第一讲数字视频基本概念

1、数字视频制作技术教育技术教研室何建课程教学目的n掌握数字视频节目制作的基本知识，能够根据掌握数字视频节目制作的基本知识，能够根据教学教学需要制作适合不同应用平台的视频节目。需要制作适合不同应用平台的视频节目。 n掌握数字视频编辑和合成的基本技能，熟悉视掌握数字视频编辑和合成的基本技能，熟悉视频节目的编辑、特效、字幕、配音等后期制作频节目的编辑、特效、字幕、配音等后期制作工作内容和要领。工作内容和要领。n掌握开发各种在线视频和电视教材的主流方法掌握开发各种在线视频和电视教材的主流方法和普遍规律，能独立完成各类视频节目的编制和普遍规律，能独立完成各类视频节目的编制工作并能胜任校园电视台的主要工作。

2、工作并能胜任校园电视台的主要工作。n为进一步学习数字学习资源开发或数字动漫制为进一步学习数字学习资源开发或数字动漫制作打下坚实基础。作打下坚实基础。 课程教学内容n主要内容主要内容n数字视频基本知识数字视频基本知识n视频非线性编辑系统的组成、非线性编辑的操作流程和视频非线性编辑系统的组成、非线性编辑的操作流程和技巧技巧n重点掌握一款典型的视频非线性编辑软件：重点掌握一款典型的视频非线性编辑软件：Adobe Premiere Pro(Adobe Premiere Pro(同步掌握同步掌握EdiusEdius或或VegasVegas等非编软件等非编软件) ) n初步掌握一款典型的视频后期合成软件：

3、初步掌握一款典型的视频后期合成软件：Adobe After Effects(Adobe After Effects(同步了解同步了解NukeNuke等合成软件等合成软件) )n微视频、微电影、视频光盘、影视栏目包装实践微视频、微电影、视频光盘、影视栏目包装实践关于课程学习的几点建议一、成立学习小组，以小组为单位开展学习活动。每组一、成立学习小组，以小组为单位开展学习活动。每组人数控制在人数控制在6 6人左右。人左右。二、采用任务驱动的学习方式。每个小组在课程结束前二、采用任务驱动的学习方式。每个小组在课程结束前至少完成一部微电影的制作（建议是微课教学视频、励至少完成一部微电影的制作（建议是微课

4、教学视频、励志短片、科教片、电视散文等类型，紧扣时代热点，弘志短片、科教片、电视散文等类型，紧扣时代热点，弘扬主旋律，节目长度控制在扬主旋律，节目长度控制在1010分钟左右）；同时，学生分钟左右）；同时，学生个人在课程学习期间须独立完成个人在课程学习期间须独立完成多多部微视频或影视合成部微视频或影视合成作品的制作。作品的制作。三、重视合作学习。每个学习小组定期交流关于课程的三、重视合作学习。每个学习小组定期交流关于课程的学习心得，不排斥期间由教师给每个学习小组指定学习学习心得，不排斥期间由教师给每个学习小组指定学习任务，由小组推荐代表进行课堂交流。任务，由小组推荐代表进行课堂交流。推荐学习资源

5、我要自学网（)火星网（http:/ CMY模型（Cyan，Magenta，Yellow）是采用青、品红、黄色3种基本颜色按一定比例合成颜色的方法。CMY模型又称为减色法混色模型，因为色彩的显示不是直接来自于光线的色彩，而是光线被物体吸收掉一部分之后反射回来的剩余光线所产生的。光线都被吸收时成为黑色，当光线都被反射时成为白色。YUV适用于PAL和SECAM彩色电视制式，而YIQ适用于NTSC（National Television System Committee,国家电视系统委员会）彩色电视制式。其中Y是亮度信号，U和V则是两个色差信号，分别传送红基色分量和蓝基色分量与亮度分量的差值信号。在N

