第二讲数字非线性编辑技术基础

影视非线性编辑技术何建本讲知识点数字媒体基本概念视频非线性编辑基本概念数字合成基本概念一、数字媒体编辑基本概念图形与图像的基本属性数字视频的特征描述视频的数字化过程数字视频的压缩编码总目录Ⅰ、图形与图像的基本属性像素颜色模型分辨率颜色深度Alpha通道单元目录１、像素像素是数字图形与图像中能被单独处理的最小基本单元。从像素的视觉属性看，它是一个最小可视单位。从像素的量值属性看，它的数据结构应同时包含有显示地址、色彩、亮度等数据，这些数据就称为像素值。如果把每个像素值按照图像中该像素所对应的位置排列，就可以构成一个像素矩阵，矩阵中的每一个元素对应图像中的一个点。因此数字图形与图像的非线性编辑正是对这个像素矩阵的数据采用一定的算法进行有目的的处理。２、颜色模式（1）RGB模型RGB模型也称为加色法混色模型。它是以RGB（红、绿、蓝）三基色光互相叠加来实现混色的方法，因而适合于显示器等发光体的显示。当三种基本颜色等量相加时，就会得到不同深浅的灰色。然而物体的颜色是丰富多彩的，任何一种颜色和这三种基色之间的关系可用下面的配色方程来描述：F(物体颜色)=R×（红色的百分比）+G×（绿色的百分比）+B×（蓝色的百分比）

２、颜色模式（2）CMY模型CMY模型（Cyan，Magenta，Yellow）是采用青、品红、黄色3种基本颜色按一定比例合成颜色的方法。CMY模型又称为减色法混色模型，因为色彩的显示不是直接来自于光线的色彩，而是光线被物体吸收掉一部分之后反射回来的剩余光线所产生的。光线都被吸收时成为黑色，当光线都被反射时成为白色。

２、颜色模式（3）YUV与YIQ模型YUV适用于PAL和SECAM彩色电视制式，而YIQ适用于NTSC（NationalTelevisionSystemCommittee,国家电视系统委员会）彩色电视制式。其中Y是亮度信号，U和V则是两个色差信号，分别传送红基色分量和蓝基色分量与亮度分量的差值信号。在NTSC彩色电视制式中使用YIQ模型，其特性与YUV模型相近。２、颜色模式（4）HSI颜色模型

HIS（HueSaturationIntensity颜色模型用H、S、I三个参数描述颜色特性，其中H定义颜色的波长，称为色调；S表示颜色的深浅程度，称为饱和度；I表示强度或亮度。这些正是颜色的三要素。３、分辨率分辨率是一个统称，分为显示分辨率、图像分辨率等。显示分辨率是指某一种显示方式下，显示屏上能够显示出的像素数目，以水平和垂直的像素数表示。图像分辨率是指组成数字图形与图像的像素数目，以水平和垂直的像素数表示。４、颜色深度颜色深度是指图像中每个像素的颜色（或亮度）信息所占的二进制数位数，记作位/像素（bitsperpixel，bpp）。常见颜色深度种类有：16位：在16位中，用其中的15位表示RGB三种颜色，每种颜色5位，用剩余的一位表示图像的其他属性。24位：用三个8位分别表示RGB，称为三个颜色通道，可生成的颜色数为16777216种，约16M种颜色，这已成为真彩色。32位：同24位颜色深度一样，也是用三个8位通道分别表示RGB三种颜色，剩余的8位用来表示图像的其他属性。５、Alpha通道使用32位颜色深度时，用一个8位来表示图像的透明度信息，这个8位通道称为Alpha通道。Alpha通道分为两种类型：Straight和Premultiplied通道。StraightAlpha通道将像素的透明度信息保存在独立的Alpha通道中，它也被称为不带遮罩的Alpha通道。PremultipliedAlpha通道不但保存Alpha通道中的透明度信息，而且同时保存RGB通道中的相同信息，因而它也被称为带有背景色遮罩的Alpha通道。

Ⅱ、数字视频的特征描述视频扫描特性视频扫描格式像素与帧的宽高比场、场序SMPTE时间码单元目录1、视频的扫描特性视频信号是采用了一种扫描技术来进行传输与呈现的。电视技术中是把一帧图像的每一个像素按从左到右，从上到下的顺序逐点扫描传送的。在PAL制中1帧图像分625个扫描行，为消除视觉闪烁感，又将原来一帧625扫描行的图像按奇数、偶数扫描行分离为“奇”、“偶”两幅（又称为场）画面，这样，每场画面采用隔行交织扫描方式，共312.5行。信号发送时先发送奇数场，然后再发送偶数场，在接收端先接收到奇数场光栅，将整幅图象大致呈现所示），然后再接收偶数场，并将偶数场图象镶嵌在奇数场图像中，从而得到了精细的整幅图象，如后图所示。隔行扫描图示除了隔行扫描的方式之外，还有逐行扫描的方式，它是计算机屏幕画面显示的基础，具有更好的动态显示效果。作为计算机显示基础的逐行扫描方式已被吸纳到数字高清晰度电视标准中来，电视第一次在大动态画面和高清晰静止画面两方面的显示都达到了较好的平衡。

