數字媒體技術與應用 課件 ch08數字視頻處理技術

第八章數字視頻處理技術高等學校動畫與數字媒體專業(yè)“全媒體”創(chuàng)意創(chuàng)新系列教材數字媒體技術與應用01數字視頻的基礎知識PARTONE1.數字視頻的基本概念即把模擬波形變換成數字信號

使模擬信號變換為一系列由0.1組成的二進制數，每一由一系列的二進制數代表，而一段視頻由一系列包含一定數據量的頓表示，從而數字視頻變成一串二進制數據流，可以被計算機識別、處理。在多媒體技術中，視頻信息的獲取及處理無疑占有舉足輕重的地位。其中，數字視頻占據看絕對的優(yōu)勢地位。如今，數字視頻的應用已經非常廣泛，并帶來一個全新的應用局面首先，包括直接廣播衛(wèi)星(DBS)、有線電視、數字電視在內的各種通信應用均需要采用數字規(guī)頻，其次，在一些消費產品中，如VCD、DVD和數字式便攝像機，都是以MPEG視頻壓縮為基礎的。數字視頻(DigitalVideo)

是將模擬視頻信號進行數字化處理后得到的視頻信號。在數字視頻中，不采用電流變化或波形變化的模擬量記錄視頻，而是把模擬視頻數字化。2.數字視頻的來源1通過視頻采集卡對以前的模擬視頻進行數字化獲取

例如，從模擬電視信號、模擬攝像機中獲得。早期存在的視頻設備記錄的都是模擬視頻信號，進行數字化后即可得到數字視頻。這種方式需要計算機具有視頻信息的處理功能還需要有相應的硬件和軟件。第一，視頻捕獲卡是必不可少的，它將模擬視頻信號轉換成數字化視頻信號；第二，需要相應的軟件進行視頻捕獲、壓縮、播放和基本視頻編輯等功能。2.數字視頻的來源2通過數學化設備直接獲取

現在隨著數字攝錄設備的發(fā)展，我們可以直接采集、記錄數子化的視頻信號。例如，現在使用的數字攝錄機、數字相機、提像頭以及智能手機等可直接獲取數字視頻。這些數字設備都是通過光學鏡頭和CCD或CMOS采集動態(tài)圖像轉換成數字信號并保存在設備所帶的存儲卡上的。這樣，從信號源開始就是無損失的數字化視頻，在輸入計算機時也無須考慮視頻信號的衰減問題。2.數字視頻的來源3由計算機軟件生成的數字化視頻

例如，用三維動畫軟件生成的計算機動畫。不過，嚴格地講，計算機生成的動畫不是視頻，因為這里講的視頻是對自然界的直觀反映，而不是人為創(chuàng)造的。相對于模擬視頻數字視頻以離散的數字信號形式記錄視頻信息，用逐行掃描方式在輸出設備上還原圖像，用數字化設備編輯處理，通過數字化寬帶網絡傳播，存儲在數字存儲媒體上。3.數字視頻的特點模擬視頻不適合網絡傳輸在傳輸效率方面先天不足，以及圖像隨時間和頻道的衰減較大并且不便于分類、檢索和編輯。數字視頻具有如下特點。①數字視頻是由一系列二進制數組成的編碼信號，它比模擬信號精確、易于處理、信號質量好、圖像清晰度高、音響效果好、傳輸穩(wěn)定、抗干擾能力強。②數字視頻可以不失真地進行無限次復制，而模擬信號由于是連續(xù)變化的，不管復制時精確度多高，失真也不可避免，經多次復制后，誤差就會積累變大，產生信號失真。③可以對數字視頻進行創(chuàng)造性的編輯、加工等，如字幕、特技效果等。對數字視頻的處理方式可以多種多樣，可以制作許多特技效果。數字視頻容易與其他媒體(聲音、文字等)組合使用。3.數字視頻的特點⑤可以直接進行隨機存儲，使電視圖像的檢索變得很方便。⑦頻道利用率高。數字視頻可以大大降低視頻的傳輸和存儲費用(數字視頻可通過光纖等介質高速隨機讀取)，帶來精確再現真實情景的穩(wěn)定圖像。⑧適用于網絡應用，便于信息傳遞和共享。在網絡環(huán)境中，視頻信息可以很方便地實現資源的共享，通過網線、光纖，數字信號可以很方便地從資源中心傳到辦公室或家中。⑥便于實施加密/解密和加擾/解擾技術，為部隊或其他專業(yè)部門服務。④可充分使用壓縮編碼技術減少數據量，形成不同格式和質量的數字視頻，可適應不同的處理和應用要求，例如，根據需要和傳輸能力改變圖像質量與傳輸速率。3.數字視頻的特點⑩保存時間長，無信號衰減問題，而模擬視頻長時間存放后視頻質量會降低。?存儲成本低，并且各種存儲設備所占用的物理空間小?？梢圆捎贸杀镜?、容量大的光盤存儲介質，而模擬信號記錄在錄像帶上，存儲效率低，錄像帶也占據大量的物理空間。?交瓦能力強。在計算機中集成各種類型和格式的視頻應用系統(tǒng)，還可以將計算機組網進行節(jié)目的聯網調用及制作、播放等。?可開展基于TV的交互式數據業(yè)務，包括電視購物、電視銀行、電視商務、電視游戲點播電視等業(yè)務。⑨數字視頻信號可以長距離傳輸，不會因存儲、傳輸而產生圖像質量的退化，而模擬信號在傳輸過程中容易產生信號損耗和失真。4.數字視頻的發(fā)展史數字視頻的發(fā)展史是與計算機所能處理的信息類型密切相關的

自20紀4年代計算機誕生以來，從計算機所能處理的信息類型這個角度來看，計算機大約經歷了以下三個發(fā)展階段。1數值計算階段這是計算機問世后的幼年時期

在這個時期，計算機只能處理數值數據主要用于解決科學與工程技術中的數學問題。實際上，ENIAC就是為美國國防部解決彈道計算問題和編制射擊表而研制生產的。4.數字視頻的發(fā)展史2數據處理階段20世紀0年代字符發(fā)生器的出現

使計算機不但能處理數值，也能表示和處理字母及其他各種符號，從而使計算機的應用從單純的數值計算進入更加廣泛的數據處理領域。4.數字視頻的發(fā)展史3多媒體階段隨著電子器件的發(fā)展，尤其是各種圖形、圖像設備和語音設備的問世

