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1.2 数字视频基础

在Premiere中编辑的视频属于数字视频,下面就来了解一下数字视频基础。

1.2.1 视频记录的方式

视频记录方式一般有两种,一种是以数字信号(Digital)的方式记录,另一种是以模拟信号(Analog)的方式记录。

数字信号以0和1记录数据内容,常用于一些新型的视频设备,如DC、Digits、Beta Cam和DV-Cam等。数字信号可以通过有线和无线的方式传播,传输质量不会随着传输距离的变化而变化,但必须使用特殊的传输设置,并且在传输过程中不受外部因素的影响。

模拟信号以连续的波形记录数据,用于传统影音设备,如电视、摄像机、VHS、S-VHS、V8和Hi8摄像机等。模拟信号也可以通过有线和无线的方式传播,传输质量随着传输距离的增加而衰减。

1.2.2 数字视频量化

模拟波形在时间上和幅度上都是连续的。数字视频为了把模拟波形转换成数字信号,必须把这两个量纲转换成不连续的值。数字视频把幅度表示成一个整数值,而把时间表示成一系列按时间轴等步长的整数距离值。数字视频把时间转化成离散值的过程称为采样,而把幅度转换成离散值的过程称为量化。

1.2.3 视频帧速率

如果手头有一卷动态图像的胶片,那么将它对着光就可以看到组成此作品的单个图片帧。如果看得仔细点,就会发现动态图像的每一帧都与前一帧稍微不同。每一帧中视觉信息的改变创造了这种动态错觉。

拿一卷录影带对着光,是看不到任何帧的。但是,摄像机确实已经将这些图片数据电子存储为单个视频帧。标准DV NTSC(北美和日本标准)视频帧速率是29.97帧/秒;欧洲的标准帧速率是25帧/秒,并且欧洲使用逐行倒相(Phase Alternate Line,PAL)系统;电影的标准帧速率是24帧/秒;新高清视频摄像机也以24帧/秒(准确地说是23.976帧/秒)的帧速率录制。

在Premiere Pro中帧速率是非常重要的,因为它能帮助测定项目中动作的平滑度。通常,项目的帧速率与视频影片的帧速率相匹配。例如,如果使用DV设备将视频直接采集到Premiere Pro中,那么采集速率会设置为29.97帧/秒,以匹配Premiere Pro的DV项目设置帧速率。虽然项目帧速率与素材源影片的速率应相同,但如果准备将项目发布到Web中,就可能会以较低的速率导出影片。以较低帧速率导出作品,能使作品快速下载到Web浏览器中。

1.2.4 隔行扫描与逐行扫描

刚刚接触视频的电影制作人或许想知道,为什么不是所有的摄像机都以24帧/秒的帧速率录制和播放影片?答案就在早期电视播放技术的要点中。视频工程师发明了这样一种制作图像的扫描技术,即对视频显示器内部的荧光屏每次发射一行电子束。为防止扫描到达底部之前顶部的行消失,工程师们将视频帧分成两组扫描行,分别为偶数行和奇数行。每次扫描(称作视频场)都会向屏幕下前进1/60秒。在第1次扫描时,视频屏幕的奇数行从右向左绘制(第1、3、5行等),第2次扫描偶数行。因为扫描得太快,所以肉眼看不到闪烁,此过程称作隔行扫描。因为每个视频场都显示1/60秒,所以一个视频帧会每1/30秒出现一次,视频帧速率也就为30帧/秒。视频录制设备就是这样设计的,即以1/60秒的速率创建隔行扫描域。

许多更新的摄像机能一次渲染整个视频帧,因此无需隔行扫描。每个视频帧都是逐行绘制的,从第1行到第2行,再到第3行,依此类推,此过程称作逐行扫描。某些使用逐行扫描技术进行录制的摄像机能以24帧/秒的速度录制,并且能生成比隔行扫描品质更高的图像。因此,未来我们将会看到更多逐行扫描设备的视频作品。在Premiere Pro中编辑逐行扫描视频后,制片人就可以导出到类似Adobe Encore的程序中,在其中可以创建逐行扫描DVD。

