配套课件-数字视频设计与制作技术(第二版)1.ppt
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1、第1章 数字视频基础数字视频设计与制作技术数字视频设计与制作技术 清华大学出版社清华大学出版社教学目标 了解电视节目制作的流程、方式以及人员的组成和职责 理解基于电视节目和基于多媒体的两种数字视频制作方式的差异 了解数字视频的基础知识 了解数字图像的基础知识1.1 基于电视节目的数字视频制作 1.1.1 电视节目制作的流程 1.1.2 电视节目制作的方式 1.1.3 电视节目制作人员的组成和职责 1.1.1 电视节目制作的流程电视节目制作的流程 电视节目制作包含节目生产过程中的艺术创作和技术处理两个部分。在制作的实践中,艺术创作和技术处理同属于一个完整的节目生产系统的不同部分,往往互相依存而不
2、可分离,而且是相互渗透的。电视制作的全过程,一般可分为“前期制作”与“后期制作”。前期工作包括构思创作和现场录制;后期工作包括编辑和合成。1.1.2 电视节目制作的方式 1.ENG方式方式 ENG,即“电子新闻采集”(Electronic News Gathering)。这种方式,是使用便携式的摄像、录像设备来采集电视新闻,因此能适应新闻采访的运动和灵活性、新闻事件的突发性、电视报道的时效性和现场性。图1-1 便携式摄像设备1.1.2 电视节目制作的方式 2.EFP方式 EFP,即电子现场制作(Electronic Field Production)。EFP也是电视技术迅速发展的产物,它应当是
3、对一整套适用于“野外”或“演播室外”节目制作的电视设备的统称。图1-2 电视转播车图1-3 电视转播车内部设备1.1.2 电视节目制作的方式 3.ESP方式方式 ESP,亦即“电视演播室制作”(Electronic Studio Production),主要是指演播室录像制作,也包括演播室直播。因为演播室设备的不断现代化,增加了演播室制作方式的适应能力。如室内灯光系统的全自动化;高清晰度的广播级摄像机系统;高保真音响系统;特别是数字特技、模拟特技、动画特技系统,它们组成了一个高科技制作系统。如图1-4为演播控制室,图1-5为演播室摄像机。图1-4 演播控制室 图1-5 演播室摄像机1.1.3
4、电视节目制作人员的组成和职责 1.导演 2.摄像 3.录像 4.场记 5.美工 6.灯光 7.编辑 8.录音 9.解说 同样包括“前期制作”和“后期制作”两个阶段。其各个制作阶段的工作任务与电视节目制作基本相似。1.2 基于多媒体的数字视频制作基于电视节目和基于多媒体的数字视频制作方式的差异使用的设备系统素材存放 编辑系统基于电视节目的数字视频制作较多(切换机、数字特技、录像机、录音机、编辑机、调音台、字幕机、图形创作系统等)录像带编辑机基于多媒体的数字视频制作较少(将图像、声音及有关信息统一作为数字数据进行处理,同时一些基本的工作如选材、合成和编辑都是以综合方式完成的)磁盘存储器服务器非线性
5、编辑系统 1.3.1 视频的基础知识 1.3.2 视频压缩编码的基本概念 1.3.3 常见数字视频格式 1.3.4 视频格式转换工具软件 1.3.5 数字视频素材的获取 1.3 数字视频基础(1)模拟视频和数字视频(2)视频的制式(3)数字视频的生成1.3.1 视频的基础知识1.3.2 视频压缩编码的基本概念 1.有损和无损压缩有损和无损压缩 无损压缩指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。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。2.帧内和帧间压缩帧内和帧间压缩 帧内
6、(intraframe)压缩也称为空间压缩(spatial compression)。当压缩一帧视频时,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。帧间(interframe)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。帧间压缩一般是有损的。3.对称和不对称编码对称和不对称编码 对称性是压缩编码的一个关键特征。对称(symmetric)意味着压缩和解压缩占用相同的计算处理能力和时间。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,即以不同的速度进行压缩和解压缩。1
