非線性編輯-數(shù)字視頻

數(shù)字視頻基礎(chǔ)

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非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!一、攝錄一體機(jī)的基本構(gòu)成

成像器有CCD/CMOS兩種，對角線尺寸一般為：1/3英寸（約6mm）、1/2英寸（約9mm）和2/3英寸（約11mm）。全畫幅成像器的對角線尺寸為43.2mm（與135膠片相等）。數(shù)字?jǐn)z像機(jī)常用的編碼算法有DV和MPEG兩大類，對應(yīng)的攝像機(jī)格式有DV（25）、DV50、HDV、DVCPROHD、HDCAM、XDCAM等。非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!存儲介質(zhì)可分為磁帶（Tape）和無帶化（Tapeless）兩類。無帶化存儲則是用光盤、硬盤或存儲卡作為存儲媒體。索尼多用專業(yè)光盤（ProfessionalDisc，類似藍(lán)光DVD），另外也使用SxS卡。

松下多用P2卡。非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!二、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的制式兩大電視制式：NTSC制和PAL制。

NTSC是NationalTelevisionSystemsCommittee的縮寫，意為（美國）電視制式委員會（美日加韓等用）。PAL是PhaseAlternatingLine的縮寫，實為逐行倒相的NTSC制（西歐、中國等用）。

與制式有關(guān)的參數(shù)主要有：掃描方式、分辨率、每幀行數(shù)及幀速率等。非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!

兩種掃描方式的優(yōu)缺點隔行掃描通過將一幀變?yōu)閮蓤?，可以在不增加信號帶寬的前提下，將屏幕的刷新頻率提高一倍，從而克服了大面積的屏幕閃爍現(xiàn)象。另外，在同樣的刷新頻率下，可以節(jié)省一倍的信號帶寬，對于數(shù)字信號就是數(shù)據(jù)流量下降一倍。隔行掃描的缺點是容易出現(xiàn)圖像并行和行間閃爍現(xiàn)象，理論上畫面質(zhì)量不如逐行掃描

。隔行掃描的動態(tài)畫面用逐行方式顯示時，會出現(xiàn)“鼠齒”(MouseTeeth)現(xiàn)象。電視適合采用隔行模式，電腦適合采用逐行模式。非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!

決定畫幅的因素有兩個，一是水平和垂直分辨率之比，二是像素寬高比（PixelAspectRatio）。以PALD1/DV格式為例，其分辨率是720×576,要想實現(xiàn)4:3的顯示比例，必須將像素寬高比調(diào)整為1.067。16:9寬屏的PALD1/DV格式，其分辨率也是720×576,要想實現(xiàn)16:9的顯示比例，必須將像素寬高比調(diào)整為1.422。非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!4．制式的表示方式

用525/60和625/50表示掃描制式——525/60（實為59.94）表示NTSC制，625/50表示PAL制。用幀速率來表示制式——

25fps指PAL制，29.97fps指NTSC制。將垂直分辨率和掃描類型相結(jié)合，可表示清晰度等級和掃描方式等制式信息。如576i、576p、480i、480p、720p、1080i、1080p等。將場頻、幀頻和掃描類型綜合在一起，表示掃描制式及掃描方式。如50i、25P、50p、59.94i、29.97P、24P、23.98P等。非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!在標(biāo)清數(shù)字電視時代，我國視頻編輯時應(yīng)選擇PAL制D1/DV格式作為編輯模式，主要參數(shù)如圖：非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!2．采樣將模擬信號數(shù)字化的步是采樣（Sampling），也就是獲取模擬信號的幅度樣值，以通過量化和編碼，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。對于標(biāo)清信號，亮度分量Y的采樣頻率是13.5MHz，每行采樣點數(shù)是720個。對于高清信號，亮度分量Y的采樣頻率是74.25MHz，每行采樣點數(shù)有1280、1440或1920個三種情況。不管是標(biāo)清還是高清，U、V兩個色差信號的采樣頻率和采樣點數(shù)則有多種選擇，其采樣結(jié)構(gòu)有4:4:4、4:2:2、4:1:1、4:2:0四種。非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!（2）4:2:2采樣結(jié)構(gòu)