計算機逐漸進入多媒體時代，信息載體擴展到文、圖、聲等多種類型中，使計算機的應用領域進一步擴大。在多媒體階段，計算機與視頻就產生了“聯姻”。數字視頻的發(fā)展主要是指在個人計算機上的發(fā)展，可以大致分為初級、主流和高級幾個歷史階段。①初級階段其主要特點就是在計算機上增加了簡單的視頻功能，利用計算機來處理活動畫面，給人們展示了一番美好的前景，但是設備未能普及，都是面向視頻制作領域的專業(yè)人員的普通個人計算機用戶還無法在自己的計算機上實現視頻功能。4.數字視頻的發(fā)展史3多媒體階段②主流階段在這個階段，數字視頻在計算機中得到了廣泛應用，成為主流。初期數字視頻的發(fā)展沒有人們期望得那么快，其原因很簡單，未壓縮的數字視頻的數據量非常大，1min的滿屏真彩色數字視頻需要1.5GB的存儲空間，而早期一般計算機配備的硬盤容量大約是幾百兆字節(jié)這顯然無法承擔如此大的數據量。雖然在當時處理數字視頻很困難但它所帶來的誘惑促使人們采用折中的方法。先是用計算機捕獲單幀視頻畫面，可以捕獲一頓圖像并以一定的文件格式存儲起來，可以利用圖像處理軟件進行處理，將它放進準備輸出的資料中。后來，在計算機上觀看活動的視頻成為可能，雖然畫面時斷時續(xù)，但畢竟是動了起來，帶給人們無限的驚喜。4.數字視頻的發(fā)展史3多媒體階段而最有意義的突破是計算機有了捕獲活動影像的能力

將視頻捕獲到計算機中，隨時可以從硬盤上播放視頻文件。能夠捕獲視頻得益于數據壓縮方法，其壓縮方法有兩種:純軟件壓縮和硬件輔助壓縮。純軟件壓縮方便易行，有很多這方面的軟件。硬件壓縮花費高，但速度快。在這一過程中，雖然能夠捕獲到視頻，但是缺乏一個統(tǒng)一的標準，不同的計算機捕獲的視頻文件不能交換。雖然有過一個所謂的“標準”，但是它沒有得到廣泛使用，因此沒有變成真正的標準，它就是數字視頻交瓦(DVI)。DVI在捕獲視頻時使用硬件輔助壓縮，但在播放時只使用軟件，所以在播放時不需要專門的設備。由于DVI沒有形成市場，因此沒有被廣泛地了解和使用，難以流行。這就需要計算機與視頻再做一次結合，建立一個標準，使得每臺計算機都能播放令人心動的視頻文件。結合成功的關鍵是各種壓縮/解壓縮(Codec)技術的成熟。4.數字視頻的發(fā)展史3多媒體階段Codec來自兩個單詞Compression(壓縮)和Decompression(解壓)

是一種軟件或固件(用于視頻文件的壓縮和解壓的程序芯片)。壓縮使得將視頻數據存儲到硬盤上成為可能。如果幀尺寸較小，幀切換速度較慢，再使用壓縮和解壓，那么存儲min的視頻數據只需20MB的空間而不是15GB，所需存儲空間的比例是20:1500，即1:75。雖然當時在顯示窗口看到的只是分辨率為10像素x120像素郵票般大小的畫面，頓速率只有15/秒，色彩也只有256色，但畫面畢竟動起來了。QuickTime和VideoforWindows出現后，通過建立視頻文件標準MOV和AVI，使數字視頻的應用前景更為廣闊，視頻處理不再是一種只有專業(yè)人士才使用的工具，而成為每個人計算機中的必備部分。同時，它也為電影和電視提供了一個前所未有的工具，為影視藝術帶來了空前的變革。4.數字視頻的發(fā)展史3多媒體階段③高級階段普通個人計算機進入了成熟的多媒體計算機時代，計算機外部設備齊全，數字影像設備不斷更新，音/視頻處理硬件與軟件技術高度發(fā)達，這些都為數字視頻的流行起到了推波助瀾的作用。02數字視頻壓縮PARTTWO1.數字視頻壓縮的可能性數字視頻壓縮的基礎是原始視頻數據中存在大量的冗余

如果沒有這些幾余，壓縮就無從下手。1信息嫡元余，又稱編碼元余把原始數據看作由符號組成的序列，各個符號在原始數據中出現的頻率是不同的。

在原始數據中都是用相同的二進制位來表示各個符號的，這種方法既簡單又方便，但是無形中增加了總體數據的長度。Huftman編碼和算術編碼等變長碼編碼方法根據各個符號出現的頻率，用較少的二進制位表示出現頻率高的符號，用較多的位數表示出現頻率低的符號，可以有效地減少數據的總長度。去除信息嫡冗余的壓縮方法稱為嫡編碼方法。1.數字視頻壓縮的可能性2空間冗余在數字視頻序列中，同一頓圖像的臨近像素的值(亮度和色度)在大多數情況下差別不大。

在對視頻進行數字化采樣時并沒有利用這種現象，而是原原本本地記錄了每一個像素的值，這就造成了數據的冗余。實際上，利用像素的這種相關性可以有效地減少數據的長度。例如，游程編碼(RulengthCoding)、各種變換編碼，以及幀內預測編碼等都利用了像素的空間相關性。1.數字視頻壓縮的可能性3時間冗余視頻序列是由連續(xù)的圖像組成的，采樣的幀速率一般為25/秒或30/秒。

相鄰兩圖像的時間間隔為1/25秒或1/30秒。在這么短的時間間隔內，圖像的內容變化一般是不大的。在一幀的時間間隔內，人們測得對于緩慢變化的256級灰度的黑白圖像序列，間差值超過3的像素數不到4%。對于變化較為劇烈的彩色電視圖像序列，亮度信號(256級)間差值超過6的像素數平均只有7.5%，而色度信號平均只有0.75%。因此，相鄰兩圖像的像素之間有較強的相關性。在原始數據中完整地記錄了每一圖像的每一個像素的值，這就造成了數據的冗余。去除數據中的時間冗余，一般采用幀間預測加運動補償的方法，也可采用三維變換的方法。1.數字視頻壓縮的可能性4知覺冗余知覺冗余是指原始數據中包含了一些人們感覺不到的信息

