视频转场特效的研究与实现——毕业论文

浙江传媒学院本科毕业论文 视频转场特效的研究与实现 本科毕业设计(论文) 论文题目 视频转场特效的研究与实现 Research and Implementation of Video-Transition Effect 学 生 姓 名： 学 号： 二级学院名称： 电子信息学院 专 业： 广播电视工程 指 导 教 师： 职 称： 合作/企业教师： 职 称： 视频转场特效的研究与实现摘要: 近年来，随着视音频技术的迅猛发展，模拟信号数字化的深入，影视作品的制作水准日益精湛，人们对影视作品的要求也越来越高。同时，人们越来越青睐于用数码摄像设备来记录生活，非线性编辑也渐渐在家庭用户中流行。而在镜头间引入转场、特效效果，也是视频处理不可或缺的功能。 转场是一个视频到另外一个视频的平滑过渡，特效能大幅提高影视镜头的表现力和艺术效果，给观众带来视觉冲击。本文分析了多种视频转场和特效的合成原理，并用仿真软件进行实验，制作了闪黑、飞入、擦除、百叶窗、裂像五个视频转场和画中画、画面扩缩两个视频特效。其核心是用两个或多个视频作为输入视频，经过对视频帧的分析规划和图像处理，能够合成含转场特效的输出视频。本文还分析了视频转场的通用框架，为开发视频转场提供了更加模块化、灵活、可扩展的方法。关键词：视频转场；视频特效；图像处理；视频合成RESEARCH AND IMPLEMENTION OF VIDEO-TRANSITION EFFECTAbstract：In recent years,With the rapid development of video & audio technology and analog signal digitization,films and television programs are made in higher exquisite production standards.Peoples requirement of films and television programs is higher and higher too.At the same time,more and more people prefer to record the life by digital camera equipment.Non linear editing is also creeping into vogue in home users.However,the video-transition effect is the necessary function of video processing.Video-transition is a smooth transition from one video to another,video effect can improve the expression and artistic effect of video camera greatly,bringing visual impact to the audience.This paper analysis the synthesis principle of multiple video transitions and effects,and makes experiments with simulation software,worked out five transitions(black,fly in,wipe,flip over,split)and two effects(PIP,Stretch).The core of this experiment is input two videos(or more than two videos)，analyse its frames and handle frames,finally output a video with transition effect.This paper also analyzes the way of creating video-transition effects with modular, flexible and extensible framework. Keywords： video-transition;video effect;image processing;video synthesis目 录1 绪论 11.1 选题背景及意义11.2 国内外研究现状11.3 研究目的及意义2 1.4 