1.1 了解Premiere CS5
在第一次对视频进行编辑或应用前,先来了解一下视频的基础知识和原理。
1.1.1 制式及压缩的基础知识和原理
由于世界上常用的两种电视格式的不同,所以我们在完成一个作品之前,首先要了解采用哪一种制式,以及完成输出时需要采用什么格式压缩。
1.制式
目前,中国、南美及欧洲的大部分国家采用的电视制式为PAL制,美国、日本、韩国等国家采用NTSC制,还有一些国家,例如,法国、中东等采用SECAM制。
什么是PAL制呢?PAL是Phase Alteration Line的缩写,直译为逐行倒相。它是为了改变NTSC制对于相位失真的敏感性而改进的方案。
PAL制电视的供电频率为50Hz、场频为每秒50场、帧速率为每秒25帧、扫描线为625行、图像信号带宽分别为4.2MHz、5.5MHz、5.6MHz等。
NTSC制是美国研制成功的,这种制式的特点是彩色电视和黑白电视相互兼容,但是存在相位失真、色彩不稳定的缺点。
NTSC制电视的供电率为60Hz,场频为每秒60场,帧速率为每秒30帧、扫描线为525行、图像信号带宽分别6.2MHz。
2.压缩的原理
数字压缩又称编码技术,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码信号和将数码信号转换为声音或图像的解码器的综合体。
压缩技术是随科技的不断发展必然产生的结果,因为原始信息存在很大的冗余度,不利于数字节目的存储、处理、传输,这项技术不仅可以节省存储空间、缩短处理时间、节约传送通道,而且可以充分利用频谱资源。
一般,数据压缩有两种方法,一种是无损压缩,它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,它是有针对性地简化不重要的数据,减少总的数据量。我们通常见到的影像压缩格式有:MOV、MPG、MPEG-2、RM/RMM、VIV、QuickTime等。
1.1.2 分辨率和像素比
视频信号的分辨率由构成画面的水平行数来度量,水平行数越多,可以分解的细腻程度越高,图像的质量也就越高,每幅图像中水平扫描线的数量称为垂直分辨率。
NTSC制式采用每帧525行扫描,也即525行分辨率,PAL制式是625行分辨率,另外,很多高清的格式也有相应的行数定义,例如,1080i50和1080p30格式的分辨率真都是1080行。
水平分辨率是每行扫描线中所包含的像素数,取决于录像设备、播放设备和显示设备,如DVD的水平分辨率约为500线。
像素(Pixel)是显示电视上“图像成像”的最小单位。实际上像素也是由一些更小的点(Dots)组成的,不过在进行图像处理时,把像素作为最小单位。
像素长宽比是指影片画面中每个像素的宽高比,无论是PAL制式还是NTSC制式,它们的像素都不是方形像素,而计算机显示器的像素是方形的,因此当视频帧在方形像素的显示器上显示时,往往出现扭曲问题。
各种不同格式使用的像素宽高比如表1-1所示。
表1-1
计算机使用正方形像素显示画面,像素的长宽比为1:1,标准的PAL制式视频一帧图像由720×576个像素组成,采用矩形像素,像素的长宽比即为1:1.067。在使用Premiere Pro CS5进行视频编辑与制作时,其像素的长宽比都是可以调整的。
1.1.3 视频压缩
视频压缩也称编码,因为数字化后的模拟视频信号数据量非常大,庞大的数据量使得数据传输、存储和处理都非常困难,因此,必须采用压缩编码技术,从而减少文件的数据冗余,来节省存储空间,缩短处理时间及节约传送通道等。使用不同的压缩编码方式,其压缩率和压缩效果也各不相同,如表1-2所示。
表1-2
压缩的方式大致分为两种:一种是利用数据之间的相关性,将相同或相似的数据特征归类,用较少的数据量描述原始数据,以减少数据量,这种压缩通常称为无损压缩;另一种是利用人的视觉和听觉的特性,针对性地简化不重要的信息,以减少数据,这种压缩方式通常称为有损压缩。
有损压缩又分为空间压缩和时间压缩。空间压缩针对每一帧,将其中相近区域的相似色彩信息进行归类,用描述其相关性的方式取代描述每一个像素的色彩属性,省去了对人眼视觉不重要的色彩信息。时间压缩又称为插帧压缩,是在相邻帧之间建立相关性,描述视频帧与帧之间变化的部分,并将相对不变的部分作为背景,从而大大减少了不必要的帧信息。相对于空间压缩,时间压缩更具有可研究性,并有着更加广阔的发展空间。
