非線(xiàn)性編輯-數(shù)字視頻課件

數(shù)字視頻基礎(chǔ)

KeytoDigitalVideo

一、攝錄一體機(jī)的基本構(gòu)成

成像器有CCD/CMOS兩種，對(duì)角線(xiàn)尺寸一般為：1/3英寸（約6mm）、1/2英寸（約9mm）和2/3英寸（約11mm）。全畫(huà)幅成像器的對(duì)角線(xiàn)尺寸為43.2mm（與135膠片相等）。數(shù)字?jǐn)z像機(jī)常用的編碼算法有DV和MPEG兩大類(lèi)，對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)格式有DV（25）、DV50、HDV、DVCPROHD、HDCAM、XDCAM等。存儲(chǔ)介質(zhì)可分為磁帶（Tape）和無(wú)帶化（Tapeless）兩類(lèi)。無(wú)帶化存儲(chǔ)則是用光盤(pán)、硬盤(pán)或存儲(chǔ)卡作為存儲(chǔ)媒體。索尼多用專(zhuān)業(yè)光盤(pán)（ProfessionalDisc，類(lèi)似藍(lán)光DVD），另外也使用SxS卡。

松下多用P2卡。1.掃描方式掃描方式：逐行掃描（progressivescan）和隔行掃描(interlacescan)。隔行掃描是將一幅圖像分為奇、偶兩場(chǎng)來(lái)顯示，奇數(shù)場(chǎng)（上場(chǎng)）由1、3、5、7．．．．．．奇數(shù)行構(gòu)成，偶數(shù)場(chǎng)（下場(chǎng)）由2、4、6、8．．．．．．偶數(shù)行構(gòu)成。對(duì)于隔行掃描，兩場(chǎng)等于一幀。逐行掃描沒(méi)有場(chǎng)的概念--------NoField。標(biāo)清數(shù)字視頻的場(chǎng)序是下場(chǎng)優(yōu)先。

兩種掃描方式的優(yōu)缺點(diǎn)隔行掃描通過(guò)將一幀變?yōu)閮蓤?chǎng)，可以在不增加信號(hào)帶寬的前提下，將屏幕的刷新頻率提高一倍，從而克服了大面積的屏幕閃爍現(xiàn)象。另外，在同樣的刷新頻率下，可以節(jié)省一倍的信號(hào)帶寬，對(duì)于數(shù)字信號(hào)就是數(shù)據(jù)流量下降一倍。隔行掃描的缺點(diǎn)是容易出現(xiàn)圖像并行和行間閃爍現(xiàn)象，理論上畫(huà)面質(zhì)量不如逐行掃描

。隔行掃描的動(dòng)態(tài)畫(huà)面用逐行方式顯示時(shí)，會(huì)出現(xiàn)“鼠齒”(MouseTeeth)現(xiàn)象。電視適合采用隔行模式，電腦適合采用逐行模式。2.分辨率標(biāo)清（StandardDefinition），縮寫(xiě)SD，畫(huà)幅寬高比是4:3，也有16:9的寬屏（Widescreen）標(biāo)清。高清（HighDefinition），縮寫(xiě)HD，畫(huà)幅寬高比16:9。標(biāo)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幾種。1920×1080和1440×1080屬于1080高清標(biāo)準(zhǔn)，1280×720屬于720高清標(biāo)準(zhǔn)。1080高清標(biāo)準(zhǔn)支持隔行和逐行兩種掃描方式，分別用1080p和1080i表示，而720高清標(biāo)準(zhǔn)只支持逐行掃描方式，只有720p一種表示方式。PAL制和NTSC制執(zhí)行相同的高清分辨率標(biāo)準(zhǔn)。只有1920×1080叫做全高清（Full-HD）。3.掃描行數(shù)與幀速率掃描行數(shù)：包括掃描逆程階段的無(wú)效行，PAL制是625行/幀，NTSC是525行/幀。幀速率：不管是高清還是標(biāo)清，PAL制幀速率為25FPS（FramePerSecond），NTSC是30FPS，實(shí)際是29.97FPS。場(chǎng)頻變?yōu)?9.94Hz。對(duì)于隔行掃描，由于一幀變成兩場(chǎng)，PAL制場(chǎng)頻為50Hz，NTSC場(chǎng)頻為60Hz，實(shí)際為59.94Hz。場(chǎng)頻才是真正的刷新頻率。電影的幀速率是24FPS，為了和NTSC制電視進(jìn)行互轉(zhuǎn)，實(shí)際幀速率是23.97FPS。4．制式的表示方式

