數(shù)字視頻制作基礎(chǔ)

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1、數(shù)7視頻制作基礎(chǔ)一、數(shù)字視頻的采樣格式及數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)模擬視頻的數(shù)字化包括不少技術(shù)問題，如電視信號(hào)具有不同的制式而且采用復(fù)合的YUV信號(hào)方式，而計(jì)算機(jī)工作在RGB空間；電視機(jī)是隔行掃描，計(jì)算機(jī)顯示器大多逐行掃描；電視圖像的分辨率與顯示器的分辨率也不盡相同等等。因此，模擬視頻的數(shù)字化主要包括色彩空間的轉(zhuǎn)換、光柵掃描的轉(zhuǎn)換以及分辨率的統(tǒng)一。模擬視頻一般采用分量數(shù)字化方式，先把復(fù)合視頻信號(hào)中的亮度和色度分離，得到Y(jié)UV或YIQ分量，然后用三個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)三個(gè)分量分別進(jìn)行數(shù)字化，最后再轉(zhuǎn)換成RGB空問。（一）數(shù)字視頻的采樣格式根據(jù)電視信號(hào)的特征，亮度信號(hào)的帶寬是色度信號(hào)帶寬的兩倍。因

2、此其數(shù)字化時(shí)可采用幅色采樣法，即對(duì)信號(hào)的色差分量的采樣率低于對(duì)亮度分量的采樣率。用Y：U：V來表示YUV三分量的采樣比例，則數(shù)字視頻的采樣格式分別冇4：1：1>4：2：2和4：4：4三種。電視圖像既是空間的函數(shù)，也是吋間的函數(shù)，而且又是隔行掃描式，所以其采樣方式比掃描儀掃描圖像的方式耍復(fù)雜得多。分量采樣吋釆到的是隔行樣本點(diǎn)，耍把隔行樣本組合成逐行樣木，然后進(jìn)行樣木點(diǎn)的雖化，YUV到RGB色彩空間的轉(zhuǎn)換等等，最后才能得到數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。（二）數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)為了在PAL、NTSC和SECAM電視制式之間確定共同的數(shù)字化參數(shù)，國(guó)家無線電咨詢委員會(huì)（CCIR）制定了廣播級(jí)質(zhì)量的數(shù)字電視

3、編碼標(biāo)準(zhǔn)，稱為CCIR601標(biāo)準(zhǔn)。在該標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)采樣頻率、采樣結(jié)構(gòu)、色彩空間轉(zhuǎn)換等都作了嚴(yán)格的規(guī)定，主要有：1、采樣頻率為fs=13.5MHz2、分辨率與幀率3、根據(jù)fs的采樣率，在不同的采樣格式下計(jì)算出數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量：這種未壓縮的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)量對(duì)于目前的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)來說無論是存儲(chǔ)或傳輸都是不現(xiàn)實(shí)的，因此在多媒體屮應(yīng)丿IJ數(shù)字視頻的關(guān)鍵問題是數(shù)字視頻的壓縮技術(shù)。（三）視頻序列的SMPTE表示單位通常用時(shí)間碼來識(shí)別和記錄視頻數(shù)據(jù)流小的每一幀，從一段視頻的起始幀到終上幀，其間的每一幀都有一個(gè)唯一的吋間碼地址。根據(jù)動(dòng)畫和電視工程師協(xié)會(huì)SMPTE（SocietyofMotionP

4、ictureandTelevisionEngineers）使用的時(shí)間碼標(biāo)準(zhǔn)，其格式是:小吋：分鐘：秒：幀，或hours：minutes：seconds：frameso一段長(zhǎng)度為00：02：31：15的視頻片段的播放時(shí)間為2分鐘31秒15幀，如果以每秒30幀的速率播放,則播放時(shí)間為2分鐘31.5秒。根據(jù)電影、錄像和電視工業(yè)中使用的幀率的不同，各有其對(duì)應(yīng)的SMPTE標(biāo)準(zhǔn)。由于技術(shù)的原因NTSC制式實(shí)際使用的幀率是29.97fps而不是30fps,因此在吋間碼與實(shí)際播放吋間之間有0.1%的誤差。為了解決這個(gè)誤差問題，設(shè)計(jì)出丟幀(drop-frame)格式，也即在播放時(shí)每分鐘要丟2

5、幀(實(shí)際上是有兩幀不顯示而不是從文件中刪除)，這樣町以保證時(shí)間碼與實(shí)際播放時(shí)間的一致。與丟幀格式對(duì)應(yīng)的是不丟幀(nodrop-frame)格式，它忽略時(shí)間碼與實(shí)際播放幀之間的誤差。二、視頻壓縮編碼的棊木概念視頻壓縮的n標(biāo)是在盡可能保證視覺效果的而提下減少視頻數(shù)據(jù)率。視頻壓縮比一般指壓縮后的數(shù)據(jù)量與壓縮前的數(shù)據(jù)量Z比。由于視頻是連續(xù)的靜態(tài)圖像，因此其壓縮編碼算法與靜態(tài)圖像的壓縮編碼算法冇某些共同之處，但是運(yùn)動(dòng)的視頻還冇其自身的特性，因此在壓縮時(shí)還應(yīng)考慮其運(yùn)動(dòng)特性才能達(dá)到高壓縮的冃標(biāo)。在視頻壓縮中常需用到以下的一些基本概念:(一)有損和無損壓縮：在視頻壓縮中有損(Loss)和無

6、損(Lossless)的概念與靜態(tài)圖像中基本類似。無損壓縮也即壓縮前和解壓縮后的數(shù)據(jù)完全一致。多數(shù)的無損壓縮都采用RLE行程編碼算法。有損壓縮意味著解壓縮后的數(shù)據(jù)與壓縮前的數(shù)據(jù)不一致。在壓縮的過程小要丟失一些人眼和人耳所不敏感的圖像或音頻信息，而且丟失的信息不可恢復(fù)。幾乎所有高壓縮的算法都采用有損壓縮，這樣才能達(dá)到低數(shù)據(jù)率的目標(biāo)。丟失的數(shù)據(jù)率與壓縮比有關(guān)，壓縮比越小，丟失的數(shù)據(jù)越多，解壓縮后的效果一?般越差。此外，某些有損壓縮算法采川多次重復(fù)壓縮的方式，這樣還會(huì)引起額外的數(shù)據(jù)丟失。(二)幀內(nèi)和幀間壓縮：幀內(nèi)(Intraframe)壓縮也稱為空間壓縮(Spatialcompr

7、ession)0當(dāng)壓縮一幀圖像時(shí)，僅考慮本幀的數(shù)據(jù)而不考慮相鄰幀Z間的兀余信息，這實(shí)際上與靜態(tài)圖像壓縮類似。幀內(nèi)一-般采用有損壓縮算法，由于幀內(nèi)壓縮時(shí)各個(gè)幀ZI'可沒有相互關(guān)系，所以壓縮示的視頻數(shù)據(jù)仍可以以幀為單位進(jìn)行編輯。幀內(nèi)壓縮一般達(dá)不到很高的壓縮。采用幀間(Interframe)壓縮是基于許多視頻或動(dòng)畫的連續(xù)前后兩幀具有很人的相關(guān)性，或者說前后兩幀信息變化很小的特點(diǎn)。也即連續(xù)的視頻具相鄰幀之間具有兀余信息，根據(jù)這一特性，壓縮相鄰幀之間的冗余量就可以進(jìn)一步提高壓縮量，減小壓縮比。幀間壓縮也稱為時(shí)間壓縮(Temp