非线性编辑数字视频

1、非线性编辑数字视频第1页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四一、摄录一体机的基本构成 成像器有CCD/CMOS两种，对角线尺寸一般为：1/3英寸（约6mm）、1/2英寸（约9mm）和2/3英寸（约11mm）。全画幅成像器的对角线尺寸为43.2 mm （与135胶片相等）。 数字摄像机常用的编码算法有DV和MPEG两大类，对应的摄像机格式有DV（25）、DV50、HDV、DVCPRO HD、HDCAM、XDCAM等。第2页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四存储介质可分为磁带（Tape）和无带化（Tapeless）两类。无带化存储则是用 光盘、硬盘或存储 卡作

2、为存储媒体。索尼多用专业光盘（Professional Disc， 类似蓝光DVD）， 另外也使用SxS卡。 松下多用P2卡。第3页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四二、数字摄像机的制式两大电视制式： NTSC制和PAL制。 NTSC是National Television Systems Committee的缩写，意为（美国）电视制式委员会（美日加韩等用）。 PAL是Phase Alternating Line的缩写，实为逐行倒相的NTSC制（西欧、中国等用）。 与制式有关的参数主要有：扫描方式、分辨率、每帧行数及帧速率等。第4页，共37页，2022年，5月20日，15点

3、8分，星期四1. 扫描方式扫描方式：逐行扫描（progressive scan）和隔行扫描(interlace scan) 。隔行扫描是将一幅图像分为奇、偶两场来显示，奇数场（上场）由1、3、5、7奇数行构成，偶数场（下场）由2、4、6、8偶数行构成。对于隔行扫描，两场 等于一帧。逐行扫描 没有场的概念- No Field。标清数字视频的场序是下场优先。第5页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四 两种扫描方式的优缺点 隔行扫描通过将一帧变为两场，可以在不增加信号带宽的前提下，将屏幕的刷新频率提高一倍，从而克服了大面积的屏幕闪烁现象。另外，在同样的刷新频率下，可以节省一倍的信号

4、带宽，对于数字信号就是数据流量下降一倍。 隔行扫描的缺点是容易出现图像并行和行间闪烁现象，理论上画面质量不如逐行扫描 。 隔行扫描的动态画面用逐行方式显示时，会出现“鼠齿”(Mouse Teeth) 现象。 电视适合采用隔行模式，电脑适合采用逐行模式。第6页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四2. 分辨率标清（Standard Definition），缩写SD，画幅宽高比是4:3，也有16:9的宽屏（Widescreen）标清 。高清（High Definition），缩写HD，画幅宽高比16:9。标清分辨率：PAL制720576，NTSC制720480。高清分辨率：主要有1

5、9201080 ，14401080，1280720几种。19201080 和14401080属于1080高清标准， 1280720属于720高清标准。1080高清标准支持隔行和逐行两种扫描方式，分别用1080p 和1080i表示，而720高清标准只支持逐行扫描方式，只有720p一种表示方式。PAL制和NTSC制执行相同的高清分辨率标准。只有19201080叫做全高清（Full-HD）。第7页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四 决定画幅的因素有两个，一是水平和垂直分辨率之比，二是像素宽高比（Pixel Aspect Ratio）。以PAL D1/DV格式为例，其分辨率是720

6、576 ,要想实现4:3的显示比例，必须将像素宽高比调整为1.067。 16:9宽屏的PAL D1/DV格式，其分辨率也是720576 ,要想实现16:9 的显示比例，必须将像素宽高比调整为1.422。 第8页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四3. 扫描行数与帧速率扫描行数：包括扫描逆程阶段的无效行，PAL制是625行/帧，NTSC是525行/帧。帧速率：不管是高清还是标清， PAL制帧速率为25FPS（Frame Per Second）， NTSC是30FPS，实际是29.97FPS。场频变为59.94 Hz。 对于隔行扫描，由于一帧变成两场， PAL制场频为50 Hz，

7、 NTSC场频为60Hz，实际为 59.94 Hz。场频才是真正的刷新频率。电影的帧速率是24FPS，为了和NTSC制电视进行互转，实际帧速率是23.97FPS。第9页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四4制式的表示方式用525/60和625/50表示扫描制式525/60（实为59.94）表示NTSC制，625/50表示PAL制。用帧速率来表示制式 25fps指PAL制，29.97 fps指NTSC制。 将垂直分辨率和扫描类型相结合，可表示清晰度等级和扫描方式等制式信息。如576i、576p、480i、480p、720p、1080i、1080p等。将场频、帧频和扫描类型综合在

