非线性编辑----数字视频.ppt

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1、数字视频基础数字视频基础KeytoDigitalVideo一、摄录一体机的基本构成一、摄录一体机的基本构成成像器有成像器有CCD/CMOS两种，对角线尺寸一般为：两种，对角线尺寸一般为：1/3英寸（约英寸（约6mm）、）、1/2英寸（约英寸（约9mm）和）和2/3英寸（约英寸（约11mm）。全画幅成像器）。全画幅成像器的对角线尺寸为的对角线尺寸为43.2mm（与（与135胶片相等）。胶片相等）。数字摄像机常用的编码算法有数字摄像机常用的编码算法有DV和和MPEG两大类，对应的摄像机两大类，对应的摄像机格式有格式有DV（25）、）、DV50、HDV、DVCPROHD、HDCAM、XDCAM等。等

2、。存储介质可分为磁带（存储介质可分为磁带（Tape）和无带化）和无带化（Tapeless）两类。）两类。无带化存储则是用无带化存储则是用光盘、硬盘或存储光盘、硬盘或存储卡作为存储媒体。卡作为存储媒体。索尼多用专业光盘索尼多用专业光盘（ProfessionalDisc，类似蓝光类似蓝光DVD），），另外也使用另外也使用SxS卡。卡。松下多用松下多用P2卡。卡。二、数字摄像机的制式二、数字摄像机的制式两大电视制式：两大电视制式：NTSC制和制和PAL制。制。NTSC是是NationalTelevisionSystemsCommittee的缩写，意为（美国）电视制式委员的缩写，意为（美国）电视制式委

3、员会（美日加韩等用）。会（美日加韩等用）。PAL是是PhaseAlternatingLine的缩写，实的缩写，实为逐行倒相的为逐行倒相的NTSC制（西欧、中国等用）。制（西欧、中国等用）。与制式有关的参数主要有：扫描方式、分辨率、与制式有关的参数主要有：扫描方式、分辨率、每帧行数及帧速率等。每帧行数及帧速率等。1.扫描方式扫描方式扫描方式：逐行扫描（扫描方式：逐行扫描（progressivescan）和隔）和隔行扫描行扫描(interlacescan)。隔行扫描是将一幅图像分为奇、偶两场来显示，隔行扫描是将一幅图像分为奇、偶两场来显示，奇数场（上场）由奇数场（上场）由1、3、5、7奇数奇数行构

4、成，偶数场（下场）由行构成，偶数场（下场）由2、4、6、8偶数行构成。偶数行构成。对于隔行扫描，两场对于隔行扫描，两场等于一帧。逐行扫描等于一帧。逐行扫描没有场的概念没有场的概念-NoField。标清数字视频的场序是下场优先。标清数字视频的场序是下场优先。两种扫描方式的优缺点两种扫描方式的优缺点隔行扫描通过将一帧变为两场，可以在不增隔行扫描通过将一帧变为两场，可以在不增加信号带宽的前提下，将屏幕的刷新频率提高一加信号带宽的前提下，将屏幕的刷新频率提高一倍，从而克服了大面积的屏幕闪烁现象。另外，倍，从而克服了大面积的屏幕闪烁现象。另外，在同样的刷新频率下，可以节省一倍的信号带宽，在同样的刷新频率

5、下，可以节省一倍的信号带宽，对于数字信号就是数据流量下降一倍。对于数字信号就是数据流量下降一倍。隔行扫描的缺点是容易出现图像并行和行间隔行扫描的缺点是容易出现图像并行和行间闪烁现象，理论上画面质量不如逐行扫描闪烁现象，理论上画面质量不如逐行扫描。隔行扫描的动态画面用逐行方式显示时，会隔行扫描的动态画面用逐行方式显示时，会出现出现“鼠齿鼠齿”(MouseTeeth)现象。电视适合采用隔行模式，电脑适合采用逐行模电视适合采用隔行模式，电脑适合采用逐行模式。式。2.分辨率分辨率标清（StandardDefinition），缩写SD，画幅宽高比是4:3，也有16:9的宽屏（Widescreen）标清。

