视频基础知识

视频基础

在工作前掌握必要的相关知识是必须的.否则,在实际工作中,一定会遇到一些令人头痛的问题.对于没有从事过视音频相关工作的用户,请务必认真阅读本节.

帧和帧速率

帧和帧速率是视音频编辑中最基本也是最重要的一个概念.

无论是电影或者电视,都是利用动画的原量使图像产生运动.动画是一种将一系列差别很小的画面以一定速率连续放映而产生运动视觉技术.根据人类的视觉暂留现象,物体在快速运动时,人眼对于时间上每一个点的物体状态会有短暂的保留现象,例如在黑暗的房间中的挥舞一支香烛.由于视觉暂留现象,看到的不是一个红点沿孤线运动,而是一道道的弧线.这是由于香烛在一个位置发出的光还在人的眼睛里短暂保留,它与当前香烛的光芒融在一起,组成一段弧线.

构成动画的最小单位Frame(帧),组成动画的每一幅静态面画.一帧为一幅静态画面.

视觉暂留的时间非常短,为10‾¹S数量级.所以为了得到平滑连贵的运动画面,必须使画面的更新达到一定标准,即每秒中所播放的画面要达到一定数量,这就是帧速率.PAL制影片的帧速率是25帧/秒,NISC制影片的帧速率是29.97/秒,电影的帧速率是24帧/秒,二维动画的帧速率是12帧/秒.

传统的动画技术是由动画所需的一帧画面手绘出来,这意味着非常庞大的工作量.计算机的诞生,将人类从传统的动画技术中解脱出来.现在,动画师只需要绘制动画中关键的几,帧画面,其他中间产生过渡运动的画面则可以交由计算机处理,这就是关键帧的工作原理.所谓关键帧的概念,即在不同的时间点对对象属性时行变化,而时间点之间的变化则由计算机完成.例如在时间A至设置对象不透明度属性为100,在时间B处设置对象不透明度属性为0,则在从时间A至时间B处产生两个关键帧.计算机通过给定的关键,可以计算出对象从时间A至B处的不透明度变化过程.在一般情况下,为对象指定的关键帧越多,则所产生的运动变化越复杂,但是更多的关键帧也将计算机的计算时间加长.对于三维动画,由于其基于物体结构运动,所以,利用关键帧可以拟一切自然界中的现象.但是二维动画,则有相当大的局限性,这是因为二维动画是基于画面的运动.所以,在制作二维动画时要明白,哪些动作能够用关键帧实现,哪些动作不能够用关键帧实现.

扫描格式

视频标准中最基本的参数是扫描格式,主要包括图像在时间和空间上的抽样参数,即每行的像素数,每秒的帧数以及隔行扫描或逐行扫描.

扫描格式主要有两大类:525/59.94和625/50,前者是每帧的行数,后者是每秒的场数NTSC制的频准确数值是59.94004Hz,行频是15734.26573Hz;APL制的场频是50Hz,行频是15625Hz.

在数字域经常用水平,垂直像素数和帧率来表示扫描格式,如480*70*30,1080*1920*30等.

对ATSC标准来说,共有28种扫描格式,其中常规清晰度电视(SDTV)为480*640*F和480*704*F,帧率F可以是23.976 Hz,24 Hz,29.97 Hz,30 Hz,59.94 Hz和60Hz.高清晰度电视(HDTV)为1080*1920*F,帧频是23.92 Hz, 30 Hz,29.97 Hz;或720*1280*F,帧频F为23.976 Hz,24 Hz, 29.97 Hz, 30 Hz, 59.94 Hz和60 Hz.

对DVB标准来说,25 Hz帧频的SDTV IRD可以支持接收扫描格式为720*576*25,544*576*25,325*576*25的图像; 30 Hz帧频的SDTV IRD可以支持30000/100 Hz的帧频,可以接收扫描格式为720*480*30,544*480*30,480*680*30,352*480*30和352*240*30的图像.对25Hz的HDTV IRD,可接收扫描格式为1152*1920*F和1080*1920*F的图像.

宽高比

视频标准中的第2个重要参数是宽高比,宽高比可以分帧率和像素宽高比.

帧宽高比指一帧率图像的宽高比.可以用两个整数的比表示,也可以用小数表示,如4:3可1.33电影,SDTV和HDTV具有不同的宽高比.SDTV的宽高比是4:3可1.33;HDTV和扩展清晰度电视(EDTV)的宽高比是16:9或1.78;电影的宽高比早期的1.333到宽银幕的2.77.由于输入图像宽高比不同,便出现了某一宽高比屏幕上显示不同宽高比图像的问题.

某些视频输出使用相同的帧宽高比,但使用不同的像素宽高比.例如,某些NTSC数字化压缩卡产生4:3的帧宽高比,使用方像素(1.0像素比)及640*480分辨率,D1 NTSC采用4:3的帧宽高比,但使用矩形像素(0.9像素)比及720*486分辨率.