本文的主要内容及工作安排32 视频转场特效的概要研究 3 2.1 视频转场特效的应用方向和分类3 2.2视频转场特效设计思路43 视频转场特效的详细设计6 3.1 源视频的获取6 3.1.1 图像在矩阵中的显示6 3.1.2 视频序列的获取73.2 实验环境9 3.2.1 实验平台9 3.2.2 运行环境103.3 视频转场特效的设计与测试10 3.3.1 闪黑转场11 3.3.2 飞入转场12 3.3.3 擦除转场12 3.3.4 百叶窗转场13 3.3.5 裂像转场14 3.3.6 画中画14 3.3.7 画面扩缩164 总结与展望 17 4.1 总结 17 4.2 展望 18致 谢19参考文献 20附 录21浙江传媒学院本科毕业论文 视频转场特效的研究与实现1 绪论1.1 选题背景与意义近年来，随着视音频技术的迅猛发展，模拟信号数字化的深入，影视作品的制作水准日益精湛，人们对影视作品的要求也越来越高。同时，人们越来越青睐于用数码摄像设备来记录生活，非线性编辑也渐渐在家庭用户中流行。而在镜头间引入转场、特效效果，也是视频处理不可或缺的功能。 据统计，在人类获取的信息中，视觉信息约占60%，而视频图像正是人类获取视觉信息的主要途径1。追溯到1829年，比利时著名的物理学家约瑟夫普拉托提出“视觉滞留”原理2，即当人们眼前的物体被移走之后，该物体反映在视网膜上的物象不会立即消失，会继续短暂滞留一段时间。与此同时，在欧洲的物理学教科书和物理实验室中也表明，人眼的视觉特性可以将一系列独立的画面组合起来，成为连续运动的视象。也就是我们现在所说的，视频由一幅幅画面构成，称为帧，当帧的播放速率达到足够快时，就能形成间断不被发觉的流畅视频。直到1895年，随着法国的奥古斯特卢米埃尔和路易卢米埃尔兄弟成功以每秒16画格的速度拍摄和放映图像清晰稳定的影片，并研制成功“活动电影机”2，电影诞生后视频转场、特效便一直作为电影语言不可或缺的创作手段沿用至今，经久不衰，发挥着越来越重要的作用。所谓视频“转场”，用通俗的话来说，就是从一个视频到另外一个视频的平滑过渡。在视频中引入转场，能够使影视作品内容的逻辑条理性更强、富于节奏、情节的发展更清晰。所谓视频“特效”，就是用来表现非常规现象和正常手段及技术无法实现的场景的一种技术手段。数字视频技术和计算机数字视频特效技术在电视和电影制作中起到了越来越重要的作用。特效能够在节约拍摄时间、降低影片成本的情况下完成巨大、困难甚至危险的摄制任务，创造全新的影视镜头，此外，视频特效在虚拟现实方面也起到了重要的作用，它能够大幅提高影视镜头的表现力和艺术效果，给观众带来视觉冲击。因此，对于视频特效的研究就成为了人们关注的应用技术热点之一。1.2 国内外研究现状 伴随着电脑技术的飞速发展，影视业慢慢地走进了一个数字技术开创的新的影视天地。到1996年时，在美国大约有50以上的影片用电脑技术制作视觉画面。步入2l世纪，影视制作技术迎来了新的数字时代。其已经成为当代影视作品中的一种有效的表现手法。数字转场特效在后期制作素材或后期剪辑中是一个有力的工具，同时也是贯穿在影视制作中每一道工序的非常重要手段。而对于视频转场与特效的研究是一门影视作品的视觉艺术和数字技术相结合的学问。 在视觉艺术方面，视频节目中场面的转换，是内容发展到一定程度的要求3。目前的电影转场可以方法分为“有技巧转场”和“无技巧转场”4两种。“有技巧转场”是用光学技巧方法实现场面转换的，多用“淡入淡出”、“划”等技巧。使用技巧转场可以使影片的过渡明确，段落层次十分清晰。“无技巧转场”是运用跳切来转换时空，注重动作的大跳跃和时空的大跳跃，但这种大跳跃要以时间、故事情节、人物关系的合理联系为依据，可以起到场景、段落转换自然流畅，加强喜剧效果，突出影片的整体感。对于观众来说，场面转换的视觉心理要求是：心理的隔断性和视觉的连贯性3。所谓的心理的隔断性，就是要使观众有明确的段落感。所谓的视觉的连贯性，就是利用造型因素和转场手法，使人在视觉上感到场面和场面之间，段落与段落之间的过渡自然、流畅。对于技巧和无技巧转场两种方式，前者强调了心理的隔断性而忽视了视觉的连贯性，而后者却恰恰相反，强调的是视觉的连贯性。在数字技术方面，转场的优劣直接关系到一部作品的编辑质量。2004年，梁丽等对电视画面过渡与合成的技术手段进行总结，并提出利用视频切换设备将来自不同图像源的信号通过电子处理，来达到转场效果的方法5。组接的技术手段主要有混合、扫换、键控、切换四大类，借助按键来通断直流控制电压以控制相关集成电路来通断视频信号。