2、视频扫描格式模拟视频技术领域，扫描格式主要有两大类：525/59.94和625/50，即：每帧的行数/每秒的场数。NTSC制的场频准确数值是59.94005994Hz，行频是15734.26573Hz；PAL制的场频是50Hz，行频是15625Hz。在数字技术中经常用水平、垂直像素数和帧频来表示扫描格式。数字视频技术领域可以分为三种不同的标准：

ATSC(美国高级电视系统委员会)标准该标准中14种采用逐行扫描方式。高清晰度电视（HDTV）为1920×1080×F，帧频F为60（59.94）Hz/隔行扫描，帧频30（29.97）Hz/逐行扫描，帧频24（23.92）Hz/逐行扫描；还有（HDTV）1280×720×F，帧频F为60（59.94）Hz/逐行扫描，帧频30（29.97）Hz/逐行扫描，帧频24Hz/逐行扫描。常规清晰度电视（SDTV）为704×480×F和64O×480×F，帧频F可以是23.976、24、29.97、30、59.94和60Hz。DVB（数字视频广播节目）标准25Hz帧频的SDTVIRD可以接收扫描格式为720×576×25、544×576×25、352×576×25的图像;3OHz帧频的SDTVIRD可以接收扫描格式为720×480×30、544×480×30、480×680×30、352×480×30和352×240×30的图像。对25Hz的HDTVIRD，可以接收扫描格式为1152×192O×F和1080×1920×F的图像。ISDB(综合业务数字广播)标准

它是由欧洲的DVB-T衍生出来的集中在日本的数字视频标准，可以说是经修改的欧洲方案。与DVB-T相比，ISDB-T增加了部分接收和分层传输功能，是一种标准化的复用方案，可以灵活地集成和发送多节目的电视和其它数据业务。它可以接收的扫描格式与DVB系统相近。

３、像素与帧的宽高比像素比是指图像中的一个像素的宽度和高度之比，帧宽高比则是指图像一帧的宽度和高度之比。在非线性编辑工作中建立新项目时，根据最终作品的要求都需要设置项目视频画面的帧宽高比，当导入的视频素材使用了与项目设置不同的帧宽高比时，就必须确定如何协调这两个不同的参数值。像素的宽高比为1时是方形像素，其它类型是矩形像素，这主要取决于不同标准的视频图像的水平与垂直像素数目的比值与其帧宽高比是否相同。４、场、场序视频素材从扫描的形式上看，可以分为交错式和非交错式。在交错视频中，每一帧由两个场(Field)构成，称为奇场（OddField）和偶场(EvenField)，在Premierepro中称为上场（UpperField）和下场（LowerField），这些场依顺序显示在NTSC或PAL制式的监视器上。在非交错视频中，扫描线是按着从上到下的顺序全部显示的，而计算机图形图像软件是以非交错式显示视频的。几种标清数字视频的标准格式PALNTSCDVVCDSCVDDVDDVVCDSVCDDVD帧尺寸720*576352*288480*576720*576720*480352*240480*480720*480画面宽高比4:34:34:34:34:34:34:34:3像素纵横比1.0670.9381.0670.91.1250.9帧速率2525252529.9729.9729.9729.97是否带场是否是是是否是是５、SMPTE时间码为确定视频素材的长度及每一帧的时间位置，以便在播放和编辑时对其加以精确控制，国际上采用SMPTE时间码。根据SMPTE使用的时间码标准，其格式是：小时，分钟，秒，帧，或hours，minutes，seconds，frames。

注意：不同的视频制式对应的帧频不同；NTSC制存在丢帧和不丢帧两种格式！Ⅲ、视频的数字化过程数字化过程包括视频信号的采样、量化与编码3个步骤，一般习惯称其为数字化三步曲：以适当的时间间隔读取模拟信号波形幅值的过程叫“采样”；将采样时刻的信号幅值归整定量的过程叫“量化”；将量化后的一连串整数用一个二进制数码序列来表示叫做“编码”。幅109.7输入波形值988.877.1665.8554.94322.311.40t（a）采样量77输入波形化66级55数44444322110t（b）量化（3bit）脉1001100111110100100101100010冲0t（c）编码

采样编码量化采样、量化和编码示意图数字视频信号的采样格式Y：U：V＝4：1：1

这种方式是在每4个连续的采样点上，取4个亮度Y的样本值，而色差U、V分别取其第一点的样本值，共6个样本。显然这种方式的采样比例与全电视信号中的亮度、色度的带宽比例相同，数据量较小。Y：U：V＝4：2：2