6、TSC彩色电视制式中使用YIQ模型，其特性与YUV模型相近。 （4）HSI颜色模型 HIS（Hue Saturation Intensity颜色模型用H、S、I三个参数描述颜色特性，其中H定义颜色的波长，称为色调；S表示颜色的深浅程度，称为饱和度；I表示强度或亮度。这些正是颜色的三要素。 20481536 2K超清38402160 4K超清单元目录像素比是指图像中的一个像素的宽度和高度之比，帧宽高比则是指图像一帧的宽度和高度之比。在非线性编辑工作中建立新项目时，根据最终作品的要求都需要设置项目视频画面的帧宽高比，当导入的视频素材使用了与项目设置不同的帧宽高比时，就必须确定如何协调这两个不同的参

7、数值。像素的宽高比为1时是方形像素，其它类型是矩形像素，这主要取决于不同标准的视频图像的水平与垂直像素数目的比值与其帧宽高比是否相同。、场、场序、SMPTESMPTE时间码 1.视频数字化过程扫描扫描采样采样量化量化编码编码模拟视模拟视频信号频信号数字视数字视频信号频信号视频是连续的图像视频是连续的图像图像是离散的视频图像是离散的视频 2.数字视频的特点优点： 数字视频便于创造性的编辑与合成 数字视频可不失真地进行多次复制 在网络环境下容易实现资源共享 数字视频可与其它媒体组合使用不足：处理速度慢 数据量大(压缩、光盘)、数字视频的压缩编码1.为什么要进行压缩编码2.数字视频压缩算法3.数字视

8、频压缩标准4.关于MPEG2、H.264和AVS5.数字视频文件格式单元目录视频压缩的依据空间冗余：如图像中有许多颜色相同或相近的连续像素组成的区域，像素间具有强相关性.时间冗余：序列图像中，相邻帧间有强相关性。 视觉冗余：图像的某些信息超出人眼的接受力。视频压缩的依据结构冗余：图像存在明显分布状态知识冗余：有些图像的结构可由先验知识或背景知识得到。视频压缩的依据视频压缩的类型有损(Lossy )压缩和无损(Lossless) 压缩帧内(Intraframe)压缩和帧间(Interframe)压缩对称(Symmetric)压缩 和不对称(Asymmetric) 压缩 一、MPEG标准概述 MP

9、EG(Moving Picture Experts Group,运动图像专家组)是在1988年由ISO/IEC联合成立的工作组，其主要任务是制订各种运动图像及其伴音信号的数字压缩国际标准。1.MPEG-1标准 MPEG-1是92年通过的用于1.5Mbps速率的数字存储媒体运动图像及伴音编码标准。 MPEG-1主要应用：光盘、数字录音带、磁盘、通信网络以及VCD等。2.MPEG-2标准 MPEG-2是1994年通过的用于4-15Mbps速率的广播级运动图像及伴音编码国际标准。 MPEG-2主要应用：DVD、HDTV(高清晰度电视)、视频会议以及多媒体邮件等。3.MPEG-4标准 MPEG-4是1

10、998年通过的用于低比特率(64kbps)的视频压缩编码标准。 主要应用：可视电话、视听对象(交互) 衍生DIVX：DivX是将影片的音频由MP3来压缩、视频由MPEG-4技术来压缩，最后再将两部分合成制作而成的 Xvid （真正全开放，性能比DIVX更佳）.H.264/AVC是由ITU-T视频编码专家组（VCEG）和ISO/IEC动态图像专家组（MPEG）联合组成的联合视频组（JVT，Joint Video Team）提出的高度压缩数字视频编解码器标准。 (H.264/MPEG-4 AVC )x.264是H.264的另外一种开源编码格式 ,相对依赖CPU软件解码. .VC-1微软公司高清电视

11、压缩标准，VC-1和H.264一样是下一代数字高清电视的视频压缩标准 , VC-1是SMTP(美国电影协会）所有，只有付费才能拿到.AVSAVS（Audio Video coding Standard）为中国具备自主知识产权的第二代信源编码标准，此编码技术主要解决数字音视频海量数据（即初始数据、信源）的编码压缩问题，故也称数字音视频编解码技术。AVS与H.264相比具有以下特点：lAVS的性能高，与H.264的编码效率相当。lAVS的复杂度低，编码复杂度比H.264明显低，软硬件实现成本都低于H.264。lAVS编码技术为中国主导的知识产权，专利授权模式简单，费用较H.264低。 MPEG-2