2005年，基于对不同转场特效共同点，开发视频转场的一个模块化、灵活、可扩展的模型6被提出，它把视频转场的实现分为4个子模块：输入视频中的源区域，生成视频中的目标区域，源区域到目标区域的映射方法，背景。每个模块都可以展开独立的开发和设计，并且子模块有很好的可取代、可修改和再利用性。让高效制作大量视频转场样式成为可能，让实现转场模型的子模块能够通过并行方式被开发。而对于特效的研究，随着视频特效技术的不断发展，视频特效软件越来越受到关注，硬件商们不断地为其提供更好的服务设施，软件功能和品种也越来越多。不过到目前为止，特技软件的开发是整个计算机界最难、最复杂的技术之一7，而且只限高度专业化人员使用，且价格相当昂贵。目前活跃在影视制作的合成软件与3D软件Inferno*、Flame*、Fire*、Maya、3Dmax等。这些软件各有所长、分别运行于从超级到中、高档的SGI工作站上，他们之间通过相互集成组合，可优势互补发挥出强大的功能。如实时环境中的二维和三维视觉效果、多层合成图像、图像运动的稳定和跟踪、人物复制和场景延伸、变形及用于抠像、颜色调整和绘画的工具。按照特效的产生方式与真实影像的关系，我们可以将视频特效大体分为三大类别：计算机生成影像、数字影像处理、数字影像合成。综合国内外对于视频特效的研究，大体可以分为以下几个方向： （1）对虚拟现实中的实时特效系统的研究； （2）对数字图像处理的研究； （3）对视频合成方法的研究。1.3 研究目的及意义在影视作品制作初期，特效镜头是以各项技术来配合来完成的。到如今，在计算机技术和电视数字化技术的不断进步下，非线性编辑系统产生了。如电视台常见的索贝、大洋非编系统，又如常见于PC上的Adobe premiere、canopus edius等，它们都拥有强大的视频转场特效模块。令人震撼的画面效果，就是在这一过程中产生的，而非线性编辑软件功能的强弱，往往也是体现在这方面。非线性编辑系统的出现与发展，一方面使影视制作的技术含量在增加，越来越“专业化”，另一方面，也使影视制作更为简便，越来越“大众化”，制作视频转场特效也更加方便了。2005年，中国的一些学者为开发视频转场提出了一个更加模块化、灵活、可扩展的模型6，将视频转场特效的开发推向一个规范、通用的方向。然而，目前多数非线性编辑都是以工作站形式运作，非线性编辑软件大都需要专用注册，它们往往是局限于一段时间内对于同一视频的剪辑。本课题致力于研究视频转场特效的原理，并将转场特效用编程方法来实现，可方便地用于日常的视频与特效合成，并能同时对多个视频进行加特效转场处理，此外，也可以作为开发非线性编辑系统、数字电视特技机系统转场特效模块的技术支持。因此，研究和实现视频转场特效，具有广泛和实际的意义。 1.4 本文的主要内容及工作安排 本文在论述安排上主要分为以下几个部分： 第一章 简要介绍视频转场特效的研究背景，国内外现状以及本课题的主要研究目的和意义； 第二章 简要介绍视频转场特效的概要研究，包括视频转场特效的应用方向和分类、视频转场特效设计的总体设计思路； 第三章 详细介绍视频转场特效的设计方法，包括闪黑、飞入、擦除、百叶窗、裂像五个视频转场，和画中画、画面扩缩两个视频特效；介绍实验测试的环境和平台，并用matlab进行实验测试，得出结果； 第四章 总结全文，指出自己所做工作以及设计和论文需要进一步改进的地方。2 视频转场特效的概要研究 2.1 视频转场特效的应用方向和分类 （1）视频转场在电视画面中的应用。在电视画面中，电视图像的传送除了要保证必要的技术指标外，还要讲求艺术效果。一些大型的文艺节目和体育比赛的现场直播往往是由几部、乃至几十部摄像机从不同角度进行拍摄，所有的图像源产生的信号最后集中到视频切换设备供导演选择。导演根据节目需要，在不同时刻将其中的某一路信号送往发射机。为加强电视节目的艺术效果，还可利用视频切换设备，将来自不同图像源的信号通过电子处理，组合成新的图像信号，形成生动、新颖的画面，或者产生实地拍摄不易达到的效果。从电视画面的重现效果来看，电视节目的播放过程实际上是不断发送和重现一个时间序列的二维平面图像的过程。首先，从时间序列来看，一个电视节目是由许多镜头组接而成的。组接是由一个镜头转换为另一个镜头的过程，也称作画面过渡。组接的技术手段主要有混合、扫换、键控、切换四大类8。切换在电视屏幕上表现为：一个画面瞬间变换为另一个画面；混合也称作慢转换，慢转换在屏幕上表现为一个画面由强变弱至逐渐消失，而另一画面同时由弱变强至最终取代；扫换是一种分画面特技，即整个电视屏幕被，两个画面分割，并且两个分画面的分界线还可沿所需方向移动；键控是利用一个视频信号中不同部位参量（例如亮度和色度）的不同，经过处理形成高/低双值键控信号，去控制电子开关，使待合成的两路视频信号交替输出，形成一个画面的一部分被抠掉而填进另一画面的效果，俗称“抠像”。