1.3 視頻基礎知識

下面介紹一些視頻制作的基礎知識。

1.3.1 逐行掃描和隔行掃描視頻

如果想把視頻制作成可以在普通電視機中播放的格式，還需要對視頻的幀頻有所了解。非數字的標準電視機顯示的都是逐行掃描的視頻，在電子束接觸到熒光屏的同時，會被投射到屏幕的內部，這些熒光成分會發出人類所能看到的光。在最初發明電視機的時候，熒光成分只能持續極短的時間，最后在電子束投射到畫面的底部時，最上面的熒光成分已經開始變暗。為了解決這個問題，早期的電視機制造者設計了隔行掃描的系統。

也就是說，電子束最初是逐行隔開進行投射，然后再次返回，對中間忽略的光束進行投射。輪流投射的這兩條線在電視信號中稱為“上”掃描場（奇場）和“下”掃描場（偶場）。因此，每秒顯示30幀的電視實際上顯示的是每秒60個掃描場。

在使用計算機制作動畫時，為了制作出更自然的動作，必須使用逐行掃描的圖像。Adobe Premiere和Adobe After Effects CC 2018可以準確地完成這項工作。通常，只有在電視機上顯示的視頻中才會出現幀或者場的問題。如果在計算機上播放視頻，因為顯示器使用的是隔行掃描的視頻信號，所以不會發生這種問題。

1.3.2 縱橫比

縱橫比指畫面的寬高比。TV顯示器的縱橫比一般為4：3或者16：9。如果是計算機中使用的圖形圖像數據，像素的縱橫比是一個正方形形態。電視NTSC制式是由486條掃描線和每條掃描線720個取樣（720×486像素）構成的。在720個取樣中，由于信號的上升和消隱，實際上能夠看到的只有711個。因此，當畫面的構成比是4：3的時候，像素的縱橫比為486/711×4/3=0.911。

所以，運行旋轉圓的DV E（交互式數字視頻系統）時，必須考慮像素的縱橫比，使圓不會變成橢圓，而一直保持圓的形態。其關鍵是計算機和電視機之間的圖像移動問題。因為計算機通常使用正方形的像素，所以必須要根據電視機來調整計算機的縱橫比。

電影、SDTV和HDTV具有不同的縱橫比格式。SDTV的縱橫比是4：3或比值為1.33；HDTV和擴展清晰度電視（EDTV）的縱橫比是16：9或比值為1.78；電影的縱橫比已從早期的1.333發展到寬銀幕的2.77。

1.3.3 播放制式

基帶視頻是一種簡單的視頻模擬信號，由視頻模擬數據和視頻同步數據構成，用于接收端正確地顯示圖像。信號的細節取決于應用的視頻標準或者“制式”。世界上普遍使用3種電視制式，它們分別是：美國電視標準委員會（National Television Standard Committee, NTSC）制式、逐行倒相（Phase Alternate Line, PAL）制式和順序傳送與存儲彩色電視系統（SEquential Couleur Avec Memoire, SECAM）制式，這3種制式之間存在一定的差異。在各個地區購買的攝像機或者電視機，以及其他一些視頻設備，都會根據當地的標準來制作。但如果是要制作在國際上通用的視頻，或者想在自己的作品上插入國外制作的內容，則必須要考慮制式的問題。雖然各種制式相互之間可以轉換，但因為存在幀頻和分辨率的差異，在品質方面仍存在一定的問題。表1-1所示為基本模擬視頻制式的比較。

1.3.4 場的概念

視頻素材分為交錯式和非交錯式。當前大部分廣播電視信號是交錯式的，而計算機圖形軟件（包括After Effects CC 2018）是以非交錯式顯示視頻的。交錯視頻的每一幀由兩個場（Field）構成，稱為“上”掃描場和“下”掃描場，或奇場（Odd Field）和偶場（Even Field）。這些場依順序顯示在NTSC或PAL制式的監視器上，能產生高質量的平滑圖像。

場以水平分隔線的方式保存幀的內容，在顯示時先顯示第一個場的交錯間隔內容，然后再顯示第二個場來填充第一個場留下的縫隙。每一個NTSC視頻的幀大約顯示1/30秒，每一場大約顯示1/60秒，而PAL制式視頻一幀的顯示時間為1/25秒，每一個場為1/50秒。