12、标准由系统、视频、音频三个主要部分组成。系统部分描述音频、视频以及其他数据基本码流之间如何复用成单一码流，并保证基本流之间的同步关系。系统层有两种组成方式：程序流（PS）和传输流（TS）。视频、音频等基本码流先打包成PES，再复用成适合于传输用的传输流和适合于存储用的程序流。视频部分包含视频数据的编码方式以及解码过程。采用的编码方式是混合编码方式。音频部分包含了音频数据的编码表达式以及解码过程。MPEG-2有三种编码方式：1.帧内压缩编码方式2.帧间压缩编码方式3.帧内及帧间压缩编码方式MPEG中有3种帧：独立帧（Intraframes），又称为I帧，它被单独编码；预测帧（Predicted

13、frames），又称为P帧，它要依据前1个I帧或P帧进行编码；双向参考帧（Bidirectionally interpolated frames），又称为B帧，它要同时参考前1帧和后1帧进行编码。通过对运动矢量和DCT系数进行游程编码，就可以大量减少图象的bit数。I帧编码是采用帧内编码方式，为了减少空间域冗余，P帧和B帧是采用帧间编码方式，为了减少时间域冗余。编码过程可以简单归纳如下：第1步: 选择一个I帧、P帧或B帧; 第2步：在B帧或P帧情况下执行运动补偿;第3步：对88块进行DCT变换;第4步：对变换后得到的系数进行量化;第5步：进行变长编码。MPEG2有两个大的特点，一个是运动补偿带

14、来的高压缩比，另一个就是根据不同的需求，通过参数的调节做到码率可变。以下是几种典型应用：1、数字化片库：压缩比的提高对节目的存储所需要的资源大大降低。采用基于MPEG2的数字化节目库可以以较小的成本取得很好的效益。2、节目传输：高压缩比和可变的输出码率使得MPEG2技术在节目传播应用上发展迅速。在低至1.5MBIT/S的码率下，MPEG2数据流仍然能提供相当的图象质量，因此目前的模拟电影频道甚至可以传送四路电视节目。这在地面广播、有线电视和卫星广播上都很有吸引力，可以节约大量的成本。3、高清晰度电视：由于高清晰度电视的分辨率很高，带来的问题是所需的节目传输带宽很高，必须使用高压缩比才有可能传送

15、高清晰度电视。在这一点上，目前只有MPEG2技术能够胜任。4、在数字化视频磁带、激光视盘、电视会议以及数字照相机等方面，MPEG2也具有很广的应用前景。H.264标准和MPEG-4第10部分（正式名称是ISO/IEC 14496-10）在编解码技术上是相同的，这种编解码技术也被称为AVC,即高级视频编码。H.264是国际标准化组织（ISO）和国际电信联盟（ITU）共同提出的继MPEG4之后的新一代数字视频压缩格式，它即保留了以往压缩技术的优点和精华又具有其他压缩技术无法比拟的许多优点。1低码率（Low Bit Rate）：和MPEG2和MPEG4 ASP等压缩技术相比，在同等图像质量下，采用H

16、.264技术压缩后的数据量只有MPEG2的1/8，MPEG4的1/3。显然，H.264压缩技术的采用将大大节省用户的下载时间和数据流量收费。2高质量的图象：H.264能提供连续、流畅的高质量图象（DVD质量）。3容错能力强：H.264提供了解决在不稳定网络环境下容易发生的丢包等错误的必要工具。4网络适应性强：H.264提供了网络抽象层（Network Abstraction Layer），使得H.264的文件能容易地在不同网络上传输（例如互联网，CDMA，GPRS，WCDMA，CDMA2000等）。编解码流程主要包括5个部分：帧间和帧内预测（Estimation）、变换（Transform）和