這主要是由人類視覺系統(tǒng)的特性決定的。首先在某些數字化過程中，出于高保真的要求，保留了一些處于人類視覺分辨能力以下的信號，這種超出人們感知能力部分的編碼就稱為知覺冗余。例如，視頻在采樣時對亮度和色度采用8位或10位，而人們的視覺分能力只有在觀察圖像中的大面積像塊時，才能分辨出全部的256個灰度等級，一般情況下只能分辨出64個灰度等級，此差額即為視覺冗余。再如，人的眼睛對色度比對亮度要遲鈍，對色度在空間、時間和飽和度上的分辨能力都要比亮度弱很多。4:2:0格式和4:2:2格式的視頻序列在采樣時已經利用了人眼對色度的空間分辨能力弱的特點，但是利用得并不徹底，仍然存在大量的視覺冗余。1.數字視頻壓縮的可能性4知覺冗余對視覺生理一心理學的深入研究表明人類的視覺系統(tǒng)(HumanVisualSystem)對空間細節(jié)運動和灰度三個方面的分辨能力是有相互關系的，人類的視覺系統(tǒng)具有亮度掩蔽特性、空間掩蔽特性和時間掩蔽特性。亮度掩蔽特性是指在背景較亮或者較暗時，人眼對亮度不敏感的特性?？臻g掩蔽特性是指隨著空間變化頻率的提高(相鄰像素的值差別很大)，人眼對細節(jié)的分辨能力下降的特性。時間掩蔽特性是指隨著時間變化頻率的提高(畫面運動劇烈，變化很快)，人眼對細節(jié)的分辨能力下降的特性。如果能充分利用人類視覺系統(tǒng)的生理特性，適當降低對某些參數的分辨率要求，就可以進一步降低編碼率。視頻最終是給人看的，因此超過視覺分辨能力的高保真度要求就沒有必要了。利用人類視覺特性進行壓縮的方法沒有涉及視頻信號的內在相關性，故又稱為非相關壓縮或統(tǒng)稱為視覺生理一心理壓縮。1.數字視頻壓縮的可能性5結構冗余有些圖像或者圖像的一部分存在內在的結構

例如，某些紋理圖像是由很小的單元不斷重復構成的，還有一些由山脈、海岸線及某些有分形特征的圖形組成的圖像。利用這些圖像的結構，可以達到很大的壓縮比。利用圖像結構冗余的壓縮方法中最典型的是分形方法。對于一段視頻序列，可能包含了若干場景和若干物體，場景的切換、物體的運動，以及攝像機/鏡頭的移動，就形成了該視頻序列。這就是視頻序列的內在結構。找出視頻序列的內在結構并描述這種結構，用最合適的編碼方法編碼視頻序列的各個部分，這就是基于對象的視頻編碼方法的精髓。1.數字視頻壓縮的可能性6知識冗余我們在觀察一幅圖像時，提取到的有用信息與圖像包含的信息相比一般是很少的

一個重要的原因是圖像包含的多數信息我們事先都知道了。圖像中攜帶了人們已經知道的信息，這就是知識冗余。例如，人的一些基本特征大家都是知道的，因此對一個人的外表及其動作，可以用一些參數描述出來，在解碼時根據這些參數重新構造出原始圖像就可以了。在MPEG-4中，對人的面部就采用了這種方法。1.數字視頻壓縮的可能性7重要性冗余對一幅圖像或者一段視頻序列，人們對其不同部分的關注程度是不一樣的

一般來講，圖像的中心部分比邊緣部分更重要，視頻中運動的部分比靜止的部分更重要。如果不考慮各個部分的重要程度而分配同樣多的位數，就會產生重要性冗余。在靜止圖像壓縮標準JPEG2000中，引入了重要區(qū)域的概念，從面可以根據區(qū)域的重要性來分配噪聲。數字視頻壓縮的目的就是要通過去除數據中的這些冗余而減小需要的位數。針對信息嫡幾余的壓縮方法發(fā)展得最完善，目前最好的方法之一是基于上下文的算術編碼(Context-basedArithmeticEncoding，CAE)方法。針對空間幾余、時間冗余、視覺余的壓縮方法發(fā)展得也比較好，人們已經提出了許許多多的方法，目前比較好的有離散余弦變換(DiscrcteCosineTransform,DCT)、小波變換(WaveletTransfom，WT)、間預測和運動補償(MotionCompensation，MC)以及變換后的各種量化方案等。結構幾余、知識冗余和重要性冗余處理起來非常復雜，往往需要計算機視覺和人工智能方面的技術。2.數字視頻壓縮技術1預測編碼技術預測編碼主要是減少數據在時間和空間上的相關性

去除空間冗余(空間幾余反映了一頓圖像內相鄰像素之間的相關性，可采用頓內預測編碼)和時間冗余(時間冗余反映了圖像與幀之間的相關性，可采用頓間預測編碼)。在預測編碼時，不直接傳送圖像樣值本身，而是對實際樣值與它的一個預測值間的差值進行編碼、傳送，如果這一差值(預測誤差)被量化后再編碼，則這種預測編碼方式稱為差分脈沖編碼調制(DPCM)。需要傳輸的預測誤差主要集中在零附近的一個小范圍內由于人眼的掩蔽效應對出現在輪廓與邊緣處的較大誤差不易察覺，因此，對于預測誤差量化所需要的量化層數要比直接傳送圖像樣值本身(8位PCM信號，需256個量化層)少很多。DPCM就是通過去除鄰近像素間的相關性和減少對差值的量化層數來實現碼率壓縮的。2.數字視頻壓縮技術2變換編碼技術除預測編碼技術外，變換編碼技術也是去除圖像相關性、減小冗余度的基本編碼方法。

圖像變換通過一種線性運算將空間域的圖像信號變換到被稱為變換域或頻率域的正交矢量空間中去?？臻g域中的一個N像素XN像素的圖像用正交矩陣進行正交變換后，得到的是N像素XN像素的變換域系數矩陣。一般來說，圖像在空間域中存在很強的相關性，能量分布比較均勻，經過變換后，變換域中圖像的變換系數間近似是統(tǒng)計獨立的，基本去除了相關性，并且能量集中在直流和低頻率的變換系數上，高頻率變換系數(高頻系數)的能量很小，甚至大部分高頻系數能量為零。在變換域進行濾波、與視覺特性相匹配的量化及編碼就能有效地實現圖像壓縮編碼。2.數字視頻壓縮技術3量化技術圖像從一個空間域的矩陣變換到另一個變換域的矩陣

