数字电影制作技术 (9).pdf

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1、数字电影制作技术数字电影制作技术第六章 格式和编码数字电影制作技术视频文件格式数字电影制作技术什么是文件格式？一个文件格式就是一种结构，通过这个结构，信号被编码（存储）进一个数字文件中；有些格式更适合视频捕获有些格式更适合编辑工作有些格式更适合传输和发行视频文件比图像文件复杂得多，它存储有多种的不同类型的信息，且其结构更多地需要“混合和匹配”；数字电影制作技术视频文件的结构信号：即本体，既有视频也有音频数据；容器：用以容纳信号的结构化文件格式；编解码器：代表压缩和解压缩，指用以编码或解码的软件或硬件，视频应用程序使用编解码器来编写文件并读取软硬件，它可以内置于程序中也呆以单独安装；数字电影制作

2、技术视频影像的属性画面尺寸：对帧的像素度量画幅比：画面的宽高比帧频：每秒多少帧画面组成比特率：文件中视频或音频部分的数据量，以每秒兆字节或千兆字节表示；音频采样率：将音频由模拟量转换为数字量时的采样频率；视频文件格式数字电影制作技术封装/堆栈/容器数字电影制作技术封装有一些常用的被称为封装格式的文件格式，或者更合适的称法叫元文件格式（metafile format）本例中是一个.mxf文件，同样的构成原则也适用于其它类型的封装文件;数字电影制作技术堆栈有些格式使用堆栈来代替封装；爱丽莎创建的RAW格式.ari就是一种堆栈文件；堆栈是一个文件夹，每个图像（帧）都是一个单独的文件；佳能创建的RAW

3、格式.rmf也是一种堆栈文件；数字电影制作技术容器文件类型有时只是一个容器，它既可以填充非常低质量的网络视频，也可以填充高质量的视频；容器是你所使用的软件能够识别的东西，Quicktime是一个典型的容器格式，它有一个.mov的扩展名，它能够容纳上百种不同类型的编解码器；数字电影制作技术容器AVI：标准微软windows容器格式DVR-MS：微软数字视频记录格式FLV/F4V：adobe系统格式IFFA：独立容器格式MKV：一种标准开放/资源开放的容器格式，对任何特定的编解码器或系统都不受限；MJ2：Motion JPEG2000文件格式MXF：可以容纳几乎任何类型的数据流QickTime：后

4、缀为.mov，苹果开发的封装/容器格式MPGE-2：DVD或蓝光（BD）光盘上的传输数据流MP4：基于qicktime文件格式DPX/Cineon：基于电影的文件格式封装/堆栈/容器数字电影制作技术数字压缩数字电影制作技术有损压缩和无损压缩无损压缩：允许原始数据按字节完全恢复；无损压缩是通过删除冗余信息来完成的；有损压缩可实现更高的压缩比；有损压缩中可实现视觉无损；数字电影制作技术色度采样4:4:4 4:2:2 4:2:0 4:1:1虽然不是真正意义上的压缩，但它也产生了和压缩一样的减少数据量的效果；数字电影制作技术帧内压缩与帧间压缩帧内压缩单独处理每一帧而不参考其它帧；帧间压缩比较不同的帧进

5、分组处理，这些分组称为GOP（Gruop Of Picture）；数字压缩数字电影制作技术编解码器数字电影制作技术MPEG/JPEGMPEG代表运动图像专家组，JPEG是联合摄影专家组的缩写。各种形式的MPEG既用于视频也用于音频，MPEG-2和MPEG-4是被广泛使用的视频压缩格式。数字电影制作技术TIFF/EPTIFF（Tagged Image File Format标记图像文件格式）或EP（Electronic Photography电子摄影）最初是静态图片文件格式；它们可以未经压缩，也可以用有损压缩或无损压缩存储，如LZW。RAW格式有时被转换成一系列8比特或16比特的TIFF文件（每