1.2.5 画幅大小扫描

数字视频作品的画幅大小决定了Premiere Pro项目的宽度和高度。在Premiere Pro中,画幅大小是以像素为单位进行衡量的,像素是计算机监视器上能显示的最小图片元素。如果正在工作的项目使用的是DV影片,那么通常使用DV标准画幅大小为720像素×480像素,HDV视频摄像机(索尼和JVC)可以录制1280像素×720像素和1400像素×1080像素的大小,高清(HD)设备能以1920像素×1080像素进行拍摄。

Tips

在视频规范中,720p表示1280像素×720像素画幅大小的逐行扫描视频。1920像素×1080像素的高清格式可以是逐行扫描,也可以是隔行扫描。在视频规范中,1080 60i表示画幅高度为1080像素的隔行扫描视频,数字60表示每秒的场数,因此表示录制速率是30帧/秒。

在Premiere Pro中,也可以在不同于原始视频画幅大小的项目中进行工作。例如,即使正在使用DV影片(720像素×480像素),也可以用于iPod或手机视频的设置创建项目。此项目的编辑画幅大小将是640像素×480像素,但它将会以240像素×480像素的QVGA(四分之一视频图形阵列)画幅大小进行输出,也可以以其他画幅大小进行编辑,以创建自定义画幅大小。

1.2.6 非正方形像素和像素纵横比

在DV出现之前,多数台式机视频系统中使用的标准画幅大小是640像素×480像素。计算机图像是由正方形像素组成的,因此640像素×480像素和320像素×240像素(用于多媒体)的画幅大小非常符合电视的纵横比(宽度比高度),即4∶3(每4个正方形横向像素,对应3个正方形纵向像素)。但是在使用720像素×480像素或720像素×486像素的DV画幅大小进行工作时,计算不是很清晰。问题在于,如果创建的是720像素×480像素的画幅大小,那么纵横比就是3∶2,而不是4∶3的电视标准。如何将720像素×480像素压缩为4∶3的纵横比呢?答案是使用矩形像素,比宽度更高的非正方形像素(在PAL DV系统中指720像素×576像素,即长度大于宽度)。

如果读者对正方形与非正方形像素的概念感到迷惑,那么只需记住, 640像素×480像素能提供4∶3的纵横比。这里要用到一点中学数学知识, 720乘以多少等于640?答案是0.9,即640是720的0.9倍。因此,如果每个正方形像素都能削减到自身宽度的9/10,那么就可以将720像素×480像素转换为4∶3的纵横比。如果正在使用DV进行工作,可能会频繁地看到数字0.9(即0.9∶1的缩写),这称作像素纵横比。

在Premiere Pro中创建DV项目时,可以看到DV像素纵横比设置为0.9而不是1(用于正方形像素),如图1-1所示。此外,如果向Premiere Pro中导入画幅大小为720像素×480像素的影片,那么像素纵横比将自动设置为0.9。

图1-1

Tips

计算图像的纵横比可以使用公式“(帧高度/帧宽度)×(纵横比宽度/纵横比高度)”求得。因此,对于4∶3的纵横比,480/640×4/3=1。对于720/480,更精确的说是704/480×4/3=0.9。对于PAL系统,计算结果是576/704×4/3=1.067。注意,704像素代替了720像素,因为704像素是实际活跃的图片区域。

在Premiere Pro中创建DV项目时,像素纵横比是自动选取的。Premiere Pro也会调整计算机显示器,保证在正方形像素的计算机显示器上查看非正方形像素影片时,不会造成变形。尽管如此,理解正方形与非正方形像素的概念还是很有帮助的,因为可能需要将DV项目导出到Web、多媒体应用程序、手机或iPod(它们都显示正方形像素,因为是在逐行扫描显示器上查看)。在工作的项目中,素材源可能同时包含有正方形像素和非正方形像素。例如,如果向DV项目导入的影片是由模拟视频卡数字化的(使用正方形像素数字化),或者将计算机图形程序创建的图像导入包含DV影片的DV项目中,那么视频区就会有两种类型的像素。为防止变形,用户可以使用Premiere Pro的“解释素材”命令合理设置导入图形或影片的画幅大小。

即学即用 将像素纵横比转换回方形像素

素材文件: 素材文件>第1章>即学即用:将像素纵横比转换回方形像素

素材位置: 素材文件>第1章>即学即用:将像素纵横比转换回方形像素

技术掌握: 将像素纵横比转换回方形像素的方法

(扫码观看视频)