如果在一个显示方形像素的显示器上不作处理显示矩形像素,则会出现变形现象.

彩色信息的表述

视频标准中另一个重要问题是彩色信息的表述.原始彩色信号是红绿蓝三原色,也称R,G,B信号;也有称为RGB的,因不同步在绿信号上.

对一种颜色进行编码的方法系统为…颜色‟或“色域”,用简单的话说,世界上任何一种颜色的颜色空间都可定义成一个固定的数字或变量.RGB红绿蓝,只是从多颜色空间的一种.采用这种编码方法,每种颜色都可用三个变量来表示一种红色,绿色以及蓝色的强度.记录及显示彩色图像时,RGB 是最常见的一种方案.但是,它缺乏与早期黑白显示系统的良好兼容性.因此,大多电子器厂商普遍采用的做法是,将RGB转换成YUV颜色,以维护兼容,再根据需要换回RGB格式,以便在电脑显示器上显示彩色图形.

YUV(变称YCrCb)是被欧洲电视系统所采用一种颜色编码方法(属于RAL).YUV主要用于优化色视频信号的传输,使其向后兼容老式黑白电视.与RGB视频信号传输相比,它最大低的优点在于只需占用极少的带宽(RGB要求三个独立的视频信号同进传输).其中“Y”表示明亮度(Luminance 或Luma),也就是灰阶值;而“U”和“V”表示的则是色度(Chrominace或Chroma),作用是描述影像色彩及饱和度,用于指定像素的颜色.“亮度”是通过RGB输入信号来创建的,方法是将RGB信号的特定部分叠加到一起.“色度”则定义了颜色的两个方面一色调与饱和度,分别用Cr和CB来表示.其中,Cr 反映了GB输入信号红色部分与RGB信号亮度值之间的差异.而CB反映的是RGB输入信号蓝色部分与RGB信号亮度值之间的差异.

还可以把两个色差信号U,V合并形成一个彩色信号C,以Y/C格式进行记录.这种格式被称为彩色降频方式.它对应于录像机上的S-video.

亮度,彩色和同步信号的合成称为复合信号(CCVS).形成复合信号的处理过程被称为编码.彩色信号和亮度信号经过编码,很难再完全分开而又没有损失,结果造成色串亮和亮串色.因上,应尽量减少合成和分离的环节.

NTSC,PAL和SECAM

基带视频是一种简单的模拟信号,由视频模拟数据和视频同步构成,用于接收端正确地显示图像.信号的细节取决于应用的视频标准或者制式,如NTSC(美国企业电视标准委员会,National Television Standards Committee, PAL(逐行倒相, Phase Alternate Line)以及SECAM(顺序送与储彩色电视系统法国采用的一种电视制式, SEquentail Couleur Avec Memoire)

NTSC制是美国于1953年研制成功的兼容式彩色电视制式,在美国,日本,加拿大等国家广泛地采用.其特点是用两个色差信号(R-Y)和(B-Y)分别对频率相同相位相差90º的两个副载波进行正交平衡调幅,再将已调制的色差信号叠加,穿插到亮度信号的高频端.

平衡调制抑制载波的方法.在兼容制的彩色电视中,用色度信号去调制彩色副载波后,若不抑制彩色副载波,则用黑白电视机接收的黑白图像上会出现亮点和暗点相互间隔的点状结构,形成图像景物失真,所以必须抑制不传输信息的彩色副载波.为了解了调出平衡调幅波中的两个色差信号,必须在接受机中设置副载波再生路,以恢复失去的副载波.

正交调制把两个色差信号调制在相位差为90º的同频率载波上,好相互正交的两个载波上.正交调制信号电压的大小由两色信号电压的大小决定,而相位差则由二的比例关系决定,前者代表了彩色的饱和度,后者反映了彩色的色调.

NTSC制主要的缺点是对信号的相位失真十分敏感,色彩不太稳定,容易产生明显的色调失真.为了避免色调失真,要求发送端与中间传送设备的性能指标要高.

为了克服NTSC制对信号相位比较敏感的缺点,1962年原西德提了一种改进方案,称为逐行行倒相制,简称为PAL.PAL制在我国,英国和欧亚很多国家中得到广泛应用.

PAL制和NTSC制一样,也是同时传送两个色差信号(R-Y)与(B-Y).不过(R-Y)是逐行倒相的,它和(B-Y)信号对副载波进行正交调制.采用逐行倒相的方法,若在传送过程中发生相位变化,则因相邻两行相位相反,可以起到相互补偿的作用,从而避免了相位失真引起的色调改变. PAL制信号与色度信号相互间的干扰较小,由于梳状滤波器的存在,亮度信号与杂波对色的干扰也比较小,因此兼容性也比较好.不过PAL制的编码器,解码器都比NTSC复杂,信号处理较为麻烦,所以接收机的造价相