（2）视频转场在电影画面中的应用。就电影的转场方法而言，总体上有“有技巧转场”和“无技巧转场”两种。“有技巧转场”技巧转场是通过电子特技切换台或后期软件中的特技技巧，对两个画面的剪辑来进行特技处理，完成场景转换的方法。一般包括叠化、淡出淡出、翻页、定格、翻转画面和多画屏分切等技巧。使用技巧转场可以使影片的过渡明确，段落层次十分清晰。“无技巧转场”就是不用技巧手段来“承上启下”，而是用镜头的自然过渡来连接两段内容。使用摄像机镜头的推、拉、摇、升、降、跟、甩、移都可用来转场。这种自然的过渡是建立在选择相宜镜头的基础上。在连接处，通过一两个合适的镜头自然地承上启下，这在一定程度上加快了影视画面的节奏，体现出编辑者的巧妙构思与创作技巧。常用的转场方式有相同主体转场、主观镜头转场、特写转场、空镜头转场、利用情节和内容的呼应关系转场。（3）视频特效在虚拟演播室中的应用9。虚拟演播室是一种全新的电视节目制作工具，虚拟演播室技术包括色键技术、计算机虚拟场景设计、摄像机跟踪技术等10。虚拟演播室技术是在传统色键抠像技术的基础上，充分利用了计算机三维图形技术和视频合成技术，根据摄像机的位置与参数，使三维虚拟场景的透视关系与前景保持一致，经过色键合成后，使得前景中的主持人看起来完全浸尽于计算机所产生的三维虚拟场景中，从而创造出逼真的、立体感很强的电视演播室效果。 2.2视频转场特效设计思路基于对不同效果共同点的分析，对于视频转场的设计而言，两个视频的交汇处，即第一个视频的最后几帧和第二个视频的前几帧是图像处理的重点。因此，转场的产生可以分为几个独立的逻辑部分，我们把设计过程分为四个步骤（如图2-1）：将输入视频分解成帧对需要加入转场特效的帧进行处理对处理完成的帧进行排序，合成视频并播放获取输入视频的信息图2-1 总体设计流程图 （1）确定源区域；原始对象A,B 假设我们有两个视频素材A和B，它们分别产生于不同镜头，有着不同的场景和角色。 A=S1(x,t), tt1,t2 B=S2(x,t), tt3,t4 其中，x表示的是帧平面上的坐标，t表示的是时间轴上的坐标。 在A和B中，当t1t2=t3t3，如图2-2所示。我们把A称为前视频素材，B称为后视频素材。图2-2：转场帧序列 （2）确定目标区域；生成对象C的定义 C=S(x,t), tt3,t2 C是转场生成的视频，或者只是满足下列条件的目标视频： S(x,t3)=S1(x,t3), S(x,t2)=S2(x,t2) 这些表达式指的是生成视频的第一帧和最后一帧，对应的是前视频素材的第一帧与后视频素材的最后一帧。 现在我们可以把注意力集中在生成的视频C上。视频C的效果取决于四个时变的因素：源区域、目标区域、映射方法、背景。对于它们的定义都共用同一时间参考-只有引用同一时间参考，它们才会是有意义的。 （3）确定映射方法； F(S1(xA,tA),S2(xB,tB) S(x,t) tAt3,t2, tBt3,t2, tt3,t2 在这里F指的是能够通过S1、S2来表示出S的变换法则。xA、xB和x标记出了A、B视频素材中各自参与转场过程的像素的区域，我们称它们为相应的源区域和目标区域。从第一个例子的研究中，我们可以发现目标区域往往只包含帧平面坐标上一块特定的部分S（x,t），而源区域往往包含帧平面坐标上的S1（x,t）或/与S2（x,t）。（4）背景。有时我们用图片甚至动画作为背景以达到转场效果。背景的一个重要的特点是它的像素显示了与源素材无关的图片信息。3 视频转场特效的详细设计 3.1 源视频的获取 3.1.1 图像在矩阵中的显示如图3-1是一张数字图像与其相对应的像素点。图3-1 图像与其相对应的像素点图像本身就是一个二维连续函数，图像的幅度是其位置的连续函数。然而在计算机中对图像进行数字化处理时，首先必须对其空间和幅度进行数字化处理，也就是采样、量化。对二维图像的均匀采样，就可以得到一副离散成MN像元的数字图像。用I=f (m , n)表示模拟图像f (x , y)的数字化结果。如图3-2表示图像的坐标系。该坐标系中的一幅图像可用一个二维矩阵f (m , n)表示，(m , n)为图像元素，即像素。f (m , n)的取值为灰度，一幅图像的灰度种类称为灰度级12。f (m , n)=f ( 0, 0)f ( M-1, 0)f ( 0, 1)f ( 1, 0)f ( 1, 1)f ( 0, N-1)f ( M-1, 1)f ( 1, N-1)f ( M-1, N-1)图3-2 图像坐标系 3.1.2 视频序列的获取视频是利用人眼的“视觉滞留”原理，将多副图像以高于一定的速度播放，就成了连续不断的视频图像。