第二講數(shù)字非線性編輯技術(shù)基礎(chǔ)

影視非線性編輯技術(shù)何建本講知識點(diǎn)數(shù)字媒體基本概念視頻非線性編輯基本概念數(shù)字合成基本概念一、數(shù)字媒體編輯基本概念圖形與圖像的基本屬性數(shù)字視頻的特征描述視頻的數(shù)字化過程數(shù)字視頻的壓縮編碼總目錄Ⅰ、圖形與圖像的基本屬性像素顏色模型分辨率顏色深度Alpha通道單元目錄１、像素像素是數(shù)字圖形與圖像中能被單獨(dú)處理的最小基本單元。從像素的視覺屬性看，它是一個最小可視單位。從像素的量值屬性看，它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)同時包含有顯示地址、色彩、亮度等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)就稱為像素值。如果把每個像素值按照圖像中該像素所對應(yīng)的位置排列，就可以構(gòu)成一個像素矩陣，矩陣中的每一個元素對應(yīng)圖像中的一個點(diǎn)。因此數(shù)字圖形與圖像的非線性編輯正是對這個像素矩陣的數(shù)據(jù)采用一定的算法進(jìn)行有目的的處理。２、顏色模式（1）RGB模型RGB模型也稱為加色法混色模型。它是以RGB（紅、綠、藍(lán)）三基色光互相疊加來實(shí)現(xiàn)混色的方法，因而適合于顯示器等發(fā)光體的顯示。當(dāng)三種基本顏色等量相加時，就會得到不同深淺的灰色。然而物體的顏色是豐富多彩的，任何一種顏色和這三種基色之間的關(guān)系可用下面的配色方程來描述：F(物體顏色)=R×（紅色的百分比）+G×（綠色的百分比）+B×（藍(lán)色的百分比）

２、顏色模式（2）CMY模型CMY模型（Cyan，Magenta，Yellow）是采用青、品紅、黃色3種基本顏色按一定比例合成顏色的方法。CMY模型又稱為減色法混色模型，因?yàn)樯实娘@示不是直接來自于光線的色彩，而是光線被物體吸收掉一部分之后反射回來的剩余光線所產(chǎn)生的。光線都被吸收時成為黑色，當(dāng)光線都被反射時成為白色。

２、顏色模式（3）YUV與YIQ模型YUV適用于PAL和SECAM彩色電視制式，而YIQ適用于NTSC（NationalTelevisionSystemCommittee,國家電視系統(tǒng)委員會）彩色電視制式。其中Y是亮度信號，U和V則是兩個色差信號，分別傳送紅基色分量和藍(lán)基色分量與亮度分量的差值信號。在NTSC彩色電視制式中使用YIQ模型，其特性與YUV模型相近。２、顏色模式（4）HSI顏色模型

HIS（HueSaturationIntensity顏色模型用H、S、I三個參數(shù)描述顏色特性，其中H定義顏色的波長，稱為色調(diào)；S表示顏色的深淺程度，稱為飽和度；I表示強(qiáng)度或亮度。這些正是顏色的三要素。３、分辨率分辨率是一個統(tǒng)稱，分為顯示分辨率、圖像分辨率等。顯示分辨率是指某一種顯示方式下，顯示屏上能夠顯示出的像素數(shù)目，以水平和垂直的像素數(shù)表示。圖像分辨率是指組成數(shù)字圖形與圖像的像素數(shù)目，以水平和垂直的像素數(shù)表示。４、顏色深度顏色深度是指圖像中每個像素的顏色（或亮度）信息所占的二進(jìn)制數(shù)位數(shù)，記作位/像素（bitsperpixel，bpp）。常見顏色深度種類有：16位：在16位中，用其中的15位表示RGB三種顏色，每種顏色5位，用剩余的一位表示圖像的其他屬性。24位：用三個8位分別表示RGB，稱為三個顏色通道，可生成的顏色數(shù)為16777216種，約16M種顏色，這已成為真彩色。32位：同24位顏色深度一樣，也是用三個8位通道分別表示RGB三種顏色，剩余的8位用來表示圖像的其他屬性。５、Alpha通道使用32位顏色深度時，用一個8位來表示圖像的透明度信息，這個8位通道稱為Alpha通道。Alpha通道分為兩種類型：Straight和Premultiplied通道。StraightAlpha通道將像素的透明度信息保存在獨(dú)立的Alpha通道中，它也被稱為不帶遮罩的Alpha通道。PremultipliedAlpha通道不但保存Alpha通道中的透明度信息，而且同時保存RGB通道中的相同信息，因而它也被稱為帶有背景色遮罩的Alpha通道。