6、高清（HighDefinition），缩写HD，画幅宽高比16:9。标清分辨率：标清分辨率：PAL制制720576，NTSC制制720480。高清分辨率：主要有高清分辨率：主要有19201080，14401080，1280720几种。几种。19201080和14401080属于1080高清标准，1280720属于720高清标准。1080高清标准支持隔行和逐行两种扫描方式，分别用1080p和1080i表示，而720高清标准只支持逐行扫描方式，只有720p一种表示方式。PAL制和制和NTSC制执行相同的高清分辨率标准。制执行相同的高清分辨率标准。只有只有19201080叫做全高清（叫做全高清（Fu

7、ll-HD）。）。决定画幅的因素有两个，一是水平和垂直分辨率之比，决定画幅的因素有两个，一是水平和垂直分辨率之比，二是像素宽高比（二是像素宽高比（PixelAspectRatio）。以）。以PALD1/DV格式为例，其分辨率是格式为例，其分辨率是720576,要想实现要想实现4:3的显示比例，的显示比例，必须将像素宽高比调整为必须将像素宽高比调整为1.067。16:9宽屏的宽屏的PALD1/DV格式，其分辨率也是格式，其分辨率也是720576,要想实现要想实现16:9的显示比例，的显示比例，必须将像素宽高比调整为必须将像素宽高比调整为1.422。3.扫描行数与帧速率扫描行数与帧速率扫描行数：包

8、括扫描逆程阶段的无效行，扫描行数：包括扫描逆程阶段的无效行，PAL制是制是625行行/帧，帧，NTSC是是525行行/帧。帧。帧速率：不管是高清还是标清，帧速率：不管是高清还是标清，PAL制帧速率为制帧速率为25FPS（FramePerSecond），），NTSC是是30FPS，实际是，实际是29.97FPS。场频变为。场频变为59.94Hz。对于隔行扫描，由于一帧变成两场，对于隔行扫描，由于一帧变成两场，PAL制场频制场频为为50Hz，NTSC场频为场频为60Hz，实际为，实际为59.94Hz。场频才是真正的刷新频率。场频才是真正的刷新频率。电影的帧速率是电影的帧速率是24FPS，为了和，为

9、了和NTSC制电视进行制电视进行互转，实际帧速率是互转，实际帧速率是23.97FPS。4制式的表示方式制式的表示方式用用525/60和和625/50表示扫描制式表示扫描制式525/60（实为59.94）表示NTSC制，625/50表示PAL制。用帧速率来表示制式用帧速率来表示制式25fps指PAL制，29.97fps指NTSC制。将垂直分辨率和扫描类型相结合，可表示清晰度将垂直分辨率和扫描类型相结合，可表示清晰度等级和扫描方式等制式信息。等级和扫描方式等制式信息。如576i、576p、480i、480p、720p、1080i、1080p等。将场频、帧频和扫描类型综合在一起，表示扫描将场频、帧频

10、和扫描类型综合在一起，表示扫描制式及扫描方式。制式及扫描方式。如50i、25P、50p、59.94i、29.97P、24P、23.98P等。以上视频标准在摄像机上叫做记录格式，以上视频标准在摄像机上叫做记录格式，概括如下表所示：概括如下表所示：制式PAL制NTSC制标清576/50i、576/25p480/59.94i、480/29.97p高清1080/50i、1080/25p720/25p、720/50p1080/59.94i、1080/29.97p720/29.97p、720/59.94p字母“i”前的数字是场频，“p”前的数字是帧频在我国，面向电视运用时，应选择在我国，面向电视运用时，应

11、选择PAL制、制、隔行扫描（带字母隔行扫描（带字母“i”的）。的）。在标清数字在标清数字电视时代，电视时代，我国视频编我国视频编辑时应选择辑时应选择PAL制制D1/DV格式格式作为编辑模作为编辑模式，主要参式，主要参数如图：数如图：三、分量数字视频的采样结构三、分量数字视频的采样结构1模拟分量视频模拟分量视频将将RGB模拟基色信号转为模拟基色信号转为YUV模拟分量视频：模拟分量视频：CCDCCDCCD2采样采样将模拟信号数字化的第一步是采样（将模拟信号数字化的第一步是采样（Sampling），），也就是获取模拟信号的幅度样值，以通过量化和也就是获取模拟信号的幅度样值，以通过量化和编码，将模拟信