这种方式是在每4个连续的采样点上，取4个亮度Y的样本值，而色差U、V分别取其第一点和第三点的样本值，共8个样本。这种方式能给信号的转换留有一定余量，效果更好一些。这是通常所用的方式。Y：U：V＝4：4：4

在这种方式中，对每个采样点，亮度Y、色差U、V各取一个样本。显然这种方式对于原本就具有较高质量的信号源（如S－Video源），可以保证其色彩质量，但信息量大。CCIR规定对亮度信号的采样频率：fs=13.5MHz单元目录Ⅳ、数字视频的压缩编码为什么要进行压缩编码有损(Lossy)压缩和无损(Lossless)

压缩帧内(Intraframe)压缩和帧间(Interframe)压缩对称(Symmetric)压缩和不对称(Asymmetric)

压缩数字视频非线性编辑主要采用的压缩编码技术按照CCIR601规定，如按fs的采样率、4:2:2的格式采样，则13.5(MHz)×8(bit)+2×6.75(MHz)×8(bit)=27Mbyte/s单元目录非编中几种常用的压缩编码技术Motion-JPEG

JPEG是对静止图像采用帧内编码压缩，M-JPEG是把运动的视频序列作为连续的“静止图像”来处理。在编辑过程中可随机存取任意帧，精确到帧的编辑。M-JPEG的压缩和解压缩是对称的。MPEG-2

根据运动图像相邻帧之间有一定的相似性原则，通过运动预测，参考前一帧图像与这一帧图像的相似情况，只记录这一帧与上一帧不同的数据。在编码时，图像序列被分为I帧、P帧和B帧，然后对其采取不同的压缩编码方式。其中：I帧为帧内编码帧；P帧为前向预测编码帧；B帧为双向预测帧。DVDV常识

DV的含义

DV=DigitalVideo,digital是相对于analog而言的，比如家用VHS录象技术和LaserDisc是模拟的，VCD和DVD就是数字的。从这个意义上说，PC上的视频处理都是数字的了。

DV=DigitalVideoformat,是由索尼，松下，JVC,夏普，东芝等多家厂商联合提出的一种家用数字视频格式。所谓的DV摄象机就是以这种格式记录视频数据的。

DV的基本指标：

码率25Mbits/s720x576,25fps(PAL),720x48029.97fps(NTSC)YUV4:2:0(PAL),YUV4:1:1(NTSC)音频48KHz,16bit立体声，优于CD质量

DV的核心压缩算法和JPEG/MPEG一样,是离散余弦变换(DCT)和熵编码.与MPEG不同的是,DV没有采用帧间压缩算法(运动补偿),只是在每一帧内进行压缩，这样，可以具有精确到帧的可编辑性。

DV与JPEG(MJPEG)不同的是,DV在同一帧的两个field之间作了场间压缩的运算,使码率分配得到局部优化,从而得到比MJPEG较高的压缩比.DV的压缩比是5:1,质量相当于MJPEG的3:1压缩。

AVCHDDV知识及其特点DV格式是一种国际通用的数字视频标准格式，由世界上主要广电巨头厂商共同研制开发。高清晰度，水平分解力达到500电视线以上；宽色度带宽，还原色彩绚丽的图像；无抖动的稳定画面（提供标准的TBC）。能对声音进行数字记录；

48kHz，16-bit高保真立体声记录（质量同DAT）；

32kHz，12-bit立体声记录（质量高于FM广播）。采用先进数字分量的记录方式从而减少了色度的衰减。DVCAM、DVCPRO为DV的专业改进型格式。

二、视频非线性编辑基本概念线性编辑与非线性编辑脱机编辑与联机编辑分量信号与复合信号高清、标清和DV总目录线性编辑线性(Linear)，指连续地存储视音频信号的方式。信息存储的物理位置和接受信息的顺序是完全一致的，即录在前面的信息存储在磁带开头，录在后面的信息存储在磁带末尾。基于磁带的电子编辑系统，通常称为线性编辑系统。