17、反变换、量化（Quantization）和反量化、环路滤波（Loop Filter）、熵编码（Entropy Coding）。高标清高标清H.264H.264录播系统录播系统提供优良画质的数字视音频内容播放，并支持多网络安全应用，如下图例：H.264H.264高标清视音频编码器高标清视音频编码器视频发布及数据库服务器视频发布及数据库服务器AVS是我国具备自主知识产权的第二代信源编码标准，是信息技术 先进音视频编码系列标准的简称，其包括系统、视频、音频、数字版权管理等四个主要技术标准和符合性测试等支撑标准。编码效率比较：MPEG-4是MPEG-2的1.4倍，AVS和AVC相当，都是MPEG-2两

18、倍以上。AVS标准三大特点：1. 我国牵头制定的、技术先进的第二代信源编码标准先进；2. 领导国际潮流的专利池管理方案，完备的标准工作组法律文件自主；3. 制定过程开放、国际化开放AVS视频与MPEG标准都采用混合编码框架，包括变换、量化、熵编码、帧内预测、帧间预测、环路滤波等技术模块，这是当前主流的技术路线。AVS的主要创新在于提出了一批具体的优化技术，在较低的复杂度下实现了与国际标准相当的技术性能，但并未使用国际标准背后的大量复杂的专利。AVS-视频当中具有特征性的核心技术包括：8x8整数变换、量化、帧内预测、1/4精度像素插值、特殊的帧间预测运动补偿、二维熵编码、去块效应环内滤波等。AV

19、S视频标准定义了I帧、P帧和B帧三种不同类型的图像I帧中的宏块只进行帧内预测P帧和B帧的宏块则需要进行帧内预测或帧间预测预测残差进行88整数变换（ICT）和量化，然后对量化系数进行zig-zag扫描（隔行编码块使用另一种扫描方式），得到一维排列的量化系数，最后对量化系数进行熵编码。AVS视频标准的变换和量化只需要加减法和移位操作，用16位精度即可完成。AVS视频标准使用环路滤波器对重建图像滤波，一方面可以消除方块效应，改善重建图像的主观质量；另一方面能够提高编码效率。滤波强度可以自适应调整。帧内预测：基于88块，5种亮度预测模式，4种色度预测模式运动补偿变块大小：1616、168、816、88

20、变换与量化：88整数变换，编码端进行变换归一化，量化与变换归一化相 结合，通过乘法、移位实现熵编码：上下文自适应2D-VLC，编码块系数过程中进行多码表切换环路滤波：基于88块边缘进行，简单的滤波强度分类，滤波较少的像素，计算复杂度低主要面向高清晰度和高质量数字电视广播、网络电视、数字存储媒体和其他相关应用。具有以下特点：（1）性能高，编码效率是MPEG-2的2倍以上， 与H.264的编码效率处于同一水平；（2）复杂度低，算法复杂度比H.264明显低， 软硬件实现成本都低于H.264；（3）我国掌握主要知识产权，专利授权模式 简单，费用低5、数字视频文件格式（容器格式）视频容器格式定义了怎么存

21、储数据（视频和音频），而不论存储什么类型的数据，不是所有视频格式能兼容该容器格式。（一般我们说视频文件格式主要是指容器格式，而不是指编码格式） 1.AVI文件AVI是英语Audio Video Interleave的首字母缩写，由微软在1992年11月推出的一种多媒体文件格式，用于对抗苹果的Quicktime技术。 AVI的文件结构分为“头部”,“主体”和“索引”三部分。主体中图像数据和声音数据是交互存放的，其顺序是：若干视频帧之后接着若干音频帧，再然后是视频帧、音频帧，故名为“音频视频交织”。AVI本身只是提供了一个容器，内部的图像数据和声音数据格式可以是任意的编码形式。数字视频文件格式 2