为了减少存储空间，提高清晰度，便于网络传播等原因，人们往往将视频文件以一定的算法进行压缩，很难将其中的某一副图片手工提取出来。而用MATLAB提供视频及图像处理的工具箱，可以很方便的对视频文件任意一副图像进行操作。用表3-1列出了一些常用的图像处理相关的函数，可以方便的实现绝大多数日常的图像处理13。表3-1 部分与图像相关函数列表序号函数名函数功能1Imread读入一幅图像文件2Imshow显示一幅图像3Colormap设置图像的色彩映射4Ind2rgb将一幅索引图像转变为RGB图像5Imfinfo获得一幅图像相关信息6Imwrite输出一幅图像文件用表3-2的一些与AVI文件处理相关的函数，我们可以方便读取AVI 文件的相关信息，并利用这些信息提取出AVI 文件中任意感兴趣的一帧画面。表3-2 部分与AVI 文件相关函数列表序号函数名函数功能1Aviinfo获得AVI视频文件的相关信息2Aviread读入AVI视频文件3addframe将一幅图像作为帧加到AVI文件中常见的视频格式有：AVI、MOV、WMV、MPEG、REAL VIDEO、3GP、QuickTime、MKV、ASF、FLV等，而在Matlab中有效的读入视频帧则需要符合要求的视频编码方式，并非所有的视频文件格式都满足。故需对视频格式进行转换，以便视频帧在Matlab环境中能够被正常读入。因此对视频运用Matlab软件进行处理之前，应先对其格式进行转换，使之成为恰当的avi格式以便读取，从而实现将视频文件转换为图片序列，以便接下来进行的图像处理。本文采用Camtasia studio 4软件对视频进行采集和转码，可以对源视频素材进行挑选和截取，生成视频的编码器选择TechSmith Screen Capture Codec编码，能使生成的avi视频能够被matlab读取14。图3-3 视频素材剪辑界面 在Camtasia studio的软件界面，素材剪辑箱中可添加所需素材，经过简单的时间点编辑，打出入点，即可点击生成视频按钮，根据软件的步骤点击下一步，生成所需的AVI视频素材。图3-4 生成AVI格式的视频编码 在AVI编码选项中，我们将视频压缩编码选择“TechSmith Screen Capture Codec”选项，这样，生成出来的AVI视频就能被matlab读取。在Matlab函数库中，可以直接调用aviread()函数来实现对于实验视频的读取；调用aviinfo()函数可以查看该视频的属性，包括文件名、文件大小、帧数、帧速率等（如图3-5）；读取视频后，调用video=mov.cdata，就能用videon读取视频中的任意一帧，n为视频的帧号。图3-5 matlab读取视频 3.2 实验环境 3.2.1 实验平台 本实验采用MATLAB R2009b实现。图像是人类赖以获取信息的最重要来源之一。图像技术与计算机技术不断融合，出现了一系列图像处理软件，其中最典型的是MATLAB，该软件为图像技术的发展提供了强大支持。MATLAB（Matrix Laboratory）是矩阵实验室的简称，最基本的数据结构是数组，数字图像用数组（矩阵）存储，矩阵中的一个元素对应于图像的一个像素，这意味着MATLAB矩阵运算功能可以应用于图像处理。MATLAB已成为国际公认的最优秀的科技应用软件之一，具有编程简单、数据可视化功能强、可操作性强等特点，而且配有功能强大、专业函数丰富的图像处理工具箱，是图像处理的一个重要软件工具。 数字图像处理是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。一般来讲图像处理主要包括三个方面11： （1）提高图像的视感质量，如改变图像亮度和彩色，增强或抑制某些成分，对图像进行几何变换等，以改善图像的质量。 （2）提取图像中所包含的某些特征或特殊信息，所提取出来的特征或信息往往为计算机分析图像提供便利。提取的特征包括很多方面，如频域特征、灰度特征、颜色特征、边界特征、区域特征、文理特征、形状特征、拓扑特征和关系结构等。 （3）图像数据的变换、编码和压缩以便于图像的存储和传输。MATLAB强大的矩阵运算能力用于图像处理非常有利，矩阵运算的语法对MATLAB中的数字图像同样适用。因此本次实验选MATLAB实现视频转场特效的合成。