8、一起，表示扫描制式及扫描方式。如50i、25P、50p、59.94i、29.97P、24P、23.98P等。第10页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四 以上视频标准在摄像机上叫做记录格式，概括如下表所示：制式PAL制NTSC制标清576/50i、576/25p 480/59.94i、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”前的数字是场频，“p”前的数字是帧频 在我国，面向电视运用时，应选择PAL制、隔行扫描（带字母“i”的）

9、。第11页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四在标清数字电视时代，我国视频编辑时应选择PAL制D1/DV格式作为编辑模式，主要参数如图：第12页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四三、分量数字视频的采样结构1模拟分量视频 将RGB模拟基色信号转为YUV模拟分量视频： CCDCCDCCD第13页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四2采样将模拟信号数字化的第一步是采样（Sampling），也就是获取模拟信号的幅度样值，以通过量化和编码，将模拟信号转换为数字信号。对于标清信号，亮度分量Y的采样频率是13.5MHz，每行采样点数是720个。对于高清

10、信号，亮度分量Y的采样频率是74.25 MHz，每行采样点数有1280、1440或1920个三种情况。不管是标清还是高清，U、V两个色差信号的采样频率和采样点数则有多种选择，其采样结构有4:4:4、4:2:2、4:1:1、4:2:0四种。第14页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四3采样结构（以标清为例）（1）4:4:4采样结构 亮度分量Y、蓝色差分量U和红色差分量V的采样频率均为13.5MHz，每一有效行三个信号的采样点数也均为720个。由于亮度信号与两个色差信号的采样频率和采样点数之比为4:4:4(720:720:720)，所以将这种采样格式叫做4:4:4采样结构，如图所

11、示。第15页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四（2）4:2:2采样结构 亮度信号的采样频率和有效行采样点数仍然为13.5MHz和720点，但U、V两个色差信号的采样频率和有效行采样点数分别为亮度信号的1/2，即分别为6.75MHz 和360点，如下图。 第16页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四（3）4:1:1采样结构 亮度信号的采样频率和有效行采样点数仍然为13.5MHz和720点，但U、V两个色差信号的采样频率和有效行采样点数分别为亮度信号的1/4，即分别为3.375MHz 和360点，如下图。 第17页，共37页，2022年，5月20日，15点8分

12、，星期四（4）4:2:0采样结构 如果两个色差信号和4:2:2格式一样，以6.75MHz的频率取样，但每一行只传送两种色差信号之中的一种，两种色差信号每行交替传送，这便是4:2:0取样结构，如下图。 第18页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四 下图以PAL制标清为例，形象地给出了不同采样结构下各信号分量的信息量大小及空间分布。第19页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四四、数字视频的编码格式1量化与码率量化就是对模拟信号分成若干个幅度等级，每个等级都用一定位数的二进制数来表示。绝大多数数字摄像机对YUV三个分量都采用8位（Bit）的量化精度。量化后模拟信号

13、就变成了数字信号，8位量化的像素具有256个亮度等级（Color Level）。数字信号的数据量大小用码率（Bitrate）来表示。码率即数字信号的数据流量，单位有Kbps（kilo-bit per second：千比特每秒）及Mbps（mega-bit per second：兆比特每秒）。码率与时间的乘积就是文件的体积。量化后的信号是用二进制编码、未经打包压缩的原始数字信号，因数据量太大，必须进行压缩。不同的压缩算法可形成不同的格式。第20页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四 -空间冗余：图像中有许多颜色相同或相近的大面积色块，像素间具有很强的相关性。数据压缩的依据-时间

14、冗余：相邻帧之间有很强的相关性。第21页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四2. 压缩与格式数据压缩类型有帧内压缩和帧间压缩两大类。帧内压缩即空域压缩，利于解压，画质好，但文件体积大。代表性的格式有DV类格式、 M-Jpeg (Motion-Jpeg)格式等。帧间压缩在采用帧内压缩的基础上，同时进行相邻帧之间的时域压缩，压缩效率高，文件体积小，但解压复杂，信息损失稍大。代表性的格式有MPEG类、 H.26x类及网络流媒体格式 WMV、FLV、RM/RMVB等。第22页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四3DV压缩格式DV特指Digital Video For

15、mat，是一种特定的压缩算法和编码格式。DV格式采用DCT (Discrete Cosine Transform：离散余弦变换) 算法进行空间变换，形成88的DCT数据块，然后通过量化和游程编码，去掉画面中的空间冗余信息，从而降低了每一帧的数据量。DV格式不能进行帧间（Inter-frame）压缩，但可在同一帧内进行场间（Inter-field）压缩。 第23页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四3DV压缩格式民用级DV格式主要指标有： 8位量化；4:1:1或4:2:0采样结构；压缩比为5:1；压缩后码率为25Mbps；所以DV又叫DV25，或者说DV是DV25的简称。广播级

