非线性编辑-数字视频课件

数字视频基础

KeytoDigitalVideo

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。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。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。

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。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）。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。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。

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）。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：

CCDCCDCCD2．采样将模拟信号数字化的第一步是采样（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。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。（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。

（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。

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。-----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。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。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。

DVCAM和DVCPRO分别是索尼和松下专有的一种非通用DV25格式。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)。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，但本质上也可归属于DV50系列。

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。4.HDV小高清系列

可理解为高清版的DV，有720p和HDV1080两种分辨率标准，主要指标如下表：PR中的HDV格式预置5.XDCAMEX系列XDCAMEX以SxS存储卡为存储媒体，采用MPEG-2压缩格式，4:2:0采样结构，支持720P和1080i等多种高清格式，目前有PMW-EX1、PMW-EX1R和PMW-EX3三款机型。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。索尼XDCAM无带化存储的四个产品系列

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。HVX203HPX1737.P2HD——肩扛式系列除采用和P2

PALM系列一样的基于DV的压缩格式外，该系列机型还引入了一种更为先进的压缩格式——AVC-Intra。AVC-Intra中的“AVC”即MPEG-4AVC/H.264，“Intra”的意思是“帧内”，AVC-Intr