1.1 数码影视视频基础

1.1.1 帧的概念

所谓视频，即是由一系列单独的静止图像组成，如图1.1所示。每秒钟连续播放静止图像，利用人眼的视觉残留现象，在观者眼中就产生了平滑而连续活动的影像。

一帧是扫描获得的一幅完整图像的模拟信号，帧是视频图像的最小单位。在日常看到的电视或电影中，视频画面其实就是由一系列的单帧图片构成的，将这些一系列的单帧图片以合适的速度连续播放，利用人眼的视觉残留现象，在观者眼中就产生了平滑而连续活动的影像，就产生了动态画面效果，而这些连续播放的图片中的每一帧图片，就可以称之为一帧，比如一个影片的播放速度为25帧每秒，就表示该影片每秒播放25个单帧静态画面。

1.1.2 帧率和帧长度比

帧率有时也叫帧速或帧速率，表示在影片播放中，每秒钟所扫描的帧数，比如对于PAL制式电视系统，帧率为25帧；而NTSC制式电视系统，帧率为30帧。

帧长度比是指图像的长度和宽度的比例，平时我们常说的4∶3和16∶9，其实就是指图像的长宽比例。4∶3画面显示效果如图1.2所示；16∶9画面显示效果如图1.3所示。

1.1.3 像素长宽比

像素长宽比是指每个像素长度和宽度的比值。通常以电视机的长宽比为依据，即640/160和480/160之比为4∶3。以PAL制的DV格式为例，选4∶3时，像素比为1.0667，选16∶9时是1.4222。因此，对于4∶3长宽比来讲，480/640×4/3=1.067。所以，PAL制式的像素长宽比为1.067。

1.1.4 场的概念

场是视频的一个扫描过程。有逐行扫描和隔行扫描，对于逐行扫描，一帧即是一个垂直扫描场；对于隔行扫描，一帧由两行构成：奇数场和偶数场，是用两个隔行扫描场表示一帧。

电视机由于受到信号带宽的限制，采用的就是隔行扫描，隔行扫描是目前很多电视系统的电子束采用的一种技术，它将一幅完整的图像按照水平方向分成很多细小的行，用两次扫描来交错显示，即先扫描视频图像的偶数行，再扫描奇数行而完成一帧的扫描，每扫描一次，就叫作一场。对于摄像机和显示器屏幕，获得或显示一幅图像都要扫描两遍才行，隔行扫描对于分辨率要求不高的系统比较适合。

在电视播放中，由于扫描场的作用，其实我们所看到的电视屏幕出现的画面不是完整的画面，而是一个“半帧”画面，如图1.4所示。但由于25Hz的帧频率能以最少的信号容量有效地利用人眼的视觉残留特性，所以看到的图像是完整图像，如图1.5所示，但闪烁的现象还是可以感觉出来的。我国电视画面传输率是每秒25帧、50场。50Hz的场频率隔行扫描，把一帧分为奇、偶两场，奇、偶的交错扫描相当于遮挡板的作用。

1.1.5 电视的制式

电视的制式就是电视信号的标准。它的区分主要在帧频、分辨率、信号带宽以及载频、色彩空间的转换关系上。不同制式的电视机只能接收和处理相应制式的电视信号。但现在也出现了多制式或全制式的电视机，为处理不同制式的电视信号提供了极大的方便。全制式电视机可以在各个国家的不同地区使用。目前各个国家的电视制式并不统一，全世界目前有以下三种彩色制式。

1.PAL制式

PAL是Phase Alteration Line的英文缩写，其含义为逐行倒相，PAL制式即逐行倒相正交平衡调幅制，它是西德在1962年制定的彩色电视广播标准，它克服了NTSC制式相对相位失真敏感而引起色彩失真的缺点。中国、新加坡、澳大利亚、新西兰，以及西德、英国等一些西欧国家使用PAL制式。根据不同的参数细节，它又可以分为G、I、D等制式，其中PAL-D是我国大陆采用的制式。PAL制式电视的帧频为每秒25帧，场频为每秒50场。

2.NTSC制式（N制）

NTSC是Natonal Television System Committee的英文缩写，NTSC制式是由美国国家电视标准委员会于1952年制定的彩色广播标准，它采用正交平衡调幅技术（正交平衡调幅制）；NTSC制式有色彩失真的缺陷。NTSC制式电视的帧频为每秒29.97帧，场频为每秒60场。美国、加拿大等大多西半球国家以及中国台湾、日本、韩国等采用这种制式。

3.SECAM制式

SECAM是法文Sequentiel Couleur A Memoire的缩写，含义为“顺序传送彩色信号与存储恢复彩色信号制”的缩写；是由法国在1956年提出，1966年制定的一种新的彩色电视制式。它也克服了NTSC制式相位失真的缺点，它采用时间分隔法来逐行依次传送两个色差信号，不怕干扰，色彩保真度高，但是兼容性较差。目前法国、东欧国家以及中东部分国家使用SECAM制式。

1.1.6 视频时间码

一段视频片段的持续时间和它的开始帧和结束帧通常用时间单位和地址来计算，这些时间和地址被称为时间码（简称时码）。时码用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，每一帧都有一个唯一的时间码地址，这样在编辑的时候利用它可以准确地在素材上定位出某一帧的位置，方便地安排编辑和实现视频和音频的同步。这种同步方式叫作帧同步。“动画和电视工程师协会”采用的时码标准为SMPTE，其格式为：小时∶分钟∶秒∶帧，如一个PAL制式的素材片段表示为：00:01:30:12，那么意思是它持续1分钟30秒零12帧，换算成帧单位就是2 263帧，如果播放的帧速率为25帧/秒，那么这段素材可以播放约一分零三十点五秒。

电影、电视行业中使用的帧率各不相同，但它们都有各自对应的SMPTE标准。如PAL采用25fps或24fps，NTSC制式采用30fps或29.97fps。早期是黑白电视采用29.97fps而非30fps，这样就会产生一个问题，即在时码与实际播放之间产生0.1%的误差。为了解决这个问题，于是设计出帧同步技术，这样可以保证时码与实际播放时间一致。与帧同步格式对应的是帧不同步格式，它会忽略时码与实际播放帧之间的误差。