其元素個數并未減少，數據率也不會減少，因此并不能壓縮數據。為了壓縮碼率，還應當根據圖像信號在變換域中的統(tǒng)計特性進行量化和編碼。變換編碼通常和量化技術相結合，量化通過給變換系數塊一個量化步長(Qstep)，所有變換系數除以量化步長，并進行四舍五入。因為大多數圖像信號的亮度值在一個小區(qū)域(如8像素x8像素)內變化很小，變換域中系數的大部分能量集中在直流和低頻區(qū)域。這樣經過量化后大部分高頻系數和中頻系數分量被量化為零。經過量化后的系數中包含大量連續(xù)的零，存在符號統(tǒng)計冗余這種冗余為后面高效的統(tǒng)計編碼(熵編碼)提供了可能，游程編碼和可變長編碼結合可以實現高效熵編碼。03數字視頻格式及其應用領域PARTTHREE1.數字視頻的格式1AVI格式AVI(AudioVideoInterleave)是微軟公司在1992年開發(fā)制定的標準

是一種音頻、視頻交叉記錄的數字視頻文件格式，擴展名為.avi。所謂音頻、視頻交叉，就是將音頻和視頻交織在一起存儲，獨立于硬件設備，同步播放。這種視頻格式的優(yōu)點是圖像質量好，可以跨多個平臺使用，缺點是體積過于龐大，而且更加糟糕的是壓縮標準不統(tǒng)一。最普遍的現象就是高版本Windows媒體播放器無法播放采用早期編碼編輯的AVI格式視頻而低版本Windows媒體播放器又無法播放采用最新編碼編輯的AVT格式視頻，所以我們在進行一些AV格式視頻播放時常會出現由于視頻編碼問題而造成的視頻不能播放，或者即使能夠播放，但存在不能調節(jié)播放進度或播放時只有聲音沒有圖像等一些莫名其妙的問題。如果用戶在進行AVI格式視頻播放時遇到這些問題，則可以通過下載相應的解碼器來解決。這種情況給使用和編輯帶來了一定的困難。1.數字視頻的格式1AVI格式AVI格式應用范圍廣，不過主要應用在多媒體光盤上，用來保存電影、電視和動畫等各種影像文件。由于在AVI文件中，運動圖像和伴音數據以交織的方式存儲，這種文件結構不僅解決了音頻和視頻的同步問題，而且具有通用和開放的特點。它可以在任何Windows環(huán)境下工作，而目具有擴展環(huán)境的功能。用戶可以開發(fā)自己的AVI文件，在Widows環(huán)境下可隨時調用。AVI格式調用方便、圖像質量好。當然，正如前面所說，它也有缺點，即文件體積過于龐大，壓縮標準不統(tǒng)一。1.數字視頻的格式1AVI格式AVI文件的特點如下:

①支持音頻和視頻交叉存取機制的格式，但音頻和視頻同步播放；②壓縮標準不統(tǒng)一，因此不具備兼容性，這就造成了不同的AVI文件可能采用的壓縮算法不同需要相應的解壓算法才能讀寫，給編程和播放造成一定的困難；③提供無硬件視頻回放功能；④圖像質量好;⑤可跨平臺使用；⑥文件體積過于龐大，不利于網絡傳輸。1.數字視頻的格式2MPEG格式MPEG(運動圖像專家組)專門致力于運動圖像(MPEG視頻)及其音編碼(MPEG音頻)標準化工作。

MPEG格式的擴展名為.mpeg、mpg、.dat，包括MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4在內的多種視頻格式。將MPEG算法用于壓縮全運動視頻，就可以生成全屏幕活動視頻標準文件:MPG文件。MPG文件是采用MPEG算法進行壓縮的全運動視頻文件。MPG文件在1024素x786像素的分辨率下可以用每秒25(或3)的速率步播放全運動視頻和CD音樂音，并且其文件大小僅為AW1文件的1/6。DAT文件也是基于MPEG壓縮算法的一種文件，它是VideoCD和卡拉OKCD數據文件的擴展名。1.數字視頻的格式2MPEG格式MPEG文件的特點如下：

①采用有損壓縮算法，壓縮比大，平均壓縮比為50:1，最高可達200:1，比AVI文件小得多；②解壓縮速度非常快;③大多數產品將MPEG的壓縮/解壓操作做成硬件式配卡的形式；④在微型計算機上有統(tǒng)一的標準，兼容性好，現已被幾乎所有的PC平臺支持；⑤圖像和聲音的質量也非常好;⑥特別針對低帶寬等條件設計算法，因而MPEG-4的壓縮比更高，使低碼率的視頻傳輸成為可能。在公用電話線上可以連續(xù)傳輸視頻，并能保持圖像的質量，這是其他技術做不到的。1.數字視頻的格式3RM、RMVB格式RM(RealMedia)格式是RealNetworks公司開發(fā)的一種新型的能夠在低速率的網上實時傳輸的流式視頻文件格式。

是目前因特網上跨平臺的客戶/服務器結構的多媒體應用標準。這和數字視頻格式的文件擴展名包括.rm、.ra和rmvb。它采用音頻/視頻流和同步回放技術，能夠在因特網上以28.8kb/s的傳輸速率提供立體聲和連續(xù)視頻，是目前因特網上流行的流媒體應用格式。目前，很多視頻數據要求通過因特網進行實時傳輸，視頻文件的體積往往比較大，而現有的網絡帶寬往往比較“狹窄”，客觀因素限制了視頻數據的實時傳輸和實時播放，于是一種新型的流式視頻(StreamingVideo)格式應運而生。這種流式視頻采用一種“邊傳邊播”的方法，即先從服務器上下載一部分視頻文件，形成視頻流緩沖區(qū)后實時播放，同時繼續(xù)下載，為接下來的播放做好準備。這種“邊傳邊播”的方法避免了用戶必須等待整個文件從因特網上全部下載完畢才能觀看的缺點。流媒體實際指的是一種新的媒體傳送方式，而非一種新的媒體。RM可以根據網絡數據傳輸速率的不同制定不同的壓縮比率，從而實現在低速率的廣域網上進行影像數據的實時傳送和實時播放。1.數字視頻的格式3RM、RMVB格式RM文件的特點如下:

①用于網絡實時播放，壓縮比較大；②流式文件，可以邊下載邊播放；③可以根據不同的網絡傳輸速率制定出不同的壓縮比率，從而實現在低速率的網絡上進行影像數據實時傳送和播放；④具有內置字幕和無須外掛插件支持等獨特優(yōu)點。1.數字視頻的格式4MOV格式MOV(MovieDigitalVideo)格式是蘋果公司生產的Macimtosh機推出的一種音頻、視頻文件格式。

目前已成為數字媒體軟件技術領域事實上的工業(yè)標準。其相應的視頻應用軟件為QuickTime，所以也有人稱之為QuickTime文件，其擴展名是.mov、.qt。MOV格式的視頻文件可以采用不壓縮或壓縮兩種方式，Video格式編碼適用于采集和壓縮模擬視頻，支持16位圖像深度的內壓縮和間壓縮，速率可達每秒10以上，具有較高的壓縮比率和較完美的視頻清晰度等特點，但其最大的特點還是跨平臺性，即不僅能支持acOS，也能支持Windows系列。其因具有跨平臺、存儲空間要求小等技術特點，故得到業(yè)界的廣泛認可。1.數字視頻的格式4MOV格式MOV文件的特點如下:

①流式文件MOV格式；②具有較高的壓縮比和較完美的視頻清晰度，采用有損壓縮方式，畫面效果比AVI格式好；③跨平臺性，不僅支持果操作系統(tǒng)，也支持Windows系統(tǒng)；④較小的存儲空間；⑤系統(tǒng)的高度開放性；⑥可以采用不壓縮或壓縮的方式。1.數字視頻的格式5ASFASF(AdvancedStreamingFormat，高級流格式)，是微軟公司為了和RM格式競爭面設計的一種網絡流式視頻文件格式。

文件擴展名為asf。用戶可以直接使用Windows自帶的WindowsMediaPlayer對其進行播放。這是一種包含音頻、視頻、圖像以及控制命令腳本的數據格式，以網絡數據包的形式傳輸，實現流式多媒體內容發(fā)布，是一個可以在因特網上實現實時播放的標準。其中視頻部分采用先進的MPEG-4縮算法，音頻部分采用微軟發(fā)布的比MP3還要好的壓縮格式WMA。1.數字視頻的格式5ASFASF文件的特點如下:

①最大優(yōu)點就是體積小，因此適合網絡傳輸，使用微軟公司的媒體播放器(WindowsMediaPlayer)可以直接播放該格式的文件;②由于ASF使用了MPEG-4的壓縮算法，它的壓縮率和圖像效果都不錯；③ASF的視頻中可以帶有命代碼，用戶指定在到達視頻或音頻的某個時間后觸發(fā)某個事件或操作;④既適合在網絡發(fā)布，也適合在本地播放；⑤多語言支持，環(huán)境獨立;⑥是可擴充、可伸縮的媒體類型；⑦圖像質量稍差。1.數字視頻的格式6WMV格式WMV(WindowsMediaVideo)是微軟公司將其名下的ASF(AdvancedStreamingFormat)升級而成的一種流媒體格式。

希望取代QuickTime之類的技術標準以及WAV、AVI之類的格式WMV格式也是一種獨立于編碼方式的在因特網上實時傳播多媒體的技術標準。WMV格式的主要優(yōu)點包括本地或網絡回放、可擴充的媒體類型、可伸縮的媒體類型、多語言支持、環(huán)境獨立、豐富的流間關系以及擴展性等，其文件擴展名為.wmv。在同等的視頻質量下WMV格式的體積非常小，很適合在網上播放和傳輸。WMV文件一般同時包含視頻和音頻部分。視頻部分使用WindowsMediaVideo編碼，音頻部分使用WindowsMediaAudio編碼。WMA格式的音樂文件的突出特點是提供比MP3音樂文件更大的壓縮比，但在音樂文件的還原方面做得卻一點兒不差。1.數字視頻的格式AVI、MPG和MOV這3種數字視頻文件具有不同的文件格式、不同的壓縮編碼算法不同的特性。它們必須有相應的播放軟件才能播放對應格式的視頻文件，播放軟件首先能夠識別視頻文件的格式，通過解壓縮回放數據。隨著技術的發(fā)展，今后還會有其他格式的視頻文件出現。

不同格式的視頻文件，其開發(fā)公司可能不同，采用的壓縮算法可能不同，文件格式可能不同等，盡管有很多不同，但只要其流行，通用的視頻播放器就會兼容它，對其識別并播放，并且會有人或組織研究不同格式的視頻文件之間通過軟件或硬件進行轉換。2.數字視頻的應用領域①可視通信將數字視頻技術與綜合服務數字網(ISDN)相結合，可提供可視通信(視頻會議、電視電話、遠程監(jiān)視及在線影院等)功能。可視通信適用于軍事、國防、公安、會議及個人或家庭娛樂等多方面。②數字電視數字電視是指從節(jié)目的制作、編輯、存儲、傳輸至接收，全部實現數字化。數字電視可以通過衛(wèi)星、有線電視電纜、地面無線廣播等途徑進行傳輸。數字電視具有圖像質量高、聲音效果好、節(jié)省帶寬資源、節(jié)目更豐富等優(yōu)點，是一個市場前景非常廣闊的應用。③電子出版電子出版物具有體積小、容量大、保存方便、檢索容易等優(yōu)點。一張普通的容量為650MB的CD-ROM可以存儲約3億字(按每個漢字2字節(jié)計算)的書籍，可以存儲約50分鐘、采用MPEG1標準壓縮的CIF格式的視頻及其伴音。隨著更大容量的光盤問世及壓縮技術的進步，電子出版必將成為出版的主要方式。目前，VCD和DVD已經成為電影、電視的重要出版方式。2.數字視頻的應用領域④多媒體咨詢服務使用多媒體咨詢系統(tǒng)，人們可以方便地找到自己需要的信息，如新聞、金融資訊、天氣預報、交通、旅游、購物，以及自己感興趣的電影、電視節(jié)目等。⑤多媒體家用電器現在VCD、DVD、數碼相機、MP3播放機、PVR(PersonalVideRecorder)等已經走入了人們的生活。⑥移動可視通信利用移動通信設備，同樣可以傳輸數字圖像和數字視頻。現在的移動設備可以看電影、看電視。2.數字視頻的應用領域數字視頻在廣播電視中的應用主要包括地面電視廣播、衛(wèi)星電視廣播、數字視頻廣播、衛(wèi)星電視直播、互動電視、高清晰電視等