12、号转换为数字信号。编码，将模拟信号转换为数字信号。对于标清信号，亮度分量对于标清信号，亮度分量Y的采样频率是的采样频率是13.5MHz，每行采样点数是，每行采样点数是720个。对于高清信个。对于高清信号，亮度分量号，亮度分量Y的采样频率是的采样频率是74.25MHz，每行采，每行采样点数有样点数有1280、1440或或1920个三种情况。个三种情况。不管是标清还是高清，不管是标清还是高清，U、V两个色差信号的采样两个色差信号的采样频率和采样点数则有多种选择，其采样结构有频率和采样点数则有多种选择，其采样结构有4:4:4、4:2:2、4:1:1、4:2:0四种。四种。3采样结构（以标清为例）采样

13、结构（以标清为例）（1）4:4:4采样结构采样结构亮度分量亮度分量Y、蓝色差分量、蓝色差分量U和红色差分量和红色差分量V的采样频率的采样频率均为均为13.5MHz，每一有效行三个信号的采样点数也均为，每一有效行三个信号的采样点数也均为720个。由于亮度信号与两个色差信号的采样频率和采样点数个。由于亮度信号与两个色差信号的采样频率和采样点数之比为之比为4:4:4(720:720:720)，所以将这种采样格式叫做，所以将这种采样格式叫做4:4:4采样结构，如图所示。采样结构，如图所示。（2）4:2:2采样结构采样结构亮度信号的采样频率和有效行采样点数仍然为亮度信号的采样频率和有效行采样点数仍然为1

14、3.5MHz和和720点，但点，但U、V两个色差信号的采样频率和有两个色差信号的采样频率和有效行采样点数分别为亮度信号的效行采样点数分别为亮度信号的1/2，即分别为，即分别为6.75MHz和和360点，如下图。点，如下图。（3）4:1:1采样结构采样结构亮度信号的采样频率和有效行采样点数仍然为亮度信号的采样频率和有效行采样点数仍然为13.5MHz和和720点，但点，但U、V两个色差信号的采样频率和有两个色差信号的采样频率和有效行采样点数分别为亮度信号的效行采样点数分别为亮度信号的1/4，即分别为，即分别为3.375MHz和和360点，如下图。点，如下图。（4）4:2:0采样结构采样结构如果两个

15、色差信号和如果两个色差信号和4:2:2格式一样，以格式一样，以6.75MHz的的频率取样，但每一行只传送两种色差信号之中的一种，两频率取样，但每一行只传送两种色差信号之中的一种，两种色差信号每行交替传送，这便是种色差信号每行交替传送，这便是4:2:0取样结构，如下取样结构，如下图。图。下图以下图以PAL制标清为例，形象地给出了不同采样结构制标清为例，形象地给出了不同采样结构下各信号分量的信息量大小及空间分布。下各信号分量的信息量大小及空间分布。四、数字视频的编码格式四、数字视频的编码格式1量化与码率量化与码率量化就是对模拟信号分成若干个幅度等级，每个等级都用量化就是对模拟信号分成若干个幅度等级

16、，每个等级都用一定位数的二进制数来表示。绝大多数数字摄像机对一定位数的二进制数来表示。绝大多数数字摄像机对YUV三个分量都采用三个分量都采用8位（位（Bit）的量化精度。量化后模拟信号）的量化精度。量化后模拟信号就变成了数字信号，就变成了数字信号，8位量化的像素具有位量化的像素具有256个亮度等级个亮度等级（ColorLevel）。）。数字信号的数据量大小用码率（数字信号的数据量大小用码率（Bitrate）来表示。码率即）来表示。码率即数字信号的数据流量，单位有数字信号的数据流量，单位有Kbps（kilo-bitpersecond：千比特每秒）及：千比特每秒）及Mbps（mega-bitper

17、second：兆比特每秒）。码率与时间的乘积就是文件的体积。：兆比特每秒）。码率与时间的乘积就是文件的体积。量化后的信号是用二进制编码、未经打包压缩的原始数字量化后的信号是用二进制编码、未经打包压缩的原始数字信号，因数据量太大，必须进行压缩。不同的压缩算法可信号，因数据量太大，必须进行压缩。不同的压缩算法可形成不同的格式。形成不同的格式。-空间冗余：图像空间冗余：图像中有许多颜色相同或中有许多颜色相同或相近的大面积色块，相近的大面积色块，像素间具有很强的相像素间具有很强的相关性。关性。数据压缩的依据数据压缩的依据-时间冗余：相邻帧之间有很强的相关性。时间冗余：相邻帧之间有很强的相关性。2.压缩