3.2.2运行环境（1）操作系统：Windows 7（2）CPU：Intel（R）Core (TM) Duo 2.00G（3）内存：2.00G（4）显卡：NVIDIA GeForce 9200M GS（5）硬盘：250G 3.3 视频转场特效的设计与测试对于不同视频转场的相同点的分析，视频转场的实现关键是对第一个视频的最后帧和第二个视频的前几帧进行动态处理，使其进行平滑的过渡和衔接。如图3-6为生成视频转场的流程图，生成多种视频转场（如闪黑、飞入、擦除、百叶窗、裂像等）均适用。不同转场之间的差异在于对帧进行处理时的算法不同。假设我们有两个视频素材A和B，它们分别产生于不同镜头，有着不同的场景和角色，接下来本文对于每个转场进行详细分析。是将两个视频文件转换为AVI格式输入这两个视频并读取视频信息依次读取视频序列中的每帧图像设定转场发生的帧数n对该帧进行处理依次判定视频序列的每帧是否为转场或特效帧视频的帧是否读取完毕将处理完毕的帧排序并组成视频输出存储至变量，等待最后排序输出否是否图3-6 视频转场特效设计流程图3.3.1闪黑转场 闪黑转场是影视节目中最为常见的一个转场。其画面表现为：素材A的最后n帧逐渐变暗至黑色，紧接着素材B的前n帧由黑色逐渐变亮至正常播放。详细设计思路： （1）读取两个视频，将它们分别拆分成两个图片序列，存储在变量中。（2）确定转场发生的帧数n。例如n为30，则发生转场的帧数为30帧。除去这30帧之外的帧都被存储在变量中等待最后的排序。（3）制作转场的关键之处在于动态调整这30帧转场帧的亮度，这个功能用for循环、数组调用、和imdivide函数15就可以实现。 设置两个数组：一个数组控制视频帧数的累加，另一个数组控制帧的亮度因数。通过对数组内元素的调用和运算，用for循环处理转场帧。（4）最后运用im2frame函数将所有画面转换成视频帧，再用movie2avi(M,out.avi,FPS,25)将所有M参数组合起来，合成一个带有闪黑转场的AVI格式输出视频。代码详见附录1。图3-7 闪黑转场输出效果3.3.2飞入转场飞入转场的画面表现为：以素材A为背景播放的同时，素材B由下往上飞入直至把A全部覆盖。 详细设计思路： （1）读取两个视频，将它们分别拆分成两个图片序列，存储在变量中。 （2）确定转场发生的帧数n。例如n为30，则发生转场的帧数为30帧。除去这30帧之外的帧都被存储在变量中等待最后的排序。 （3）处理转场的30帧时，需要用到平移函数16如下： F=imread(1.jpg); se = translate(strel(1), 0 20); %参数0 20可以修改，修改后平移距离对应改变； J = imdilate(F,se); figure; imshow(J,);title(右移后图形); 要让素材B的前30帧从下往上飞入，即要以素材A画面为背景，控制素材B画面平移的位置。设置两个数组：一个数组控制视频帧数的累加，另一个数组控制素材B中帧的平移。通过对数组内元素的调用和运算，用for循环处理转场帧。 （4）运用im2frame函数将所有画面转换成视频帧，再用movie2avi(M,out.avi,FPS,25)将所有M参数组合起来，合成一个带有飞入转场的AVI格式输出视频。代码详见附录2。图3-8 飞入转场输出效果3.3.3擦除转场擦除转场的画面表现为：在素材A播放的同时,素材B从左上角至右下角以擦除方式显露。详细设计思路：（1）读取两个视频，将它们分别拆分成两个图片序列，存储在变量中。（2）确定转场发生的帧数n。例如n为30，则发生转场的帧数为30帧。除去这30帧之外的帧都被存储在变量中等待最后的排序。（3）处理转场的30帧时，我们利用matlab特有的矩阵构成视频画面的特点，擦除的过程即是素材B的帧矩阵逐步替代素材A的帧矩阵的过程。利用下式，a1a2表示帧矩阵的行，b1b2表示帧矩阵的列。将A图像的a1a2行，b1b2列替换成B图像的x1x2行，y1y2列。 A（a1:a2，b1:b2，:）=B（x1:x2，y1:y2，:）; 设置两个数组：一个数组控制视频帧数的累加，另一个数组控制素材B画面替代素材A画面的过程。通过对数组内元素的调用和运算，用for循环处理转场帧。（4）运用im2frame函数将所有画面转换成视频帧，再用movie2avi(M,out.avi,FPS,25)将所有M参数组合起来，合成一个带有擦除转场的AVI格式输出视频。代码详见附录3。图3-9 擦除转场输出效果 3.3.4百叶窗转场百叶窗转场的画面表现为：在素材A播放的同时,素材B像百叶窗开启而显露。详细设计思路：（1）读取两个视频，将它们分别拆分成两个图片序列，存储在变量中。（2）确定转场发生的帧数n。例如n为30，则发生转场的帧数为30帧。除去这30帧之外的帧都被存储在变量中等待最后的排序。