7、.3.3 常见数字视频格式 1.MPEG格式。(1)MPEG-1的标准名称为“动态图像和伴音的编码用于速率小于每秒约1.5兆比特的数字存储媒体”。这里的数字存储媒体指一般的数字存储设备如CD-ROM、硬盘和可擦写光盘等,也就是通常所说的VCD制作格式。其文件扩展名包括:mpg、mlv、mpe、mpeg以及VCD光盘中的.dat等。(2)MPEG-2标准,即“活动图像及有关声音信息的通用编码”标准。MPEG-2格式主要应用在DVD和SVCD的制作或压缩方面,同时在一些HDTV(高清晰电视广播)和一些高要求视频编辑、处理上面也有相当的应用。其文件扩展名包括.mpg、.mpe、.mpeg、.m2v及
8、DVD光盘上的.vob等。(3)MPEG-4能够保存接近于DVD画质的小体积视频文件。这种文件格式还包括了以前MPEG压缩标准所不具备的比特率的可伸缩性、动画精灵、交互性甚至版权保护等一些特殊功能。这种数字视频格式的文件扩展名包括.asf、mov和DivX AVI等。2.AVI(Audio Video Interleave)是一种音频视像交插记录的数字视频文件格式。AVI文件图像质量好,可以跨多个平台使用。但由于文件过于庞大,而且压缩标准不统一,因此在不同版本的Windows媒体播放器中不兼容。3.MOV格式是美国Apple公司开发的一种视频格式,默认的播放器是苹果的QuickTime Pla
9、yer。MOV格式有较高的压缩比率和较完美的视频清晰度。因为这种文件格式能用来描述几乎所有的媒体结构,所以它是不同系统的应用程序间交换数据的理想格式。4.DivX格式是由MPEG-4衍生出的另一种视频编码(压缩)标准,也即我们通常所说的DVDrip格式,它采用了MPEG4的压缩算法,同时又综合了MPEG-4与MP3各方面的技术。其画质接近DVD,并且文件大小只有DVD的几分之一。5.DV格式是由索尼、松下、JVC等多家厂商联合提出的一种家用数字视频格式。目前非常流行的数码摄像机就是使用这种格式记录视频数据。它可以通过计算机的IEEE1394端口传输视频数据到计算机,也可以将计算机中编辑好的视频
10、数据回录到数码摄像机中。这种数字视频格式的文件扩展名一般是.avi,所以也叫DV-AVI格式。6.RA/RM/RP/RT流式文件格式经过特殊编码,但是它的目的和单纯的多媒体压缩文件有所不同,重新编排数据位是为了适合在网络上边下载边播放。7.RMVB格式是一种由RM视频格式升级延伸出的新视频格式,它的先进之处在于保证平均压缩比的基础上合理利用比特率资源,就是说静止和动作场面少的画面场景采用较低的编码速率,这样可以留出更多的带宽空间,而这些带宽会在出现快速运动的画面场景时被利用。这样在保证了静止画面质量的前提下,大幅地提高了运动图像的画面质量,从而图像质量和文件大小之间就达到了微妙的平衡。8.AS
11、F(Advanced Stream Format)流式文件格式以“.asf”为后缀,其最大优点就是体积小,因此适合网络传输。使用Windows Media Player可以直接播放ASF格式的文件。9.ASX文件是Microsoft Media文件的索引文件,也是一种播放列表或者流媒体重定向(active stream redirector)文件,其工作原理与RAM文件类似。10.FLV 网络视频格式 FLV是FLASH VIDEO的简称。FLV流媒体格式是随着Flash MX的推出发展而来的视频格式,目前已经成为当前视频文件的主流格式。由于它形成的文件极小、加载速度极快,使得网络观看视频文件
12、成为可能,它的出现有效地解决了视频文件导入Flash后,使导出的SWF文件体积庞大,不能在网络上很好的使用等缺点。目前各在线视频网站如新浪播客、六间房、56、优酷、土豆、酷6、youtube等,均采用此视频格式。11.MKV格式 MKV不是一种压缩格式,而是Matroska的一种媒体文件,Matroska是一种新的多媒体封装格式,也称多媒体容器(Multimedia Container)。它可将多种不同编码的视频及16条以上不同格式的音频和不同语言的字幕流封装到一个Matroska Media文件当中。MKV最大的特点就是能容纳多种不同类型编码的视频、音频及字幕流。1.3.4 视频格式转换工具
