3.4 视频基础知识

视频来自于数字摄像机、数字化的模拟摄像资料、视频素材库等。视频处理需要专门的工具软件，如果需要专业的加工，则要使用专用的设备，例如非线性编辑机等。

3.4.1 视频的基本概念

视频信息是连续变化的影像，通常是指实际场景的动态演示，例如电影、电视、摄像资料等。视频信息带有同期音频，画面信息量大，表现的场景复杂，常采用专门的软件对其进行加工和处理。

1.视频的定义

视频是一组连续画面信息的集合，与加载的同步声音共同呈现同态的视觉和听觉效果。就可视部分而言，视频和动画没有本质的区别，只是二者的表现内容和使用场合有所不同而已。视频用于电影时，采用24帧/秒的播放速率；用于电视时，采用25帧/秒的播放速率（PAL制）。动画和视频之间可以借助软件工具进行格式转换。

视频信息可以采用AVI文件格式保存，也可采用MPG压缩数据格式保存。随着数据压缩技术的发展，采用更高压缩比的DVD格式也用于视频信息的保存。压缩的视频信息具有实时性强、可承载数据量大、对计算机的处理能力要求高等特点。

2.常见的视频处理功能

（1）视频剪辑。剪除不需要的片段，连接多段视频。连接时，还可以添加过渡效果等。

（2）视频叠加。把多个视频影像叠加在一起，产生多个影像重叠的视觉效果。

（3）视频和声音同步。在纯视频信息上添加声音并精确定位，保证视频与声音同步。

（4）添加特殊效果。使用滤镜加工视频影像，使影像具有各种特殊效果。

3.视频非线性编辑

所谓“非线性编辑”，是指用计算机系统取代传统制作工艺中的 A/B 卷编辑机、特技机、编辑控制器、调音台、时基校正器、切换台等专业设备，实现视频的数字化编辑、特技与合成。由于数字化视频编辑可在时间轴上随意修改视频信号，自由度大，具有非线性特点，因此称为“非线性编辑”。

数字化的非线性编辑具有很多优势和特点，主要表现在以下两个方面。

（1）在完成视频编辑后，可以方便、快捷地对其随意修改，而不损害图像质量。

（2）视频制作时，可以先把胶片或磁带的模拟信号转换成数字信号，并存储在硬盘上，然后通过非线性编辑软件对硬盘上的数字化视频信号进行反复编辑，最后一次性输出。这种处理方式可避免由于多次重复编辑而带来的信号失真。

3.4.2 常见视频文件格式

广义的视频文件细分起来又可以分两类，即动画文件和影像文件。动画文件指由相互关联的若干帧静止图像所组成的图像序列，这些静止图像连续播放便形成一组动画，通常用来完成简单的动态过程演示。影像文件主要指那些包含了实时的音频、视频信息的多媒体文件，其多媒体信息通常来源于视频输入设备。由于同时包含了大量的音频、视频信息，影像文件往往相当庞大，一般为几兆字节甚至几十兆字节。

1. 动画文件

（1）GIF文件（GIF）。GIF是图形交换格式（Graphics Interchange Format）的英文缩写，是由CompuServe公司于20世纪80年代推出的一种高压缩比的彩色图像文件格式。针对当时网络传输带宽的限制，CompuServe公司采用无损数据压缩方法中压缩效率较高的LZW（Lempel Ziv & Welch）算法，推出了GIF图像格式，主要用于图像文件的网络传输。鉴于GIF图像文件的尺寸通常比其他图像文件（如PCX）小很多，这种图像格式迅速得到了广泛的应用。考虑到网络传输中的实际情况， GIF图像格式除了一般的逐行显示方式之外，还增加了渐显方式，也就是说，在图像传输过程中，用户可以先看到图像的大致轮廓，然后随着传输过程的继续而逐渐看清图像的细节部分，从而适应了用户的观赏心理。这种方式以后也被其他图像格式所采用，如JPEG/JPG等。最初，GIF只是用来存储单幅静止图像，称为GIF87a，后来，又进一步发展成为GIF89a，可以同时存储若干幅静止图像并进而形成连续的动画，目前因特网上大量采用的彩色动画文件多为这种格式的文件。

（2）Flic文件（FLI/FLC）。Flic文件是Autodesk公司在其出品的Autodesk Animator/ Animator Pro/3D Studio等二维/三维动画制作软件中采用的彩色动画文件格式，其中，FLI是最初的基于320×200分辨率的动画文件格式，而FLC是FLI的进一步扩展，采用了更高效的数据压缩技术，其分辨率也不再局限于320×200。Flic文件采用行程编码（RLE）算法和Delta算法进行无损的数据压缩，首先压缩并保存整个动画序列中的第一幅图像，然后逐帧计算前后两幅相邻图像的差异或改变部分，并对这部分数据进行 RLE 压缩。由于动画序列中前后相邻图像的差别通常不大，因此采用行程编码可以得到相当高的数据压缩率。

