2.3 视频素材及其硬件

视觉是人类感知外部世界的一个最重要的途径，而数字视频技术是把人们带到最靠近真实世界的强大工具。数字视频技术的发展历史虽然不长，但应用范围已经非常广泛。在多媒体技术中，视频信息的获取及处理无疑占据举足轻重的地位，数字视频技术在目前以到将来都是多媒体应用的核心技术。

2.3.1 视频的概念

视频就是利用人的视觉暂留特性产生动感的可视媒体。连续的图像变化每秒超过24帧（Frame）画面以上时，人眼无法辨别每幅单独的静态画面，看上去是平滑连续的视觉效果。这样的连续画面叫视频。动画速度低于每秒24帧画面都不叫视频。例如动画文件（属性为GIF）的文件，就是动画而不叫视频，一些称之为闪画之类的Flash属性的文件也不是视频。

电影、电视和录像已属于较为传统视听媒体，随着计算机网络和多媒体技术的发展，视频信息技术已经成为我们生活中不可或缺的组成部分，渗透到工作、学习、娱乐各个方面。

按照处理方式的不同，视频分为模拟视频和数字视频。

1.模拟视频

模拟视频（Analog Video，AV）是一种用于传输图像和声音的并且随时间连续变化的电信号。早期视频的记录、存储和传输都是采用模拟方式，例如，人们在电视上所见到的视频图像是以一种模拟电信号的形式来记录的，它依靠模拟调幅的手段在空间传播，再用盒式磁带录像机将其作为模拟信号存放在磁带上。

模拟视频具有以下特点：

（1）以模拟电信号的形式来记录。

（2）依靠模拟调幅的手段在空间传播。

（3）使用盒式磁带录像机将视频作为模拟信号存放在磁带上。

传统的视频信号是以模拟方式进行存储和传送的，然而模拟视频并不适合网络传输，在传输效率方面先天不足，而且图像随时间和频道的衰减较大，不便于分类、检索和编辑。

2.数字视频

数字视频要使计算机能够对视频进行处理，必须把视频源，即来自于电视机、模拟摄像机、录像机、影碟机等设备的模拟视频信号，转换成计算机要求的数字视频形式，并存放在磁盘上，这个过程称为视频的数字化过程，包括采样、量化和编码3个步骤。

数字视频克服了模拟视频的局限性，这是因为数字视频可以大大降低视频的传输和存储费用，增加交互性（数字视频可通过光纤等介质高速随机读取），带来精确再现真实情景的稳定图像。

目前，数字视频的应用已经非常广泛，并带来一个全新的应用局面，首先，包括直接广播卫星（DBS）、有线电视、数字电视在内的各种通信应用均需要采用数字视频。其次，近年出现的一些产品，如VCD、DVD数码相机都是以MPEG视频压缩为基础的。

2.3.2 数字视频基础

数字视频文件的类型及分类方法有很多，多数情况下是根据编码标准（即压缩算法）的不同进行分类，基于文件的特点和适用领域可以将数字视频文件分为6大类型。

1.硬盘存贮类视频文件

硬盘存储类视频文件适用于存储于本机硬盘上，用作回放欣赏或作为视频素材，常见的格式主要有AVI、MOV、DivX、MPEG-2及WMV等。

AVI（Audio Video Interleave）：音频视频交织。

MOV（Movie）：Apple公司的数字视频格式。

DivX（Xvid）：主要用途之一是制作DVDRip。

MPEG（Motion Picture Expert Group）：运动图像专家小组，主要有MPEG1和MPEG2。

WMV（Windows Media Video）：微软开发的一种媒体视频格式，主要以流式视频应用于网络上。

2.DV（Digital Video）类

DV是视频家族中相对较新的一类压缩格式，发展迅速，现已成为商用领域视频编辑最普遍、最重要的格式之一。

目前DV格式还基本上是“挂靠”于Microsoft和Quick Time下，其“身份”分别是Microsoft DV（文件扩展名是AVI）和Quick Time DV（扩展名是MOV）。具有独立格式的、“真正的”DV文件是“Raw DV”，扩展名是DV。DV有制式之分，一种是PAL制，帧频是25Hz，另一种是NTSC制式，帧频是30Hz。