01 打开光盘中的“素材文件>第1章>即学即用:将像素纵横比转换回方形像素>即学即用:将像素纵横比转换回方形像素.Prproj”文件,然后在“项目”面板中选择需要校正为方形像素的01.jpg文件,如图1-2所示。

02 在该图像文件名称上单击鼠标右键,然后从打开的菜单中选择“修改>解释素材”命令,如图1-3所示。

03 在打开的“修改素材”对话框中,设置“符合为”为“方形像素(1.0)”,然后单击“确定”按钮,如图1-4所示。此时,“项目”面板中的列表即可表示图像已经被转换为方形像素。

图1-2

图1-3

图1-4

1.2.7 RGB色彩和位数深度

计算机屏幕上的彩色图像是由不同数量的红、绿、蓝色组成的。在数字图像程序中,如Premiere Pro和Photoshop,红色、绿色和蓝色成分通常称作通道。每个通道可以提供256种颜色(28,通常称作8位色彩,因为一个字节是8位),256种红色×256种绿色×256种蓝色的组合,可以生成约1760万种颜色。因此,在Premiere Pro中创建项目时,可以看到大多数色彩深度选项设置为数百万种色彩。几百万种色彩的色彩深度通常称作24位色彩(224),某些新式高清摄像机能以10位每像素进行录制,可以为每种红色、绿色和蓝色像素提供1024种颜色,这远远大于红、绿、蓝色通道的256种颜色。尽管如此,多数视频仍然以8位每像素进行采样,所以10位色彩也许并不比8位色彩更有制作优势。

知识拓展:避免显示变形

当在计算机显示器(显示方形像素)上查看未更改的非方形像素时,图像可能会出现变形,而视频监视器上则不会出现变形。幸运的是,Premiere Pro会在计算机显示器上调整非方形像素的影片,因此在将影片导入DV项目中时,并不会使非方形像素影片变形。此外,如果使用Premiere Pro的“导出”命令将项目导出到Web,那么可以调整像素纵横比以防止变形。尽管如此,如果在方形像素程序(如Photoshop)中创建720像素×480像素(或720像素×486像素)的图形,然后将其导入NTSC DV项目中,那么图形在Premiere Pro中显示时可能会出现变形。图1-5显示了在Photoshop中以720像素×480像素创建的方形中包含一个圆形的图像。注意,此图像在Premiere Pro的素材源监视器面板中显示时会出现变形,因为Premiere Pro自动将其转换为非方形的0.9像素纵横比。

图1-5

如果在方形像素程序中以720像素×576像素创建一幅图形并将它导入一个PAL DV项目中,那么Premiere Pro也会将它转换为非方形像素纵横比。因为Premiere Pro将以DV画幅大小创建的数字素材源文件都定义为非方形像素数据,所以发生了变形。这一文件导入的规则是由一个名为“Interpretation Rules.txt”的文本文件指定的,此文件包含了关于如何编辑定义规则的指导,位于“Adobe Premiere Pro CS6>Plug-ins>en_US”中,并且是可编辑的,这使Premiere Pro可以定义不同的图形和视频文件。

在Photoshop中创建图形,就可以避免图形变形。使用Photoshop在视频监视器上预览图形并显示视频预设,例如720像素×480像素DV设置在文件中所提供的像素纵横比是0.9。如果使用此预设,就可以在将图形导入DV项目之前预览图形。

如果安装Premiere Pro的计算机中也安装有Photoshop,就可以通过选择“文件>新建>Photoshop文件”菜单命令,在Premiere Pro中创建一个Photoshop文件,此文件将会配置为匹配Premiere Pro项目的像素纵横比。

使用Photoshop可以将一幅图像的像素纵横比设置为匹配Premiere项目的像素纵横比。首先选择“图像>图像大小”菜单命令,设置画幅大小与Premiere项目相匹配,然后选择“图像>像素长宽比”菜单命令,选择与项目匹配的像素纵横比即可。

1.2.8 数字视频编码压缩

由胶片制作的模拟视频、模拟摄像机捕捉的视频信号,都可以称为模拟视频。而数字视频的出现带来了巨大革命,在成本、制作流程和应用范围等方面,都大大超越了模拟视频。但是数字视频和模拟视频又息息相关,很多数字视频都是通过模拟信号数字化后得到的。

