非线性编辑-数字视频

数字视频基础

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非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第1页!一、摄录一体机的基本构成

成像器有CCD/CMOS两种，对角线尺寸一般为：1/3英寸（约6mm）、1/2英寸（约9mm）和2/3英寸（约11mm）。全画幅成像器的对角线尺寸为43.2mm（与135胶片相等）。数字摄像机常用的编码算法有DV和MPEG两大类，对应的摄像机格式有DV（25）、DV50、HDV、DVCPROHD、HDCAM、XDCAM等。非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第2页!存储介质可分为磁带（Tape）和无带化（Tapeless）两类。无带化存储则是用光盘、硬盘或存储卡作为存储媒体。索尼多用专业光盘（ProfessionalDisc，类似蓝光DVD），另外也使用SxS卡。

松下多用P2卡。非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第3页!二、数字摄像机的制式两大电视制式：NTSC制和PAL制。

NTSC是NationalTelevisionSystemsCommittee的缩写，意为（美国）电视制式委员会（美日加韩等用）。PAL是PhaseAlternatingLine的缩写，实为逐行倒相的NTSC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、每帧行数及帧速率等。非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第4页!

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，在同样的刷新频率下，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。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

。隔行扫描的动态画面用逐行方式显示时，会出现“鼠齿”(MouseTeeth)现象。电视适合采用隔行模式，电脑适合采用逐行模式。非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第5页!

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（PixelAspectRatio）。以PALD1/DV格式为例，其分辨率是720×576,要想实现4:3的显示比例，必须将像素宽高比调整为1.067。16:9宽屏的PALD1/DV格式，其分辨率也是720×576,要想实现16:9的显示比例，必须将像素宽高比调整为1.422。非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第6页!4．制式的表示方式

用525/60和625/50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——

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，表示扫描制式及扫描方式。如50i、25P、50p、59.94i、29.97P、24P、23.98P等。非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第7页!在标清数字电视时代，我国视频编辑时应选择PAL制D1/DV格式作为编辑模式，主要参数如图：非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第8页!2．采样将模拟信号数字化的步是采样（Sampling），也就是获取模拟信号的幅度样值，以通过量化和编码，将模拟信号转换为数字信号。对于标清信号，亮度分量Y的采样频率是13.5MHz，每行采样点数是720个。对于高清信号，亮度分量Y的采样频率是74.25MHz，每行采样点数有1280、1440或1920个三种情况。不管是标清还是高清，U、V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4:4:4、4:2:2、4:1:1、4:2:0四种。非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第9页!（2）4:2:2采样结构

亮度信号的采样频率和有效行采样点数仍然为13.5MHz和720点，但U、V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1/2，即分别为6

.75MHz和360点，如下图。

非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第10页!（4）4:2:0采样结构如果两个色差信号和4:2:2格式一样，以6.75MHz的频率取样，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4:2:0取样结构，如下图。

非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第11页!四、数字视频的编码格式1．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8位（Bit）的量化精度。量化后模拟信号就变成了数字信号，8位量化的像素具有256个亮度等级（ColorLevel）。数字信号的数据量大小用码率（Bitrate）来表示。码率即数字信号的数据流量，单位有Kbps（kilo-bitpersecond：千比特每秒）及Mbps（mega-bitpersecond：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。非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第12页!2.压缩与格式数据压缩类型有帧内压缩和帧间压缩两大类。帧内压缩即空域压缩，利于解压，画质好，但文件体积大。代表性的格式有DV类格式、M-Jpeg(Motion-Jpeg)格式等。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MPEG类、H.26x类及网络流媒体格式WMV、FLV、RM/RMVB等。非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第13页!3．DV压缩格式民用级DV格式主要指标有：

8位量化；4:1:1或4:2:0采样结构；压缩比为5:1；压缩后码率为25Mbps；所以DV又叫DV25，或者说DV是DV25的简称。广播级的DV格式叫DV50，主要指标有：8位量化；4:2:2采样结构；压缩比为3.3:1；压缩后码率为50Mbps；松下的DVCPRO50系列摄像机即属于广播级标清摄像机。非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第14页!4．MPEG-2编码格式

MPEG-2（MovingPicturesExpertGroup）广泛地用于数字摄像机、DVD及数字视频广播（DigitalVideoBroadcasting：DVB）等领域。MPEG-2有三种编码帧，分别是I帧、P帧和B帧。I帧即帧内编码帧（Intra-codedframes），P帧是预测编码帧（Predictive-codedframes），B帧是双向预测编码帧（Bidirectional-predictive-codedframes)。I帧利用空间相关性采用和DV一样的DCT算法进行帧内压缩，P帧和B帧都属于帧间压缩。MPEG-2视频流的基本单位是图像组（GroupofPictures：GOP），一般由少则一帧（只有I帧），多则十几帧构成。只有I帧的GOP叫短GOP(ShortGOP)，本质上和DV格式是一样的。超过一帧的叫长GOP(LongGOP)。非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第15页!五、数字摄像机的分类