亮度信號的采樣頻率和有效行采樣點數(shù)仍然為13.5MHz和720點，但U、V兩個色差信號的采樣頻率和有效行采樣點數(shù)分別為亮度信號的1/2，即分別為6

.75MHz和360點，如下圖。

非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!（4）4:2:0采樣結(jié)構(gòu)如果兩個色差信號和4:2:2格式一樣，以6.75MHz的頻率取樣，但每一行只傳送兩種色差信號之中的一種，兩種色差信號每行交替?zhèn)魉?，這便是4:2:0取樣結(jié)構(gòu)，如下圖。

非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!四、數(shù)字視頻的編碼格式1．量化與碼率量化就是對模擬信號分成若干個幅度等級，每個等級都用一定位數(shù)的二進(jìn)制數(shù)來表示。絕大多數(shù)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)對YUV三個分量都采用8位（Bit）的量化精度。量化后模擬信號就變成了數(shù)字信號，8位量化的像素具有256個亮度等級（ColorLevel）。數(shù)字信號的數(shù)據(jù)量大小用碼率（Bitrate）來表示。碼率即數(shù)字信號的數(shù)據(jù)流量，單位有Kbps（kilo-bitpersecond：千比特每秒）及Mbps（mega-bitpersecond：兆比特每秒）。碼率與時間的乘積就是文件的體積。量化后的信號是用二進(jìn)制編碼、未經(jīng)打包壓縮的原始數(shù)字信號，因數(shù)據(jù)量太大，必須進(jìn)行壓縮。不同的壓縮算法可形成不同的格式。非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!2.壓縮與格式數(shù)據(jù)壓縮類型有幀內(nèi)壓縮和幀間壓縮兩大類。幀內(nèi)壓縮即空域壓縮，利于解壓，畫質(zhì)好，但文件體積大。代表性的格式有DV類格式、M-Jpeg(Motion-Jpeg)格式等。幀間壓縮在采用幀內(nèi)壓縮的基礎(chǔ)上，同時進(jìn)行相鄰幀之間的時域壓縮，壓縮效率高，文件體積小，但解壓復(fù)雜，信息損失稍大。代表性的格式有MPEG類、H.26x類及網(wǎng)絡(luò)流媒體格式WMV、FLV、RM/RMVB等。非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!3．DV壓縮格式民用級DV格式主要指標(biāo)有：

8位量化；4:1:1或4:2:0采樣結(jié)構(gòu)；壓縮比為5:1；壓縮后碼率為25Mbps；所以DV又叫DV25，或者說DV是DV25的簡稱。廣播級的DV格式叫DV50，主要指標(biāo)有：8位量化；4:2:2采樣結(jié)構(gòu)；壓縮比為3.3:1；壓縮后碼率為50Mbps；松下的DVCPRO50系列攝像機(jī)即屬于廣播級標(biāo)清攝像機(jī)。非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!4．MPEG-2編碼格式

MPEG-2（MovingPicturesExpertGroup）廣泛地用于數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、DVD及數(shù)字視頻廣播（DigitalVideoBroadcasting：DVB）等領(lǐng)域。MPEG-2有三種編碼幀，分別是I幀、P幀和B幀。I幀即幀內(nèi)編碼幀（Intra-codedframes），P幀是預(yù)測編碼幀（Predictive-codedframes），B幀是雙向預(yù)測編碼幀（Bidirectional-predictive-codedframes)。I幀利用空間相關(guān)性采用和DV一樣的DCT算法進(jìn)行幀內(nèi)壓縮，P幀和B幀都屬于幀間壓縮。MPEG-2視頻流的基本單位是圖像組（GroupofPictures：GOP），一般由少則一幀（只有I幀），多則十幾幀構(gòu)成。只有I幀的GOP叫短GOP(ShortGOP)，本質(zhì)上和DV格式是一樣的。超過一幀的叫長GOP(LongGOP)。非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!五、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的分類

