1.2 數(shù)字視頻基礎

在Premiere中編輯的視頻屬于數(shù)字視頻，下面來了解一下數(shù)字視頻的基礎。

1.2.1 視頻記錄的方式

視頻記錄方式一般有兩種：一種是以數(shù)字信號（Digital）的方式記錄，另一種是以模擬信號（Analog）的方式記錄。

數(shù)字信號以0和1記錄數(shù)據(jù)內(nèi)容，常用于一些新型的視頻設備，如DC、Digits、Beta Cam和DV-Cam等。數(shù)字信號可以通過有線和無線的方式傳播，傳輸質量不會隨著傳輸距離的變化而變化，但必須使用特殊的傳輸設置，在傳輸過程中不受外部因素的影響。

模擬信號以連續(xù)的波形記錄數(shù)據(jù)，用于傳統(tǒng)影音設備，如電視、攝像機、VHS、S-VHS、V8、Hi8攝像機等，模擬信號也可以通過有線和無線的方式傳播，傳輸質量隨著傳輸距離的增加而衰減。

在視頻編輯中，通常用時間碼來識別和記錄視頻數(shù)據(jù)流中的每一幀，從一段視頻的起始幀到終止幀，其間的每一幀都有一個唯一的時間碼地址。根據(jù)動畫和電視工程師協(xié)會SMPTE（Society of Motion Picture and Television Engineers）使用的時間碼標準，其格式是：小時∶分鐘∶秒∶幀，或hours∶minutes∶seconds∶frames。例如，一段長度為00∶01∶25∶15的視頻片段的播放時間為1分鐘25秒15幀，如果以每秒30幀的速率播放，則播放時間為1分鐘25.5秒。

根據(jù)電影、錄像和電視工業(yè)中使用的不同幀速率，各有其對應的SMPTE標準。由于技術的原因，NTSC制式實際使用的幀率是29.97fps而不是30fps，因此在時間碼與實際播放時間之間有0.1%的誤差。為了解決這個誤差問題，設計出丟幀（drop-frame）格式，即在播放時每分鐘要丟2幀（實際上是有兩幀不顯示而不是從文件中刪除），這樣可以保證時間碼與實際播放時間的一致。與丟幀格式對應的是不丟幀（nondrop-frame）格式，它忽略時間碼與實際播放幀之間的誤差。

1.2.2 數(shù)字視頻量化

模擬波形在時間上和幅度上都是連續(xù)的。數(shù)字視頻為了把模擬波形轉換成數(shù)字信號，必須把這兩個量綱轉換成不連續(xù)的值。幅度表示成一個整數(shù)值，而時間表示成一系列按時間軸等步長的整數(shù)距離值。把時間轉化成離散值的過程稱為采樣，而把幅度轉換成離散值的過程稱為量化。

1.2.3 視頻幀速率

如果手頭有一卷動態(tài)圖像的膠片，那么將它對著光就可以看到組成此作品的單個圖片幀。如果看得仔細點，就會發(fā)現(xiàn)動作是如何創(chuàng)建的，即動態(tài)圖像的每一幀都與前一幀稍微不同。每一幀中視覺信息的改變創(chuàng)造了這種動態(tài)錯覺。

若拿一卷錄影帶對著光，是看不到任何幀的。但是，攝像機確實已經(jīng)將這些圖片數(shù)據(jù)存儲為單個視頻幀了。標準DV NTSC（北美和日本標準）視頻幀速率是每秒29.97幀；歐洲的標準幀速率是每秒25幀。歐洲使用逐行倒相（Phase Alternate Line, PAL）系統(tǒng)。電影的標準幀速率是每秒24幀。新高清視頻攝像機也可以以每秒24幀（準確地說是23.976幀）錄制。

在Premiere Pro中幀速率是非常重要的，因為它能幫助測定項目中動作的平滑度。通常，項目的幀速率與視頻影片的幀速率相匹配。如果使用DV設備將視頻直接采集到Premiere Pro中，那么采集速率會設置為每秒29.97幀，以匹配Premiere Pro的DV項目設置幀速率。雖然想讓項目幀速率與素材源影片的速率相同，但如果準備將項目發(fā)布到Web中，可能會以較低的速率導出影片。以較低幀速率導出作品，能使作品快速下載到Web瀏覽器中。

