，即人工创造的画面。

图像处理侧重于将客观世界中原来存在的物体映像处理成新的数字化图像，关心的问题是如何压缩数据、如何识别、提取特征、三维重建等内容。

实际上，图形与图像在处理与存储时均按各自的特定格式和方法进行，而在屏幕上显示时，二者都是以一定的分辨率和颜色深度在屏幕上以点阵的形式显示出来。

1.1.2 数字视频与音频技术

1．动态图形与图像的视觉原理

人眼具有“视觉暂留”的时间特性，人眼对光像的主观亮度感觉与光像对人眼作用的时间并不同步,主观感觉亮度是逐渐下降的, 如图1-2所示。

图1-2 动态图像之间在视觉亮度上的时间重叠特性曲线

因而，动态图形与图像是由多幅连续的、内容相关而又彼此独立的画面序列构成的一种离散型时基媒体形式。非线性编辑系统也正是利用了动态图形与图像序列的这种离散时基特性对序列进行剪切、抽取、插入等操作，但仍然保持新序列的图像之间在视觉亮度上的时间重叠特性，从而完成新的序列编排。

2．视频与动画

动态图形与图像序列根据每一幅画面的产生形式，又分为两种不同的类别。

当每一幅画面是人工绘制或计算机生成的画面时，称为动画；