Ⅱ、數(shù)字視頻的特征描述視頻掃描特性視頻掃描格式像素與幀的寬高比場、場序SMPTE時間碼單元目錄1、視頻的掃描特性視頻信號是采用了一種掃描技術(shù)來進(jìn)行傳輸與呈現(xiàn)的。電視技術(shù)中是把一幀圖像的每一個像素按從左到右，從上到下的順序逐點(diǎn)掃描傳送的。在PAL制中1幀圖像分625個掃描行，為消除視覺閃爍感，又將原來一幀625掃描行的圖像按奇數(shù)、偶數(shù)掃描行分離為“奇”、“偶”兩幅（又稱為場）畫面，這樣，每場畫面采用隔行交織掃描方式，共312.5行。信號發(fā)送時先發(fā)送奇數(shù)場，然后再發(fā)送偶數(shù)場，在接收端先接收到奇數(shù)場光柵，將整幅圖象大致呈現(xiàn)所示），然后再接收偶數(shù)場，并將偶數(shù)場圖象鑲嵌在奇數(shù)場圖像中，從而得到了精細(xì)的整幅圖象，如后圖所示。隔行掃描圖示除了隔行掃描的方式之外，還有逐行掃描的方式，它是計算機(jī)屏幕畫面顯示的基礎(chǔ)，具有更好的動態(tài)顯示效果。作為計算機(jī)顯示基礎(chǔ)的逐行掃描方式已被吸納到數(shù)字高清晰度電視標(biāo)準(zhǔn)中來，電視第一次在大動態(tài)畫面和高清晰靜止畫面兩方面的顯示都達(dá)到了較好的平衡。

2、視頻掃描格式模擬視頻技術(shù)領(lǐng)域，掃描格式主要有兩大類：525/59.94和625/50，即：每幀的行數(shù)/每秒的場數(shù)。NTSC制的場頻準(zhǔn)確數(shù)值是59.94005994Hz，行頻是15734.26573Hz；PAL制的場頻是50Hz，行頻是15625Hz。在數(shù)字技術(shù)中經(jīng)常用水平、垂直像素數(shù)和幀頻來表示掃描格式。數(shù)字視頻技術(shù)領(lǐng)域可以分為三種不同的標(biāo)準(zhǔn)：

ATSC(美國高級電視系統(tǒng)委員會)標(biāo)準(zhǔn)該標(biāo)準(zhǔn)中14種采用逐行掃描方式。高清晰度電視（HDTV）為1920×1080×F，幀頻F為60（59.94）Hz/隔行掃描，幀頻30（29.97）Hz/逐行掃描，幀頻24（23.92）Hz/逐行掃描；還有（HDTV）1280×720×F，幀頻F為60（59.94）Hz/逐行掃描，幀頻30（29.97）Hz/逐行掃描，幀頻24Hz/逐行掃描。常規(guī)清晰度電視（SDTV）為704×480×F和64O×480×F，幀頻F可以是23.976、24、29.97、30、59.94和60Hz。DVB（數(shù)字視頻廣播節(jié)目）標(biāo)準(zhǔn)25Hz幀頻的SDTVIRD可以接收掃描格式為720×576×25、544×576×25、352×576×25的圖像;3OHz幀頻的SDTVIRD可以接收掃描格式為720×480×30、544×480×30、480×680×30、352×480×30和352×240×30的圖像。對25Hz的HDTVIRD，可以接收掃描格式為1152×192O×F和1080×1920×F的圖像。ISDB(綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播)標(biāo)準(zhǔn)

