第1章数字视频基础

第1章数字视频制作基础本章主要介绍数字视频制作的主要方式和流程以及数字视频制作的技术基础知识，并就数字技术对传统影视艺术带来的冲击与变革作了一定的探讨。学习目标1.了解基于电视节目和基于多媒体的两种数字视频制作方式的差异2.理解数字视频的基础知识3.认识数字技术对影视艺术的影响。1.1数字视频制作流程由于数字技术的飞速发展，视频制作不再是传统电视机构那种高投入、重装备的具有垄断色彩的媒介权利，而是成为普通大众也可以介入的一个领域。特别是DV和非线性编辑技术的发展，视频制作的数字时代成为了一个超越传统影视制作的时代，视频制作迈入了多元化发展的空间。正是基于此，我们在讨论数字视频制作流程时不再是简单遵从传统的电视制作流程，而是分为两种不同类型分别讨论：一种是基于电视节目的数字视频制作，这实际上是传统电视节目制作的数字化形式；另一种是基于多媒体的数字视频制作。1.1.1基于电视节目的数字视频制作电视节目制作包含节目生产过程中的艺术创作和技术处理两个部分。在制作的实践中，艺术创作和技术处理同属于一个完整的节目生产系统的不同部分，往往互相依存而不可分离，而且是相互渗透的。电视节目的制作是一项集体性工作,也是一项涉及诸多节的复杂工作。尽管因节目形态的不同,制作流程和摄制式不同,侧重点也各不相同,但基本的思路却是一致的。电视节目制作一般要经过构思创作阶段、摄录阶段、编辑合成三道程序。构思创作是电视节目制作的第一阶段,是对电视节目进行总体设计,也是制作成功的关键,因为这个阶段涉及到节目制作理念和意图的具体运作。节目构思是第一阶段的关键,即从宏观上设计电视节目方向,包括节目的主题,它所要表达和传播的核心思想与传递这些信息的具体风格样式和结构体系、节目视觉传达的可行性及其受众的需求状况等。在确立构思之后,制订节目制作计划,包括拍摄项目的具体描述和必要性分析、拍摄场地及布景、拍摄提纲、脚本或分镜头以及摄制预算等。摄录阶段重要工作是根据文案(分镜头稿本、拍摄大纲或故事板),进行现场拍摄和录制,将画面内容与现场音响录制下来。它是对第一阶段构思创作意图和设想的实现,并加以具体化、形象化的记录过程。在正式开拍前,摄制组要按照分镜头稿本的要求分头开展各项工作:摄制组成员进一步明确自己的职责:准备相应的设备,包括摄像机、录音设备、灯光等;演员或主持人等进行彩排或走场。正式拍摄时,导演(或编导)是中心,负责现场调度和指挥,全体摄制人员协调一致,共同做好节目画面和声音的采集工作。编辑合成阶段是后期制作的主要工作。制作人员在电子编辑系统或非线性编辑系统等设备上工作，可以按照分镜头稿本或拍摄大纲的提示和顺序来编辑，也可以按照对内容的新理解和新角度进行创造性思维构成。当然，也有将电视制作的全过程分为“前期制作”与“后期制作”两个阶段。前期工作包括构思创作和现场录制；后期工作包括编辑和合成。1.1.2基于多媒体的数字视频制作基于多媒体的数字视频制作，尽管由于其面对的用户与作品发布的渠道、目的与方式与电视节目相比有了很大的不同，但其同样可以划分为包括“前期制作”和“后期制作”两个阶段，其各个制作阶段的工作任务与电视节目制作基本相似。在讲究创意设计的数字媒体时代，我们更倾向于把基于多媒体的数字视频制作划分为“创意设计”和“制作实现”两个阶段。创意设计是构思的过程；而制作实现是通过数字技术实现构思的过程，其中包括了获取素材（主要是利用摄像机摄录）和编辑合成。不同之处是：一般来说，电视节目制作要使用到很多设备系统，拍摄的素材全部记录在录像带上，然后通过编辑机编辑，需要时还要进行图文制作、特技制作和声音的混录等。而基于多媒体的数字视频制作环境则是将图像、声音及有关信息统一作为数字数据进行处理，同时一些基本的工作如选材、合成和编辑都是以综合方式完成的。图像、声音直接作为数字数据记录在服务器上；外景素材存储在磁盘存储器上，然后传送到服务器上，运用非线性编辑系统进行制作。