典型的线性编辑系统线性编辑系统编辑录像机RS422编辑控制台电子编辑的特点电子编辑具有以下优点：⑴不损伤磁带，同一素材能多次使用；⑵具有随意录、随意抹去的特点，可反复修改，制作成本低；⑶能迅速而准确地找到最适当的编辑点，且能保持编辑点前后信号相位的连续性；⑷声音与图像可以做到完全吻合，还可各自分别进行修改；⑸编辑精度高，可实现自动化。但由于是复制磁带，成品带质量有所降低；设备多，系统较复杂；线性的编辑、查找、修改困难。非线性编辑非线性(Non_linear)，指用数字硬盘、磁带、光盘等介质存储数字化视音频信息的方式。信息的存储位置是并列平行的，与接受信息的先后顺序无关。单元目录联机编辑和脱机编辑“脱机(Off--l1ne)编辑”，即采用较低的分辨率和较大压缩比（如100：1）将所用原始素材捕获到计算机中，按照脚本计划进行编辑操作，完成编辑后输出EDL（EditDecisionList）表。该表又称为编辑决策表，它记录了视音频编辑的完整信息。“联机(On-line)编辑”，即先将EDL表文件输入到编辑控制器内，然后控制广播级录象机以较小压缩比（如2：1）按照EDL表自动进行广播级成品带的编辑及叠加实时特技(硬件特技)等，最终输出为高质量的成品带。单元目录模拟视频信号的分类分量视频ＲＧＢ分量ＹＵＶ分量Ｙ／Ｃ分量（S-Video）复合视频（Video）编辑录像机的信号端子单元目录典型的非线性编辑系统数字合成数字合成的基本概念数字合成的基本过程数字编辑与合成的关系总目录数字合成的概念

数字合成技术给影视制作带来了巨大变化。例如，将真实拍摄的人物与特技效果合成，就是最常见的数字合成技术的应用。图1-11所示的是“魔鬼终结者Ⅱ”中无所不能的“液态金属人”。“魔鬼终结者Ⅱ”中“液态金属人”也可以通过两个毫不相干的视频影像的合成，诞生出一个让人信以为真的故事。图1-12所示的就是“阿甘正传”中扮演阿甘的演员跟肯尼迪与尼克松总统握手或拥抱的逼真场面。“阿甘正传”中的逼真场面数字合成的概念也可以将真实世界根本不可能发生的或者很危险的事件展现给观众。图1-13就是在《精灵鼠小弟》和《勇敢者游戏》中，创作者运用电脑动画技术制作了逼真的动物形象，并且将其与真实拍摄的环境场景合成的效果。图1-13电脑动画与真实拍摄的场景合成数字合成的概念单元目录从处理内容的角度来说，数字合成过程更倾向于对图像画面中的元素进行各种变形、调色、跟踪、抠像、修饰等处理；对不同的元素进行逻辑关系的调整、叠加、组合、替换等处理；对不同的图像画面完成绘图、拚接、融合、模拟各种自然效果（烟雾、下雨、火光、闪电等）等处理；在图像画面中加入文字动画；特技效果叠加等等。从处理过程的角度来说，数字合成技术是通过以上各种操作把两个以上的源图像（视频）合并为一个单独的图像（视频）。这里包含着这样的过程：要通过各种操作使源图像适合于合成；要通过各种操作实现各源图像的合成。

数字合成的基本过程（1）图像的调整在图像合成之前，要对图像进行调整操作，使之适合于合成。

①校色一般指的是修改图像中各个像素的颜色。合成前的较色，主要是对前景和背景画面较色，以保持色调的一致，便于合成。②几何变换几何变换指的是移动像素在图像画面中的位置。③滤镜特效滤镜特效实质上是利用画面一定范围内相邻的像素进行计算，得出新的像素值，从而产生画面的变化。④关键帧动画如果使以上操作所产生的效果随时间变化，就会形成动画效果。在某些关键帧上设置各种参数值，通过计算机自动算出其它帧上相应的值，从而产生连续的变化，这种方式就是关键帧动画。数字合成的基本过程

（2）图像的合成图像的合成有很多常见的方式，有的合成软件可以提供数十种合成两个画面的方式，高档的软件还允许创作者自己写一个简单的数学表达式来控制对两个画面的合成操作，一般可以用以下几个符号来表示运算中的变量：A表示合成前景；B表示合成背景；M表示单独的Alpha通道值；O表示合成的结果；Am表示A自带的Alpha通道；Bm表示B自带的Alpha通道。数字合成的基本过程覆盖是一种最常用的合成方式，其合成表达式可以写为：O＝A*M＋B*（1－M）。

混合也是一种最常用的合成方式，其合成表达式可以写为：O＝A*mv＋B*（1－mv）。混合是直接把两个图像画面按一定的比例混合在一起。mv就是用来表示混合比例的。

（3）通道提取实际拍摄的图像画面是没有Alpha通道的，为了合成的需要，利用计算机技术从图像画面中提取通道，这是数字合成的重要功能。从合成结果的角度讲，可将通道提取法称为抠像合成。

数字合成的基本过程（4）复制合成有时由于作品内容的需要，图像画面的某些部分可能需要与画面的另一部分取相同的、近似的、镜像的、或旋转的内容，这在真实拍摄上是比较困难的。通过数字复制合成以及辅助一些其它图像调整的方法，就可以实现这一目标。源图像画面镜像复制合成复制部分添加滤镜数字合成的基本过程