第一章 数字视频及编辑基础知识

§1.2 数字视频文件格式
• MPEG格式：它的英文全称为Moving Picture Expert Group，即运动图像专家组格式，家里常看的VCD、 SVCD、DVD就是这种格式。MPEG文件格式是运动图像 压缩算法的国际标准，它采用了有损压缩方法减少运动图 像中的冗余信息，说的更加明白一点就是MPEG的压缩方 法依据是相邻两幅画面绝大多数是相同的，把后续图像中 和前面图像有冗余的部分去除，从而达到压缩的目的(其 最大压缩比可达到200:1)。目前MPEG格式有三个压缩标 准，分别是MPEG－1、MPEG－2、和MPEG－4，另外， MPEG-7与MPEG-21仍处在研发阶段。 • MPEG－1：制定于1992年，它是针对1.5Mbps以下 数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音编码而设计 的国际标准。也就是我们通常所见到的VCD制作格式。使 用MPEG-1的压缩算法，可以把一部120分钟长的电影压 缩到1.2GB左右大小。这种视频格式的文件扩展名包 括.mpg、.mlv、.mpe、.mpeg及VCD光盘中的.dat文件等。
§1.1 电影及电视原理
• 每一帧图像由电子束顺序地一行接着一行连续扫 描而成，这种扫描方式称为逐行扫描。 • 把每一帧图像通过两场扫描完成则是隔行扫描。 两场扫描中，上场场(奇数场)只扫描奇数行，依 次扫描1、3、5…行，而下场场(偶数场)只扫描偶 数行，依次扫描2、4、6…行。 • 隔行扫描技术在传送信号带宽不够的情况下起了 很大作用，逐行扫描和隔行扫描的显示效果主要 区别在稳定性上面，隔行扫描的行间闪烁比较明 显，逐行扫描克服了隔行扫描的缺点，画面平滑 自然无闪烁。 • 在电视的标准显示模式中，i表示隔行扫描，p表 示逐行扫描。
• AVI格式：它的英文全称为Audio Video Interleaved，即音 频视频交错格式。它于1992年被Microsoft公司推出，随 Windows3.1一起被人们所认识和熟知。所谓“音频视频 交错”，就是可以将视频和音频交织在一起进行同步播放。 这种视频格式的优点是图像质量好，可以跨多个平台使用， 其缺点是体积过于庞大，而且更加糟糕的是压缩标准不统 一，最普遍的现象就是高版本Windows媒体播放器播放不 了采用早期编码编辑的AVI格式视频，而低版本Windows 媒体播放器又播放不了采用最新编码编辑的AVI格式视频， 所以我们在进行一些AVI格式的视频播放时常会出现由于 视频编码问题而造成的视频不能播放或即使能够播放，但 存在不能调节播放进度和播放时只有声音没有图像等一些 莫名其妙的问题，如果用户在进行AVI格式的视频播放时 遇到了这些问题，可以通过下载相应的解码器来解决。
视频处理及特效制作
——青志联网技部2010届部员培训
主讲人：王天云
第一章 数字视频及编辑基础知识
• 引言 • 电视是根据人眼视觉特性以一定的信号形式实时传送活动 图像，通常采用隔行扫描和非隔行扫描方式。 • 目前世界上现行的彩色电视制式包括NTSC、PAL和 SECAM三种制式。 • 数字视频的获取通常采用从现成的数字视频库中截取、利 用计算机软件制作视频、用数字摄像机直接摄录和视频数 字化等多种方法。常用的设备包括摄像机、录像机、视频 采集卡、数码摄像机。 • 获取到的数字视频可以通过画面拼接或影视特效制作进行 数字化编辑与处理，涉及镜头、组合和转场过渡等基本概 念。 • 后期特效处理通常采用抠像、动画特效和其他一些视频特 效，包括镜头分割、文字特效、遮罩与蒙版、3D特效、 粒子系统特效、运动与跟踪特效等技术。
§1.2 数字视频文件格式