1.DV25標(biāo)清系列

DV25攝像機(jī)簡稱DV機(jī)，屬于專業(yè)以下級別的標(biāo)清攝像機(jī)，采用DV格式壓縮、碼率為25Mbps。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。肩扛系列這類機(jī)型是DV25中的高端產(chǎn)品，多采用3片2/3英寸的CCD和大口徑可更換變焦鏡頭，具有接近于廣播級攝像機(jī)的成像質(zhì)量，廣泛地用于新聞采訪及一般專題片、廣告片的拍攝。常見機(jī)型有：松下的AJ-D610/615和索尼的DSR-600/650。非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!3．DVCPROHD系列

DVCPROHD，亦稱作DVCPRO100，是松下DVCPRO50的“高清版”攝像機(jī)系列。DVCPROHD繼承了DV的“血統(tǒng)”，使用四個DV編碼器并行工作，碼率100Mbps。常見型號有AJ-HDC27HMC、AJ-HDX900MC等。非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!PR中的HDV格式預(yù)置非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!6．XDCAMHD/XDCAMHD422系列XDCAMHD是XDCAMHD420的簡稱，采用4:2:0采樣，MPEG-2壓縮，1/2英寸CCD，兼容DVCAM標(biāo)清格式。XDCAMHD422又叫MPEGHD422，采用4:2:2采樣，MPEG-2壓縮，最高碼率可達(dá)50Mbps，支持1920×1080p的逐行全高清分辨率，代表性機(jī)型是PDW-700。非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!7.P2HD——P2

PALM手提式系列

P2是ProfessionalPlug-In的縮寫，松下將采用P2卡存儲的高清攝像機(jī)統(tǒng)一定義為P2HD

系列，其手提便攜式叫做P2

PALM系列，采用DV算法壓縮，有DVCPRO/DV（25Mbps）、DVCPRO50（50Mbps）和DVCPROHD（100Mbps）多種格式可供選擇。HVX203HPX173非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!1.掃描方式掃描方式：逐行掃描（progressivescan）和隔行掃描(interlacescan)。隔行掃描是將一幅圖像分為奇、偶兩場來顯示，奇數(shù)場（上場）由1、3、5、7．．．．．．奇數(shù)行構(gòu)成，偶數(shù)場（下場）由2、4、6、8．．．．．．偶數(shù)行構(gòu)成。對于隔行掃描，兩場等于一幀。逐行掃描沒有場的概念--------NoField。標(biāo)清數(shù)字視頻的場序是下場優(yōu)先。非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!2.分辨率標(biāo)清（StandardDefinition），縮寫SD，畫幅寬高比是4:3，也有16:9的寬屏（Widescreen）標(biāo)清。高清（HighDefinition），縮寫HD，畫幅寬高比16:9。標(biāo)清分辨率：PAL制720×576，NTSC制720×480。高清分辨率：主要有1920×1080，1440×1080，1280×720幾種。1920×1080和1440×1080屬于1080高清標(biāo)準(zhǔn)，1280×720屬于720高清標(biāo)準(zhǔn)。1080高清標(biāo)準(zhǔn)支持隔行和逐行兩種掃描方式，分別用1080p和1080i表示，而720高清標(biāo)準(zhǔn)只支持逐行掃描方式，只有720p一種表示方式。PAL制和NTSC制執(zhí)行相同的高清分辨率標(biāo)準(zhǔn)。只有1920×1080叫做全高清（Full-HD）。非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!3.掃描行數(shù)與幀速率掃描行數(shù)：包括掃描逆程階段的無效行，PAL制是625行/幀，NTSC是525行/幀。幀速率：不管是高清還是標(biāo)清，PAL制幀速率為25FPS（FramePerSecond），NTSC是30FPS，實際是29.97FPS。場頻變?yōu)?9.94Hz。對于隔行掃描，由于一幀變成兩場，PAL制場頻為50Hz，NTSC場頻為60Hz，實際為59.94Hz。場頻才是真正的刷新頻率。電影的幀速率是24FPS，為了和NTSC制電視進(jìn)行互轉(zhuǎn)，實際幀速率是23.97FPS。非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!

