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1、数字媒体技术与内容管理,北京印刷学院 王亮 ,第四章 数字视频及编辑,4.1电影与电视 4.2电视图像数字化 4.3数字视频的获取 4.4 数字视频编辑技术 4.5 数字视频后期特效处理技术 4.6 数字视频技术的应用,第四章 数字视频及编辑,本章学习目标： （1）了解电影的放映原理。 （2）掌握几种主要的电视制式，并能分析它们之间的不同。 （3）掌握主要的数字视频获取设备基本操作和获取数字视频文件的方法。 （4）了解一种视频编辑软件的核心概念及基本操作。 （5）了解数字视频的基本编辑和特效处理技术，并熟悉一种后期特效处理软件。,第四章 数字视频及编辑,4.1电影与电视 4.1.1电影原理及历
2、史 4.1.2电视工作原理 4.1.3电视制式简介 4.1.4视频信号类型,4.1电影与电视,4.1电影与电视 在当前的媒体形式中，最受人追捧的、最能长时间吸引眼球的莫过于视频。无论是在电视机上看到的电视节目，还是在电影屏幕上看到的电影大片，以及在计算机上看到的动态图像，都属于视频范畴。,4.1.1电影原理及历史,电影从诞生到现在，已经走过了一百年的历程。现代社会的飞跃式发展，使得电影的变化非常迅速。最早拍摄的电影如法国的工厂的大门、美国的梅.欧文和约翰顿斯的接吻、德国的柏林风光，以及稍后的叙事片，如梅里爱的月球旅行记、鲍特的火车大劫案等，与当代电影相比,如星球大战、大白鲨、终结者、侏罗纪公园
3、、辛德勒名单等，技术和手段等都不可同日而语。后者拍摄的技术、技巧和方法，以及所蕴含的文化氛围和内涵，都大大超过了前者。电影以一种神奇的方式紧密地联系着人们的生活。,4.1.1.1电影的放映原理和拍摄,电影是人类史上的重要发明，它借助了照相化学、光学、机械学、电子学等多门学科的知识和原理。如果大家见过电影胶片的话，那么应该知道，电影胶片上的影像都是一格格的静止图像，而为什么人们能够在电影屏幕上看到连续、活动的图像呢？这其实就涉及到了电影的放映原理。,4.1.1.1电影的放映原理和拍摄,（1）电影的放映原理 人们之所以能够看到电影屏幕上的活动影像，其中最大的原因在于人眼的自我欺骗。人眼有一个非常有
4、趣的视觉特性能够把看到的影像在视网膜上保留一段时间，这种特性称为视觉暂留。科学实验证明，人眼在某个视像消失后，仍可使该物像在视网膜上滞留0.10.4秒左右。而在电影放映的过程中，电影胶片以每秒24格画面匀速转动，这就相当于每一格画面给人眼的刺激是1/24秒（相当于0.04），由于人的眼睛有视觉暂留的特性，一个画面的印象还没有消失，下一个稍微有一点差别的画面又出现在银幕上，连续不断的印象衔接起来，就组成了活动电影。,4.1.1.1电影的放映原理和拍摄,（2）电影的拍摄 利用电影摄影机就可以将现实生活中的活动影像记录在影像胶片上，它类似于照相机，但不同的是它可以连续不断的拍摄，1秒钟之内可以拍摄很
5、多张照片。在拍摄的过程中，每秒钟的拍摄格数（照片的张数）是可以控制的。例如按照有声电影的标准，每秒钟应拍摄24格影像。与人们所看到活动影像和真实生活中的影像完全一样。如果每秒钟拍摄大于24格或小于24格的电影镜头，如早期无声电影为16幅/秒，而仍按照正常24格每秒去播放，那么就成了快镜头或慢镜头。画面中的运动速度与人眼看到的速度会有所不同。,4.1.1.1电影的放映原理和拍摄,电影的拍摄是以电影胶片（条状感光胶片）为载体，借助透镜组（物镜）的光学成像，并根据视觉的生理与心理特性，以24幅/秒摄取被摄对象的一系列姿态渐次变化而活动连贯的静止画面的过程。,4.1.2电视工作原理,4.1.2电视工作