它是由歐洲的DVB-T衍生出來的集中在日本的數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)，可以說是經(jīng)修改的歐洲方案。與DVB-T相比，ISDB-T增加了部分接收和分層傳輸功能，是一種標(biāo)準(zhǔn)化的復(fù)用方案，可以靈活地集成和發(fā)送多節(jié)目的電視和其它數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。它可以接收的掃描格式與DVB系統(tǒng)相近。

３、像素與幀的寬高比像素比是指圖像中的一個像素的寬度和高度之比，幀寬高比則是指圖像一幀的寬度和高度之比。在非線性編輯工作中建立新項(xiàng)目時，根據(jù)最終作品的要求都需要設(shè)置項(xiàng)目視頻畫面的幀寬高比，當(dāng)導(dǎo)入的視頻素材使用了與項(xiàng)目設(shè)置不同的幀寬高比時，就必須確定如何協(xié)調(diào)這兩個不同的參數(shù)值。像素的寬高比為1時是方形像素，其它類型是矩形像素，這主要取決于不同標(biāo)準(zhǔn)的視頻圖像的水平與垂直像素數(shù)目的比值與其幀寬高比是否相同。４、場、場序視頻素材從掃描的形式上看，可以分為交錯式和非交錯式。在交錯視頻中，每一幀由兩個場(Field)構(gòu)成，稱為奇場（OddField）和偶場(EvenField)，在Premierepro中稱為上場（UpperField）和下場（LowerField），這些場依順序顯示在NTSC或PAL制式的監(jiān)視器上。在非交錯視頻中，掃描線是按著從上到下的順序全部顯示的，而計算機(jī)圖形圖像軟件是以非交錯式顯示視頻的。幾種標(biāo)清數(shù)字視頻的標(biāo)準(zhǔn)格式PALNTSCDVVCDSCVDDVDDVVCDSVCDDVD幀尺寸720*576352*288480*576720*576720*480352*240480*480720*480畫面寬高比4:34:34:34:34:34:34:34:3像素縱橫比1.0670.9381.0670.91.1250.9幀速率2525252529.9729.9729.9729.97是否帶場是否是是是否是是５、SMPTE時間碼為確定視頻素材的長度及每一幀的時間位置，以便在播放和編輯時對其加以精確控制，國際上采用SMPTE時間碼。根據(jù)SMPTE使用的時間碼標(biāo)準(zhǔn)，其格式是：小時，分鐘，秒，幀，或hours，minutes，seconds，frames。

注意：不同的視頻制式對應(yīng)的幀頻不同；NTSC制存在丟幀和不丟幀兩種格式?、?、視頻的數(shù)字化過程數(shù)字化過程包括視頻信號的采樣、量化與編碼3個步驟，一般習(xí)慣稱其為數(shù)字化三步曲：以適當(dāng)?shù)臅r間間隔讀取模擬信號波形幅值的過程叫“采樣”；將采樣時刻的信號幅值歸整定量的過程叫“量化”；將量化后的一連串整數(shù)用一個二進(jìn)制數(shù)碼序列來表示叫做“編碼”。幅109.7輸入波形值988.877.1665.8554.94322.311.40t（a）采樣量77輸入波形化66級55數(shù)44444322110t（b）量化（3bit）脈1001100111110100100101100010沖0t（c）編碼

采樣編碼量化采樣、量化和編碼示意圖數(shù)字視頻信號的采樣格式Y(jié)：U：V＝4：1：1

這種方式是在每4個連續(xù)的采樣點(diǎn)上，取4個亮度Y的樣本值，而色差U、V分別取其第一點(diǎn)的樣本值，共6個樣本。顯然這種方式的采樣比例與全電視信號中的亮度、色度的帶寬比例相同，數(shù)據(jù)量較小。Y：U：V＝4：2：2

這種方式是在每4個連續(xù)的采樣點(diǎn)上，取4個亮度Y的樣本值，而色差U、V分別取其第一點(diǎn)和第三點(diǎn)的樣本值，共8個樣本。這種方式能給信號的轉(zhuǎn)換留有一定余量，效果更好一些。這是通常所用的方式。Y：U：V＝4：4：4