在非交錯視頻中，掃描線是按從上到下的順序全部顯示的。計算機視頻一般是非交錯式的，電影膠片類似于非交錯視頻，它們是每次顯示整個幀的。

如果在After Effects CC 2018中輸出廣播電視使用的交錯視頻產品，則要求在其他圖像軟件中不要進行場渲染或產生交錯的視頻素材，確保源素材在合成中的場順序，以便After Effects CC 2018能正確地渲染。來自計算機的視頻素材為非交錯式能夠最大限度地保持圖像的質量，并在After Effects CC 2018的合成中省去分離場的過程。當然，當需要使用其他圖像軟件渲染一段素材時，可以用50幀/秒的幀渲染格式（非交錯式）進行渲染，當導入到After Effects CC 2018中進行合成時，After Effects CC 2018可以用高質量的場渲染方式產生廣播級的25幀/秒的視頻產品。最后需要輸出的視頻是交錯式還是非交錯式，則由它的最終用途來決定。如果用于廣播電視，要輸出成交錯式的；如果在視頻流或者在計算機上觀看，要輸出成非交錯式的；如果是轉成電影膠片，最好由專業的公司用專業的設備來完成。

1.3.5 SMPTE時間碼

視頻素材的長度及其開始幀、結束幀，是由時間碼單位和地址來度量的。時間碼區別錄像帶的每一幀，以便在編輯和廣播時進行控制。在編輯視頻時，時間碼可精確地找到每一幀，并同步圖像和聲音元素。SEPTE以“小時：分鐘：秒：幀”的形式確定每一幀的地址。

不同的SMPTE時間碼標準用于不同的幀率（如電影、視頻和電視工業標準），PAL制式或采用的是25幀/秒的標準。NTSC制式由于廣播電視的技術原因，采用了29.97幀/秒的標準，而不是早期黑白電視使用的30幀/秒的標準，但NTSC制式的時間碼仍采用30幀/秒，這就造成了實際播放和測量的時間長度有0.1%的差異。為了定位，由SMPTE時間碼測量播放時間與實際播放時間之間的差異，開發出一個名為Drop Frame（掉幀）的格式。多數視頻編輯系統既裝有掉幀，也裝有不掉幀時間碼格式。注意：用哪種格式記錄視頻資料，就用哪種格式編輯錄像帶，以便知道時間碼所代表的真實時間。

1.3.6 數字視頻

數字視頻的形成過程是：先用攝像機之類的視頻捕捉設備，將外界影像的顏色和亮度信息轉變為電信號，然后將其記錄到存儲介質（如錄像帶）中。在播放時，視頻信號被轉變為幀信息，并以約30幀/秒的速度投影到顯示器上，使人類的眼睛誤認為它是連續不間斷地運動著的。電影播放的幀率大約是24幀/秒。如果用示波器（一種測試工具）來觀看，未投影的模擬電信號的山峰和山谷必須通過數字/模擬（D/A）轉換器來轉變為數字的“0”或“1”，這個轉變過程就稱為視頻捕捉（或采集過程）。要在電視機上觀看數字視頻，則需要一個從數字到模擬的轉換器，將二進制信息解碼成模擬信號。

1.模擬

傳統的模擬攝像機是把實際生活中看到、聽到的內容錄制成模擬格式。如果用模擬攝像機或者其他模擬設備（使用錄像帶）進行制作，還需要能將模擬視頻數字化的捕獲設備，一般計算機中安裝的視頻捕獲卡就具有這種作用。模擬視頻捕捉卡有很多種，它們之間的差異表現在可以數字化的視頻信號的類型、被數字化視頻的品質等方面。Premiere或者其他軟件都可以進行數字化制作。一旦視頻被數字化之后，就可以使用Premiere、After Effects CC 2018或者其他軟件在計算機中進行編輯了。編輯結束以后，為了方便，也可以再次通過視頻進行輸出。在輸出時，可以使用Web數字格式，或者VHS、Beta-SP等模擬格式。

2.數字

隨著數字攝像機價格的不斷下調，其使用也越來越普及。使用數字攝像機可以把錄制的視頻保存為數字格式，然后將數字信息載入到計算機中進行制作。數碼攝像機使用最廣泛的數字格式為DV格式。將DV傳送到計算機上要比模擬視頻更加簡單，因為視頻保存方式已經被數字化了。所以，只需要一個連接計算機和數字攝像機的通路即可。最常見的連接方式就是使用IEEE 1394卡，當然，也可以通過其他方式連接，不過這個方法是最普通、最常用的。

1.3.7 編碼解碼器

編碼解碼器的主要作用是對視頻信號進行壓縮和解壓縮。計算機工業定義通過24位測量系統的真彩色，這就定義了百萬種顏色，接近人類視覺的極限。現在，最基本的VGA顯示器有640×480像素。這意味著如果視頻需要以30幀/秒的速度播放，則每秒要傳輸高達27MB的信息。在如此速度下，1GB容量的硬盤僅能存儲約37秒的視頻信息。因而，必須對信息進行壓縮處理。通過拋棄一些數字信息或精選出容易被人類的大腦和眼睛忽略的可視化信息的方法，使視頻消耗的硬盤容量減小。這個視頻壓縮過程就要用到編碼解碼器。編碼解碼器的壓縮率從2：1到100：1不等，使處理大量的視頻數據成為可能。