1.2.4 隔行掃描與逐行掃描

剛剛接觸視頻的電影制作人或許想知道，為什么不是所有的攝像機都以每秒24幀錄制和播放影片。答案就在早期電視播放技術的要點中。視頻工程師發(fā)明了一種制作圖像的掃描技術，即對視頻顯示器內(nèi)部的熒光屏每次發(fā)射一行電子束。為防止掃描到達底部之前頂部的行消失，工程師們將視頻幀分成兩組掃描行：偶數(shù)行和奇數(shù)行。每次掃描（稱作視頻場）都會向屏幕下前進1/60秒。在第1次掃描時，視頻屏幕的奇數(shù)行從右向左繪制（第1、3、5行等）。第2次掃描偶數(shù)行，因為掃描得太快，所以肉眼看不到閃爍。此過程稱作隔行掃描。因為每個視頻場都顯示1/60秒，所以一個視頻幀會每1/30秒出現(xiàn)一次。因此，視頻幀速率是每秒30幀。視頻錄制設備就是這樣設計的，即以1/60秒的速率創(chuàng)建隔行掃描域。

許多更新的攝像機能一次渲染整個視頻幀，因此無需隔行掃描。每個視頻幀都是逐行繪制的，從第1行到第2行，再到第3行，依此類推。此過程稱作逐行掃描。某些使用逐行掃描技術進行錄制的攝像機能以每秒24幀的速度錄制，并且能生成比隔行掃描品質更高的圖像。Premiere Pro提供用于逐行掃描設備的預設。無疑，未來我們將會看到更多逐行掃描設備的視頻作品。在Premiere Pro中編輯逐行掃描視頻后，就可以將其導出到類似Adobe Encore DVD的程序中，在其中可以創(chuàng)建逐行掃描DVD。

1.2.5 畫幅大小

數(shù)字視頻作品的畫幅大小決定了Premiere Pro項目的寬度和高度。在Premiere Pro中，畫幅大小是以像素為單位來進行衡量的。像素是計算機監(jiān)視器上能顯示的最小圖片元素。如果正在工作的項目使用的是DV影片，那么通常使用DV標準畫幅大小為720像素×480像素。HDV視頻攝像機（索尼和JVC）可以錄制1280像素×720像素和1400像素×1080像素的畫幅。更昂貴的高清（HD）設備能以1920像素×1080像素進行拍攝。

在Premiere Pro中，也可以在畫幅大小不同于原始視頻畫幅大小的項目中進行工作。例如，即使正在使用DV影片（720像素×480像素），也可以使用用于iPod或手機視頻的設置創(chuàng)建項目。此項目的編輯畫幅大小將是640像素×480像素，但它將會以240像素×480像素的QVGA（1/4視頻圖形陣列）畫幅大小進行輸出。也可以以其他畫幅大小進行編輯，以創(chuàng)建自定義畫幅大小。

1.2.6 非正方形像素和像素縱橫比

在DV出現(xiàn)之前，多數(shù)臺式機視頻系統(tǒng)中使用的標準畫幅大小是640像素×480像素。計算機圖像是由正方形像素組成的，因此640像素×480像素和320像素×240像素（用于多媒體）的畫幅大小非常符合電視的縱橫比（寬度比高度），即4∶3（每4個正方形橫向像素，對應有3個正方形縱向像素）。

但是在使用720像素×480像素或720像素×486像素的DV畫幅大小進行工作時，計算不是很清晰。問題在于：如果創(chuàng)建的是720像素×480像素的畫幅大小，那么縱橫比就是3∶2，而不是4∶3的電視標準。如何將720像素×480像素壓縮為4∶3的縱橫比呢？答案是使用矩形像素，比寬度更高的非正方形像素（在PAL DV系統(tǒng)中指720像素×576像素，像素長度大于寬度）。

如果對正方形與非正方形像素的概念感到迷惑，那么只需記住，640像素×480像素能提供4∶3的縱橫比。查看由720像素×480像素畫幅大小所帶來問題的方式是想想720像素的寬度如何轉換為640像素的。這里要用到一點中學數(shù)學知識：720乘以多少等于640？答案是0.9，即640是720的0.9倍。因此，如果每個正方形像素都能削減到原來自身寬度的9/10，那么就可以將720像素×480像素轉換為4∶3的縱橫比。如果正在使用DV進行工作，可能會頻繁地看到數(shù)字0.9（即0.9∶1的縮寫），這稱作像素縱橫比。