13、软件 1.Canopus Procoder 2.WinMPG Video Convert 3.视频格式转换通 4.AVS Video Converter 5.网络多媒体梦工场20051.Canopus ProCoder Canopus ProCoder 3是 Canopus(康能普视)公司出品的专业视频编码转换软件,其前身就是广受赞誉的 Canopus ProCoder 2,如图1-7所示。它可以在几乎所有应用的主流媒体格式之间进行转换,而且支持批处理、滤镜等高级功能。使用该软件转换出来的画面清晰细腻,亮度和对比度表现很好,图像还原完整,影像的轮廓清晰、明显,边缘圆滑,色彩鲜艳,色彩饱和度很好
14、,颜色过渡十分清晰自然。以高速度、高性能、绝对可靠的稳定性和高质量的图像输出而著称的Canopus DV Codec已经获得了业界领袖的认可,并且成为公司获得殊荣的非线性编辑系统(包括DVRexRT、DVStorm 和 DVRaptor-RT 等)的核心技术。该软件不但支持所有主流媒体格式(Windows Media、Real Video、Apple QuickTime、Microsoft DirectShow、Microsoft Video for Windows、Microsoft DV、Canopus DV、Canopus MPEG-1和MPEG-2编码),而且还提供对高清晰度视频格式的
15、支持。它可以以惊人的速度在不同格式的媒体文件之间轻易地进行转换,并可以让用户一次转换单个或多个视频文件,同时以不同的格式分别输出到多个文件。Canopus Procoder2.WinMPG Video Convert 这是一款非常优秀的全能视频转换工具,该软件不仅可以将AVI格式同时转换成MPEG-1、MPEG-2、DVD、VCD、SVCD和DivX等视频格式,而且还可以将ASF和WMV等视频格式快速转换成AVI和MPEG-4格式,如图1-8所示。图1-8 WinMPG Video Convert v9.2.2.0 专业版3.格式工厂 格式工厂是一套万能的多媒体格式转换软件,如图1-9所示。提
16、供以下功能:视频转MP4、3GP、MPG、AVI、WMV、FLV、SWF;所有类型音频转到MP3、WMA、MMF、AMR、OGG、M4A、WAV;所有类型图片转到JPG、BMP、PNG、TIF、ICO等;抓取DVD到视频文件;MP4文件支iPod/iPhone/PSP/黑霉等指定格式。图1-9 格式工厂 2.60 4.AVS Video Converter 这是一款功能特别全面的视频文件转换及编辑工具,如图1-10所示。在软件的主界面中单击Browse(浏览)按钮,将需要转换的AVI、MPG、MPEG-1、MPEG-2、VOB(DVD)、DAT(VCD)、WMV和ASF等格式的视频文件导入到软
17、件中后,直接在软件的工具栏中单击相应的To AVI、To DVD、To MP4、To MPEG、To MOV、To WMV或To RM等按钮,软件即可快速完成一个视频文件转换任务的定制。图1-10 AVS Video Converter 工作界面5.MediaCoder MediaCoder是一个免费的通用影音转码工具,如图1-11所示,它将众多来自开源社区的优秀音频视频编解码器和工具进行整合,让用户可以自由地转换音频和视频文件,可满足各种场合下的转码需求。图1-11 MediaCoder 2011 win7 64位版1.3.5 数字视频素材的获取 1.利用视频采集卡将模拟视频转换成数字视频利
18、用视频采集卡将模拟视频转换成数字视频 从硬件平台的角度分析,数字视频的获取需要三个部分的配合:(1)模拟视频输出的设备,如录像机、电视机、电视卡等;(2)可以对模拟视频信号进行采集、量化和编码的设备,这一般都由专门的视频采集卡来完成;(3)由多媒体计算机接收和记录编码后的数字视频数据。2.利用计算机生成的动画利用计算机生成的动画 例如,把GIF动画格式转换成AVI视频格式,或利用Flash、MAYA、3ds max等二维或三维动画制作软件生成的视频文件或文件序列作为数字视频。3.通过互联网下载通过互联网下载 许多互联网网站都提供视频或影片的下载服务,下载服务分免费和付费两种。免费服务可以直接将
19、视频或影片下载到计算机中,付费服务需要通过注册,以各种付费方式付费后,才能将视频或影片下载到计算机中。但是,通过互联网下载的视频素材质量都不会很高,一般单帧画面分辨率在320240像素左右,如果更大的话,视频发布会受到网络带宽的,表现为在线浏览时会经常停顿,甚至无法浏览。4.从从VCD或或DVD视频文件中截取视频片段视频文件中截取视频片段 当所截取的视频文件格式不能被视频编辑软件支持时,首先要把文件格式转换成视频编辑软件支持的文件格式。一般绝大部分视频编辑软件都支持AVI文件格式。所以,在VCD或DVD中截取视频文件并转换成AVI文件格式,然后将转换后的文件导入到视频编辑软件中进行处理。1.4
