視頻基礎知識（二）

多媒體技術發展與影視聯姻

自從電腦被發明以來，在一段時間里只限于處理像文字、表格和圖形等形式的信息。而對圖像、聲音和視頻的處理還望塵莫及。這是因為要處理視聽信息，首先要實現音視頻信號的數字化，而數字化以后的聲音和圖像文件數據量很大，需要電腦有更高的運算速度和更大的存儲容量來處理，長期以來電腦還不具備這些條件。直到20世紀90年代隨著電腦性能的大幅度提高和壓縮標準的確立，才使電腦具有了對包括文字、圖形、聲音、圖像和視頻等所有形式的信息進行處理的能力。近年來以微處理器和開放式軟件為代表的電腦技術發展日新月異，微處理器的性能幾乎平均一年就會提高一倍，而成本則不斷下降。現在的電腦足以勝任絕大多數的視聽信息處理。多媒體技術使電腦擺脫了以往單一從事計算的模式，它可以超越媒體間的界限，讓各種媒體在電腦內自由地交流和處理，電腦變得“能說會唱”起來。而更有意義的是，它使以活動影像為主要載體的影視藝術有了一種全新的制作方法和呈現方式。

什么是數字視頻?

數字視頻的出現從本質上改變了視頻的記錄方式和處理過程，為視頻的處理帶來了革命性的變化。數字視頻的引入為電影電視制作開辟了一番新天地。

從字面上來理解，數字視頻就是以數字方式記錄的視頻信號。它包括兩方面的含義：一是指將模擬視頻數字化以后得到的數字視頻另一方面是指由數字攝錄設備直接獲得或由電腦軟件生成的數字視頻。

模擬視頻的數字化，就是把模擬信號的電流變化或波形變化轉換為一系列由0、1組成的二進制數，每一個像素由一個二進制數字代表，每一幅畫面都由一系列的二進制數字表示。這個過程相當于把模擬視頻變成了一串串經過編碼的數據流。在重放視頻信號時，再經過解碼處理變換為原來的模擬波形重放出來。正是這個變化過程使視頻信號的處理和加工發生了革命性的變化，因為視頻變化為二進制數字代碼后就能夠被電腦所識別處理，這種變化過程稱之為視頻信號的數字化，經過數字化處理的視頻信號稱之為數字視頻。

以上我們是從模擬視頻變換的角度來理解數字視頻，即模擬視頻——數字視頻——模擬視頻。之所以需要這種變換過程，是因為早期的視頻設備記錄的都是模擬信號。現在隨著數字攝錄設備的發展，我們可以直接采集、記錄數字化的視頻信號。如現在使用的攝像機，已經用ccD作為光電轉換單元，直接記錄成數字形式的信號。這樣．從信號源開始就是無損失的數字化視頻，在輸入到電腦中時也不需考慮到視頻信號的衰減問題，直接通過數字制作系統加工成成品。這是第二層意義上的數字化視頻。還有一種更“純粹”的數字視頻，就是由電腦軟件生成的數字化視頻，典型的代表就是用三維動畫軟件生成的電腦動畫或用數字攝像機記錄的數字視頻。

模擬視頻是如何數字化的?

1．采樣，量化與編碼

模擬視頻信號的電壓變化完全類似于原圖像的變化，是一個時空連續的過程。而視頻信號數字化的實質是用一系列單個的脈沖來代替這些連續的模擬視頻信號，只要這些脈沖足夠密集．就可以用這些脈沖樣值來恢復原來的模擬視頻信號，這個過程類似于工廠中對產品的抽樣檢查，所以稱之為抽樣(采樣)過程，而抽樣脈沖的密度稱為抽樣頻率，抽樣頻率越高就越能逼近原始信號。經過抽樣后的視頻信號，只是空間上的離散像素陣列，而每個像素的值仍是連續的，必須將它轉換成有限個離散值，這個過程稱為量化。經過抽樣與量化后的視頻信號可以用若干位的二進制數來表示，這個過程稱為編碼。這就是模擬信號數字化的原理。

2．數字視頻采樣

在視頻數字化的過程中，為了減少數據量，對視頻信息各要素的采樣格式是不同的，這就是一種壓縮的概念。人的眼睛有一個特性，就是對顏色的敏感程度差，利用這個特性可以把表示顏色的數據舍棄一些而不至于影響觀看效果。

具體實現的方法是：把用RGB三基色表示的圖像轉換成用YUV(Y代表亮度，UV代表色差，PAL制)或YIQ(NTSC制)表示的圖像，使亮度和色度分開，然后減少顏色分量的數據，這個過程又稱為子采樣(sub sampling)。經過于采樣的過程數據減少了，而在還原時被減少的像素的顏色值用相鄰像素的顏色值來代替，就是用計算后得到的近似值來代替原來的顏色值，這種子采樣既不降低圖像的分辨率又能減少數據量。在數字視頻領域子采樣通常有以下3種格式：

數字視頻有哪些特點?

上面我們談到，對于模擬信號來說，它存儲在一個有效的存儲媒體上，如磁帶。但是由于模擬信號記錄的是信號的實際感應數值，容易受到記錄載體的影響。磁帶這樣的載體有一個致命的缺陷，對于存儲的模擬數據，取出時不能保證和原來存儲時的一模一樣，這樣就會產生誤差。數字信號就不同了，因為它用二進制數字來表示，0和1可以只用兩個狀態來表示，不容易受到干擾，即使受到干擾也容易恢復原來的值。這樣，不論被存取或者復制多少次，都不會發生任何變化，也就是說它的再生精度為100％。這就是視頻信號進行數字化后說帶來的巨大變化。

從表面上看，數字視頻只不過是將標準的模擬視頻信號轉換成電腦能夠識別的字節，這個過程并不簡單，它要包括視頻的存儲和播放，使得數字視頻在技術上顯得更復雜。但是，一旦視頻是以數字形式存在的，那么它就具備了許多不同于模擬視頻的特點，可以做許多模擬視頻做不到的事情：

首先，數字視頻是由一系列二進位數字組成的編碼信號，它比模擬信號更精確，而且不容易受到干擾；

其次，視頻信號數字化后，對數字視頻的移動只涉及到反映數字視頻數據在電腦硬盤中的索引編排，即訪問地址表。播放、剪輯數字視頻只是控制著電腦硬盤的磁頭來感應磁化狀態從而讀出1或者0，與信號本身并不接觸，不涉及到實際的信號本身。這就意味著不管對數字信號做多少次處理和控制，畫面質量幾乎不會下降，可以多次復制而不失真；

第三，可以運用多種編輯軟件對數字視頻進行編輯加工。對數字視頻的處理方式可以多種多樣，可以制作許多特技效果。將視頻融入電腦化的制作環境，改變了以往視頻處理的方式．也便于視頻處理的個人化、家庭化；

第四，數字信號可以被壓縮，使更多的信息能夠在帶寬一定的頻道內傳輸，大大增加了節目資源。數字信號的傳輸不再是單向的，而是交互式的。(未完待續)