GIF和Flic文件通常用来表示由计算机生成的动画序列，其图像相对而言比较简单，因此可以得到比较高的无损压缩率，文件尺寸也不大。然而，对于来自外部世界的真实而复杂的影像信息而言，无损压缩便显得无能为力，而且，即使采用了高效的有损压缩算法，影像文件的尺寸也仍然相当庞大。

2. 影像文件

（1）AVI文件（AVI）。AVI是音频视频交错（Audio Video Interleaved）的英文缩写，它是微软公司开发的一种符合 RIFF 文件规范的数字音频与视频文件格式，原先用于 Microsoft Video for Windows（简称VFW）环境，现在已被Windows 95/98、OS/2等多数操作系统直接支持。AVI格式允许视频和音频交错在一起同步播放，支持256色和RLE压缩，但AVI文件并未限定压缩标准，因此，AVI文件格式只是作为控制界面上的标准，不具有兼容性，用不同压缩算法生成的AVI文件，必须使用相应的解压缩算法才能播放出来。AVI文件目前主要应用在多媒体光盘上，用来保存电影、电视等各种影像信息，有时也出现在因特网上，供用户下载、欣赏新影片的精彩片断。

（2）QuickTime文件（MOV/QT）。QuickTime是苹果计算机公司开发的一种音频、视频文件格式，用于保存音频和视频信息，具有先进的视频和音频功能，被包括 Apple Mac OS、Microsoft Windows 95/98/NT在内的所有主流计算机平台支持。QuickTime文件格式支持25位彩色，支持RLE、JPEG等领先的集成压缩技术，提供150多种视频效果，并配有提供了200多种MIDI兼容音响和设备的声音装置。新版的QuickTime进一步扩展了原有功能，包含了基于因特网应用的关键特性，能够通过因特网提供实时的数字化信息流、工作流与文件回放功能。此外，QuickTime还采用了一种称为QuickTime VR（简写为QTVR）技术的虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术，用户通过鼠标或键盘的交互式控制，可以观察某一地点周围360°的景像，或者从空间任何角度观察某一物体。QuickTime以其领先的多媒体技术和跨平台特性、较小的存储空间要求、技术细节的独立性及系统的高度开放性，得到业界的广泛认可，目前已成为数字媒体软件技术领域事实上的工业标准。国际标准化组织（ISO）选择QuickTime文件格式作为开发MPEG 4规范的统一数字媒体存储格式。

（3）MPEG文件（MPEG/MPG/DAT）。MPEG文件格式是运动图像压缩算法的国际标准，它采用有损压缩方法减少运动图像中的冗余信息，同时保证每秒 30 帧的图像动态刷新率，已被几乎所有的计算机平台共同支持。MPEG标准包括MPEG视频、MPEG音频和MPEG系统（视频、音频同步）三个部分，前文介绍的MP3音频文件就是MPEG音频的一个典型应用，而Video CD (VCD)、Super VCD (SVCD)、DVD (Digital Versatile Disk)则是全面采用MPEG技术所产生出来的新型消费类电子产品。MPEG压缩标准是针对运动图像而设计的，其基本方法是：在单位时间内采集并保存第一帧信息，然后只存储其余帧相对第一帧发生变化的部分，从而达到压缩的目的。它主要采用两个基本压缩技术：运动补偿技术（预测编码和插补码）实现时间上的压缩，变换域（离散余弦变换DCT）压缩技术实现空间上的压缩。MPEG的平均压缩比为50∶1，最高可达200∶1，压缩效率非常高，同时图像和音响的质量也非常好，并且在计算机上有统一的标准格式，兼容性相当好。

（4）RealVideo 文件（RM）。RealVideo 文件是 RealNetworks 公司开发的一种新型流式视频文件格式，它包含在RealNetworks公司所制定的音频视频压缩规范RealMedia中，主要用来在低速率的广域网上实时传输活动视频影像，可以根据网络数据传输速率的不同而采用不同的压缩比率，从而实现影像数据的实时传送和实时播放。RealVideo 除了可以以普通的视频文件形式播放之外，还可以与RealServer服务器相配合，在数据传输过程中边下载边播放视频影像，而不必像大多数视频文件那样，必须先下载然后才能播放。目前，因特网上已有不少网站利用RealVideo技术进行重大事件的实况转播。