3.HD（High Definition）类

HD高清格式也分PAL和NTSC两种制式，压缩格式有MPEG-2、DivX、Windows Media、H.264（MPEG-4 AVC）等。

高清格式主要有两个标准，一个是1080i（分辨率是1920×1080，隔行扫描），另一个720P（分辨率是1280×720，逐行扫描）。另外，还有一种在标清DV的基础上发展而来的高清格式，叫HDV，采用MPEG-2或H.264（MPEG-4 AVC）压缩算法。

4.CD/DVD光盘类

光盘类可分为两种类型：存储光盘类和影视光盘类。

存储光盘类较好地兼顾了文件的质量和体积，主要压缩格式有DivX、MPEG1-CDROM和QuickTime-CDROM等几种。

影视光盘类的主要格式有VCD、DVD、SVCD。PAL制VCD以MPEG-1标准压缩，分辨率352×288，码率1.150Mbps。PAL制DVD以MPEG-2标准压缩，分辨率720×576，平均码率5-6Mbps。

5.手持/便携类（Handheld/Portable）

这一类视频文件适用于手机电视、数字手表、PDA、MP4、支持视频的MP3等，文件分辨率低，帧频为标准频率的1/2或1/4，同时采用很高的压缩比，因而文件的码率很低。

常用的压缩标准有DivX、3GPP、H.264及主要应用于网络视频流的RealMedia10等。这类视频文件典型的编码参数是：分辨率176×144，帧频减半，平均码率不大于128Kb/s。

6.网络/流媒体类（Web/Streaming Media）

这类视频文件基于网络进行传输，常用的压缩标准有MPEG-1、MPEG-4、QuickTime、RealMedia及Windows Media。

MPEG-1标准应用于网络时，只适用于下载（Download）播放。MPEG-4标准用于网络传输时，既可以下载播放，也可以流式传输（Streaming）。

2.3.3 显卡

显卡又称为显示适配器，它是计算机主机与显示器之间的接口，用于将主机中的数字信号转换成图像信号并在显示器上显示出来。图文并茂的多媒体表现需要分辨率高、显示色彩丰富的显卡的支持。

1.显卡类型

有两类显卡可供选择：独立显卡和集成显卡。

独立显卡有自己的显示芯片和显存，不占用CPU和内存，独立显卡在数据处理时不需要CPU来帮助完成，本身自带CPU可以处理数据。相对集成显卡，独立显卡的性能出色，适合对显示效果要求高的用户使用，但独立显卡需要额外购买。

集成显卡是指芯片组内集成显示芯片，使用这种芯片组的主板可以实现普通的显示功能，以满足一般的家庭娱乐和商业应用，节省用户购买显卡的开支。集成显卡不带有显存，系统根据需要使用系统的一部分主内存作为显存，也就是说集成显卡的显存共享的是系统主内存。使用集成显卡的运行需要大量占用显存的程序，对整个系统的影响会比较明显，此外系统内存的频率通常比独立显卡的显存低很多，因此集成显卡的性能比独立显卡要差。

一般来讲，若不做3D图形设计或其他专业用途，集成显卡和独立显卡的性能基本上差不多，一般的应用是感觉不出不同的，集成显卡的性能完全适合日常办公娱乐，而且优良的兼容性和稳定性、适中的价格及技术的不断优化等都是集成显卡的优势。独立显卡只是对那些真正需要高速高质显示的专业用户和游戏发烧友才显得有必要。

2.显卡性能

显卡的性能指标主要有刷新频率、分辨率和色深等。

（1）刷新频率。刷新频率指的是图像在屏幕上更新的速度，它以Hz为单位，也就是RAM-DAC向显卡传送信号，使其每秒更新屏幕的次数（即屏幕上每秒显示全画面的次数）。一般人眼对75Hz以上的刷新频率带来的闪烁感不易察觉。不过，为了保护眼睛，建议最好使用刷新频率在85Hz以上的显示器（刷新频率可以分为60～120Hz等不同的档次）。影响刷新频率的因素有两个：一个是显卡每秒可以产生的图像数目；另一个是显示器每秒能够接收并显示的图像数目。刷新频率越高，屏幕闪烁就越小，显示的图像也就越稳定。