在通信領域中的應用包括視頻會議、可視電話、遠程教育、遠程醫(yī)療、視頻點播業(yè)務、移動視頻業(yè)務、聯合計算機輔助設計、數字網絡圖書館、視頻監(jiān)控等:在計算機領域的應用主要包括多媒體計算機、視頻數據庫、交互式電視、三維圖形圖像、多媒體通信、動畫設計與制作、視頻制作、虛擬顯示等。數字視頻應用領域很廣泛，涉及各行各業(yè)

主要體現在廣播電視、通信、計算機等領域。數字視頻在工業(yè)生產、智能交通.體育、衛(wèi)星遙感、天氣預報、軍事、電子新聞等方面都有廣泛的應用。04數字視頻編輯PARTFOUR1.數字視頻編輯的基礎知識傳統(tǒng)的線性編輯是錄像機通過機械運動使用磁頭將25/秒的視頻信號順序記錄在磁帶上

編輯時也必須按順序尋找所需要的視頻畫面。在線性編輯中，因為素材的搜索和播放、錄制都要按時間順序進行，所以在錄制過程中就必須反復地前進、后退以尋找素材，這一方式不僅會造成磁頭、磁帶的磨損和模擬信號質量的下降，而且效率低下。數字視頻編輯也稱為非線性編輯，它需要依靠非線性編輯系統(tǒng)完成。

非線性編輯系統(tǒng)是相對傳統(tǒng)的彩帶和電影膠片的線性編輯系統(tǒng)而言的。1.數字視頻編輯的基礎知識非線性編輯是以任何順序編輯視頻鏡頭和片段的過程相對于線性編輯，它不需要順序查找視頻鏡頭和重新組裝節(jié)目。非線性編輯系統(tǒng)是將傳統(tǒng)的電視節(jié)目后期制作系統(tǒng)中的切換機數字特技、錄像機、錄音機、編輯機、調音臺、字幕機、圖形創(chuàng)作系統(tǒng)等設備集成在一臺計算機內，用計算機來處理、編輯圖像和聲音，再將編輯好的音頻、視頻信號輸出為最終的數字視頻文件，或者通過錄像機錄制在磁帶上。與傳統(tǒng)的線性編輯系統(tǒng)相比，非線性編輯系統(tǒng)有如下優(yōu)點。1.數字視頻編輯的基礎知識②非線性編輯系統(tǒng)設備小型化，功能集成度高，價格也在不斷下降。①制作靈活方便、效率高，可實現自動化編輯。④一旦素材被數字化后，對素材的復制將不會有任何損失。③雖然非線性編輯也會造成圖像質量的損失，但大多不足以引起視覺的注意。典型的非線性編輯過程:

創(chuàng)建一個編輯平臺，將數字化的視頻素材用拖動的方式放入編輯平臺，然后利用編輯軟件提供的各種手段，如編輯、重新排序、過渡銜接、添加特效、運動疊加、中/英文字幕等，按軟件操作流程進行操作，對素材進行編輯。2.數字視頻編輯軟件數字視頻編輯軟件能夠編輯數字視頻信號

也稱為非線性編輯軟件。數字視頻編輯軟件有多種，且功能的差異較大。常用的數字視頻編輯軟件有Adobe公司的PremiereUlead公司的會聲會影、Sony公司的Vegas、微軟公司的WindowsMovieMaker等。數字視頻編輯軟件的基本功能如下。①導入。支持從數字攝像機捕獲視頻到計算機上，并通過計算機屏幕對數字攝像機中的視頻進行瀏覽，自動畫面檢測，可以對拍攝的每一恢畫面建立片段。②編輯?；跁r間線模式，支持使用拖放方式對視頻片段、音軌進行編輯，可對片段或片段的一部分進行剪切、復制、粘貼或刪除操作。支持過渡效果和標題效果制作。2.數字視頻編輯軟件數字視頻編輯軟件的基本功能如下。④輸出。支持以多種格式保存制作好的視頻文件，支持在計算機屏幕上播放制作的視頻文件，能將單恢保存為圖像文件。⑤媒質管理。支持使用項目管理器圖形化地管理視頻片段，能按名稱、圖標或注釋對素材進行排序、查看或搜索，能判別硬盤可用空間大小。③音頻處理。支持向視頻中加入音樂或語音，支持對音頻進行淡入、淡出、調節(jié)音量等操作。2.數字視頻編輯軟件數字視頻編輯軟件的基本工作過程如下。②進行視頻素材的準備和搜集，如果搜集到的素材不是數字形式，則還需要通過視頻采集或音頻采集轉換成數字形式。③進行視頻編輯處理。調用非線性編輯軟件提供的各種功能，對各種素材進行剪輯、重新編排和銜接，添加多通道數字特技、字幕疊加、配音配樂、添加動畫等功能。這些過程中各種效果及各種參數可反復調整，大多數視頻編輯軟件具有所見即所得的功能，可隨時看到編輯效果，以達到滿意為止。①確定視頻的主題和表現方式。④生成影片。生成影片也就是生成最終的視頻文件，這個過程實際上是計算機計算的過程是一項耗時的工作，尤其是特技畫像等復雜的效果需要計算機逐幀處理，并以設定的清晰度和圖像品質建立完整頓，更費時。生成的影片既可以保存在硬盤上，也可以錄制到錄像帶或DV帶上或者輸出到視頻服務器上，還可以直接制作成VCD或DVD光盤。3.數字視頻編輯的常用軟件1PremierePremiere是Adobe公司推出的基于非線性編輯設備的音頻、視頻編輯軟件。

它是一款相當專業(yè)的DV編輯軟件，能夠配合多種硬件進行視頻捕獲和輸出，并提供各種精確的視頻編輯工具，專業(yè)人員結合專業(yè)的、系統(tǒng)的軟硬件可以制作出廣播級的視頻作品。在多媒體制作領域中，Premmiere起著舉足輕重的作用，目前被廣泛地應用于電視臺、廣告制作、電影剪輯等領域。Premiere的主要功能包括:①編輯和組接各種視頻片段，對視頻片段進行各種特技處理；②在兩段視頻片段之間增加各種過渡效果；③為視頻片段譽加字幕、圖標和其他視頻效果；④給視頻影像配音，并對音頻片段進行編輯，調整音頻與視頻同步；⑤設置音頻視頻編碼和壓縮參數；⑥編譯生成VI或MOV格式的數字視頻文件。其中，過渡和特技處理、標題和剪輯的疊加以及伴音的編輯和處理這些功能顯得尤為重要。除此之外，它可以刻錄自定義的DVD光盤。3.數字視頻編輯的常用軟件2會聲會影會聲會影(VideoStudio)是Ulead公司推出的一款適合個人或家庭使用的視頻編輯軟件