20、 数字图像基础 1.4.1 数字化图像的类型 1.4.2 数字化图像的构成 1.4.3 数字图像格式 1.4.4 数字图像的获取1.4.1 数字化图像的类型 1.位图图像位图图像 位图图像,又称点阵图像,是由描述图像中各个像素点的亮度位数与颜色的位数集合而成的,这些位数用于定义图像中每个像素点的亮度和颜色。位图图像适合表现比较细致,层次和色彩比较丰富,包括大量细节的图像。例如:个人外出旅游的风景照、演出剧照等。位图图像可以调入内存直接显示,但是位图图像所需要的磁盘比较大,对内存和硬盘空间容量的需求也较高。位图图像文件通常要比矢量图文件大。2.矢量图形矢量图形 矢量图形也叫向量式图形,用数学的矢
21、量方式来记录图像内容,以线条和色块为主。例如一条线段的数据只需要记录两个端点的坐标、线段的粗细和色彩等,因此文件较小。优点是能够被任意放大、缩小而不损失细节和清晰度,精确度较高。缺点是不易制作色调丰富或色彩变化太多的图像,而且绘制出来的图形不是很逼真,无法像照片一样精确地反映自然界的景象,同时也不易在不同的软件间交换文件。矢量图适用于线型的图画、美术字和工程制图等。1.4.2 数字化图像的构成 1.像素(像素(Pixel)数字图像是由许多微小的彩色方块组成的,这些微小的彩色方块就被称为像素。像素是构成数字图像的最小单位,它以矩阵的方式排列而成。单位面积内,图像的像素越多,图像的精度就越高,图像
22、质量就越好,同时这个图像文件所占的存储空间也就越大。2.图像分辨率(图像分辨率(Image Resolution)图像分辨率是用于量度位图图像内数据量多少的一个参数,通常用PPI表示每英寸包含的像素。图像包含的数据越多,图形文件的长度就越大,能表现出的细节越丰富。分辨率高的文件所需要的计算机资源要求高,占用的硬盘空间很大。分辨率低的文件,图像包含的数据不够充分,图形分辨率低,图像显得比较粗糙,尤其是把图形放大到一定尺寸的时候。3.显示器的分辨率显示器的分辨率 显示器分辨率是指显示器屏幕上的像素量,表示显示器分辨率的方法两种。(1)信息总量法 同一时间内一台显示器可以显示的总信息量是有限的,用信
23、息量来衡量显示器分辨率的方法就是信息总量法。PC中常见的显示器分辨率有如下几种:640480像素,800600像素和1024768像素。第一个数字表示屏幕的横向像素数量,第二个数字表示屏幕的纵向像素数量。(2)计点数线数法 计量屏幕上每英寸所描述的点数或线数的方法是计点数线数法。不同的制造厂商以及不同型号的显示器其数值不同。4.颜色深度颜色深度 位图中各像素的颜色信息用若干数据位来表示,这些数据的个数称为图像的颜色深度(或图像深度)。颜色深度决定了位图中出现的最大颜色数。目前图像的颜色深度有以下几种,即1、4、8、16、24、32。5.数字图像的基本指标数字图像的基本指标(1)DPI(Dot
24、Per Inch):是指各类输出设备每英寸上所产生的像素数,一般用来表示输出设备(如打印机、绘图仪等)的分辨率,即设备分辨率。(2)PPI(Pixel Per Inch):指每英寸的像素数,它一般用于衡量一个图像输入设备(如数码相机)的分辨率的高低,反映了图像中储存信息量的多少,它决定了图像的根本质量。(3)位(Bit)与颜色(Color):在图像处理过程中,颜色由数字“位(Bit)”来实现,它们之间的关系是:颜色数=2n,其中n为所占的位数。1.4.3 数字图像格式 1.BMP格式格式 BMP格式是微软Windows应用程序所支持的,特别是图像处理软件,基本上都支持BMP格式,BMP格式可简
25、单分为黑白、16色、256色、真彩色几种格式。在存储时,可以使用RLE无损压缩方案进行数据压缩,既能节省磁盘空间,又不牺牲任何图像数据。随着Windows操作系统的广泛普及,BMP格式的影响也越来越大,不过其劣势也比较明显,因为其图像文件比较大。2.JPG格式格式 JPG是JPEG的缩写,JPEG几乎不同于当前使用的任何一种数字压缩方法,它无法重建原始图像。JPG利用RGB到YUV色彩的变换,以存储颜色变化的信息为主,特别是亮度的变化,因为人眼对亮度的变化非常敏感。只要重建后的图像在亮度上有类似原图的变化,对于人眼来说,它看上去将会非常类似于原图,因为它只是丢失了那些不会引人注目的部分。3.P
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