在Premiere Pro中創(chuàng)建DV項目時，可以看到DV像素縱橫比設置為0.9而不是1（用于正方形像素），如圖1-1所示。此外，如果向Premiere Pro中導入畫幅大小為720像素×480像素的影片，那么像素縱橫比將自動設置為0.9。

在Premiere Pro中創(chuàng)建DV項目時，像素縱橫比是自動選取的。Premiere Pro也會調整計算機顯示器，使得在正方形像素的計算機顯示器上查看非正方形像素影片時不會造成變形。盡管如此，理解正方形與非正方形像素的概念還是很有幫助的，因為可能需要將DV項目導出到Web、多媒體應用程序、手機或iPod（它們都顯示正方形像素，因為是在逐行掃描顯示器上查看）。還可能在工作的項目中，素材源同時包含正方形像素和非正方形像素。如果向DV項目導入的影片是由模擬視頻卡數(shù)字化的（使用正方形像素數(shù)字化），或者將由使用正方形像素的計算機圖形程序創(chuàng)建的圖像導入包含DV影片的DV項目中，那么在視頻區(qū)中就會有兩種類型的像素。為防止變形，可以使用Premiere Pro的“解釋素材”命令合理設置導入圖形或影片的畫幅大小。

新手練習：將像素縱橫比轉換回方形像素

● 素材文件：素材文件/第1章/01.Prproj

● 案例文件：案例文件/第1章/新手練習——將像素縱橫比轉換回方形像素．Prproj

● 視頻教學：視頻教學/第1章/新手練習——將像素縱橫比轉換回方形像素．flv

● 技術掌握：將像素縱橫比轉換回方形像素的方法

在Premiere Pro中，使用“解釋素材”命令可以將像素縱橫比轉換為方形像素，以校正變形圖像，具體操作步驟如下。

【操作步驟】

01 打開配套資源中相對應的素材文件“01.Prproj”，然后在項目窗口中選擇需要校正為方形像素的對象“01.jpg”，如圖1-2所示。

02 在該圖像文件名稱上單擊鼠標右鍵，然后從彈出的菜單中選擇“修改→解釋素材”菜單命令，如圖1-3所示。

03 在彈出的“修改素材”對話框的“像素縱橫比”區(qū)域中，選中“符合為”命令，然后在下拉列表中選擇“方形像素（1.0）”選項，如圖1-4所示。單擊“確定”按鈕，項目窗口中的列表即可表示圖像已經(jīng)被轉換為方形像素。

1.2.7 RGB色彩和位數(shù)深度

計算機屏幕上的彩色圖像是由紅色、綠色和藍色熒光粉混合創(chuàng)建而成的。使用不同數(shù)量的紅、綠、藍色組合可以顯示百萬種顏色。在數(shù)字圖像程序中，如Premiere Pro和Photoshop，紅色、綠色和藍色成分通常稱作通道。每個通道可以提供256種顏色（28，通常稱作8位色彩，因為一個字節(jié)是8位），256種紅色×256種綠色×256種藍色的組合可以生成約1760萬種顏色。因此，在Premiere Pro中創(chuàng)建項目時，可以看到大多數(shù)色彩深度選項設置為數(shù)百萬種色彩。幾百萬種色彩的色彩深度通常稱作24位色彩（224）。某些新式高清攝像機能以10位每像素進行錄制，可以為每種紅色、綠色和藍色像素提供1024種顏色。這遠遠大于紅、綠、藍色通道的256種顏色。盡管如此，多數(shù)視頻仍然以8位每像素進行采樣，所以10位色彩也許并不比8位色彩更有制作優(yōu)勢。

1.2.8 數(shù)字視頻編碼壓縮

由膠片制作的模擬視頻、模擬攝像機捕捉的視頻信號都可以稱為模擬視頻。而數(shù)字視頻的出現(xiàn)帶來了巨大的變化，在成本、制作流程、應用范圍等方面都大大超越了模擬視頻。但是數(shù)字視頻和模擬視頻又是息息相關的，很多數(shù)字視頻都是通過模擬信號數(shù)字化后而得到的。

模擬視頻被數(shù)字化后，具有相當大的數(shù)據(jù)率，為了節(jié)省空間和方便管理，需要使用特定的方法對其進行壓縮。根據(jù)視頻壓縮方法的不同，主要可以分為如下3種類型。