6、原理 电视是根据人眼视觉特性以一定的信号形式实时传送活动景物（或图像）的技术。在发送端，用电视摄象机把景物（或图像）转变成相应的电信号，电信号通过一定的途径传输到接收端，再由显示设备显示出原景物（或图像）。,4.1.2.1 电视的工作过程,电视图像的传送在发送端是基于光电转换器件，在接收端是基于电光转换器件。实现这两种转换的器件分别是摄像管和显像管。摄像管阴极发射出来的电子束，在电子枪的电场及偏转线圈的磁场力作用下，按从左到右、从上到下的顺序依次轰击荧光屏。屏幕内表面上涂的荧光粉在电子轰击下发光，其发光亮度正比于电子束所携带的能量，若将摄像端送来的信号加到显像管电子枪的阴极与栅极之间，就可以控
7、制电子束携带的能量，使荧光屏的发光强度受图像信号的控制。若显像管的电光转换是线形的，那么，屏幕上重现的图像时，其各像素的亮度基本正比于所摄图像相应各像素的亮度，屏幕上就会重现原图像。,4.1.2.2 扫描的机制,电视图像的摄取与重现实质上是一种光电转换过程，分别是由摄像管和显像管来完成的。在发送端将平面图像分解成若干像素以电子束的形式顺序传送出去，在接收端再将这种信号复合成完整的图像，这种图像的分解与复合是靠扫描来完成的。 扫描有隔行扫描(interlaced scanning)和非隔行扫描之分如图4-2所示。非隔行扫描也称逐行扫描，图中表示了这两种扫描方式的差别。黑白电视和彩色电视一般用隔行
8、扫描，而计算机显示图像时一般采用非隔行扫描。,4.1.2.2 扫描的机制,在非隔行扫描中，电子束从显示屏的左上角一行接一行地扫到右下角，在显示屏上扫一遍就显示一幅完整的图像。 在隔行扫描中，电子束扫完第1行后回到第3行开始的位置接着扫，然后在第5、7、，行上扫，直到最后一行。奇数行扫完后接着扫偶数行，这样就完成了一帧(frame)的扫描。 由此可以看到，隔行扫描的一帧图像由两部分组成：一部分是由奇数行组成，称奇数场，另一部分是由偶数行组成，称为偶数场，两场合起来组成一帧。因此在隔行扫描中，无论是摄像机还是显示器，获取或显示一幅图像都要扫描两遍才能得到一幅完整的图像。在隔行扫描中、扫描的行数必须
9、是奇数。,4.1.3电视制式简介,目前世界上现行的彩色电视制式有三种：NTSC制、PAL制和SECAM制。 NTSC(National Television Systems Committee)彩色电视制是1952年美国国家电视标准委员会定义的彩色电视广播标准，称为正交平衡调幅制。美国、加拿大等大部分西半球国家，以及日本、韩国、菲律宾等国和中国的台湾采用这种制式；德国(当时的西德)于1962年制定了PAL(Phase-Alternative Line)制彩色电视广播标准，称为逐行倒相正交平衡调幅制。德国、英国等一些西欧国家，以及中国、朝鲜等国家采用这种制式；法国制定了SECAM (法文：Seq
10、uential Coleur Avec Memoire)彩色电视广播标准，称为顺序传送彩色与存储制。法国、苏联及东欧国家采用这种制式。世界上约有65个地区和国家试验这种制式。,4.1.3电视制式简介,上面提到的NTSC制、PAL制和SECAM制都是兼容制制式。这里说的“兼容”有两层意思：一是指黑白电视机能接收彩色电视广播，显示的是黑白图像，另一层意思是彩色电视机能接收黑白电视广播，显示的也是黑白图像，这叫逆兼容性。为了既能实现兼容性而又要有彩色特性，彩色电视系统应满足下列几方面的要求： 必须采用与黑白电视相同的一些基本参数，如扫描方式、扫描行频、场频、帧频、同步信号、图像载频、伴音载频等等。,
11、4.1.3电视制式简介,需要将摄像机输出的三基色信号转换成一个亮度信号，以及代表色度的两个色差信号，并将它们组合成一个彩色全电视信号进行传送。在接收端，彩色电视机将彩色全电视信号重新转换成三个基色信号，在显像管上重现发送端的彩色图像。 各制式的区别主要就是规定的扫描频率、周期等特性的不同，下面来具体看看这三种制式的主要特性。,4.1.3电视制式简介,（1）倒相正交平衡调幅制PAL制式的主要特性 625行(扫描线)/帧，25帧/秒(40 ms/帧) 高宽比(aspect ratio)：4:3 隔行扫描，2场/帧，312.5行/场 颜色模型：YUV,4.1.3电视制式简介,一帧图像的总行数为625