如果用在數字多媒體上，解碼器則包括視頻解碼器和音頻解碼器。數字媒體的圖像和聲音均使用特殊的軟件編碼格式，例如視頻的MPEG4，音頻的MP3、AC3、DTS等，這些編碼器可以將原始數據壓縮存放。除此之外，還有一些專業的編碼格式，一般家庭基本不會用到。為了在家用設備或者計算機上重放這些視頻和音頻，需要用到解碼軟件，一般稱為插件。例如MPEG4解碼插件ffdshow、AC3解碼插件ac3 filter等。只有安裝了各種解碼插件，用戶的計算機才能重放這些圖像和聲音。

1.3.8 幀頻和分辨率

幀頻指每秒顯示的圖像數（幀數）。如果想讓動作比較自然，每秒大約需要顯示10幀。如果幀數小于10，畫面就會突起；如果幀數大于10，播放的動作會更加自然。制作電影通常采用24幀/秒的幀頻，制作電視節目通常采用25幀/秒的幀頻。根據使用制式的不同，各國之間也略有差異。

影像的畫質并不是只由幀頻來決定的。分辨率是通過普通屏幕上的像素數來顯示的，顯示的形態是“水平像素數×垂直像素數”（例如640×480像素、800×600像素）。在其他條件相同的情況下，分辨率越高，圖像的畫質就越好。當然，這也需要硬件條件的支持。

1.3.9 像素

像素（Pixels）是指形成圖像的最小單位，如果把數碼圖像不斷放大，就會看到，它是由小正方形的集合構成的。像素具有顏色信息，可以用bit（比特）來度量。像素分辨率是由像素含有幾比特的顏色屬性來決定的，例如，1比特可以表現白色和黑色兩種顏色；2比特則可以表示22（即4）種顏色。通常所說的24位視頻，是指具有224（即16777216）個顏色信息的視頻。

1.3.10 After Effects CC 2018所支持的常用文件格式

After Effects CC 2018支持大部分視頻、音頻、圖像及圖形文件格式，還能將記錄三維通道的文件調入進行修改。下面是After Effects CC 2018支持的文件格式。

●BMP：在Windows下顯示和存儲的位圖格式。可簡單地分為黑白、16色、256色和真彩色等形式。大多采用RLE進行壓縮。

●AI：這是Adobe Illustrator的標準文件格式，是一種矢量圖形格式。

●EPS：封裝的PostScript語言文件格式。可以包含矢量圖形和位圖圖像，幾乎被所有的圖形、示意圖和頁面排版程序所支持。EPS格式用于在應用程序間傳輸PostScript語言線稿。在Photoshop中打開由其他應用程序創建的包含矢量圖形的EPS文件時，Photoshop會對此文件進行柵格化，將矢量圖形轉換為像素。

●JPG：用于靜態圖像標準壓縮格式，支持上百萬種顏色，不支持動畫。

●GIF：8位（即256色）圖像文件，多用于網絡傳輸，支持動畫。

●PNG：作為GIF的免專利替代品，用于在World Wide Web上無損壓縮和顯示圖像。與GIF不同的是，PNG格式支持24位圖像，產生的透明背景沒有鋸齒邊緣。但是，一些早期版本的瀏覽器可能不支持PNG圖像。PNG格式支持帶一個Alpha通道的RGB、灰度模式和不帶Alpha通道的位圖、索引顏色模式。

●PSD：Photoshop的專用存儲格式，采用Adobe的專用算法。可以很好地配合After Effects CC 2018進行使用。

●MOV：是Macintosh計算機上的標準視頻格式，可以用Quick Time打開。

●TGA：是Truevision公司推出的文件格式。被國際上的圖形、圖像工業廣泛接受，已經成為數字化圖像、光線追蹤和其他應用程序（如3ds max）所產生的高質量圖像的常用格式。TGA屬于一種圖形、圖像數據通用格式，大部分文件為24位或32位真彩色。由于它是專門為捕捉電視圖像所設計的一種格式，所以，TGA圖像總是按行進行存儲和壓縮，從而使它成為計算機產生的高質量圖像向電視轉換的一種首選格式。

●AVI：是Microsoft公司制定的計算機標準視頻格式。

●MP4：是高清視頻/HDV的代表。全稱為MPEG-4 Part 14，是一種使用MPEG-4的多媒體計算機檔案格式，擴展名為.mp4，以存儲數字音頻及數字視頻為主。

●WAV：將音頻記錄為波形文件的格式。

●RLA、RPF：是可以包括3D信息的文件格式，通常用于特效合成軟件中的后期合成。該格式中可以包含對象的ID信息、Z軸信息和法線信息等。RPF可以比RLA包含更多的信息，是一種較先進的文件格式。

●SGI：是基于SGI平臺的文件格式，可以用于Combustion。

●Softimage：是Softimage中輸入的可以包括3D信息的文件格式（文件擴展名為PIC），其3D通道信息存放在ZPIC文件中。