1.3 视频基础知识

下面介绍一些视频制作的基础知识。

1.3.1 逐行扫描和隔行扫描视频

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，最后在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，早期的电视机制造者设计了隔行扫描的系统。

也就是说，电子束最初是逐行隔开进行投射，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 CC 2018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。

1.3.2 纵横比

纵横比指画面的宽高比。TV显示器的纵横比一般为4：3或者16：9。如果是计算机中使用的图形图像数据，像素的纵横比是一个正方形形态。电视NTSC制式是由486条扫描线和每条扫描线720个取样（720×486像素）构成的。在720个取样中，由于信号的上升和消隐，实际上能够看到的只有711个。因此，当画面的构成比是4：3的时候，像素的纵横比为486/711×4/3=0.911。

所以，运行旋转圆的DV E（交互式数字视频系统）时，必须考虑像素的纵横比，使圆不会变成椭圆，而一直保持圆的形态。其关键是计算机和电视机之间的图像移动问题。因为计算机通常使用正方形的像素，所以必须要根据电视机来调整计算机的纵横比。

电影、SDTV和HDTV具有不同的纵横比格式。SDTV的纵横比是4：3或比值为1.33；HDTV和扩展清晰度电视（EDTV）的纵横比是16：9或比值为1.78；电影的纵横比已从早期的1.333发展到宽银幕的2.77。

1.3.3 播放制式

基带视频是一种简单的视频模拟信号，由视频模拟数据和视频同步数据构成，用于接收端正确地显示图像。信号的细节取决于应用的视频标准或者“制式”。世界上普遍使用3种电视制式，它们分别是：美国电视标准委员会（National Television Standard Committee, NTSC）制式、逐行倒相（Phase Alternate Line, PAL）制式和顺序传送与存储彩色电视系统（SEquential Couleur Avec Memoire, SECAM）制式，这3种制式之间存在一定的差异。在各个地区购买的摄像机或者电视机，以及其他一些视频设备，都会根据当地的标准来制作。但如果是要制作在国际上通用的视频，或者想在自己的作品上插入国外制作的内容，则必须要考虑制式的问题。虽然各种制式相互之间可以转换，但因为存在帧频和分辨率的差异，在品质方面仍存在一定的问题。表1-1所示为基本模拟视频制式的比较。

1.3.4 场的概念

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After Effects CC 2018）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（Odd 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视频的帧大约显示1/30秒，每一场大约显示1/60秒，而PAL制式视频一帧的显示时间为1/25秒，每一个场为1/50秒。

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。

如果在After Effects CC 2018中输出广播电视使用的交错视频产品，则要求在其他图像软件中不要进行场渲染或产生交错的视频素材，确保源素材在合成中的场顺序，以便After Effects CC 2018能正确地渲染。来自计算机的视频素材为非交错式能够最大限度地保持图像的质量，并在After Effects CC 2018的合成中省去分离场的过程。当然，当需要使用其他图像软件渲染一段素材时，可以用50帧/秒的帧渲染格式（非交错式）进行渲染，当导入到After Effects CC 2018中进行合成时，After Effects CC 2018可以用高质量的场渲染方式产生广播级的25帧/秒的视频产品。最后需要输出的视频是交错式还是非交错式，则由它的最终用途来决定。如果用于广播电视，要输出成交错式的；如果在视频流或者在计算机上观看，要输出成非交错式的；如果是转成电影胶片，最好由专业的公司用专业的设备来完成。

1.3.5 SMPTE时间码

视频素材的长度及其开始帧、结束帧，是由时间码单位和地址来度量的。时间码区别录像带的每一帧，以便在编辑和广播时进行控制。在编辑视频时，时间码可精确地找到每一帧，并同步图像和声音元素。SEPTE以“小时：分钟：秒：帧”的形式确定每一帧的地址。

不同的SMPTE时间码标准用于不同的帧率（如电影、视频和电视工业标准），PAL制式或采用的是25帧/秒的标准。NTSC制式由于广播电视的技术原因，采用了29.97帧/秒的标准，而不是早期黑白电视使用的30帧/秒的标准，但NTSC制式的时间码仍采用30帧/秒，这就造成了实际播放和测量的时间长度有0.1%的差异。为了定位，由SMPTE时间码测量播放时间与实际播放时间之间的差异，开发出一个名为Drop Frame（掉帧）的格式。多数视频编辑系统既装有掉帧，也装有不掉帧时间码格式。注意：用哪种格式记录视频资料，就用哪种格式编辑录像带，以便知道时间码所代表的真实时间。

1.3.6 数字视频

数字视频的形成过程是：先用摄像机之类的视频捕捉设备，将外界影像的颜色和亮度信息转变为电信号，然后将其记录到存储介质（如录像带）中。在播放时，视频信号被转变为帧信息，并以约30帧/秒的速度投影到显示器上，使人类的眼睛误认为它是连续不间断地运动着的。电影播放的帧率大约是24帧/秒。如果用示波器（一种测试工具）来观看，未投影的模拟电信号的山峰和山谷必须通过数字/模拟（D/A）转换器来转变为数字的“0”或“1”，这个转变过程就称为视频捕捉（或采集过程）。要在电视机上观看数字视频，则需要一个从数字到模拟的转换器，将二进制信息解码成模拟信号。

1.模拟

传统的模拟摄像机是把实际生活中看到、听到的内容录制成模拟格式。如果用模拟摄像机或者其他模拟设备（使用录像带）进行制作，还需要能将模拟视频数字化的捕获设备，一般计算机中安装的视频捕获卡就具有这种作用。模拟视频捕捉卡有很多种，它们之间的差异表现在可以数字化的视频信号的类型、被数字化视频的品质等方面。Premiere或者其他软件都可以进行数字化制作。一旦视频被数字化之后，就可以使用Premiere、After Effects CC 2018或者其他软件在计算机中进行编辑了。编辑结束以后，为了方便，也可以再次通过视频进行输出。在输出时，可以使用Web数字格式，或者VHS、Beta-SP等模拟格式。

