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動漫視頻制作設計技巧 |
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  • 動漫視頻制作設計技巧
    发布时间: 2011/1/10 11:07:23   查看次数: 12081 

      一、數字視頻的采樣格式及數字化標准


      模擬視頻的數字化包括不少技術問題,如電視信號具有不同的制式而且采用複合的YUV信號方式,而計算機工作在RGB空間;電視機是隔行掃描,計算機顯示器大多逐行掃描;電視圖像的分辨率與顯示器的分辨率也不盡相同等等。因此,模擬視頻的數字化主要包括色彩空間的轉換、光柵掃描的轉換以及分辨率的統一。


      模擬視頻一般采用分量數字化方式,先把複合視頻信號中的亮度和色度分離,得到YUV或YIQ分量,然後用三個模/數轉換器對三個分量分別進行數字化,最後再轉換成RGB空間。


      (一)、數字視頻的采樣格式


      根據電視信號的特征,亮度信號的帶寬是色度信號帶寬的兩倍。因此其數字化時可采用幅色采樣法,即對信號的色差分量的采樣率低于對亮度分量的采樣率。用Y:U:V來表示YUV三分量的采樣比例,則數字視頻的采樣格式分別有4:1:1、4:2:2和4:4:4三種。電視圖像既是空間的函數,也是時間的函數,而且又是隔行掃描式,所以其采樣方式比掃描儀掃描圖像的方式要複雜得多。分量采樣時采到的是隔行樣本點,要把隔行樣本組合成逐行樣本,然後進行樣本點的量化,YUV到RGB色彩空間的轉換等等,最後才能得到數字視頻數據。


      (二)、數字視頻標准


      为了在PAL、NTSC和 SECAM电视制式之间确定共同的数字化参数,国家无线电咨詢委员会(CCIR)制定了广播级质量的数字电视编码标准,称为CCIR 601标准。在该标准中,对采样频率、采样结构、色彩空间转换等都作了严格的规定,主要有:


      1、采样频率为f s=13.5MHz


      2、分辨率與幀率


      3、根据f s的采样率,在不同的采样格式下计算出数字视频的数据量:这种未压缩的数字视频数据量对于目前的计算机和网络来说无论是存储或传输都是不现实的,因此在多媒体中应用数字视频的关键问题是数字视频的压缩技术。


      (三)、視頻序列的SMPTE表示單位


      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SMPTE(Society of Motion Picture and Television Engineers)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,如果以每秒30帧的速率播放,则播放时间为2分钟31.5秒。


      根據電影、錄像和電視工業中使用的幀率的不同,各有其對應的SMPTE標准。由于技術的原因NTSC制式實際使用的幀率是29.97fps而不是30fps,因此在時間碼與實際播放時間之間有0.1%的誤差。爲了解決這個誤差問題,設計出丟幀(drop-frame)格式,也即在播放時每分鍾要丟2幀(實際上是有兩幀不顯示而不是從文件中刪除),這樣可以保證時間碼與實際播放時間的一致。與丟幀格式對應的是不丟幀(nondrop-frame)格式,它忽略時間碼與實際播放幀之間的誤差。


      二、視頻壓縮編碼的基本概念


      視頻壓縮的目標是在盡可能保證視覺效果的前提下減少視頻數據率。視頻壓縮比一般指壓縮後的數據量與壓縮前的數據量之比。由于視頻是連續的靜態圖像,因此其壓縮編碼算法與靜態圖像的壓縮編碼算法有某些共同之處,但是運動的視頻還有其自身的特性,因此在壓縮時還應考慮其運動特性才能達到高壓縮的目標。在視頻壓縮中常需用到以下的一些基本概念:


      (一)、有损和无损压缩:在视频压缩中有损(Lossy )和无损(Lossless)的概念与静态图像中基本类似。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。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。


      (二)、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可以以帧为单位进行编辑。帧内压缩一般达不到很高的压缩。


      采用帧间(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。也即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。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。


      (三)、對稱和不對稱編碼:對稱性(symmetric)是壓縮編碼的一個關鍵特征。對稱意味著壓縮和解壓縮占用相同的計算處理能力和時間,對稱算法適合于實時壓縮和傳送視頻,如視頻會議應用就以采用對稱的壓縮編碼算法爲好。而在電子出版和其它多媒體應用中,一般是把視頻預先壓縮處理好,爾後再播放,因此可以采用不對稱(asymmetric)編碼。不對稱或非對稱意味著壓縮時需要花費大量的處理能力和時間,而解壓縮時則能較好地實時回放,也即以不同的速度進行壓縮和解壓縮。一般地說,壓縮一段視頻的時間比回放(解壓縮)該視頻的時間要多得多。例如,壓縮一段三分鍾的視頻片斷可能需要10多分鍾的時間,而該片斷實時回放時間只有三分鍾。


      目前有多種視頻壓縮編碼方法,但其中最有代表性的是MPEG數字視頻格式和AVI數字視頻格式。

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