用525/60和625/50表示掃描制式——525/60（實(shí)為59.94）表示NTSC制，625/50表示PAL制。用幀速率來(lái)表示制式——

25fps指PAL制，29.97fps指NTSC制。將垂直分辨率和掃描類(lèi)型相結(jié)合，可表示清晰度等級(jí)和掃描方式等制式信息。如576i、576p、480i、480p、720p、1080i、1080p等。將場(chǎng)頻、幀頻和掃描類(lèi)型綜合在一起，表示掃描制式及掃描方式。如50i、25P、50p、59.94i、29.97P、24P、23.98P等。

以上視頻標(biāo)準(zhǔn)在攝像機(jī)上叫做記錄格式，概括如下表所示：制式PAL制NTSC制標(biāo)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”前的數(shù)字是場(chǎng)頻，“p”前的數(shù)字是幀頻在我國(guó)，面向電視運(yùn)用時(shí)，應(yīng)選擇PAL制、隔行掃描（帶字母“i”的）。三、分量數(shù)字視頻的采樣結(jié)構(gòu)1．模擬分量視頻將RGB模擬基色信號(hào)轉(zhuǎn)為YUV模擬分量視頻：

CCDCCDCCD2．采樣將模擬信號(hào)數(shù)字化的第一步是采樣（Sampling），也就是獲取模擬信號(hào)的幅度樣值，以通過(guò)量化和編碼，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。對(duì)于標(biāo)清信號(hào)，亮度分量Y的采樣頻率是13.5MHz，每行采樣點(diǎn)數(shù)是720個(gè)。對(duì)于高清信號(hào)，亮度分量Y的采樣頻率是74.25MHz，每行采樣點(diǎn)數(shù)有1280、1440或1920個(gè)三種情況。不管是標(biāo)清還是高清，U、V兩個(gè)色差信號(hào)的采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)則有多種選擇，其采樣結(jié)構(gòu)有4:4:4、4:2:2、4:1:1、4:2:0四種。3．采樣結(jié)構(gòu)（以標(biāo)清為例）（1）4:4:4采樣結(jié)構(gòu)亮度分量Y、藍(lán)色差分量U和紅色差分量V的采樣頻率均為13.5MHz，每一有效行三個(gè)信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)也均為720個(gè)。由于亮度信號(hào)與兩個(gè)色差信號(hào)的采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)之比為4:4:4(720:720:720)，所以將這種采樣格式叫做4:4:4采樣結(jié)構(gòu)，如圖所示。（3）4:1:1采樣結(jié)構(gòu)

亮度信號(hào)的采樣頻率和有效行采樣點(diǎn)數(shù)仍然為13.5MHz和720點(diǎn)，但U、V兩個(gè)色差信號(hào)的采樣頻率和有效行采樣點(diǎn)數(shù)分別為亮度信號(hào)的1/4，即分別為3

.375MHz和360點(diǎn)，如下圖。

（4）4:2:0采樣結(jié)構(gòu)如果兩個(gè)色差信號(hào)和4:2:2格式一樣，以6.75MHz的頻率取樣，但每一行只傳送兩種色差信號(hào)之中的一種，兩種色差信號(hào)每行交替?zhèn)魉停@便是4:2:0取樣結(jié)構(gòu)，如下圖。

下圖以PAL制標(biāo)清為例，形象地給出了不同采樣結(jié)構(gòu)下各信號(hào)分量的信息量大小及空間分布。-----空間冗余：圖像中有許多顏色相同或相近的大面積色塊，像素間具有很強(qiáng)的相關(guān)性。數(shù)據(jù)壓縮的依據(jù)

----時(shí)間冗余：相鄰幀之間有很強(qiáng)的相關(guān)性。2.壓縮與格式數(shù)據(jù)壓縮類(lèi)型有幀內(nèi)壓縮和幀間壓縮兩大類(lèi)。幀內(nèi)壓縮即空域壓縮，利于解壓，畫(huà)質(zhì)好，但文件體積大。代表性的格式有DV類(lèi)格式、M-Jpeg(Motion-Jpeg)格式等。幀間壓縮在采用幀內(nèi)壓縮的基礎(chǔ)上，同時(shí)進(jìn)行相鄰幀之間的時(shí)域壓縮，壓縮效率高，文件體積小，但解壓復(fù)雜，信息損失稍大。代表性的格式有MPEG類(lèi)、H.26x類(lèi)及網(wǎng)絡(luò)流媒體格式WMV、FLV、RM/RMVB等。3．DV壓縮格式DV特指DigitalVideoFormat，是一種特定的壓縮算法和編碼格式。DV格式采用DCT(DiscreteCosineTransform：離散余弦變換)算法進(jìn)行空間變換，形成8×8的DCT數(shù)據(jù)塊，然后通過(guò)量化和游程編碼，去掉畫(huà)面中的空間冗余信息，從而降低了每一幀的數(shù)據(jù)量。DV格式不能進(jìn)行幀間（Inter-frame）壓縮，但可在同一幀內(nèi)進(jìn)行場(chǎng)間（Inter-field）壓縮。