（3）处理转场的30帧时，我们把A、B素材的画面按照宽度分成10等分，每等分中执行一个小的for循环，并都按照B帧矩阵从左到右替代A帧矩阵的过程进行。 设置一类数组控制视频帧数的累加，一类数组控制素材B画面替代素材A画面的过程。通过对数组内元素的调用和运算，用for循环处理转场帧。（4）运用im2frame函数将所有画面转换成视频帧，再用movie2avi(M,out.avi,FPS,25)将所有M参数组合起来，合成一个带有百叶窗转场的AVI格式输出视频。代码详见附录4。图3-10 百叶窗转场输出效果3.3.5裂像转场裂像转场的画面表现为：素材A的最后n帧分4块向旁边裂开，直至将素材B的前n帧显露出来。详细设计思路：（1）读取两个视频，将它们分别拆分成两个图片序列，存储在变量中。（2）确定转场发生的帧数n。例如n为30，则发生转场的帧数为30帧。除去这30帧之外的帧都被存储在变量中等待最后的排序。（3）处理转场的30帧时，我们先定义四个变量，分别对应素材A按中心十字划开的四块图像。结合上文提到的平移函数，将左上角的块逐渐向左上角平移，右上角的块逐渐向右上角平移，以此类推。边平移边替代背景素材B里的图像。设置一类数组控制视频帧数的累加，一类数组控制素材A画面替代素材B画面的过程。通过对数组内元素的调用和运算，用for循环处理转场帧。（4）运用im2frame函数将所有画面转换成视频帧，再用movie2avi(M,out.avi,FPS,25)将所有M参数组合起来，合成一个带有裂像转场的AVI格式输出视频。代码详见附录5。图3-11 裂像转场输出效果3.3.6画中画 输入视频为2个效果：素材A播放的同时，素材B以小窗口的形式展开至一定大小，播放一段时间后关闭。首先读取两个视频，将它们分别拆分成两个图片序列，存储在变量中。根据我们期望输出的效果，可以对代码中的参数进行设置，可设置的参数有：1）画中画的插入时刻2）画中画的播放时间3）插入画中画的窗口大小4）插入画中画的位置 作为示例，在本次实验中，我们设置的数据如图3-12：图3-12 画中画参数设置 该效果是以素材B的高度中心轴为中心，小窗口的形式向上下展开。设置一类数组控制视频帧数的累加，一类数组控制素材B画面替代素材A画面的过程。通过对数组内元素的调用和运算，用for循环处理转场帧。最后运用im2frame函数将所有画面转换成视频帧，再用movie2avi(M,out.avi,FPS,25)将所有M参数组合起来，合成一个带有画中画效果的AVI格式输出视频。为了取得更好的画面效果，本文画中画的小窗口边缘加入了羽化效果，将羽化算法加入for循环的图像处理语句中即可实现。代码详见附录6。 图3-13 画中画输出效果 输入视频为3个效果：输入A、B、C三个素材，素材A以全屏状态逐渐缩小至左上角，与其他素材同时播放。首先读取三个视频，将它们分别拆分成三个图片序列，存储在变量中。根据我们期望输出的效果，可以对代码中的参数进行设置，可设置的参数有：1）画中画的插入时刻2）画中画的播放时间代码详见附录7。 图3-14 画中画输出效果2 3.3.7 画面扩缩画面扩缩特效为画中画的扩展，效果表现为小窗口画面在播放时轮廓的放大缩小。同画中画原理类似，画面扩缩效果依然运用到帧画面替代的思想。 首先读取两个视频，将它们分别拆分成两个图片序列，存储在变量中。根据我们期望输出的效果，可以对代码中的参数进行设置，可设置的参数有：1） 画中画的插入时刻2） 画中画的播放时间3） 插入画中画的原始窗口大小 4）插入画中画的原始位置作为示例，在本次实验中，我们设置的数据如下，并把视频处理的过程设计为8个具体的部分（见表3-3）： h=0.6*height; w=44; %原始小窗口位置：高度中心轴位于大窗口height的0.6倍处;宽度左边线位于大窗口的44像素; imh=170;imw=250;%小窗口大小：高imh,宽imw表3-3 画面扩缩效果设计的8个部分及相关参数画面效果设计相关参数设置第1部分视频1（背景素材）播放n1帧;n1=100;第2部分插入视频2（画中画）画面张开用10帧;第3部分视频1、2同时正常播放n2帧;n2=200;第4部分视频2逐渐缩小并移至中心用10帧;第5部分视频2逐渐张开至全屏用15帧;第6部分视频2全屏后播放n2帧;n3=200;第7部分视频2逐渐缩小至关闭用15帧;第8部分视频1继续播放。将每部分分开处理，然后运用im2frame函数将各部分的画面序列转换成视频帧，再用movie2avi(M,out.avi,FPS,25)将所有M参数组合起来，合成一个带有画面扩缩效果的AVI格式输出视频。