在這種方式中，對每個采樣點(diǎn)，亮度Y、色差U、V各取一個樣本。顯然這種方式對于原本就具有較高質(zhì)量的信號源（如S－Video源），可以保證其色彩質(zhì)量，但信息量大。CCIR規(guī)定對亮度信號的采樣頻率：fs=13.5MHz單元目錄Ⅳ、數(shù)字視頻的壓縮編碼為什么要進(jìn)行壓縮編碼有損(Lossy)壓縮和無損(Lossless)

壓縮幀內(nèi)(Intraframe)壓縮和幀間(Interframe)壓縮對稱(Symmetric)壓縮和不對稱(Asymmetric)

壓縮數(shù)字視頻非線性編輯主要采用的壓縮編碼技術(shù)按照CCIR601規(guī)定，如按fs的采樣率、4:2:2的格式采樣，則13.5(MHz)×8(bit)+2×6.75(MHz)×8(bit)=27Mbyte/s單元目錄非編中幾種常用的壓縮編碼技術(shù)Motion-JPEG

JPEG是對靜止圖像采用幀內(nèi)編碼壓縮，M-JPEG是把運(yùn)動的視頻序列作為連續(xù)的“靜止圖像”來處理。在編輯過程中可隨機(jī)存取任意幀，精確到幀的編輯。M-JPEG的壓縮和解壓縮是對稱的。MPEG-2

根據(jù)運(yùn)動圖像相鄰幀之間有一定的相似性原則，通過運(yùn)動預(yù)測，參考前一幀圖像與這一幀圖像的相似情況，只記錄這一幀與上一幀不同的數(shù)據(jù)。在編碼時，圖像序列被分為I幀、P幀和B幀，然后對其采取不同的壓縮編碼方式。其中：I幀為幀內(nèi)編碼幀；P幀為前向預(yù)測編碼幀；B幀為雙向預(yù)測幀。DVDV常識

DV的含義

DV=DigitalVideo,digital是相對于analog而言的，比如家用VHS錄象技術(shù)和LaserDisc是模擬的，VCD和DVD就是數(shù)字的。從這個意義上說，PC上的視頻處理都是數(shù)字的了。

DV=DigitalVideoformat,是由索尼，松下，JVC,夏普，東芝等多家廠商聯(lián)合提出的一種家用數(shù)字視頻格式。所謂的DV攝象機(jī)就是以這種格式記錄視頻數(shù)據(jù)的。

DV的基本指標(biāo)：

碼率25Mbits/s720x576,25fps(PAL),720x48029.97fps(NTSC)YUV4:2:0(PAL),YUV4:1:1(NTSC)音頻48KHz,16bit立體聲，優(yōu)于CD質(zhì)量

DV的核心壓縮算法和JPEG/MPEG一樣,是離散余弦變換(DCT)和熵編碼.與MPEG不同的是,DV沒有采用幀間壓縮算法(運(yùn)動補(bǔ)償),只是在每一幀內(nèi)進(jìn)行壓縮，這樣，可以具有精確到幀的可編輯性。

DV與JPEG(MJPEG)不同的是,DV在同一幀的兩個field之間作了場間壓縮的運(yùn)算,使碼率分配得到局部優(yōu)化,從而得到比MJPEG較高的壓縮比.DV的壓縮比是5:1,質(zhì)量相當(dāng)于MJPEG的3:1壓縮。

AVCHDDV知識及其特點(diǎn)DV格式是一種國際通用的數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)格式，由世界上主要廣電巨頭廠商共同研制開發(fā)。高清晰度，水平分解力達(dá)到500電視線以上；寬色度帶寬，還原色彩絢麗的圖像；無抖動的穩(wěn)定畫面（提供標(biāo)準(zhǔn)的TBC）。能對聲音進(jìn)行數(shù)字記錄；