以上視頻標(biāo)準(zhǔn)在攝像機(jī)上叫做記錄格式，概括如下表所示：制式PAL制NTSC制標(biāo)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”前的數(shù)字是場頻，“p”前的數(shù)字是幀頻在我國，面向電視運用時，應(yīng)選擇PAL制、隔行掃描（帶字母“i”的）。非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!三、分量數(shù)字視頻的采樣結(jié)構(gòu)1．模擬分量視頻將RGB模擬基色信號轉(zhuǎn)為YUV模擬分量視頻：

CCDCCDCCD非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!3．采樣結(jié)構(gòu)（以標(biāo)清為例）（1）4:4:4采樣結(jié)構(gòu)亮度分量Y、藍(lán)色差分量U和紅色差分量V的采樣頻率均為13.5MHz，每一有效行三個信號的采樣點數(shù)也均為720個。由于亮度信號與兩個色差信號的采樣頻率和采樣點數(shù)之比為4:4:4(720:720:720)，所以將這種采樣格式叫做4:4:4采樣結(jié)構(gòu)，如圖所示。非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!（3）4:1:1采樣結(jié)構(gòu)

亮度信號的采樣頻率和有效行采樣點數(shù)仍然為13.5MHz和720點，但U、V兩個色差信號的采樣頻率和有效行采樣點數(shù)分別為亮度信號的1/4，即分別為3

.375MHz和360點，如下圖。

非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!下圖以PAL制標(biāo)清為例，形象地給出了不同采樣結(jié)構(gòu)下各信號分量的信息量大小及空間分布。非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!-----空間冗余：圖像中有許多顏色相同或相近的大面積色塊，像素間具有很強(qiáng)的相關(guān)性。數(shù)據(jù)壓縮的依據(jù)

----時間冗余：相鄰幀之間有很強(qiáng)的相關(guān)性。非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!3．DV壓縮格式DV特指DigitalVideoFormat，是一種特定的壓縮算法和編碼格式。DV格式采用DCT(DiscreteCosineTransform：離散余弦變換)算法進(jìn)行空間變換，形成8×8的DCT數(shù)據(jù)塊，然后通過量化和游程編碼，去掉畫面中的空間冗余信息，從而降低了每一幀的數(shù)據(jù)量。DV格式不能進(jìn)行幀間（Inter-frame）壓縮，但可在同一幀內(nèi)進(jìn)行場間（Inter-field）壓縮。

非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!DVCAM和DVCPRO分別是索尼和松下專有的一種非通用DV25格式。非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!5．MPEG-4AVC（H.264）編碼格式MPEG-4AVC是ITU-T（國際電信聯(lián)盟）和ISO/IEC（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織/國際電工委員會）共同開發(fā)的新一代視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，在ITU-T叫做H.264，在ISO/IEC則叫做MPEG-4AVC（AdvancedVideoCoding：高級視頻編碼)，簡稱AVC。MPEG-4AVC（H.264）和MPEG-2一樣，既有幀內(nèi)壓縮，又有幀間壓縮，采用由I幀、P幀和B幀構(gòu)成的GOP結(jié)構(gòu)，但比MPEG-2壓縮效率高1倍以上，比DV（25）格式更是高了一個數(shù)量級。MPEG-4AVC（H.264）在數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、高清數(shù)字電視及藍(lán)光盤等領(lǐng)域，和MPEG-2形成了競爭、并存的局面。非線性編輯----數(shù)字視頻共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!2．DV50系列

代表性機(jī)型是松下的DVCPRO50系列，采用雙DV25編碼器，8位量化，4:2:2采樣，DV編碼，3.3倍壓縮，視頻碼率為50Mbps。具體機(jī)型有AJ-D815/908/D913等。索尼的DigitalBetacam系列（數(shù)字Beta）雖然指標(biāo)更好，但本質(zhì)上也可