需要说明的是，尽管上述两种类型并无根本性的差异，但是在本书关于数字视频制作的叙述中，我们更多的是以基于多媒体的数字视频制作的角度来阐述的。1.2数字视频制作的技术基础视频制作是一项技术与艺术并重的工作，进入数字时代的视频制作的一个重要特征是艺术与技术的结合显得更为紧密，技术在数字视频制作中的作用非常关键。因此要进行数字视频的创作，了解和掌握数字视频相关的基础知识与原理就成为一项首先要做的工作。1.2.1数字视频的基本概念视频信号可分为模拟视频信号和数字视频信号两大类。所谓的模拟视频就是采用电子学的方法来传送和显示活动景物或静止图像,也就是通过在电磁信号上建立变化来支持图像和声音信息的传播和显示。模拟视频信号是指每一帧图像是实时获取的自然景物的真实图像信号。模拟视频一般用电压的高来表示,就像其他的电子学数据一样,需要不同的设备对它进行编码和解码,我们在自常生活中看到的电视、电影都属于模拟视频的范畴。模拟视频信号具有成本低、还原性好等优点,视频画面往往会给人一种身临其境的感觉。但是模拟视频有个很大的缺陷,就是不十分精确。对于存储的模拟数据,取出时就不能保证和原来存储时的一模一样,如果经过长时间的存放之后,视频信号和画面的质量将大夫地降低;或者经过多次复制之后,画面的失真就会很明显。数字视频从字面上来理解，就是以数字方式记录的视频信号。而实际上它包括两方面的含义：一是指将模拟视频数字化以后得到的数字视频；另一方面是指由数字摄录设备直接获得或由计算机软件生成的数字视频。第一层的含义我们可以在与模拟视频的比较中和从模拟视频转化成数字视频的角度上来理解。在数字视频中，不采用电流变化或波形变化的模拟量来记录视频，而是把模拟视频数字化，即把模拟波形变换成数字信号，使模拟信号变换为一系列的由0、1组成的二进制数，每一个像素由一个二进制数字代表，每一幅画面由一系列的二进制数字代表（即数字图像），而一段视频由相当数据量的二进制数字来表示。这个过程就相当于把视频变成了一串串经过编码的数据流。在重放视频信号时，再经过解码处理变换为原来的模拟波形重放出来。正是这个变化过程是视频信号的处理和加工发生了革命性的变化。因为视频变化为二进制数字代码后就能够被计算机所识别处理，这种变化过程称之为视频信号的数字化，经过数字化处理的视频信号称之为数字视频。以上我们是从模拟视频变换的角度来理解数字视频，即模拟视频--数字视频--模拟视频。之所以需要这种变换过程，是因为早期存在的视频设备记录的都是模拟视频信号，需要进行数字化的处理。而现在随着数字摄录设备的发展，我们可以直接采集、记录数字化的视频信号。如现在使用的摄像机，已经用CCD作为光电转换单元，直接记录成数字形式的信号。这样，从信号源开始就是无损失的数字化视频，在输入到计算机中时也不需考虑到视频信号的衰减问题，直接通过数字制作系统加工成成品。这是第二层意义上的数字化视频。还有一种更纯粹的数字视频，就是由计算机软件生成的数字化视频，典型的代表就是用三维动画软件生成的计算机动画。1.2.2数字视频的发展谈到数字视频的发展历史，不能不回顾计算机的发展历程，它实际上是与计算机所能处理的信息类型密切相关的，自上个世纪40年代计算机诞生以来，计算机大约经历了以下几个发展阶段：数值计算阶段。这是计算机问世后的“幼年”时期。在这个时期计算机只能处理数值数据，主要用于解决科学与工程技术中的数学问题。实际上，世界上第一台电子计算机ENIAC就是为美国国防部解决弹道计算问题和编制射击表而研制生产的。数据处理阶段。50年代发明了字符发生器，使计算机不但能处理数值，也能表示和处理字母及其它各种符号，从而使计算机的应用领域从单纯的数值计算进入了更加广泛的数据处理。这是由世界上第一个批量生产的商用计算机UNIAC—1首开先河的。多媒体阶段。随着电子器件的进展，尤其是各种图形、图像设备和语音设备的问世，计算机逐渐进入多媒体时代，信息载体扩展到文、图、声等多种类型，使计算机的应用领域进一步扩大。由于视觉，即图形、图像，最能直观明了、生动形象地传达有关对象的信息，因而在多媒体计算机中占有重要的地位。