18、与格式压缩与格式数据压缩类型有数据压缩类型有帧内压缩帧内压缩和和帧间压缩帧间压缩两大类。两大类。帧内压缩即空域压缩，利于解压，画质好，但文件体积大。帧内压缩即空域压缩，利于解压，画质好，但文件体积大。代表性的格式有代表性的格式有DV类格式、类格式、M-Jpeg(Motion-Jpeg)格式格式等。等。帧间压缩在采用帧内压缩的基础上，同时进行相邻帧之间帧间压缩在采用帧内压缩的基础上，同时进行相邻帧之间的时域压缩，压缩效率高，文件体积小，但解压复杂，信的时域压缩，压缩效率高，文件体积小，但解压复杂，信息损失稍大。代表性的格式有息损失稍大。代表性的格式有MPEG类、类、H.26x类及网络类及网络流媒

19、体格式流媒体格式WMV、FLV、RM/RMVB等。等。3DV压缩格式压缩格式DV特指特指DigitalVideoFormat，是一种特定的压，是一种特定的压缩算法和编码格式。缩算法和编码格式。DV格式采用格式采用DCT(DiscreteCosineTransform：离散余弦变换：离散余弦变换)算法进行空间变换，形成算法进行空间变换，形成88的的DCT数据块，然后通过量化和游程编码，去掉画数据块，然后通过量化和游程编码，去掉画面中的空间冗余信息，从而降低了每一帧的数据面中的空间冗余信息，从而降低了每一帧的数据量。量。DV格式不能进行帧间（格式不能进行帧间（Inter-frame）压缩，但可）压

20、缩，但可在同一帧内进行场间（在同一帧内进行场间（Inter-field）压缩。）压缩。3DV压缩格式压缩格式民用级民用级DV格式主要指标有：格式主要指标有：8位量化；位量化；4:1:1或或4:2:0采样结构；采样结构；压缩比为压缩比为5:1；压缩后码率为压缩后码率为25Mbps；所以所以DV又叫又叫DV25，或者说，或者说DV是是DV25的简称。的简称。广播级的广播级的DV格式叫格式叫DV50，主要指标有：，主要指标有：8位量化；位量化；4:2:2采样结构；采样结构；压缩比为压缩比为3.3:1；压缩后码率为压缩后码率为50Mbps；松下的松下的DVCPRO50系列摄像机即属于广播级标清摄像机。

21、系列摄像机即属于广播级标清摄像机。DVCAM和和DVCPRO分别是索尼和松下专有的一种非通用分别是索尼和松下专有的一种非通用DV25格式。格式。4MPEG-2编码格式编码格式MPEG-2（MovingPicturesExpertGroup）广泛地用于）广泛地用于数字摄像机、数字摄像机、DVD及数字视频广播（及数字视频广播（DigitalVideoBroadcasting：DVB）等领域。）等领域。MPEG-2有三种编码帧，分别是有三种编码帧，分别是I帧、帧、P帧和帧和B帧。帧。I帧即帧帧即帧内编码帧（内编码帧（Intra-codedframes），），P帧是预测编码帧帧是预测编码帧（Predi

22、ctive-codedframes），），B帧是双向预测编码帧帧是双向预测编码帧（Bidirectional-predictive-codedframes)。I帧利用空间相关性采用和帧利用空间相关性采用和DV一样的一样的DCT算法进行帧内压算法进行帧内压缩，缩，P帧和帧和B帧都属于帧间压缩。帧都属于帧间压缩。MPEG-2视频流的基本单位是图像组（视频流的基本单位是图像组（GroupofPictures：GOP），一般由少则一帧（只有），一般由少则一帧（只有I帧），多则十几帧构帧），多则十几帧构成。只有成。只有I帧的帧的GOP叫短叫短GOP(ShortGOP)，本质上和，本质上和DV格式是一样的

23、。超过一帧的叫长格式是一样的。超过一帧的叫长GOP(LongGOP)。5MPEG-4AVC（H.264）编码格式）编码格式MPEG-4AVC是是ITU-T（国际电信联盟）和（国际电信联盟）和ISO/IEC（国（国际标准化组织际标准化组织/国际电工委员会）共同开发的新一代视频国际电工委员会）共同开发的新一代视频压缩标准，在压缩标准，在ITU-T叫做叫做H.264，在，在ISO/IEC则叫做则叫做MPEG-4AVC（AdvancedVideoCoding：高级视频编：高级视频编码码)，简称，简称AVC。MPEG-4AVC（H.264）和）和MPEG-2一样，既有帧内压一样，既有帧内压缩，又有帧间压

