Premiere Pro CC 2015中文版基础与实例教程(第4版)
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1.4 数字视频基础

本节将对数字视频相关的基础知识做一个总体讲解。

1.4.1 像素

像素(Pixels)是指形成图像的最小单位。像素是一个个有色方块,如果把数码图像不断放大,就会看到,它是由许多像素以行和列的方式排列而成的。

像素具有颜色信息,可以用bit(比特)来度量。像素分辨率是由像素含有几比特的颜色属性来决定的,例如,1比特可以表现白色和黑色两种颜色;2比特则可以表示22(即4)种颜色。通常所说的24位视频,是指具有224(即16 777 216)个颜色信息的视频。

图像文件包含的像素越多,其所包含的信息也就越多,文件也就越大,图像品质也就越好。

1.4.2 帧频与分辨率

帧频指每秒显示的图像数(帧数)。如果想让动作比较自然,每秒大约需要显示10帧。如果帧数小于10,画面就会凸起;如果帧数大于10,播放的动作会更加自然。制作电影通常采用24f/s(帧/秒),制作电视节目通常采用25f/s。根据使用制式的不同,各国之间也略有差异。

分辨率是通过普通屏幕上的像素数来显示的,显示的形态是“水平像素数×垂直像素数”(例如,640×480像素和800×600像素)。在其他条件相同的情况下,分辨率越高,图像的画质越好。当然,这也需要硬件条件的支持。

1.4.3 场

视频素材分为交错式和非交错式。当前大部分广播电视信号是交错式的,而计算机图形软件(包括Premiere、After Effects)是以非交错式显示视频的。交错视频的每一帧由两个场(Field)构成,称为“上”扫描场和“下”扫描场,或奇场(Old Field)和偶场(Even Field)。这些场依顺序显示在NTSC或PAL制式的监视器上,能产生高质量的平滑图像。

场以水平分隔线的方式保存帧的内容,在显示时先显示第一个场的交错间隔内容,然后再显示第二个场来填充第一个场留下的缝隙。每一个NTSC制式视频的帧大约显示1/30s,每一个场大约显示1/60s,而PAL制式视频一帧的显示时间为1/25s,每一个场为1/50s。

在非交错视频中,扫描线是按从上到下的顺序全部显示的,计算机视频一般是非交错式的,电影胶片类似于非交错视频,它们是每次显示整个帧的。

1.4.4 电视制式

在电视中播放的电视节目都是经过视频编辑处理得到的。由于世界上各个国家对电视影像制定的标准不同,其制式也有一定的区别。电视制式的出现,保证了电视机、视频及视频播放设备之间所用标准的统一或兼容,为电视行业的发展做出了极大的贡献。目前世界上的电视制式分为NTSC制式、PAL制式和SECAM制式3种。在Premiere Pro CC 2015中新建视频项目时,也需要对视频制式进行具体设置。

1. NTSC制式

NTSC制式是由美国国家电视标准委员会(National Television System Committee)制定的,主要应用于美国、加拿大、日本、韩国、菲律宾等国家。该制式采用了正交平衡调幅的技术方式,因此NTSC制式也称为正交平衡调幅制电视信号标准。该制式的优点是视频播出端的接收电路较为简单。不过,由于NTSC制式存在相位容易失真、色彩不太稳定(易偏色)等缺点,因而此类电视都会提供一个手动控制的色调电路供用户选择使用。

符合NTSC制式的视频播放设备至少拥有525行扫描线、分辨率为720×480电视线,工作时采用隔行扫描的方式进行播放,帧速率为29.97f/s,因此每秒播放60场画面。

2. PAL制式

PAL制式是在NTSC制式基础上的一种改进方案,其目的主要是为了克服NTSC制式对相位失真的敏感性。PAL制式的原理是将电视信号内的两个色差信号分别采用逐行倒相和正交调制的方法进行传送。这样一来,当信号在传输过程中出现相位失真时,便会由于相邻两行信号的相位相反而起到互相补偿的作用,从而有效地克服了因相位失真而引起的色彩变化。此外,PAL制式在传输时受多径接收而出现彩色重影的影响也较小。不过,PAL制式的编/解码器较NTSC制式的相应设备要复杂许多,信号处理也较麻烦,接收设备的造价也较高。