它不僅功能強大，而且操作簡單，主要采用“在線操作指南”的步驟引導方式來處理各段視頻和圖像素材?；镜牟僮鞑襟E為開始→捕獲→故事板→效果→覆登→標題→音頻→完成，并將操作方法與相關的配合注意事項以幫助文件的形式顯示出來，稱為“會聲會影指南”，以使用戶快速地學習每一個流程的操作方法。對于希望更多地享受視頻編輯樂趣而又不愿意花費太多時間的人們來說是很好的選擇。因此，與Premiere這款比較專業(yè)的軟件比起來，會聲會影在親和力方面要勝出很多。3.數字視頻編輯的常用軟件2會聲會影其主要功能包括:

①靈活的項目模板功能，可以提供大量的預定義模板供用戶選擇;②強大的視頻捕獲功能，會聲會影支持有EEE1394支持的數碼視頻捕獲設備，允許用戶直接在計算機上即插即用DV或D8攝像機，同時也支持使用方便快捷的USB視頻設備捕獲和導入視頻；③豐富的轉場效果，會聲會影提供了128組酷炫的轉場效果，用戶可以實現在電視上看到的各種特效;④字幕編輯更方便，使用會聲會影可以直接在視頻上創(chuàng)建、編輯影片的標題和字幕;；⑤畫面特寫鏡頭與對象創(chuàng)意覆疊，可隨意制作出新奇百變的創(chuàng)意效果；⑥提供了快速與多樣化的音樂編曲配樂大師功能，讓影片配樂更精準、更立體；⑦強大的輸出功能，在會聲會影中制作和編輯視頻之后，用戶可以使用內置的互聯網發(fā)送功能，直按使用電子郵件來發(fā)送視頻文件，還可以生成帶有視頻素材的賀卡作為.exe文件發(fā)送給親友，也可以將其刻錄為DVD或VCD光盤。4.數字視頻編輯技術1摳像摳像是指運用鍵控功能摳掉圖像背景的單一顏色，然后合成其他所需的背景

在影視編輯過程中經常會有需要摳像的情況，即需要將某個視頻畫面中的一部分分離出來再與另一個視頻畫面合成。通常有兩種辦法:一種是先用高亮的藍色或綠色背景拍攝視頻，然后利用BlueScreenKeys摳像;另一種是使用價格昂貴的專業(yè)設備，如Quantel，這種設備可以對影片中任何復雜的前景對象與背景進行實時摳像。4.數字視頻編輯技術2動畫特效三維動畫技術的成熟，給現代電影帶來了不可想象的影響

《侏羅紀公園》系列中的恐龍采用模型結合動畫的方式，塑造了幾于只栩栩如生的恐龍，讓觀眾信以為真?！缎乔虼髴?zhàn)》后幾部中，除演員是真實的以外，其他都是虛構的。4.數字視頻編輯技術3其他視頻特效其他一些視頻特效包括鏡頭分割、文字特效、遮罩與蒙版、3D特效、粒子系統(tǒng)特效、運動與跟蹤特效等。05數字視頻編輯PARTFIVE視頻剪輯實戰(zhàn)——PremierePremiere的功能面板是使用Premiere進行視編輯的重要具主要包括“項目”“時間軸“監(jiān)視器”等面板，本節(jié)將介紹其中幾種常用面板的主要功能。啟動Premiere應用程序，然后選擇命令“文件”|“新建”|“項目”，新建一個項目，在工作界面中會自動出現幾個面板。Premiere的工作界面主要由菜單欄和面板組成，如圖8.1所示。視頻剪輯實戰(zhàn)——Premiere1項目面板如果所工作的項目中包含許多視頻、音頻素材和其他作品元素

那么應該重視Premicre的“項目“面板，在“項目”面板中開啟“預覽區(qū)域”后，可以單擊“播放/停止切換”按鈕

來預覽素材。視頻剪輯實戰(zhàn)——Premiere2時間軸面板時間軸面板并非僅用于查看，它也是可交互的

使用鼠標把視頻和音頻素材、圖形和字幕從項目面板拖到時間軸中即可創(chuàng)作自己的作品。時間軸面板是視頻作品的基礎，創(chuàng)建序列后，在時間軸面板中可以組合項目的視頻與音頻序列、特效、字幕和切換效果。視頻剪輯實戰(zhàn)——Premiere3監(jiān)視器面板監(jiān)視器面板主要用于在創(chuàng)建作品時對它進行預覽

Premiere提供了3種不同的監(jiān)視器面板源監(jiān)視器面板、節(jié)目監(jiān)視器面板、參考監(jiān)視器面板。①源監(jiān)視器面板:用于顯示還未放入時間軸的視頻序列中的源影片?？梢允褂迷幢O(jiān)視器面板設置素材的入點和出點，然后將它們插入或覆蓋到自己的作品中。該面板也可以顯示音頻素材的音頻波形。視頻剪輯實戰(zhàn)——Premiere3監(jiān)視器面板監(jiān)視器面板主要用于在創(chuàng)建作品時對它進行預覽

Premiere提供了3種不同的監(jiān)視器面板源監(jiān)視器面板、節(jié)目監(jiān)視器面板、參考監(jiān)視器面板。②節(jié)目監(jiān)視器面板:用于顯示在時間軸的視頻序列中組裝的素材、圖形、特效和切換效果要在節(jié)目監(jiān)視器面板中播放序列，只需單擊窗口中的“播放/停止切換”按鈕

或按空格鍵即可如果在Premiere中創(chuàng)建了多個序列，則可以在節(jié)目監(jiān)視器面板的序列下拉列表中選擇其他序列作為當前的節(jié)目內容。視頻剪輯實戰(zhàn)——Premiere3監(jiān)視器面板監(jiān)視器面板主要用于在創(chuàng)建作品時對它進行預覽