12、，分两场扫描。行扫描频率是15,625 Hz，周期为64s；场扫描频率是50Hz,周期为20ms；帧频是25Hz，是场频的一半，周期为40 ms。在发送电视信号时，每一行中传送图像的时间是52.2s，其余的11.8s不传送图像，是行扫描的逆程时间，同时用作行同步及消隐用。每一场的扫描行数为625/2=312.5行，其中25行作场回扫，不传送图像，传送图像的行数每场只有287.5行，因此每帧只有575行有图像显示。,4.1.3电视制式简介,（2）NTSC制式的主要特性 525行/帧, 30帧/秒(29.97 fps, 33.37 ms/frame) 高宽比：电视画面的长宽比(电视为4:3；电影为
13、3:2；高清晰度电视为16:9) 隔行扫描，一帧分成2场(field)，262.5线/场 在每场的开始部分保留20扫描线作为控制信息，因此只有485条线的可视数据。Laser disc约420线，S-VHS约320线,4.1.3电视制式简介, 每行63.5微秒，水平回扫时间10微秒(包含5微秒的水平同步脉冲)，所以显示时间是53.5微秒。 颜色模型：YIQ 一帧图像的总行数为525行，分两场扫描。行扫描频率为15 750 Hz， 周期为63.5s；场扫描频率是60 Hz，周期为16.67 ms；帧频是30 Hz，周期33.33 ms。每一场的扫描行数为525/2=262.5行。除了两场的场回扫
14、外，实际传送图像的行数为480行。,4.1.3电视制式简介,（3）SECAM制式的主要特性 SECAM (法文：Sequential Coleur Avec Memoire)制式是法国开发的一种彩色电视广播标准，称为顺序传送彩色与存储制。这种制式与PAL制类似，其差别是SECAM中的色度信号是频率调制(FM)，而且它的两个色差信号：红色差(R-Y)和蓝色差(B-Y)信号是按行的顺序传输的。法国、俄罗斯、东欧和中东等约有65个地区和国家使用这种制式，图像格式为4:3，625线，50 Hz，6 MHz电视信号带宽，总带宽8MHz。,4.1.4视频信号类型,彩色视频信号包括三种：复合视频信号、分量视
15、频信号和S端子视频信号。 （1） 复合视频信号 复合视频信号是将亮度信号和色度信号采用频谱间置方法复合在一起。这种方法易导致亮色串扰、清晰度降低等问题。如图4-3是复合电视信号的基本接口。复合电视信号接口的基本特性： 传输介质：单根带屏蔽的同轴电缆 传输阻抗：75,4.1.4视频信号类型,常用接头：BNC接头、莲花(RCA)接头 接线标准：插针是同轴信号线，外壳公共地是屏蔽网线,图4-3复合视频信号常用接线头和标准,4.1.4视频信号类型,复合视频信号是日常生活中最为常见的视频信号，它在一个传输信号中包含了亮度、色度和同步信号。由于彩色编码的不同，复合视频又有PAL、NTSC、SECAM制式之
16、分。复合视频信号本身的带宽只有5MHz（NTSC制式带宽仅4.5MHz），又包括彩色副载波信号（NTSC制为3.58MHz，PAL和SECAM制为4.43MHz），正好落在亮度信号带宽之内，占去了一部分亮度信号，造成亮度和色度的相互干扰，使得复合视频成为最差的视频信号。,4.1.4视频信号类型,（2）分量视频信号 分量视频信号(Component Video Signal)是指每个基色分量作为独立的视频信号。每个基色既可以分别用R、G和B表示，也可以用亮度-色差表示，如Y和I、Q，Y和U、V。使用分量视频信号是表示颜色的最好方法，但需要比较宽的带宽和同步信号。,图4-4 分量信号接入口,4.1.4视频信号类型,（3）S-Video信号（S端子视频信号） S端子视频信号俗称S端子信号，它同时传送两路信号：亮度信号Y和色度信号C。由于将亮度和色度分离，所以图象质量优于复合视频信号，色度对亮度的串扰现象也消失。不须要使用梳