DVCAM和DVCPRO分別是索尼和松下專(zhuān)有的一種非通用DV25格式。4．MPEG-2編碼格式

MPEG-2（MovingPicturesExpertGroup）廣泛地用于數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、DVD及數(shù)字視頻廣播（DigitalVideoBroadcasting：DVB）等領(lǐng)域。MPEG-2有三種編碼幀，分別是I幀、P幀和B幀。I幀即幀內(nèi)編碼幀（Intra-codedframes），P幀是預(yù)測(cè)編碼幀（Predictive-codedframes），B幀是雙向預(yù)測(cè)編碼幀（Bidirectional-predictive-codedframes)。I幀利用空間相關(guān)性采用和DV一樣的DCT算法進(jìn)行幀內(nèi)壓縮，P幀和B幀都屬于幀間壓縮。MPEG-2視頻流的基本單位是圖像組（GroupofPictures：GOP），一般由少則一幀（只有I幀），多則十幾幀構(gòu)成。只有I幀的GOP叫短GOP(ShortGOP)，本質(zhì)上和DV格式是一樣的。超過(guò)一幀的叫長(zhǎng)GOP(LongGOP)。2．DV50系列

代表性機(jī)型是松下的DVCPRO50系列，采用雙DV25編碼器，8位量化，4:2:2采樣，DV編碼，3.3倍壓縮，視頻碼率為50Mbps。具體機(jī)型有AJ-D815/908/D913等。索尼的DigitalBetacam系列（數(shù)字Beta）雖然指標(biāo)更好，但本質(zhì)上也可歸屬于DV50系列。

3．DVCPROHD系列

DVCPROHD，亦稱(chēng)作DVCPRO100，是松下DVCPRO50的“高清版”攝像機(jī)系列。DVCPROHD繼承了DV的“血統(tǒng)”，使用四個(gè)DV編碼器并行工作，碼率100Mbps。常見(jiàn)型號(hào)有AJ-HDC27HMC、AJ-HDX900MC等。4.HDV小高清系列

可理解為高清版的DV，有720p和HDV1080兩種分辨率標(biāo)準(zhǔn)，主要指標(biāo)如下表：PR中的HDV格式預(yù)置5.XDCAMEX系列XDCAMEX以SxS存儲(chǔ)卡為存儲(chǔ)媒體，采用MPEG-2壓縮格式，4:2:0采樣結(jié)構(gòu)，支持720P和1080i等多種高清格式，目前有PMW-EX1、PMW-EX1R和PMW-EX3三款機(jī)型。6．XDCAMHD/XDCAMHD422系列XDCAMHD是XDCAMHD420的簡(jiǎn)稱(chēng)，采用4:2:0采樣，MPEG-2壓縮，1/2英寸CCD，兼容DVCAM標(biāo)清格式。XDCAMHD422又叫MPEGHD422，采用4:2:2采樣，MPEG-2壓縮，最高碼率可達(dá)50Mbps，支持1920×1080p的逐行全高清分辨率，代表性機(jī)型是PDW-700。索尼XDCAM無(wú)帶化存儲(chǔ)的四個(gè)產(chǎn)品系列

7.P2HD——P2

PALM手提式系列

P2是ProfessionalPlug-In的縮寫(xiě)，松下將采用P2卡存儲(chǔ)的高清攝像機(jī)統(tǒng)一定義為P2HD

系列，其手提便攜式叫做P2

PALM系列，采用DV算法壓縮，有DVCPRO/DV（25Mbps）、DVCPRO50（50Mbps）和DVCPROHD（100Mbps）多種格式可供選擇。HVX203HPX1737.P2HD——肩扛式系列除采用和P2

PALM系列一樣的基于DV的壓縮格式外，該系列機(jī)型還引入了一種更為先進(jìn)的壓縮格式——AVC-Intra。AVC-Intra中的“AVC”即MPEG-4AVC/H.264，“Intra”的意思是“幀內(nèi)”，AVC-Intr