1.3 視頻基礎(chǔ)知識

下面介紹一些視頻制作的基礎(chǔ)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(jī)中播放的格式，還需要對視頻的幀頻有所了解。非數(shù)字的標(biāo)準(zhǔn)電視機(jī)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(shí)，會被投射到屏幕的內(nèi)部，這些熒光成分會發(fā)出人類所能看到的光。在最初發(fā)明電視機(jī)的時(shí)候，熒光成分只能持續(xù)極短的時(shí)間，最后在電子束投射到畫面的底部時(shí)，最上面的熒光成分已經(jīng)開始變暗。為了解決這個(gè)問題，早期的電視機(jī)制造者設(shè)計(jì)了隔行掃描的系統(tǒng)。

也就是說，電子束最初是逐行隔開進(jìn)行投射，然后再次返回，對中間忽略的光束進(jìn)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(shí)際上顯示的是每秒60個(gè)掃描場。

在使用計(jì)算機(jī)制作動畫時(shí)，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(zhǔn)確地完成這項(xiàng)工作。通常，只有在電視機(jī)上顯示的視頻中才會出現(xiàn)幀或者場的問題。如果在計(jì)算機(jī)上播放視頻，因?yàn)轱@示器使用的是隔行掃描的視頻信號，所以不會發(fā)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(jì)算機(jī)中使用的圖形圖像數(shù)據(jù)，像素的縱橫比是一個(gè)正方形形態(tài)。電視NTSC制式是由486條掃描線和每條掃描線720個(gè)取樣（720×486像素）構(gòu)成的。在720個(gè)取樣中，由于信號的上升和消隱，實(shí)際上能夠看到的只有711個(gè)。因此，當(dāng)畫面的構(gòu)成比是4：3的時(shí)候，像素的縱橫比為486/711×4/3=0.911。

所以，運(yùn)行旋轉(zhuǎn)圓的DV E（交互式數(shù)字視頻系統(tǒng)）時(shí)，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(tài)。其關(guān)鍵是計(jì)算機(jī)和電視機(jī)之間的圖像移動問題。因?yàn)橛?jì)算機(jī)通常使用正方形的像素，所以必須要根據(jù)電視機(jī)來調(diào)整計(jì)算機(jī)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(kuò)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(fā)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(shù)據(jù)和視頻同步數(shù)據(jù)構(gòu)成，用于接收端正確地顯示圖像。信號的細(xì)節(jié)取決于應(yīng)用的視頻標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)（SEquential Couleur Avec Memoire, SECAM）制式，這3種制式之間存在一定的差異。在各個(gè)地區(qū)購買的攝像機(jī)或者電視機(jī)，以及其他一些視頻設(shè)備，都會根據(jù)當(dāng)?shù)氐臉?biāo)準(zhǔn)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(nèi)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(zhuǎn)換，但因?yàn)榇嬖趲l和分辨率的差異，在品質(zhì)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(cuò)式和非交錯(cuò)式。當(dāng)前大部分廣播電視信號是交錯(cuò)式的，而計(jì)算機(jī)圖形軟件（包括After Effects CC 2018）是以非交錯(cuò)式顯示視頻的。交錯(cuò)視頻的每一幀由兩個(gè)場（Field）構(gòu)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(jiān)視器上，能產(chǎn)生高質(zhì)量的平滑圖像。

場以水平分隔線的方式保存幀的內(nèi)容，在顯示時(shí)先顯示第一個(gè)場的交錯(cuò)間隔內(nèi)容，然后再顯示第二個(gè)場來填充第一個(gè)場留下的縫隙。每一個(gè)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(shí)間為1/25秒，每一個(gè)場為1/50秒。

在非交錯(cuò)視頻中，掃描線是按從上到下的順序全部顯示的。計(jì)算機(jī)視頻一般是非交錯(cuò)式的，電影膠片類似于非交錯(cuò)視頻，它們是每次顯示整個(gè)幀的。

如果在After Effects CC 2018中輸出廣播電視使用的交錯(cuò)視頻產(chǎn)品，則要求在其他圖像軟件中不要進(jìn)行場渲染或產(chǎn)生交錯(cuò)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(jì)算機(jī)的視頻素材為非交錯(cuò)式能夠最大限度地保持圖像的質(zhì)量，并在After Effects CC 2018的合成中省去分離場的過程。當(dāng)然，當(dāng)需要使用其他圖像軟件渲染一段素材時(shí)，可以用50幀/秒的幀渲染格式（非交錯(cuò)式）進(jìn)行渲染，當(dāng)導(dǎo)入到After Effects CC 2018中進(jìn)行合成時(shí)，After Effects CC 2018可以用高質(zhì)量的場渲染方式產(chǎn)生廣播級的25幀/秒的視頻產(chǎn)品。最后需要輸出的視頻是交錯(cuò)式還是非交錯(cuò)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(cuò)式的；如果在視頻流或者在計(jì)算機(jī)上觀看，要輸出成非交錯(cuò)式的；如果是轉(zhuǎn)成電影膠片，最好由專業(yè)的公司用專業(yè)的設(shè)備來完成。

1.3.5 SMPTE時(shí)間碼

視頻素材的長度及其開始幀、結(jié)束幀，是由時(shí)間碼單位和地址來度量的。時(shí)間碼區(qū)別錄像帶的每一幀，以便在編輯和廣播時(shí)進(jìn)行控制。在編輯視頻時(shí)，時(shí)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(shí)：分鐘：秒：幀”的形式確定每一幀的地址。