在多媒体阶段，计算机与视频就产生了联姻。数字视频的发展主要是指在个人计算机上的发展，可以大致分为初级、主流和高级几个历史阶段。第—阶段是初级阶段，其主要特点就是在台式计算机上增加简单的视频功能，利用电脑来处理活动画面，这给人展示了一番美好的前景，但是由于设备还未能普及，都是面向制作视频制作领域的专业人员。在普通PC用户还无法奢望在自己的电脑上实现视频功能。第二个阶段为主流阶段，在这个阶段数字视频在计算机中得到广泛应用，成为主流。初期数字视频的发展没有人们期望的那么快，原因很简单，就是对数字视频的处理很费力，这是因为数字视频的数据量非常之大，1分钟的满屏的真彩色数字视频需要1．5GB的存储空间，而在早期—般台式机配备的硬盘容量大约是几百兆，显然无法胜任如此大的数据量。虽然在当时处理数字视频很困难，但它所带来的诱惑促使人们采用折衷的方法。先是用计算机捕获单帧视频画面，可以捕获一帧视频图像并以一定的文件格式存储起来，可以利用图像处理软件进行处理，将它放进准备出版的资料中；后来，在计算机上观看活动的视频成为可能。虽然画面时断时续，但毕竟是动了起来，带给人们无限的惊喜。而最有意义的突破是计算机有了捕获活动影像的能力，将视频捕获到计算机中，随时可以从硬盘上播放视频文件。能够捕获视频得益于数据压缩方法，压缩方法有两种：纯软件压缩和硬件辅助压缩纯软件压缩方便易行，只用一个小窗口显示视频，有很多这方面的软件。硬件压缩花费高，但速度快。在这一过程中，虽然能够捕获到视频，但是缺乏一个统一的标准，不同的计算机捕获的视频文件不能交换。虽然有过一个所谓的“标准”，但是它没有得到足够的流行，因此没有变成真正的标准，它就是数字视频交互(DVI)。DVI在捕获视频时使用硬件辅助压缩，但在播放时却只使用软件，因此在播放时不需要专门的设备。但是DVI没有形成市场，因此没有被广泛的了解和使用。因此就难以流行。这就需要计算机与视频再做一次结合，建立一个标准，使得每台计算机都能播放令人心动的视频文件。这次结合成功的关键是各种压缩解压缩Codec技术的成熟。Codec来自于两个单词Compression(压缩)和Decompression(解压)，它是一种软件或者固件(固化于用于视频文件的压缩和解压的程序芯片)。压缩使得将视频数据存储到硬盘上成为可能。如果帧尺寸较小帧切换速度较慢，再使用压缩和解压，存储1分钟的视频数据只需20MB的空间而不是1．5GB，所需存储空间的比例是20：1500，即1：75。当然在显示窗口看到的只是分辨率为160×120邮票般大小的画面，帧速率也只有15帧／s，色彩也只有256色，但画面毕竟活动起来了。Quicktime和VideoforWindows通过建立视频文件标准MOV和AVI使数字视频的应用前景更为广阔，使它不再是一种专用的工具，而成为每个人电脑中的必备成分。而正是数字视频发展的这一步，为电影和电视提供了一个前所未有的工具，为影视艺术带来了影响空前的变革。第三阶段是高级阶段，在这一阶段，普通个人计算机进入了成熟的多媒体计算机时代。各种计算机外设产品日益齐备，数字影像设备争奇斗艳，视音频处理硬件与软件技术高度发达，这些都为数字视频的流行起到了推波助澜的作用。1.2.3数字视频的特点上面我们谈到，对于模拟信号来说，它存储在一个有效的存储媒体上，如磁带。但是模拟信号有一个很大的缺陷，即不十分精确。对于存储的模拟数据，取出时就不能保证和原来存储时的一模一样，模拟信号一般用电压的高和低来表示，就象其它的电子学数据一样，需要不同的设备对它进行编码和解码。对于数字信号就不同了，不论被存取或者复制多少次，都不会发生任何变化，也就是说它的再生精度为100%。这就是视频信号进行数字化后说带来的巨大变化，数字化是影视制作的必由之路。从表面上看，数字视频只不过是将标准的模拟视频信号转换成计算机能够识别的位和字节，这个过程并不简单，它要包括视频的存储和播放，使得数字视频