Premiere提供了3種不同的監(jiān)視器面板源監(jiān)視器面板、節(jié)目監(jiān)視器面板、參考監(jiān)視器面板。③參考監(jiān)視器面板:在許多情況下，該面板是另一個節(jié)目監(jiān)視器。許多Premicre編輯操作使用它來調整顏色和音調，這是因為在參考監(jiān)視器面板中查看視頻示波器(可以顯示色調和飽和度級別)的同時，可以在該面板中查看實際的影片。視頻剪輯實戰(zhàn)——Premiere4音軌混合器面板使用音軌混合器面板可以混合不同的音頻軌道、創(chuàng)建音頻特效和錄制敘述材料

也可以查看混合音頻軌道并應用音頻特效。5效果面板使用效果面板可以快速應用多種音頻效果、視頻效果和視頻過渡

例如，在視頻過渡文件夾中包含3D運動、伸縮、擦除等過渡類型。視頻剪輯實戰(zhàn)——Premiere6效果控件面板使用效果控件面板可以快速創(chuàng)建音頻效果、視頻效果和視頻過渡

例如，在效果面板中選定一種效果，然后將它直接拖到效果控件面板中，就可以對素材添加這種效果了。7工具面板Premiere的工具面板中的工具主要用于在時間軸面板中編輯素材

在工具面板中單擊某個工具即可將其激活。視頻剪輯實戰(zhàn)——Premiere8歷史記錄畫板使用Premiere的歷史記錄面板可以無限制地執(zhí)行撤銷操作

進行編輯工作時，歷史記錄面板會記錄作品的制作步驟，要返回到項目的以前狀態(tài)，只需單擊歷史記錄面板中的歷史狀態(tài)即可。9信息面板信息面板提供了素材和切換效果，乃至時間軸中空白間隙的重要信息

選擇一段素材、切換效果或時間軸中的空白間隙后，可以在信息面板中查看素材或空白間隙的大小、持續(xù)時間以及起點和終點。視頻剪輯實戰(zhàn)——Premiere10字幕面板使用Premiere的字幕面板可以為視頻項目快速創(chuàng)建字幕

也可以使用該面板創(chuàng)建動畫字母效果。06綜合案例一制作婚禮MVPARTSIX1.案例效果本節(jié)將以婚禮MV為例，介紹Premiere在影視后期制作中的具體應用

帶領學生掌握使用Premiere進行影視編輯的具體操作流程和技巧，案例最終效果圖如圖8.2所示。2.案例分析在制作該影片前，首先要構思該宣傳片所要展現的內容和希望達到的效果

然后收集需要的素材，再使用Premiere進行視頻編輯。①收集或制作所需要的素材，然后導入Premiere后進行編輯。②選用合適的背景素材，根據視頻所需長度，在Premiere中對背景素材的長度進行調整。2.案例分析⑧添加合適的音樂素材，并根據視頻所需長度，對音樂素材進行編輯③根據視頻所需長度，調整各個照片素材所需的持續(xù)時間。④根據背景素材效果，適當調整各個照片素材在時間軸面板的入點位置。⑤對背景素材應用鍵控效果，豐富視頻畫面。⑥在字幕設計器中創(chuàng)建需要的字幕，然后根據需要將這些字幕添加到時間軸面板的視頻軌道中。⑦給素材添加視頻運動效果和淡入淡出效果，使影片效果更加豐富。3.案例制作根據以上分析，可以將本案例分為7個主要部分進行操作:

創(chuàng)建項目文件、添加素材、編輯影片素材、創(chuàng)建影片字幕、編輯字幕動畫、編輯音頻素材和輸出影片。1創(chuàng)建項目文件①啟動Premicre應用程序，在歡迎界面中單擊“新建項目”按，或者在Premiere工作窗口中選擇命令“文件”|“新建”|“項目”，然后在打開的“新建項目”對話中設置文件的名稱如圖8.3所示。3.案例制作1創(chuàng)建項目文件②在“新建項目”對話框中單擊“瀏覽”按，在打開的“請選擇新項目的目標路徑”對話框中設置項目的保存路徑。③選擇命令“編輯”|“首選項”|“時間軸”打開“首選項”對話，設置“靜止圖像默認持續(xù)時間”為4.00秒，如圖8.4所示。3.案例制作1創(chuàng)建項目文件④選擇命令“文件”|“新建”|“序列”，打開“新建序列”對話，選擇“標準32kHz”預設類型，如圖8.5所示。3.案例制作1創(chuàng)建項目文件⑤選擇“設置”選項卡，在“編輯模式”下拉列表中選擇“DV24p”選項，如圖8.6所示。⑥選擇“軌道”選項卡，設置視頻軌道數量為4，然后單擊“確定”按鈕，如圖8.7所示。3.案例制作2添加素材①選擇命令“文件”|“導入”，打開“導入”對話，導入本例中需要的素材。②在“項目”面板中單擊“新建素材箱”按，創(chuàng)建3個素，然后分別將3個素材箱命名為“照片”“視頻”“音樂”，并將應的素拖入對應的文件中，對項目中的素材進行分類管理，如圖8.8所示。3.案例制作2添加素材③選中“項目”面板中所有的照片素材，然后選擇命令“剪輯速度/持續(xù)時間”，打開“剪輯速度/持續(xù)時間”對話框，設置照片的持續(xù)時間為7秒，如圖8.9所示。3.案例制作3編輯影片素材①將“愛心背景mp4”和“光效p4”素材添加到“時間軸”面板的視頻2道和視頻3軌道中，各素材的入點位置為第0秒。②將時間軸指示器移到第3秒的位置，在“節(jié)目監(jiān)視器”面中預覽效果，如圖8.10所示。③選擇視頻3軌道中的“光效p4”素材，打開“效果控件”面板，展開“不透明度”選項組，在“混合模式”下拉列表中選擇“變亮”選項，如圖8.11所示。3.案例制作3編輯影片素材④在“節(jié)目監(jiān)視器”面板中對影片進行預覽，效果如圖8.12所示。⑤將各個照片素材添加到“時間軸”面板的視頻1軌道中，各素材的入點位置分別為第4秒、第12秒、第21秒、第29秒、第37秒。⑥將時間軸指示器移到第7秒的位置，在“節(jié)目監(jiān)視器”面板中預覽效果，如圖8.13所示。3.案例制作3編輯影片素材⑦打開“效