（2）分辨率。分辨率是指显卡在显示器上所能描绘图像的像素数。分辨率可分为水平点数和垂直点数（或像素数），是组成一幅图像（显示在显示屏幕上的图像）的水平像素和垂直像素的总和。显示分辨率越高，屏幕上显示的图像像素越多，图像就越清晰；分辨率越小，屏幕上显示的图像像素越少，图像就越不清晰。通常以水平点数x和垂直点数y来表示显卡的分辨率，例如1280×1024。

（3）色深。色深也称颜色数、彩色深度或色彩位数。图形中每一个像素的颜色用一组二进制数来描述，这组颜色信息的二进制数长度（位数）称为色彩位数。色彩位数越高，图形的色彩越丰富。通常说的标准VGA显示模式是8位显示模式，即在该模式下可以显示256种颜色；而增强色（16位）能显示65536种额色，也称64K色；24位真彩色能显示1677万种颜色，也称16M色。

2.3.4 视频卡

视频卡（Video Capture Card）是一种专门用于对视频信号进行实时处理的设备，又叫“视频信号处理器”，也叫视频采集卡。视频卡插在主机板的扩展插槽内，通过配套的驱动软件和视频处理应用软件进行工作。视频卡可以对视频信号（激光视盘机、录像机、摄像机等设备的输出信号）进行数字化转换、编辑和处理，以及保存数字化文件。

视频卡是将模拟摄像机、录像机、电视机输出的视频信号等输出的视频数据或者视频音频的混合数据输入计算机，并转换成计算机可辨别的数字数据，存储在计算机中，成为可编辑处理的视频数据文件。

视频卡的工作原理如下：通过视频卡可以接收来自视频输入端的模拟视频信号，对该信号进行采集、量化成数字信号，然后压缩编码成数字视频序列。大多数视频卡都具备硬件压缩的功能，在采集视频信号时首先在卡上对视频信号进行压缩，然后才通过PCI接口把压缩的视频数据传送到主机上。一般的PC视频采集卡采用帧内压缩的算法把数字化的视频存储成AVI文件，高档一些的视频采集卡还能直接把采集到的数字视频数据实时压缩成MPEG-1格式的文件。

由于模拟视频输入端可以提供不间断的信息源，视频采集卡要采集模拟视频序列中的每帧图像，并在采集下一帧图像之前把这些数据传入PC系统。因此，实现实时采集的关键是每一帧所需的处理时间。如果每帧视频图像的处理时间超过相邻两帧之间的相隔时间，则要出现数据的丢失，也即丢帧现象。采集卡都是把获取的视频序列先进行压缩处理，然后再存入硬盘，也就是说视频序列的获取和压缩是在一起完成的，免除了再次进行压缩处理的不便。不同档次的采集卡具有不同质量的采集压缩性能。

视频卡是视频信号处理设备的统称，按照功能划分，有以下几种常见的视频卡：

（1）视频转换卡。将计算机的VGA显示信号转换成PAL制、NTSC制或SECAM制的视频信号，输出到电视机、视频监视器、录像机、激光视盘刻录机等的视频设备中。

（2）视频捕捉卡。将视频信号源的信号转换成静态的数字图像信号，进而对其进行加工和修改，并保存标准格式的图像文件。

（3）动态视频捕捉卡。对动态影像进行实时响应，并将其转换成压缩数据存储，还可重放影像。常用于现场监控、安全保卫、办公室管理等场合。

（4）视频压缩卡。采用JPEG和MPEG数据压缩标准，对视频信号进行压缩和解压缩处理，主要用于制作视频演示片段、录像带转换VCD光盘、商业广告、旅游介绍等场合。

（5）视频合成卡。把计算机制作的文字、图片以及字幕叠加到模拟视频信号源上，常见的模拟视频信号源有录像、光盘、摄像以及电视等。利用视频合成卡提供的功能，可轻松地制作电视字幕、带解说词和标题的家用录像带，以及VCD的视频素材等。