PAL制式也采用了隔行扫描的方式进行播放,共有625行扫描线,分辨率为720×576电视线,帧速率为25f/s。目前,PAL彩色电视制式广泛应用于德国、中国、英国、意大利等国家。然而即便采用的都是PAL制式,不同国家和地区的PAL制式电视信号也有一定的差别。例如,我国采用的是PAL-D制式,英国采用的是PAL-I制式,新加坡采用的是PAL-B/G或D/K制式等。

3. SECAM制式

SECAM制式意为“顺序传送彩色信号与存储恢复彩色信号制式”,是由法国在1966年制定的一种彩色电视制式。与PAL制式相同的是,该制式也克服了NTSC制式相位易失真的缺点,但在色度信号的传输与调制方式上却与前两者有着较大差别。总体来说,SECAM制式的特点是彩色效果好、抗干扰能力强,但兼容性相对较差。

在使用中,SECAM制式同样采用了隔行扫描的方式进行播放,共有625行扫描线,分辨率为720×576电视线,帧速率与PAL制式相同。目前,该制式主要应用于俄罗斯、法国、埃及、罗马尼亚等国家。

1.4.5 隔行扫描与逐行扫描

如果想把视频制作成可以在普通电视机中播放的格式,还需要对视频的帧频有所了解。非数字的标准电视机显示的都是逐行扫描的视频,在电子束接触到荧光屏的同时,会被投射到屏幕的内部,这些荧光成分会发出人类所能看到的光。在最初发明电视机的时候,荧光成分只能持续极短的时间,当电子束投射到画面的底部时,最上面的荧光成分已经开始变暗。为了解决这个问题,初期的电视机制造者设计了隔行扫描的系统。

也就是说,电子束最初是隔行进行投射的,然后再次返回,对中间忽略的光束进行投射。轮流投射的这两条线在电视信号中称为“上”扫描场(奇场)和“下”扫描场(偶场)。因此,每秒显示30帧的电视实际上显示的是每秒60个扫描场。

在使用计算机制作动画时,为了制作出更自然的动作,必须使用逐行扫描的图像。Adobe Premiere和Adobe After Effects可以准确地完成这项工作。通常,只有在电视机上显示的视频中才会出现帧或者场的问题。如果在计算机上播放视频,因为显示器使用的是隔行扫描的视频信号,所以不会发生这种问题。

1.4.6 画幅尺寸

数字视频作品的画幅大小决定了Premiere Pro CC 2015项目的宽度和高度。在Premiere Pro CC 2015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720×480像素,HDV视频摄像机(索尼和JVC)可以录制1280×720像素和1400×1080像素的大小。更昂贵的高清(HD)设备能以1920×1080像素进行拍摄。

1.4.7 非正方形像素与像素纵横比

在DV出现之前,多数台式机视频系统使用的标准画幅大小是640×480像素。计算机图像是由正方形像素组成的,因此640×480像素和320×240像素(用于多媒体)的画幅大小非常符合电视的纵横比(宽度与高度之比),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720×480像素或720×486像素的DV画幅大小进行工作时,画面不是很清晰。这是因为如果创建的是720×480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。如果要将720×480像素压缩为4:3的纵横比,就要使用宽度更高的非正方形像素(矩形像素)。

如果对正方形与非正方形像素的概念感到迷惑,那么只需记住640×480像素能提供4:3的纵横比。对于720×480像素画幅大小所带来的问题就是要将720像素的宽度如何转换为640像素。这里要用到一点数学知识:720乘以多少等于640?答案是0.9,即640是720的9/10。因此,如果每个正方形像素都能削减到原来自身宽度的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值0.9(即0.9:1的缩写)。这称作纵横比。

1.4.8 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,其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00:05:15:15的视频片段的播放时间为5分钟15秒15帧,如果以每秒30帧的速率播放,则播放时间为5分钟15.5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制式实际使用的速率是29.97f/s而不是30f/s,因此在时间码与实际播放时间之间有0.2%的误差。为了解决误差问题,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。

1.4.9 数据压缩

数据压缩也称编码技术,准确地说应该称为数字编码、解码技术,是将图像或者声音的模拟信号转换为数字信号,并可将数字信号重新转换为声音或图像的解码器综合体。

随着科技的不断发展,原始信息往往很大,不利于存储、处理和传输。而使用压缩技术可以有效地节省存储空间,缩短处理时间,节约传送通道。一般数据压缩有两种方法:一种是无损压缩,是将相同或相似的数据根据特征归类,用较少的数据量描述原始数据,达到减少数据量的目的;另一种是有损压缩,是有针对性地简化不重要的数据,减少总的数据量。

目前常用的影像压缩格式有MOV、MPG、QuickTime等。