6、帧一个），用于编辑或查看；数字电影制作技术JPEG2000其文件扩展名为.jp2，其前身是JPEG，但与之前的JPEG使用DCT压缩不同，JPEG2000是一种基于小波的压缩方案。它既可以是有损的也可以是无损的，尽管质量上它确实比JPEG具备一些优势，但与JPEG的主要区别在于编码信号的多功能性。数字电影制作技术MPEG-4和H.264/AVCMPEG-4是为极低比特率的编码设计的，创建于1998年；H.264/AVC是一种帧间压缩编解码器，也称MPEG-4 Part 10或AVC（Advanced Video Codeing高级视频编码），它是蓝光光盘的编码标准，广泛应用于网络流媒体视频和高

7、清电视；数字电影制作技术AVC-Intra是H.264的一种变体格式，是由松下公司研发的一种10比特4:2:2的帧内压缩格式；是为松下的电子新闻采集设备设计的，因为帧内压缩比帧间压缩的视频更容易编辑，时间对于新闻视频尤其重要并且避免转码也是很重要的；也在松下的P2系统中使用；ACVHD也是H.264的一种变体，且更多是面向消费级的；数字电影制作技术ProRes苹果的ProRes编码共有五种形式：ProRes4444最高质量版本，既可使用4:4:4RGB色彩空间也可使用4:4:4YCbCr色彩空间；第四个4代表阿尔法通道（透明度数据）；由于其较高的色彩保真度故常用于调色过程；ProRes422H

8、Q是针对高清的视觉无损编码，它支持10比特4:2:2视频；通常被用作高效工作流程的中间环节编码，因为通过几代编码和解码它在视觉上是无损的；ProRes422在大大降低数据传输速度的情况下能提供几乎所有的422HQ的优势，支持相同的10比特4:2:2，而且更适合多流实时编辑；数字电影制作技术ProRes苹果的ProRes编码共有五种形式：ProRes422LT也支持10比特4:2:2，但其传输速率更低，约100Mb/s或者更低；ProRes422Proxy是ProRes家族中传输速率最低的，低于36Mb/s，但始终支持10比特4:2:2；严格来说（顾名思义）它是一种低分辨率的代理或草稿性质的格式

9、，用于在诸如笔记本等功能较弱的计算机上或数据存储能力非常有限的计算机上进行脱机编辑；即使只是代理，它仍然支持完整的19201080和1280720HD基础帧大小；数字电影制作技术DNHD是Avid公司研发的一种有损高清编码格式，其在功能上类似于JPEG，每个帧是独立的，但它采用的是DCT压缩；它有可选择的比特率和位深度（8比特或10比特）；它有五个家庭成员：五个成员编解码器数字电影制作技术压缩技术数字电影制作技术DCT离散余弦变换压缩被应用于JPEG、MPEG等，是一种有损压缩，与傅里叶变换密切相关；它工作在88的像素块上；DCT是计算密集型的，可能导致压缩缺陷，以及在税利的影像边缘产生振铃或

10、模糊现象；采用DCT的格式有：Motion JPEGMJPEG-1MJPEG-2MJPEG-4H.261H.263数字电影制作技术小波压缩Wavelet compression是视频压缩的一个相对较新的技术，虽然它的数学根源可追溯到20世纪初；它可以对图像的不同部分应用不同程度的压缩；其实小波变换本身并不压缩图像，它只是为压缩做准备，压缩是在一个被称为量化的不同阶段来处理的；它最早的应用是皮克斯出品的电影虫虫特工队（1998）；比喻：森林与树木压缩技术数字电影制作技术专有编码格式数字电影制作技术RedCode RAW是red公司的RAW格式编码；其压缩级别存在不同，压缩方案称为RedCode：

11、数字表示数据传输速率RedCode 28RedCode 36RedCode 42压缩比10:1压缩比8:1压缩比5:1是一种基于小波的JPEG2000编码格式；数字电影制作技术CineFormCineForm以前是一家独立的公司，目前是Gopro的一个部门，同时其名称也代表一个编码器；使用高影像完整性的全幅小波压缩无限制空间分辨率（4k或更高）高达12比特的算术精度RGBA、RGB、YUV和RAW色度格式标准封装接口，包括AVI和MOV视觉质量相当于未压缩的工作流程，但成本要低得多性能优化压缩消除了对专用硬件的需求数字电影制作技术ArriRAW最早是阿莱公司为其D-20摄像机研发的；12比特对