48kHz，16-bit高保真立體聲記錄（質(zhì)量同DAT）；

32kHz，12-bit立體聲記錄（質(zhì)量高于FM廣播）。采用先進(jìn)數(shù)字分量的記錄方式從而減少了色度的衰減。DVCAM、DVCPRO為DV的專業(yè)改進(jìn)型格式。

二、視頻非線性編輯基本概念線性編輯與非線性編輯脫機(jī)編輯與聯(lián)機(jī)編輯分量信號與復(fù)合信號高清、標(biāo)清和DV總目錄線性編輯線性(Linear)，指連續(xù)地存儲視音頻信號的方式。信息存儲的物理位置和接受信息的順序是完全一致的，即錄在前面的信息存儲在磁帶開頭，錄在后面的信息存儲在磁帶末尾?；诖艓У碾娮泳庉嬒到y(tǒng)，通常稱為線性編輯系統(tǒng)。

典型的線性編輯系統(tǒng)線性編輯系統(tǒng)編輯錄像機(jī)RS422編輯控制臺電子編輯的特點(diǎn)電子編輯具有以下優(yōu)點(diǎn)：⑴不損傷磁帶，同一素材能多次使用；⑵具有隨意錄、隨意抹去的特點(diǎn)，可反復(fù)修改，制作成本低；⑶能迅速而準(zhǔn)確地找到最適當(dāng)?shù)木庉孅c(diǎn)，且能保持編輯點(diǎn)前后信號相位的連續(xù)性；⑷聲音與圖像可以做到完全吻合，還可各自分別進(jìn)行修改；⑸編輯精度高，可實(shí)現(xiàn)自動化。但由于是復(fù)制磁帶，成品帶質(zhì)量有所降低；設(shè)備多，系統(tǒng)較復(fù)雜；線性的編輯、查找、修改困難。非線性編輯非線性(Non_linear)，指用數(shù)字硬盤、磁帶、光盤等介質(zhì)存儲數(shù)字化視音頻信息的方式。信息的存儲位置是并列平行的，與接受信息的先后順序無關(guān)。單元目錄聯(lián)機(jī)編輯和脫機(jī)編輯“脫機(jī)(Off--l1ne)編輯”，即采用較低的分辨率和較大壓縮比（如100：1）將所用原始素材捕獲到計算機(jī)中，按照腳本計劃進(jìn)行編輯操作，完成編輯后輸出EDL（EditDecisionList）表。該表又稱為編輯決策表，它記錄了視音頻編輯的完整信息?！奥?lián)機(jī)(On-line)編輯”，即先將EDL表文件輸入到編輯控制器內(nèi)，然后控制廣播級錄象機(jī)以較小壓縮比（如2：1）按照EDL表自動進(jìn)行廣播級成品帶的編輯及疊加實(shí)時特技(硬件特技)等，最終輸出為高質(zhì)量的成品帶。單元目錄模擬視頻信號的分類分量視頻ＲＧＢ分量ＹＵＶ分量Ｙ／Ｃ分量（S-Video）復(fù)合視頻（Video）編輯錄像機(jī)的信號端子單元目錄典型的非線性編輯系統(tǒng)數(shù)字合成數(shù)字合成的基本概念數(shù)字合成的基本過程數(shù)字編輯與合成的關(guān)系總目錄數(shù)字合成的概念