• MPEG－2：制定于1994年，设计目标为高级工业标准 的图像质量以及更高的传输率。这种格式主要应用在 DVD/SVCD的制作(压缩)方面，同时在一些HDTV(高清晰 电视广播)和一些高要求视频编辑、处理上面也有相当的 应用。使用MPEG-2的压缩算法，可以把一部120分钟长 的电影压缩到4到8GB的大小。这种视频格式的文件扩展 名包括.mpg、.mpe、.mpeg、.m2v及DVD光盘上的.vob 文件等。 • MPEG－4：制定于1998年，MPEG－4是为了播放流 式媒体的高质量视频而专门设计的，它可利用很窄的带度， 通过帧重建技术，压缩和传输数据，以求使用最少的数据 获得最佳的图像质量。目前MPEG-4最有吸引力的地方在 于它能够保存接近于DVD画质的小体积视频文件。另外， 这种文件格式还包含了以前MPEG压缩标准所不具备的比 特率的可伸缩性、动画精灵、交互性甚至版权保护等一些 特殊功能。这种视频格式的文件扩展名包括.asf、.mov和 DivX AVI等。
第一章 数字视频及编辑基础知识 • • • • • 重点掌握 1.帧的概念 2.两种扫描方式 3.三种电视制式 4.视频文件格式
§1.1 电影及电视原理 • 电影的放映原理 • 人们之所以能够看到电影屏幕上的活动影像，其 中最大的原因在于人眼的自我欺骗。人眼有一个 非常有趣的视觉特性——能够把看到的影像在视 网膜上保留一段时间，这种特殊性称为视觉暂留。 科学实验证明，人眼在某个影像消失后，仍可使 该物像在视网膜上滞留0.1~0.4s左右。而在电影 放映过程中，电影胶片以每秒24格画面匀速转动， 这就相当于每一格画面给人眼的刺激是1/24s（相 当于0.04），由于人的眼睛有视觉暂留的特性， 一个画面的印象还没有消失，下一个稍微有一点 差别的画面又出现在银幕上，连续不断的印象衔 接起来，就组成了活动电影。
§1.1 电影及电视原理
• 电视的工作过程 • 电视是根据人眼视觉特性以一定的信号形式实时 传送活动景物（或图像）的技术。在发送端，用 电视摄像机把景物（或图像）转变成相应的电信 号，电信号通过一定的途径传输到接收端，再由 显示设备显示出原景物（或图像）。 • 电视图像的传送在发送端是基于光电转换器件， 在接收端是基于电光转换器件。实现这两种转换 的器件分别是摄像管和显像管。
§1.1 电影及电视原理
• 电视制式简介 • NTSC彩色电视制式：它是1952年由美国国家电视标准委员会指定的 彩色电视广播标准，它采用正交平衡调幅的技术方式，故也称为正交 平衡调幅制。美国、加拿大等大部分西半球国家以及中国的台湾、日 本、韩国、菲律宾等均采用这种制式。 • PAL制式：它是西德在1962年指定的彩色电视广播标准，它采用逐行 倒相正交平衡调幅的技术方法，克服了NTSC制相位敏感造成色彩失 真的缺点。西德、英国等一些西欧国家，新加坡、中国大陆及香港， 澳大利亚、新西兰等国家采用这种制式。PAL制式中根据不同的参数 PAL 细节，又可以进一步划分为G、I、D等制式，其中PAL－D制是我国 大陆采用的制式。 • SECAM制式：SECAM是法文的缩写，意为顺序传送彩色信号与存储 恢复彩色信号制，是由法国在1956年提出，1966年制定的一种新的 彩色电视制式。它也克服了NTSC制式相位失真的缺点，但采用时间 分隔法来传送两个色差信号。使用SECAM制的国家主要集中在法国、 东欧和中东一带。
§1.1 电影及电视原理
• 扫描的机制 • 在发送端将平面图像分解成若干像素以电 子束的形式顺序传送出去，在接收端再将 这种信号复合成完整的图像，这种图像的 分解与复合是靠扫描来完成的。 • 扫描有隔行扫描和非隔行扫描（逐行扫描） 之分。电视机一般采用隔行扫描，计算机 显示图像时一般采用非隔行扫描。
§1.1 电影及电视原理
PAL 制电视的扫描特性 PAL 电视制的主要扫描特性是： (1) 625 行(扫描线)/帧，25 帧/秒(40 ms/帧) (2) 高宽比(aspect ratio)：4:3 (3) 隔行扫描，2 场/帧，312.5 行/场 (4) 颜色模型：YUV 一帧图像的总行数为625，分两场扫描。行扫描频率是15 625 Hz，周期为64µs；场扫描频率是50 Hz,周期为20 ms； 帧频是25 Hz，是场频的一半，周期为40 ms。在发送电 视信号时，每一行中传送图像的时间是52.2µs，其余的 11.8µs 不传送图像，是行扫描的逆程时间，同时用作行 同步及消隐用。每一场的扫描行数为625/2=312.5 行，其 中25 行作场回扫，不传送图像，传送图像的行数每场只 有287.5 行，因此每帧只有575 行有图像显示。