不同的SMPTE時(shí)間碼標(biāo)準(zhǔn)用于不同的幀率（如電影、視頻和電視工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），PAL制式或采用的是25幀/秒的標(biāo)準(zhǔn)。NTSC制式由于廣播電視的技術(shù)原因，采用了29.97幀/秒的標(biāo)準(zhǔn)，而不是早期黑白電視使用的30幀/秒的標(biāo)準(zhǔn)，但NTSC制式的時(shí)間碼仍采用30幀/秒，這就造成了實(shí)際播放和測量的時(shí)間長度有0.1%的差異。為了定位，由SMPTE時(shí)間碼測量播放時(shí)間與實(shí)際播放時(shí)間之間的差異，開發(fā)出一個(gè)名為Drop Frame（掉幀）的格式。多數(shù)視頻編輯系統(tǒng)既裝有掉幀，也裝有不掉幀時(shí)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(shí)間碼所代表的真實(shí)時(shí)間。

1.3.6 數(shù)字視頻

數(shù)字視頻的形成過程是：先用攝像機(jī)之類的視頻捕捉設(shè)備，將外界影像的顏色和亮度信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺缓髮⑵溆涗浀酱鎯橘|(zhì)（如錄像帶）中。在播放時(shí)，視頻信號被轉(zhuǎn)變?yōu)閹畔ⅲ⒁约s30幀/秒的速度投影到顯示器上，使人類的眼睛誤認(rèn)為它是連續(xù)不間斷地運(yùn)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(shù)字/模擬（D/A）轉(zhuǎn)換器來轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字的“0”或“1”，這個(gè)轉(zhuǎn)變過程就稱為視頻捕捉（或采集過程）。要在電視機(jī)上觀看數(shù)字視頻，則需要一個(gè)從數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換器，將二進(jìn)制信息解碼成模擬信號。

1.模擬

傳統(tǒng)的模擬攝像機(jī)是把實(shí)際生活中看到、聽到的內(nèi)容錄制成模擬格式。如果用模擬攝像機(jī)或者其他模擬設(shè)備（使用錄像帶）進(jìn)行制作，還需要能將模擬視頻數(shù)字化的捕獲設(shè)備，一般計(jì)算機(jī)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(xiàn)在可以數(shù)字化的視頻信號的類型、被數(shù)字化視頻的品質(zhì)等方面。Premiere或者其他軟件都可以進(jìn)行數(shù)字化制作。一旦視頻被數(shù)字化之后，就可以使用Premiere、After Effects CC 2018或者其他軟件在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行編輯了。編輯結(jié)束以后，為了方便，也可以再次通過視頻進(jìn)行輸出。在輸出時(shí)，可以使用Web數(shù)字格式，或者VHS、Beta-SP等模擬格式。

2.數(shù)字

隨著數(shù)字?jǐn)z像機(jī)價(jià)格的不斷下調(diào)，其使用也越來越普及。使用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)可以把錄制的視頻保存為數(shù)字格式，然后將數(shù)字信息載入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行制作。數(shù)碼攝像機(jī)使用最廣泛的數(shù)字格式為DV格式。將DV傳送到計(jì)算機(jī)上要比模擬視頻更加簡單，因?yàn)橐曨l保存方式已經(jīng)被數(shù)字化了。所以，只需要一個(gè)連接計(jì)算機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的通路即可。最常見的連接方式就是使用IEEE 1394卡，當(dāng)然，也可以通過其他方式連接，不過這個(gè)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(jìn)行壓縮和解壓縮。計(jì)算機(jī)工業(yè)定義通過24位測量系統(tǒng)的真彩色，這就定義了百萬種顏色，接近人類視覺的極限。現(xiàn)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(dá)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(jìn)行壓縮處理。通過拋棄一些數(shù)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(gè)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(shù)據(jù)成為可能。

如果用在數(shù)字多媒體上，解碼器則包括視頻解碼器和音頻解碼器。數(shù)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(shù)據(jù)壓縮存放。除此之外，還有一些專業(yè)的編碼格式，一般家庭基本不會用到。為了在家用設(shè)備或者計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(shù)（幀數(shù)）。如果想讓動作比較自然，每秒大約需要顯示10幀。如果幀數(shù)小于10，畫面就會突起；如果幀數(shù)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(jié)目通常采用25幀/秒的幀頻。根據(jù)使用制式的不同，各國之間也略有差異。

影像的畫質(zhì)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?cái)?shù)來顯示的，顯示的形態(tài)是“水平像素?cái)?shù)×垂直像素?cái)?shù)”（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(zhì)就越好。當(dāng)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(shù)碼圖像不斷放大，就會看到，它是由小正方形的集合構(gòu)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(xiàn)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(gè)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(diào)入進(jìn)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(jìn)行壓縮。

●AI：這是Adobe Illustrator的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用程序間傳輸PostScript語言線稿。在Photoshop中打開由其他應(yīng)用程序創(chuàng)建的包含矢量圖形的EPS文件時(shí)，Photoshop會對此文件進(jìn)行柵格化，將矢量圖形轉(zhuǎn)換為像素。

●JPG：用于靜態(tài)圖像標(biāo)準(zhǔn)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(wǎng)絡(luò)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(chǎn)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(gè)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(jìn)行使用。

●MOV：是Macintosh計(jì)算機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)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(yè)廣泛接受，已經(jīng)成為數(shù)字化圖像、光線追蹤和其他應(yīng)用程序（如3ds max）所產(chǎn)生的高質(zhì)量圖像的常用格式。TGA屬于一種圖形、圖像數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)的一種格式，所以，TGA圖像總是按行進(jìn)行存儲和壓縮，從而使它成為計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的高質(zhì)量圖像向電視轉(zhuǎn)換的一種首選格式。

●AVI：是Microsoft公司制定的計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算機(jī)檔案格式，擴(kuò)展名為.mp4，以存儲數(shù)字音頻及數(shù)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(jìn)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(kuò)展名為PIC），其3D通道信息存放在ZPIC文件中。