代码详见附录8。结合上文的视频合成原理，我们可以按照需求设计不同的画面运动轨迹，以达到更多不同的效果。图3-15 画面扩缩输出效果4 总结与展望 4.1 总结在视频中引入转场，能够使影视作品内容的逻辑条理性更强、富于节奏、情节的发展更清晰。特效能大幅提高影视镜头的表现力和艺术效果，给观众带来视觉冲击。视频转场特效作为影视作品不可或缺的部分，一直被广泛使用并不断发展。 视频转场特效合成的重要技术有图像提取、图像处理技术。为了达到合成视频转场的目的，首先我着手研究单张图片的处理，了解图像处理的各种方法和函数。后来便循序渐进，把数组和单张图片处理相结合，实现动态处理图像。经过不断实验和调试，将处理好的图片合成视频。本文详细介绍视频转场特效的设计方法，具体包括闪黑、飞入、擦除、百叶窗、裂像五个视频转场，和画中画、画面扩缩两个视频特效，并对其画出了设计流程图。通过本次对视频转场特效的研究与实现，我对数字图像压缩合成技术和数字视频处理技术有了更深刻的认识，了解并掌握了视频转场特效的实现能力，包括对MATLAB开发环境以及一些图像处理的知识等都有了一定的了解。对多画面合成的代码编写不仅需要扎实的语言基础，还需要触类旁通、举一反三、善于思考总结的学习能力。在展开程序编写之前，先规划了算法步骤中的各部分功能模块，再选择合适的开发环境进行详细设计。所以通过此次设计，不仅学到了很多程序开发上的知识，还对视频转场特效的实现有了更深入的理解。 4.2 展望由于时间和水平有限，本论文的研究和工作难免存在不足之处，因而对今后有待重点研究和改进的地方所作的几个设想：（1）从本文阐述的转场和特效的分类中可以看出，转场特效在不断朝着多元化发展。本文对五个转场和两个特效进行了仿真，不能涵盖所有具代表性的转场特效，并且以矩形形状的图像处理为主，后面的研究可以向曲线、立体的方向展开。（2）读取视频的方式：本次实验的思想是将源视频全部拆分成图片，再对需要处理的转场帧进行判断、处理，这个过程花费了过多的时间，降低了运算效率。在后面的研究中可以考虑如何在不将视频全部转化为图片的情况下，读取某些需要处理的图片，再进行视频合成。（3）关键帧的定位：本次实验是以转场或特效帧数n来定位发生转场或特效的时间。纵观大多数非线性编辑软件的操作界面，这个方法显然不够便捷。在后面的研究中可以考虑设置一个入点、出点的概念，让实验更直观，更符合制作人员的操作习惯。致谢时间如梭，转眼毕业在即。回想在大学求学的四年，心中充满无限感激和留恋之情。感谢母校为我们提供的良好学习环境，使我们能够在此专心学习，陶冶情操。这次毕业论文设计，我得到了很多老师和同学的帮助，首先感谢我的导师老师。李老师不仅在学业上言传身教，而且以其高尚的品格给我以情操上的熏陶，渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。在此谨向李老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。本文的写作更是直接得益于他的悉心指点，从论文的选题到体系的安排，从观点推敲到字句斟酌，无不凝聚着他的心血。然后我要十分感谢胡一梁老师，他在四年的大学生活中给予我们无微不至的关怀，无论专业知识的传授，还是做人做事的引导，事无巨细，胡老师都如慈父严师般教导我们。毕业之际，带着感恩与不舍之情谨向胡老师表示诚挚的谢意。另外，我必须感谢在一起愉快的度过毕业论文小组的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。 最后，再一次感谢曾经关心和帮助过我的老师、同学和朋友们，感谢你们在我学习和生活上的支持和帮助。在未来的日子里，我会更加努力的学习和工作，不辜负父母对我殷切期望和老师的教诲，做出好成绩，来回报曾经的每一个恩情。参考文献1 余慧娟.数字图像处理研究现状J.江西:华东交通大学,2008.2 桃李现场.电影EB/OL./view/2382.htm,2012.12.3 李康.也谈家庭“小电影”制作中转场技巧的运用J.科技信息,2009,23:525-531.4 巩新龙.解读电影的场面和转场J.当代电影,2005,5:131-133.5 梁丽,杨晓宏.电视画面过渡与合成的技术手段J.电视技术,2004,4:57-60.6 BU Jia-jun,ZHAO Chuan-yu,CHEN Chun.A framework to create video transition effectJ.JOURNAL OF ZHEJIANG UNIVERSITY SCIENCE A,2005,6(z1):58-6