12、数未压缩、有28801620或28802160像素既支持自动元数据也支持人为可读的元数据，除正常的曝光、感光度、伽玛、白平衡、帧频、日期/时间数据外，它还记录镜头数据和机身倾斜和转动信息；数字电影制作技术索尼RAW存储为MXF文件数字电影制作技术XAVC索尼为其某些摄像机研发的新格式；XAVC是H.264/MPGE-4 AVC的一种变体；它支持4k分辨率在最高60帧/秒的速度下工作；支持8比特、10比特、12比特色深度；色彩采样比可以是4:4:4、4:2:2或4:2:0；索尼已经在F5和F55上安装了这些格式：XAVC HD/2k（F5/F55）XAVC 4k（仅限于F55）两者均为10比特4

13、:2:2的高清变体，比特率为100Mb/s，4k版本为300Mb/s数字电影制作技术佳能RMF佳能高端摄像机输出的RAW格式；由于烧入了感光度和白平衡，在灰以上和以下的档位范围不会随感光度变化而变化；数字电影制作技术Phantom CINE是Vision Research 公司的高速摄像机记录的RAW格式，文件后缀是.CINE；数字电影制作技术Cinema DNG是Adobe公司用于数字电影文件的RAW无损文件格式；是以TIFF/EP格式为基础，大量使用元数据；支持立体（为3D制作）和多声道；数字电影制作技术索尼HDCam和SR是索尼的专有格式，最初是为基于磁带的高清摄像机研发的；SR采用4:

14、2:2或4:4:4RGB或YCbCr的12比特或10比特记录；采用3:1:1色度采样的8比特DCT压缩；SR的比特率为440Mb/s，SR Lite 为220Mb/s；SR有12个音频通道；数字电影制作技术XDCam是索尼开发的另一种基于光盘记录的格式，对应的摄像机主要针对现场节目制作和新闻采集；它有四个家庭成员：XDCam SDXDCam HDXDCam EXXDCam HD422数字电影制作技术DVCPro松下公司为与索尼HDCam竞争而发开的格式，且与HDCam采用了相同的压缩方案；成员包括：DVDVCProDVCPro 25DVCPro 50DVCPro HD专有编码格式数字电影制作技

15、术浮点数字电影制作技术何谓“浮点”？当视频或图像进入信号处理阶段，它们就进入了数学世界，每当我们以某种方式改变影像，不管是反差、色彩、曝光还是其它什么，我们基本上都在对像素进行某种数学运算;浮点可以处理小数数值，允许对色彩/灰度值进行更精细的分级；浮点意味着小数点的位置在需要时可以改变，这意味着潜在的最大值和最小值是无限的；可以有比零更暗的值和比白更亮的值，这些值是正常范围以下和以上的值；它们可以被认为是“后备的”，以便在需要时使用；数字电影制作技术半浮点半精度浮点数，也称为半浮点数，比全浮点占用更少的空间；16比特浮点的结构：符号（加或减）占1位，指数5位，分数10位（尾数）；数字电影制作技

16、术OpenEXROpen extended range是工业光魔公司研发的一种格式，用于数字视觉效果制作；16比特和32比特浮点；比8比特文件更高的动态范围；8比特文件每个曝光档位具有20-70个等级，而EXR文件可以扩展到每个曝光档位有1024个等级；EXR文件通常使用无损压缩；扩展范围主要适用于图像已经被记录下来以后的信号处理阶段，传感器可以再现的或摄像机可以记录的范围仍然存在着很大的局限（除了如HDR技术所带来的变化）；数字电影制作技术OpenEXROpen extended rangeOpenEXR采用的惯例是确定一个中灰物体，并将其分配为摄影上的18%灰度值，或浮点方案中的0.18。依此，其他像素值就很容易被确定了（亮一档是0.36，再亮一档是0.72）。值1.0不再有特别的意义（在此它不是如其它格式中的那样是一种控制极限），它粗略地代表来自100%反射物的光线。然而，有许多更亮的像素值可以用来表示像火和高光这样的物体。正常的16比特浮点数可以表示30个曝光档位的信息，每个档位又有1024个等级，中灰以上有18档半，中灰以下有11档半。那些超过1.0的数值用以表示高光反光以及自发光物体。浮点