● 有損和無損壓縮

在視頻壓縮中有損（Loss）和無損（Lossless）的概念與對靜態(tài)圖像的壓縮處理基本類似。無損壓縮即壓縮前和解壓縮后的數(shù)據(jù)完全一致。多數(shù)的無損壓縮都采用RLE行程編碼算法。有損壓縮意味著解壓縮后的數(shù)據(jù)與壓縮前的數(shù)據(jù)不一致；要得到體積更小的文件，就必須通過對其進行損耗來得到。在壓縮的過程中要丟失一些人眼和人耳所不敏感的圖像或音頻信息，而且丟失的信息不可恢復。幾乎所有高壓縮的算法都采用有損壓縮，這樣才能達到低數(shù)據(jù)率的目標。丟失的數(shù)據(jù)率與壓縮比有關，壓縮比越小，丟失的數(shù)據(jù)越多，解壓縮后的效果一般越差。此外，某些有損壓縮算法采用多次重復壓縮的方式，這樣還會引起額外的數(shù)據(jù)丟失。

● 幀內(nèi)和幀間壓縮

幀內(nèi)（Intraframe）壓縮也稱為空間壓縮（Spatial compression）。當壓縮一幀圖像時，僅考慮本幀的數(shù)據(jù)而不考慮相鄰幀之間的冗余信息，這實際上與靜態(tài)圖像壓縮類似。幀內(nèi)一般采用有損壓縮算法，由于幀內(nèi)壓縮時各個幀之間沒有相互關系，所以壓縮后的視頻數(shù)據(jù)仍可以以幀為單位進行編輯。幀內(nèi)壓縮一般達不到很高的壓縮。許多視頻或動畫前后兩幀間有相關性或信息變化小的特點，即視頻的相鄰幀之間有冗余信息，幀間（Interframe）壓縮基于此特點，壓縮相鄰幀之間的冗余量就可以進一步提高壓縮量，減小壓縮比。幀間壓縮也稱為時間壓縮（Temporal compression），它通過比較時間軸上不同幀之間的數(shù)據(jù)進行壓縮，對幀圖像的影響非常小，所以幀間壓縮一般是無損的。幀差值（Frame differencing）算法是一種典型的時間壓縮法，它通過比較本幀與相鄰幀之間的差異，僅記錄本幀與其相鄰幀的差值，這樣可以大大減少數(shù)據(jù)量。

● 對稱和不對稱壓縮

對稱性（symmetric）是壓縮編碼的一個關鍵特征。對稱意味著壓縮和解壓縮占用相同的計算處理能力和時間，對稱算法適合于實時壓縮和傳送視頻，如視頻會議應用就以采用對稱的壓縮編碼算法為好。而在電子出版和其他多媒體應用中，都是先把視頻內(nèi)容壓縮處理好，然后在需要的時候播放，因此可以采用不對稱（asymmetric）編碼。不對稱或非對稱意味著壓縮時需要花費大量的處理能力和時間，而解壓縮時則能較好地實時回放，即需要不同的速度進行壓縮和解壓縮。一般地說，壓縮一段視頻的時間比回放（解壓縮）該視頻的時間要多得多。例如，壓縮一段3分鐘的視頻片段可能需要十多分鐘的時間，而該片段實時回放時間只有3分鐘。

1.2.9 SMPTE時間碼

在視頻編輯中，通常用時間碼來識別和記錄視頻數(shù)據(jù)流中的每一幀，從一段視頻的起始幀到終止幀，其間的每一幀都有一個唯一的時間碼地址。根據(jù)動畫和電視工程師協(xié)會SMPTE（Society of Motion Picture and Television Engineers）使用的時間碼標準，其格式是小時∶分鐘∶秒∶幀，或hours:minutes:seconds:frames。一段長度為00∶02∶31∶15的視頻片段的播放時間為2分鐘31秒15幀，如果以每秒30幀的速率播放，則播放時間為2分鐘31.5秒。

根據(jù)電影、錄像和電視工業(yè)中使用的不同幀速率，各有其對應的SMPTE標準。由于技術的原因，NTSC制式實際使用的幀速率是29.97fps而不是30fps，因此在時間碼與實際播放時間之間有0.1%的誤差。為了解決誤差問題，從而設計出丟幀（drop-frame）格式，即在播放時每分鐘要丟2幀（實際上是有兩幀不顯示而不是從文件中刪除），這樣可以保證時間碼與實際播放時間的一致。與丟幀格式對應的是不丟幀（nondrop-frame）格式，它忽略時間碼與實際播放幀之間的誤差。