24、缩，采用由缩，又有帧间压缩，采用由I帧、帧、P帧和帧和B帧构成的帧构成的GOP结结构，但比构，但比MPEG-2压缩效率高压缩效率高1倍以上，比倍以上，比DV（25）格式）格式更是高了一个数量级。更是高了一个数量级。MPEG-4AVC（H.264）在数字摄像机、高清数字电视）在数字摄像机、高清数字电视及蓝光盘等领域，和及蓝光盘等领域，和MPEG-2形成了竞争、并存的局面。形成了竞争、并存的局面。五、数字摄像机的分类五、数字摄像机的分类1.DV25标清系列标清系列DV25摄像机简称摄像机简称DV机，属于专业以下级别的标清摄机，属于专业以下级别的标清摄像机，像机，采用采用DV格式压缩、码率为格式压缩

25、、码率为25Mbps。手持系列手持系列如松下的DVC180、佳能的XL2、JVC的GY-DV300/310及索尼的PD10P、PD190、PD198等。肩扛系列肩扛系列这类机型是DV25中的高端产品，多采用3片2/3英寸的CCD和大口径可更换变焦镜头，具有接近于广播级摄像机的成像质量，广泛地用于新闻采访及一般专题片、广告片的拍摄。常见机型有：松下的AJ-D610/615和索尼的DSR-600/650。2DV50系列系列代表性机型是松下的DVCPRO50系列，采用双DV25编码器，8位量化，4:2:2采样，DV编码，3.3倍压缩，视频码率为50Mbps。具体机型有AJ-D815/908/D913

26、等。索尼的DigitalBetacam系列系列（数字Beta）虽然指标更好，但本质上也可归属于DV50系列系列。3DVCPROHD系列系列DVCPROHD，亦称作DVCPRO100，是松下DVCPRO50的“高清版”摄像机系列。DVCPROHD继承了DV的“血统”，使用四个DV编码器并行工作，码率100Mbps。常见型号有AJ-HDC27HMC、AJ-HDX900MC等。4.HDV小高清系列小高清系列可理解为高清版的可理解为高清版的DV，有，有720p和和HDV1080两种分两种分辨率标准，主要指标如下表：辨率标准，主要指标如下表：PR中的中的HDV格式预置格式预置5.XDCAMEX系列系列X

27、DCAMEX以SxS存储卡为存储媒体，采用MPEG-2压缩格式，4:2:0采样结构，支持720P和1080i等多种高清格式，目前有PMW-EX1、PMW-EX1R和PMW-EX3三款机型。6XDCAMHD/XDCAMHD422系列系列XDCAMHD是XDCAMHD420的简称，采用4:2:0采样，MPEG-2压缩，1/2英寸CCD，兼容DVCAM标清格式。XDCAMHD422又叫MPEGHD422，采用4:2:2采样，MPEG-2压缩，最高码率可达50Mbps，支持19201080p的逐行全高清分辨率，代表性机型是PDW-700。索尼索尼XDCAM无带化存储的四个产品系列无带化存储的四个产品系

28、列7.P2HDP2PALM手提式系列手提式系列P2是ProfessionalPlug-In的缩写，松下将采用P2卡存储的高清摄像机统一定义为P2HD系列，其手提便携式叫做P2PALM系列，采用DV算法压缩，有DVCPRO/DV（25Mbps）、DVCPRO50（50Mbps）和DVCPROHD（100Mbps）多种格式可供选择。HVX203HPX1737.P2HD肩扛式系列肩扛式系列除采用和P2PALM系列一样的基于DV的压缩格式外，该系列机型还引入了一种更为先进的压缩格式AVC-Intra。AVC-Intra中的“AVC”即MPEG-4AVC/H.264，“Intra”的意思是“帧内”，AVC-Intra即只有帧内（(I-Only)）压缩而没有帧间压缩的MPEG-4AVC/H.264的格式，有时简写为AVC-I。由于AVC-Intra只有I帧（Intra-Frame），属于短GOP结构，不管是画面质量还是易编辑性，都好于长GOP结构的MPEG-4AVC/H.264。P2HD系列兼容的记录格式有AVC-Intra100、AVC-Intra50、DVCPROHD、DVCPRO50、DVCPRO及DV等，部分机型支持10位量化，指标很高。