1.4 數(shù)字視頻基礎(chǔ)

1.4.1 視頻基礎(chǔ)

所謂視頻，即由一系列單獨的靜止圖像組成，每秒鐘連續(xù)播放靜止圖像，利用人眼的視覺殘留現(xiàn)象，在觀者眼中產(chǎn)生的平滑而連續(xù)活動的影像。

幀：一幀是掃描獲得的一幅完整圖像的模擬信號，是視頻圖像的最小單位。

幀率：每秒鐘掃描多少幀。對于PAL制式電視系統(tǒng)，幀率為25幀；而NTSC制式電視系統(tǒng)，幀率為30幀。

場：視頻的一個掃描過程，有逐行掃描和隔行掃描。對于逐行掃描，一幀即是一個垂直掃描場；對于隔行掃描，一幀由奇數(shù)場和偶數(shù)場兩行構(gòu)成，用兩個隔行掃描場表示一幀。

1.4.2 電視制式簡介

電視的制式就是電視信號的標準。它的區(qū)分主要在幀頻、分辨率、信號帶寬、載頻以及色彩空間的轉(zhuǎn)換關(guān)系上。不同制式的電視機只能接收和處理相應(yīng)制式的電視信號，但現(xiàn)在也出現(xiàn)了多制式或全制式的電視機，為處理不同制式的電視信號提供了極大的方便。全制式電視機可以在各個國家（地區(qū)）使用。目前各個國家（地區(qū)）的電視制式并不統(tǒng)一，全世界目前有三種電視制式。

PAL制式

PAL制式即逐行倒相正交平衡調(diào)幅制。它是德國在1962年制定的彩色電視廣播標準，它克服了NTSC制式色彩失真的缺點。根據(jù)不同的參數(shù)細節(jié)，它又可以分為G、I、D等制式。

NTSC制式（N制）

NTSC制式是由美國國家電視標準委員會于1952年制定的彩色廣播標準，它采用正交平衡調(diào)幅技術(shù)（正交平衡調(diào)幅制）。NTSC制式有色彩失真的缺陷。

SECAM制式

SECAM是法文“順序傳送彩色信號與存儲恢復(fù)彩色信號制”的縮寫，由法國在1956年提出、1966年制定的一種新的彩色電視制式。它克服了NTSC制式相位失真的缺點，采用時間分隔法來逐行依次傳送兩個色差信號。

1.4.3 視頻時間碼

一段視頻片段的持續(xù)時間、開始幀和結(jié)束幀通常用時間單位和地址來計算，這些時間和地址被稱為時間碼（簡稱時碼）。時間碼用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，每一幀都有一個唯一的時間碼地址，這樣在編輯時利用它可以準確地在素材上定位出某一幀的位置，以方便安排編輯和實現(xiàn)視頻和音頻的同步。這種同步方式叫作幀同步。“動畫和電視工程師協(xié)會”采用的時間碼標準為SMPTE，其格式為小時：分鐘：秒：幀，如一個PAL制式的素材片段表示為0:01:30:13，即它持續(xù)1分30秒13幀，換算成幀單位就是2263幀，如果播放的幀速率為25fps，那么這段素材可以播放約1分90.5秒。

電影、電視行業(yè)中使用的幀率各不相同，但它們都有各自對應(yīng)的SMPTE標準，如PAL采用25幀/秒或24幀/秒，NTSC制式采用30幀/秒或29.97幀/秒。早期黑白電視采用29.97幀/秒而非30幀/秒，這樣就會產(chǎn)生一個問題，即在時間碼與實際播放之間產(chǎn)生0.1％的誤差。為了解決這個問題，設(shè)計出了幀同步技術(shù)，這樣可以保證時間碼與實際播放時間一致。與幀同步格式對應(yīng)的是幀不同步格式，它會忽略時間碼與實際播放幀之間的誤差。

1.4.4 壓縮編碼的種類

視頻壓縮是視頻輸出工作中不可缺少的一部分，由于計算機硬件和網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的限制，視頻在存儲或傳輸時會出現(xiàn)文件過大的情況，為了避免這種情況，在輸出文件的時候就會選擇合適的方式對文件進行壓縮，這樣才能很好地解決傳輸和存儲時出現(xiàn)的問題。壓縮就是將視頻文件的數(shù)據(jù)信息通過特殊的方式進行重組或刪除來達到減小文件大小的過程。壓縮可以分為以下幾種方式。

有損和無損壓縮：在視頻壓縮中有損（Lossy ）和無損（Lossless）的概念與靜態(tài)圖像中基本類似。無損壓縮也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。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(fù)。

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，幀內(nèi)壓縮一般達不到很高的壓縮；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。幀間壓縮一般是無損的。

對稱和不對稱編碼：對稱性（symmetric）是壓縮編碼的一個關(guān)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(yīng)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(yīng)用中，一般是把視頻預(yù)先壓縮處理好，然后再播放，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。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。

1.4.5 壓縮編碼的方式

壓縮不是單純地為了減小文件，而是要在保證畫面的同時來達到減小文件大小的目的，不能只管壓縮而不計損失，要根據(jù)文件的類別選擇合適的壓縮方式，這樣才能更好地達到壓縮的目的，常用的視頻和音頻壓縮方式有以下幾種。

Microsoft Video 1

這種方式針對模擬視頻信號進行壓縮，是一種有損壓縮方式，支持8位或16位的影像深度，適用于Windows平臺。

Intellndeo（R）Video R3.2

這種方式適合制作在CD-ROM上播放的24位的數(shù)字電影，和Microsoft Video 1相比，它能得到更高的壓縮比和質(zhì)量，以及更快的回放速度。

DivX MPEG-4（Fast-Motion） 和DivX MPEG-4（Low-Motion）

這兩種壓縮方式是Premiere Pro增加的算法，壓縮基于DivX播放的視頻文件。

Cinepak Codec by Radius

這種壓縮方式可以壓縮彩色或黑白圖像，適合壓縮24位的視頻信號，制作用于CD-ROM播放或網(wǎng)上發(fā)布的文件。和其他壓縮方式相比，利用它可以獲得更高的壓縮比和更快的回放速度，但壓縮速度較慢，而且只適用于Windows平臺。

Microsoft RLE

這種方式適合壓縮具有大面積色塊的影像素材，如動畫或計算機合成圖像等。它使用RLE （run length encoding）方式進行壓縮，是一種無損壓縮方案，適用于Windows平臺。

Intel Indeo 5.10

這種方式適合于所有基于MMX技術(shù)或Pentium II以上處理器的計算機。它具有快速的壓縮選項，并可以靈活設(shè)置關(guān)鍵幀，具有很好的回放效果；適用于Windows平臺，作品適合網(wǎng)上發(fā)布。

MPEG

在非線性編輯時最常用的是MJPEG算法，即Motion JPEG。它將視頻信號50場/秒（PAL制式）變?yōu)?5幀/秒，然后按照25幀/秒的速度使用JPEG算法對每一幀進行壓縮。通常壓縮倍數(shù)在3.5~5倍時可以達到Betacam的圖像質(zhì)量。MPEG算法適用于動態(tài)視頻的壓縮，除了對單幅圖像進行編碼外還利用圖像序列中的相關(guān)原則，將冗余去掉，這樣可以大大提高視頻的壓縮比。 目前MPEG-I用于VCD節(jié)目中，MPEG-II用于VOD、DVD節(jié)目中。

其他還有很多方式，如Planar RGB、Cinepak、Graphics、Motion JPEG A和Motion JPEG B、DV NTSC和DV PAL、Sorenson、Photo-JPEG、H.263、Animation及None等。