22、.MOV文件 MOV即QuickTime影片格式，它是Apple公司开发的一种音频、视频文件格式。MOV文件具有优异的性能，并能被众多的多媒体编辑及视频处理软件所支持，用MOV格式来保存影片是一个非常好的选择。同时它也是网络上应用非常普遍的流媒体文件格式。数字视频文件格式3.MPEG/MPG文件 MPG文件是采用MPEG算法进行压缩的全运动视频文件格式。可同步播放全运动视频图像和CD音乐伴音。其扩展名一般是.mpg或.mepg Video CD的文件名是.DAT;M1V(基于MPEG1压缩算法); DVD文件一般是.VOB .M2V4. WMV文件 微软公司的编码方式，可用在Internet上

23、实时传播多媒体的技术标准 。可扩充的媒体类型、本地或网络回放、可伸缩的媒体类型、流的优先级化、多语言支持、扩展性等 5.Asf文件 asf(Advanced Streaming format)高级流格式 ； 是MICROSOFT 为了和现在的Real player 竞争而发展出来的一种可以直接在网上观看视频节目的文件压缩格式，实用于网络实时观看。数字视频文件格式数字视频文件格式.3GP文件3GP是一种多媒体储存格式，由Third Generation Partnership Project（3GPP）定义，主要用于3G手机上。3GP是MPEG-4 Part 14（MP4）的一种简化版本，减少了

24、储存空间和较低的带宽需求，让手机上有限的储存空间可以使用。3GP文件的影像部份可以用MPEG-4 Part 2、H.263或MPEG-4 Part 10 (AVC/H.264)等来编码，声音部份则支持AMR-NB、AMR-WB、AMR-WB+、AAC-LC或HE-AAC等编码。.MP4文件MP4，全称MPEG-4 Part 14，以存储数字音频及数字视频为主。 MP4至2013年仍是各大影音分享网站所使用主流，即使他们是在网站上多加一层Flash的影音拨放接口。数字视频文件格式.TS/PS/M2TS文件 都基于MPEG2/H.264/VC1算法进行压缩的全运动视频文件格式，有HDDVD和BD之

25、争。 HDDVD文件后缀为.TS （remux）（原版PS流 .VOB .EVO）BluRay-DVD(BD)后缀名：M2TS数字视频文件格式8.RM/RMVB文件 RMVB是一种视频文件格式，RMVB中的VB指VBR,Variable Bit Rate（可改变之比特率），较上一代RM格式画面要清晰了很多，原因是降低了静态画面下的比特率，可以用RealPlayer、暴风影音、QQ影音等播放软件来播放。 9.FLV/F4V文件FLV流媒体格式是一种新的视频格式。一般FLV文件包在SWF PLAYER 的壳里，并且FLV可以很好的保护原始地址，不容易被下载到，从而起到保护版权的作用。F4V是Ado

26、be公司为了迎接高清时代到来而推出的支持H.264的流媒体格式。它和FLV主要的区别在于，FLV格式采用的是H263编码，而F4V则支持H.264编码的高清晰视频，码率最高可达50Mbps。数字视频文件格式10.MKV文件（推荐）Matroska是一种多媒体封装格式，这个封装格式可把多种不同编码的视频及16条或以上不同格式的音频和语言不同的字幕封装到一个Matroska Media档内。它也是其中一种开放源代码的多媒体封装格式。mkv只是Matroska媒体系列的其中一种文件格式。物 理剪 辑1956年，安培公司发明了2英寸磁带录像机，电视节目不必像以前那样借助电影胶片记录和借助电影银幕播出了

27、。早期电视节目编辑沿用了电影的剪加方式，它首先用放大镜对磁带上的磁迹进行定位，然后使用刀片或切刀在特定的位置切割磁带，找出一段段所需的节目片段后，用胶带把他们粘在一起。这种编辑对磁带的损伤是永久性的，制作过节目的磁带以后不能再使用。同时由于不能在编辑时查看画面，编辑点的选择无法保证精确，编辑人员只能凭经验并借助刻度尺来确定每个镜头的大致长度。电 子编 辑电视编辑在1961年前后进入了电子编辑的阶段。由于能够使用快进和快速例带功能在磁带上寻找编辑点，以及使用暂停功能控制录像机的录制和重放，编辑人员可以连接一台放像机（放机）、一台录像机（录机）和相应的监视器，构成一套标准的对编系统，实现从素材到节