§1.1 电影及电视原理
• 电影的拍摄 • 电影的拍摄是以电影胶片（条状感光胶片）为载 体，借助透镜组（物镜）的光学成像，并根据视 24 / 觉的生理与心理特性，以24幅/秒摄取被摄对象的 一系列姿态渐次变化而活动连贯的静止画面的过 程。对于现在的电影制作工艺而言，记录的材质 并不一定完全就是电影胶片，例如，当前提出的 数字电影技术，其记录的材质就是计算机硬盘。
§1.1 电影及电视原理
• 帧的概念 • 帧——就是影像动画中最小单位的单幅影像画面， 相当于电影胶片上的每一格镜头。 一帧就是一副 静止的画面，连续的帧就形成动画，如电视图象 等。 我们通常说帧数，简单地说，就是在1秒钟 时间里传输的图片的帧数，也可以理解为图形处 理器每秒钟能够刷新几次，通常用fps（Frames Per Second）表示。每一帧都是静止的图象，快 速连续地显示帧便形成了运动的假象。高的帧率 可以得到更流畅、更逼真的动画。每秒钟帧数 (fps) 愈多，所显示的动作就会愈流畅。
§1.1 电影及电视原理
• SECAM 制的扫描特性 • 行轮换调频制——Sequential Coleur Avec Memoire，简称SECAM制。采用这种制式 的有法国、前苏联和东欧一些国家。这种 制式帧速率为25fps，每帧625行312线，标 准分辨率为720×576。
§1.2 数字视频文件格式
§1.1 电影及电视源自文库理
• 摄像管阴极发射出来的电子束，在电子枪的电场 及偏转线圈的磁场力作用下，按从左到右、从上 到下的顺序依次轰击荧光屏。屏幕内表面上涂的 荧光粉在电子轰击下发光，其发光亮度正比于电 子束所携带的能量，若将摄像端送来的信号加到 显像管电子枪的阴极与栅极之间，就可以控制电 子束携带的能量，使荧光屏的发光强度受图像信 号的控制。若显像管的电-光转换是线性的，那么， 屏幕上重现图像时，其各像素的亮度基本正比于 所摄图像相应各像素的亮度，屏幕上就会重现原 图像。
§1.1 电影及电视原理
• 在新建Premiere项目时会出现一个对话框， 加载设置中预置的有PAL制和NTSC制
§1.1 电影及电视原理
• NTSC 制的扫描特性 NTSC 彩色电视制的主要特性是： (1) 525 行/帧, 30 帧/秒(29.97 fps, 33.37 ms/frame) (2) 高宽比：电视画面的长宽比(电视为4:3；电影为3:2； 高清晰度电视为16:9) (3) 隔行扫描，一帧分成2 场(field)，262.5 线/场 (4) 在每场的开始部分保留20 扫描线作为控制信息，因此 只有485 条线的可视数据。Laser disc 约~420 线，SVHS 约~320 线 (5) 每行63.5 微秒，水平回扫时间10 微秒(包含5 微秒的 水平同步脉冲)，所以显示时间是53.5 微秒。 (6) 颜色模型：YIQ 一帧图像的总行数为525 行，分两场扫描。行扫描频率为 15 750 Hz， 周期为63.5µs；场扫描频率是60 Hz，周期 为16.67 ms；帧频是30 Hz，周期33.33 ms。每一场的扫 描行数为525/2=262.5 行。除了两场的场回扫外，实际传 送图像的行数为480 行。
§1.2 数字视频文件格式
• nAVI格式：nAVI是newAVI的缩写，是一个名为 ShadowRealm的地下组织发展起来的一种新视频格式(与 我们上面所说的AVI格式没有太大联系)。它是由Microsoft ASF压缩算法的修改而来的，但是又与下面介绍的网络影 像视频中的ASF视频格式有所区别，它以牺牲原有ASF视 频文件视频“流”特性为代价而通过增加帧率来大幅提高 ASF视频文件的清晰度。 • DV-AVI格式：DV的英文全称是Digital Video Format，是 由索尼、松下、JVC等多家厂商联合提出的一种家用数字 视频格式。目前非常流行的数码摄像机就是使用这种格式 记录视频数据的。它可以通过电脑的IEEE 1394端口传输 视频数据到电脑，也可以将电脑中编辑好的的视频数据回 录到数码摄像机中。这种视频格式的文件扩展名一般 是.avi，所以也叫DV-AVI格式。