16、的DV格式叫DV50，主要指标有：8位量化；4:2:2采样结构；压缩比为3.3:1；压缩后码率为50Mbps； 松下的DVCPRO50系列摄像机即属于广播级标清摄像机。第24页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四DVCAM和DVCPRO分别是索尼和松下专有的一种非通用DV25格式。第25页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四4MPEG-2编码格式MPEG-2（Moving Pictures Expert Group）广泛地用于数字摄像机、DVD及数字视频广播（Digital Video Broadcasting：DVB）等领域。MPEG-2有三种编码帧，分别

17、是I帧、P帧和B帧。I帧即帧内编码帧（Intra-coded frames），P帧是预测编码帧（Predictive-coded frames），B帧是双向预测编码帧（Bidirectional-predictive-coded frames)。I帧利用空间相关性采用和DV一样的DCT算法进行帧内压缩，P帧和B帧都属于帧间压缩。MPEG-2视频流的基本单位是图像组（Group of Pictures：GOP），一般由少则一帧（只有I帧），多则十几帧构成。只有I帧的GOP叫短GOP(Short GOP)，本质上和DV格式是一样的。超过一帧的叫长GOP(Long GOP)。第26页，共37页，20

18、22年，5月20日，15点8分，星期四5MPEG-4 AVC （H.264 ）编码格式MPEG-4 AVC是ITU-T（国际电信联盟）和ISO/IEC（国际标准化组织/国际电工委员会）共同开发的新一代视频压缩标准，在ITU-T叫做H.264，在ISO/IEC则叫做MPEG-4 AVC（Advanced Video Coding：高级视频编码)，简称AVC。MPEG-4 AVC （H.264 ）和MPEG-2一样，既有帧内压缩，又有帧间压缩，采用由I帧、P帧和B帧构成的GOP结构，但比MPEG-2压缩效率高1倍以上，比DV（25）格式更是高了一个数量级。MPEG-4 AVC （H.264 ）在数

19、字摄像机、高清数字电视及蓝光盘等领域，和MPEG-2形成了竞争、并存的局面。第27页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四五、数字摄像机的分类 1. DV25标清系列 DV25摄像机简称DV机，属于专业以下级别的标清摄像机， 采用DV格式压缩、码率为25Mbps 。手持系列 如松下的DVC180、佳能的XL2、JVC的GY-DV300/310及索尼的PD10P、 PD190、PD198等。肩扛系列 这类机型是DV25中的高端产品，多采用3片2/3英寸的CCD和大口径可更换变焦镜头，具有接近于广播级摄像机的成像质量，广泛地用于新闻采访及一般专题片、广告片的拍摄。常见机型有：松下的

20、AJ-D610/615和索尼的DSR-600/650。第28页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四2DV50系列 代表性机型是松下的DVCPRO50系列，采用双DV25编码器， 8位量化，4:2:2采样，DV编码，3.3倍压缩，视频码率为50Mbps。具体机型有AJ-D815/ 908/ D913等。 索尼的Digital Betacam系列（数字Beta）虽然指标更好，但本质上也可归属于DV50系列。 第29页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四3DVCPRO HD系列 DVCPRO HD，亦称作DVCPRO100，是松下DVCPRO50的“高清版”摄像机

21、系列。DVCPRO HD继承了DV的“血统”，使用四个DV编码器并行工作，码率100 Mbps。常见型号有AJ-HDC27HMC、AJ-HDX900MC等。第30页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四4. HDV小高清系列 可理解为高清版的DV，有720p 和HDV1080两种分辨率标准，主要指标如下表：第31页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四PR中的HDV格式预置第32页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四5. XDCAM EX系列 XDCAM EX以SxS存储卡为存储媒体，采用MPEG-2压缩格式，4:2:0采样结构，支持720P和1080i 等多种高清格式，目前有PMW-EX1、PMW-EX1R和PMW-EX3三款机型。第33页，共37页，2022年，5月20日，15点8分，星期四6XDCAM HD/ XDCAM HD422系列XDCAM HD是XDCAM HD420的简称，采用4:2:0采样，MPEG-2压缩，1/2英寸CCD，兼容DVCAM标清格式。XDCAM HD422又叫MPEG HD422，采用4:2:2采样，MPEG-2压缩，最高码率