28、目的转录。电子编辑摆脱了物理剪辑的黑箱操作模式，避免了对磁带的永久性的物理损伤，节目制作人员在编辑过程中可以查看编辑结果，并可以及时进行修改，也可以保存作为节目源的素材母带。电子编辑存在的主要问题是精度不高，因为当时的2英寸录像机无法逐帧重放。此外，在编辑过程中，由于编辑人员手动操作录像键，录像键按下的时机掌握需要丰富的经验，一般无法保证编辑点的完全精确。而且录机在开始录像和停止录像的时候带速不均匀，与放机的走带速度存在差异，容易造成节目中各镜头接点处的跳帧现象。时 码编 辑受到电影胶片的片孔号码定位的启发，美国电子工程公司（EECO）于1967年研制出了EECO时码系统。1969年，使用小时

29、、分钟、秒和帧对磁带位置进行标记的SMPTE/EBU时码在国际上实现了标准化。其后，在电视节目后期制作领域，各种基于时码的编辑控制设备不断涌现，同时也开发出了大量新的编辑技术和编辑手段。例如，录机放机同步预卷编辑、编辑预演、自动串编、脱机草编和多对一编辑等等。同时，为了改善编辑精度与提高编辑效率，专业电视设备厂商在稳定带速和增加搜索速度上也作了很多工作。然而尽管如此，由于信号记录媒体的固有限制，电视编辑仍然无法实现实时编辑点定位等功能，由于磁带复制造成的信号损失也无法彻底避免。非 线性 编辑世界上第一台非线性编辑系统1970年出现于美国，在这种早期的模拟非线性编辑系统中，图像信号以调频方式记录

30、在可装卸的磁盘上，编辑时可以随机访问磁盘以确定编辑点。80年代，出现了纯数字的非线性编辑系统，这些系统使用磁盘和光盘作为数字视频信号的记录载体。由于当时的磁盘存储容量小，压缩硬件也不成熟，所以画面是以不压缩的方式记录的。系统所能处理的节目总长度约为几十秒至几百秒，因此仅能用于制作简短的广告和片头。80年代末到90年代初，非线性编辑系统进入了快速发展的时期，这得益于JPEG压缩标准的确立、实时压缩半导体芯片的出现、数字存储技术的发展和其它相关硬件与软件技术的进步。同时，由于多种主要的媒体都以数字化的形式存在，在存储和记录形式上实现了真正的统一，因此非线性编辑系统的应用范围也大大超越了传统的编辑设

31、备，它不仅能够编辑视频和音频节目，还可以处理文字、图形、图像和动画等多种形式的素材，极大的丰富了电视和多媒体制作的手段。线性编辑系统RS422编辑控制台单元目录非线性系统主机编辑显示器监视器录像机摄像机音频卡SCSI接口卡视频卡SCSI硬盘音箱显示卡素材显示器音箱磁带录音机SCSI硬盘SCSI硬盘SCSI硬盘软件：非线性编辑软件（含素材制作及管理）、三维动画软件、特技效果制作软件、操作系统软件主板、CPU等一套完整的非线性编辑系统主要包括：计算机主机及显示器、视音频处理卡、硬盘阵列箱、接线盒、录像机、监视器、音箱、网络接口、软件，另外还有许多扩展设备如特技卡等。录像机在非线性编辑系统中起着播放素材带和录制母带的做用，不参与节目的制作工作，录像机是视音频信号源，其质量决定了信号的质量。监视器是监视视频信号的设备，由于现在电视制作基本都采用分量信号，因此，监视器应该具备监视分量信号的功能。音箱是用来监听音频信号的设备，在音频编辑的过程中，要监听制作的音响效果，因此音箱的质量不能太差，一般使用木制有源音箱。单元目录非线性编辑系统（Non-linear Edit