1.DV25标清系列

DV25摄像机简称DV机，属于专业以下级别的标清摄像机，采用DV格式压缩、码率为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。非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第16页!3．DVCPROHD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。非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第17页!PR中的HDV格式预置非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第18页!6．XDCAMHD/XDCAMHD422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1920×1080p的逐行全高清分辨率，代表性机型是PDW-700。非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第19页!7.P2HD——P2

PALM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P2

PALM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。HVX203HPX173非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第20页!1.扫描方式扫描方式：逐行扫描（progressivescan）和隔行扫描(interlacescan)。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1、3、5、7．．．．．．奇数行构成，偶数场（下场）由2、4、6、8．．．．．．偶数行构成。对于隔行扫描，两场等于一帧。逐行扫描没有场的概念--------NoField。标清数字视频的场序是下场优先。非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第21页!2.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。高清（HighDefinition），缩写HD，画幅宽高比16:9。标清分辨率：PAL制720×576，NTSC制720×480。高清分辨率：主要有1920×1080，1440×1080，1280×720几种。1920×1080和1440×1080属于1080高清标准，1280×720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NTSC制执行相同的高清分辨率标准。只有1920×1080叫做全高清（Full-HD）。非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第22页!3.扫描行数与帧速率扫描行数：包括扫描逆程阶段的无效行，PAL制是625行/帧，NTSC是525行/帧。帧速率：不管是高清还是标清，PAL制帧速率为25FPS（FramePerSecond），NTSC是30FPS，实际是29.97FPS。场频变为59.94Hz。对于隔行扫描，由于一帧变成两场，PAL制场频为50Hz，NTSC场频为60Hz，实际为59.94Hz。场频才是真正的刷新频率。电影的帧速率是24FPS，为了和NTSC制电视进行互转，实际帧速率是23.97FPS。非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第23页!

以上视频标准在摄像机上叫做记录格式，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PAL制、隔行扫描（带字母“i”的）。非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第24页!三、分量数字视频的采样结构1．模拟分量视频将RGB模拟基色信号转为YUV模拟分量视频：

CCDCCDCCD非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第25页!3．采样结构（以标清为例）（1）4:4:4采样结构亮度分量Y、蓝色差分量U和红色差分量V的采样频率均为13.5MHz，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之比为4:4:4(720:720:720)，所以将这种采样格式叫做4:4:4采样结构，如图所示。非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第26页!（3）4:1:1采样结构

亮度信号的采样频率和有效行采样点数仍然为13.5MHz和720点，但U、V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1/4，即分别为3

.375MHz和360点，如下图。

非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第27页!下图以PAL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。非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第28页!-----空间冗余：图像中有许多颜色相同或相近的大面积色块，像素间具有很强的相关性。数据压缩的依据

----时间冗余：相邻帧之间有很强的相关性。非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第29页!3．DV压缩格式DV特指DigitalVideoFormat，是一种特定的压缩算法和编码格式。DV格式采用DCT(DiscreteCosineTransform：离散余弦变换)算法进行空间变换，形成8×8的DCT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量。DV格式不能进行帧间（Inter-frame）压缩，但可在同一帧内进行场间（Inter-field）压缩。

非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第30页!DVCAM和DVCPRO分别是索尼和松下专有的一种非通用DV25格式。非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第31页!5．MPEG-4AVC（H.264）编码格式MPEG-4AVC是ITU-T（国际电信联盟）和ISO/IEC（国际标准化组织/国际电工委员会）共同开发的新一代视频压缩标准，在ITU-T叫做H.264，在ISO/IEC则叫做MPEG-4AVC（AdvancedVideoCoding：高级视频编码)，简称AVC。MPEG-4AVC（H.264）和MPEG-2一样，既有帧内压缩，又有帧间压缩，采用由I帧、P帧和B帧构成的GOP结构，但比MPEG-2压缩效率高1倍以上，比DV（25）格式更是高了一个数量级。MPEG-4AVC（H.264）在数字摄像机、高清数字电视及蓝光盘等领域，和MPEG-2形成了竞争、并存的局面。非线性编辑----数字视频共37页，您现在浏览的是第32页!2．DV50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等。索尼的DigitalBetacam系列（数字Beta）虽然指标更好，但本质上也可