數(shù)字合成技術(shù)給影視制作帶來了巨大變化。例如，將真實(shí)拍攝的人物與特技效果合成，就是最常見的數(shù)字合成技術(shù)的應(yīng)用。圖1-11所示的是“魔鬼終結(jié)者Ⅱ”中無所不能的“液態(tài)金屬人”。“魔鬼終結(jié)者Ⅱ”中“液態(tài)金屬人”也可以通過兩個毫不相干的視頻影像的合成，誕生出一個讓人信以為真的故事。圖1-12所示的就是“阿甘正傳”中扮演阿甘的演員跟肯尼迪與尼克松總統(tǒng)握手或擁抱的逼真場面。“阿甘正傳”中的逼真場面數(shù)字合成的概念也可以將真實(shí)世界根本不可能發(fā)生的或者很危險的事件展現(xiàn)給觀眾。圖1-13就是在《精靈鼠小弟》和《勇敢者游戲》中，創(chuàng)作者運(yùn)用電腦動畫技術(shù)制作了逼真的動物形象，并且將其與真實(shí)拍攝的環(huán)境場景合成的效果。圖1-13電腦動畫與真實(shí)拍攝的場景合成數(shù)字合成的概念單元目錄從處理內(nèi)容的角度來說，數(shù)字合成過程更傾向于對圖像畫面中的元素進(jìn)行各種變形、調(diào)色、跟蹤、摳像、修飾等處理；對不同的元素進(jìn)行邏輯關(guān)系的調(diào)整、疊加、組合、替換等處理；對不同的圖像畫面完成繪圖、拚接、融合、模擬各種自然效果（煙霧、下雨、火光、閃電等）等處理；在圖像畫面中加入文字動畫；特技效果疊加等等。從處理過程的角度來說，數(shù)字合成技術(shù)是通過以上各種操作把兩個以上的源圖像（視頻）合并為一個單獨(dú)的圖像（視頻）。這里包含著這樣的過程：要通過各種操作使源圖像適合于合成；要通過各種操作實(shí)現(xiàn)各源圖像的合成。

數(shù)字合成的基本過程（1）圖像的調(diào)整在圖像合成之前，要對圖像進(jìn)行調(diào)整操作，使之適合于合成。

①校色一般指的是修改圖像中各個像素的顏色。合成前的較色，主要是對前景和背景畫面較色，以保持色調(diào)的一致，便于合成。②幾何變換幾何變換指的是移動像素在圖像畫面中的位置。③濾鏡特效濾鏡特效實(shí)質(zhì)上是利用畫面一定范圍內(nèi)相鄰的像素進(jìn)行計算，得出新的像素值，從而產(chǎn)生畫面的變化。④關(guān)鍵幀動畫如果使以上操作所產(chǎn)生的效果隨時間變化，就會形成動畫效果。在某些關(guān)鍵幀上設(shè)置各種參數(shù)值，通過計算機(jī)自動算出其它幀上相應(yīng)的值，從而產(chǎn)生連續(xù)的變化，這種方式就是關(guān)鍵幀動畫。數(shù)字合成的基本過程

（2）圖像的合成圖像的合成有很多常見的方式，有的合成軟件可以提供數(shù)十種合成兩個畫面的方式，高檔的軟件還允許創(chuàng)作者自己寫一個簡單的數(shù)學(xué)表達(dá)式來控制對兩個畫面的合成操作，一般可以用以下幾個符號來表示運(yùn)算中的變量：A表示合成前景；B表示合成背景；M表示單獨(dú)的Alpha通道值；O表示合成的結(jié)果；Am表示A自帶的Alpha通道；Bm表示B自帶的Alpha通道。數(shù)字合成的基本過程覆蓋是一種最常用的合成方式，其合成表達(dá)式可以寫為：O＝A*M＋B*（1－M）。

混合也是一種最常用的合成方式，其合成表達(dá)式可以寫為：O＝A*mv＋B*（1－mv）。混合是直接把兩個圖像畫面按一定的比例混合在一起。mv就是用來表示混合比例的。

（3）通道提取實(shí)際拍攝的圖像畫面是沒有Alpha通道的，為了合成的需要，利用計算機(jī)技術(shù)從圖像畫面中提取通道，這是數(shù)字合成的重要功能。從合成結(jié)果的角度講，可將通道提取法稱為摳像合成。

數(shù)字合成的基本過程（4）復(fù)制合成有時由于作品內(nèi)容的需要，圖像畫面的某些部分可能需要與畫面的另一部分取相同的、近似的、鏡像的、或旋轉(zhuǎn)的內(nèi)容，這在真實(shí)拍攝上是比較困難的。通過數(shù)字復(fù)制合成以及輔助一些其它圖像調(diào)整的方法，就可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。源圖像畫面鏡像復(fù)制合成復(fù)制部分添加濾鏡數(shù)字合成的基本過程