2.数字

随着数字摄像机价格的不断下调，其使用也越来越普及。使用数字摄像机可以把录制的视频保存为数字格式，然后将数字信息载入到计算机中进行制作。数码摄像机使用最广泛的数字格式为DV格式。将DV传送到计算机上要比模拟视频更加简单，因为视频保存方式已经被数字化了。所以，只需要一个连接计算机和数字摄像机的通路即可。最常见的连接方式就是使用IEEE 1394卡，当然，也可以通过其他方式连接，不过这个方法是最普通、最常用的。

1.3.7 编码解码器

编码解码器的主要作用是对视频信号进行压缩和解压缩。计算机工业定义通过24位测量系统的真彩色，这就定义了百万种颜色，接近人类视觉的极限。现在，最基本的VGA显示器有640×480像素。这意味着如果视频需要以30帧/秒的速度播放，则每秒要传输高达27MB的信息。在如此速度下，1GB容量的硬盘仅能存储约37秒的视频信息。因而，必须对信息进行压缩处理。通过抛弃一些数字信息或精选出容易被人类的大脑和眼睛忽略的可视化信息的方法，使视频消耗的硬盘容量减小。这个视频压缩过程就要用到编码解码器。编码解码器的压缩率从2：1到100：1不等，使处理大量的视频数据成为可能。

如果用在数字多媒体上，解码器则包括视频解码器和音频解码器。数字媒体的图像和声音均使用特殊的软件编码格式，例如视频的MPEG4，音频的MP3、AC3、DTS等，这些编码器可以将原始数据压缩存放。除此之外，还有一些专业的编码格式，一般家庭基本不会用到。为了在家用设备或者计算机上重放这些视频和音频，需要用到解码软件，一般称为插件。例如MPEG4解码插件ffdshow、AC3解码插件ac3 filter等。只有安装了各种解码插件，用户的计算机才能重放这些图像和声音。

1.3.8 帧频和分辨率

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，画面就会突起；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24帧/秒的帧频，制作电视节目通常采用25帧/秒的帧频。根据使用制式的不同，各国之间也略有差异。

影像的画质并不是只由帧频来决定的。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、800×600像素）。在其他条件相同的情况下，分辨率越高，图像的画质就越好。当然，这也需要硬件条件的支持。

1.3.9 像素

像素（Pixels）是指形成图像的最小单位，如果把数码图像不断放大，就会看到，它是由小正方形的集合构成的。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16777216）个颜色信息的视频。

1.3.10 After Effects CC 2018所支持的常用文件格式

After Effects CC 2018支持大部分视频、音频、图像及图形文件格式，还能将记录三维通道的文件调入进行修改。下面是After Effects CC 2018支持的文件格式。

●BMP：在Windows下显示和存储的位图格式。可简单地分为黑白、16色、256色和真彩色等形式。大多采用RLE进行压缩。

●AI：这是Adobe Illustrator的标准文件格式，是一种矢量图形格式。

●EPS：封装的PostScript语言文件格式。可以包含矢量图形和位图图像，几乎被所有的图形、示意图和页面排版程序所支持。EPS格式用于在应用程序间传输PostScript语言线稿。在Photoshop中打开由其他应用程序创建的包含矢量图形的EPS文件时，Photoshop会对此文件进行栅格化，将矢量图形转换为像素。

●JPG：用于静态图像标准压缩格式，支持上百万种颜色，不支持动画。

●GIF：8位（即256色）图像文件，多用于网络传输，支持动画。

●PNG：作为GIF的免专利替代品，用于在World Wide Web上无损压缩和显示图像。与GIF不同的是，PNG格式支持24位图像，产生的透明背景没有锯齿边缘。但是，一些早期版本的浏览器可能不支持PNG图像。PNG格式支持带一个Alpha通道的RGB、灰度模式和不带Alpha通道的位图、索引颜色模式。

●PSD：Photoshop的专用存储格式，采用Adobe的专用算法。可以很好地配合After Effects CC 2018进行使用。

●MOV：是Macintosh计算机上的标准视频格式，可以用Quick Time打开。

●TGA：是Truevision公司推出的文件格式。被国际上的图形、图像工业广泛接受，已经成为数字化图像、光线追踪和其他应用程序（如3ds max）所产生的高质量图像的常用格式。TGA属于一种图形、图像数据通用格式，大部分文件为24位或32位真彩色。由于它是专门为捕捉电视图像所设计的一种格式，所以，TGA图像总是按行进行存储和压缩，从而使它成为计算机产生的高质量图像向电视转换的一种首选格式。

●AVI：是Microsoft公司制定的计算机标准视频格式。

●MP4：是高清视频/HDV的代表。全称为MPEG-4 Part 14，是一种使用MPEG-4的多媒体计算机档案格式，扩展名为.mp4，以存储数字音频及数字视频为主。

●WAV：将音频记录为波形文件的格式。

●RLA、RPF：是可以包括3D信息的文件格式，通常用于特效合成软件中的后期合成。该格式中可以包含对象的ID信息、Z轴信息和法线信息等。RPF可以比RLA包含更多的信息，是一种较先进的文件格式。

●SGI：是基于SGI平台的文件格式，可以用于Combustion。

●Softimage：是Softimage中输入的可以包括3D信息的文件格式（文件扩展名为PIC），其3D通道信息存放在ZPIC文件中。