模拟视频被数字化后,具有相当大的数据率,为了节省空间和方便管理,需要使用特定的方法对模拟视频进行压缩。根据视频压缩方法的不同,主要可以分为如下3种类型。

1.有损和无损压缩

在视频压缩中有损(Loss)和无损(Lossless)的概念与对静态图像的压缩处理基本类似。无损压缩也即压缩前和解压缩后的数据完全一致,多数的无损压缩都采用RLE行程编码算法。有损压缩意味着解压缩后的数据与压缩前的数据不一致,要得到体积更小的文件,就必须通过对其进行损耗来得到,在压缩的过程中要丢失一些人眼和人耳所不敏感的图像或音频信息,而且丢失的信息不可恢复。几乎所有高压缩的算法都采用有损压缩,这样才能达到低数据率的目标。丢失的数据率与压缩比有关,压缩比越小,丢失的数据越多,解压缩后的效果一般越差。此外,某些有损压缩算法采用多次重复压缩的方式,这样还会引起额外的数据丢失。

2.帧内和帧间压缩

帧内(Intraframe)压缩也称为空间压缩(Spatial compression)。当压缩一帧图像时,仅考虑本帧的数据而不考虑相邻帧之间的冗余信息,这实际上与静态图像压缩类似。帧内一般采用有损压缩算法,由于帧内压缩时各个帧之间没有相互关系,所以压缩后的视频数据仍以帧为单位进行编辑。另外, 帧内压缩一般达不到很高的压缩。

帧间(Interframe)压缩是基于许多视频或动画的连续前后两帧,具有很大的相关性,或者说前后两帧信息变化很小的特点,也就是连续的视频其相邻帧之间具有冗余信息。根据这一特性,压缩相邻帧之间的冗余量就可以进一步提高压缩量,减小压缩比。帧间压缩也称为时间压缩(Temporal compression),它通过比较时间轴上不同帧之间的数据进行压缩,对帧图像的影响非常小,所以帧间压缩一般是无损的。帧差值(Frame differencing)算法是一种典型的时间压缩法,它通过比较本帧与相邻帧之间的差异,仅记录本帧与其相邻帧的差值,这样可以大大减少数据量。

3.对称和不对称压缩

对称性(symmetric)是压缩编码的一个关键特征。对称意味着压缩和解压缩占用相同的计算处理能力和时间,对称算法适合于实时压缩和传送视频,如视频会议应用就以对称压缩编码算法为好。而在电子出版和其他多媒体应用中,都是先把视频内容压缩处理好,然后在需要的时候播放,因此可以采用不对称(asymmetric)编码算法。不对称或非对称意味着压缩时需要花费大量的处理能力和时间,而解压缩时则能较好地实时回放,也就是需要不同的速度进行压缩和解压缩。一般情况下,压缩一段视频的时间比回放(解压缩)该视频的时间要多得多。例如,压缩一段3分钟的视频片断可能需要十多分钟的时间,而该片断实时回放时间只有3分钟。

1.2.9 SMPTE时间码

在视频编辑中,通常用时间码来识别和记录视频数据流中的每一帧,从一段视频的起始帧到终止帧,这期间的每一帧都有一个唯一的时间码地址。根据动画和电视工程师协会(Society of Motion Picture and Television Engineers,SMPTE)使用的时间码标准,其格式是“小时∶分钟∶秒∶帧”,或“hours∶minutes∶seconds∶frames”。一段长度为00∶02∶31∶15的视频片段的播放时间为2分钟31秒15帧,如果以30帧/秒的速率播放,则播放时间为2分钟31.5秒。

根据电影、录像和电视工业中使用的不同帧速率,各有其对应的SMPTE标准。由于技术的原因,NTSC制式实际使用的帧率是29.97fps而不是30fps,因此在时间码与实际播放时间之间有0.1%的误差。为了解决这个误差问题,设计出丢帧(drop-frame)格式,即在播放时每分钟要丢2帧(实际上是有两帧不显示,而不是从文件中删除),这样可以保证时间码与实际播放时间一致。与丢帧格式对应的是不丢帧(nondrop-frame)格式,它忽略时间码与实际播放帧之间的误差。 mSeLIp6T5JCDfD9PFZXAFavNdhOJHkXcHr8moysyxEQW1ATCgn4JIZY9COrdKyKi

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