现在常用的压缩编码技术有以下几种:
(1)JPEG(Joint Photographic Experts Group)
JPEG静态图像压缩的标准,用于连续色凋、多级灰度、彩色/单色静态图像压缩。具有较高压缩比的图形文件(一张1000KB的BMP文件压缩成JPEG格式后只有20~30KB),在压缩过程中失真程度很小,目前,使用范围广泛。这种有损压缩在牺牲较少细节的情况下用典型的4 :1~10 :1的压缩比来存档静态图像。
(2)M-JPEG(Motion-JPEG)
它是利用JPEG算法把一系列图像存于硬盘,已被广泛用于非线性编辑。它的优点是压缩和解压是对称的,可以用相同的硬件和软件实现。它可以实现广播级指标所要求的无损压缩,但是它的数据量仍然是非常巨大的。
(3)MPEG(Motion Picture Experts Goup)
MPEG压缩在计算机和电视视频制作领域获得广泛应用。它依赖于两个技术,基于16×16块的运动补偿和帧内图像的JPEG压缩。MPEG-1能将视频信号压缩到0.5~1b/piexl,压缩数据率为1.2MB/s,重建图像的质量与VHS相当,VCD就是用它压缩的,由于它是不对称算法,所以要使用硬件压缩,而解压时则软、硬件均可。
●MPEG-1:MPEG-1用于传输1.5MB/s的数字存储媒体运动图像及其伴音的编码,经过MPEG-1标准压缩后,视频数据压缩率为1/100~1/200,音频压缩率为1/6.5。MPEG-1提供每秒30帧352×240分辨率的图像,当使用合适的压缩技术时,具有接近家用视频制式(VHS)录像带的质量。MPEG-1允许超过70分钟的高质量视频和音频存储在一张CD-ROM上。VCD采用的就是MPEG-1的标准,该标准是一个面向家庭电视质量级的视频、音频压缩标准。
由MPEG-1开发出来的视频压缩技术的应用范围很广,包括从CD-ROM上的交互系统,到电信网络上的视频传送,MPEG-1视频编码标准被认为是一个通用标准。为了支持多种应用,可由用户来规定多种多样的输入参数,包括灵活的图像尺寸和帧频。MPEG推荐了一组系统规定的参数:每个MPEG-1兼容解码器至少必须能够支持视频源参数,最佳可达电视标准,包括每行最小应有720个像素,每个图像起码应有576行,每秒最少不低于30帧,及最低比特率为1.86MB/s,标准视频输入应包括非隔行扫描视频图像格式。应该指出,但并不是说,MPEG1的应用就限制于这一系统规定的参数组。根据JPEG和H.261,已开发出MPEG-1视频算法。当时的想法是:尽量保持与CCITT H.261标准的共同性,这样,支持两个标准的做法就似乎可能。MPEG-1提供的重要特性包括:基于帧的视频随机存取,通过压缩比特流的快进/快退搜索,视频的反向重放及压缩比特流的编辑能力。
●MPEG-2:MPEG-2主要针对高清晰度电视(HDTV)的需要,传输速率为10Mbit/s,与MPEG-1兼容,适用于1.5~60Mbit/s甚至更高的编码范围。MPEG-2有每秒30帧704×480的分辨率,是MPEG-1播放速度的4倍。它适用于高要求的广播和娱乐应用程序,如DSS卫星广播和DVD,MPEG-2是家用视频制式(VHS)录像带分辨率的两倍。
MPEG-2是目前数字视频技术的工业上事实上的标准。MPEG-2追求的是CCIR601建议的图像质量。CCIR601建议书选用分量编码作为演播室节目制作的标准,按照通常习惯,以3个分量采样频率之比4:2:2命名,这3个分量是亮度信号Y、蓝色色差信号U和红色色差信号V。建议书规定,亮度信号的采样频率为13.5MHz,两个色差信号的采样频率都为6.75MHz,3个分量都采用8bit量化,总数码率为(13.5+6.75+6.75)×8=216Mbit/s。MPEG-2对YUV信号进行压缩编码,以形成3~10MHz的运动图像及其伴音的编码。
●MPEG-4:MPEG-4标准是超低码率运动图像和语言的压缩标准,用于传输速率低于64Mbit/s的实时图像传输,它不仅可覆盖低频带,也向高频带发展。较之前两个标准而言,MPEG-4为多媒体数据压缩提供了一个更为广阔的平台。它更多定义的是一种格式、一种架构,而不是具体的算法。它可以将各种各样的多媒体技术充分包容进来,包括压缩本身的一些工具、算法,也包括图像合成、语音合成等技术。