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Kdenlive/视频系统

来自维基教科书,开放世界中的开放书籍

数字视频具有从旧的模拟电视广播系统中继承的一些属性和术语,以及新技术带来的新属性。有关这些属性和系统的详细资料超出了本手册的范围,但这里有一些解释可能有助于您使用剪辑和使用 Kdenlive 生成视频。

每秒帧数

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人眼是一种奇妙的机制,但它可以被欺骗。这就是 1800 年代电影成为可能的原理——如果快速显示一系列略微不同的静止图像,人眼无法区分单个图像,从而产生运动的错觉。如果您用手指夹住一支笔,上下移动手指保持灵活,就会发生同样的情况——这会使笔看起来像融化了一样。

在视频语言中,序列中的每张图片都称为,为了产生运动错觉,我们必须以一定的速度显示帧。用于测量这种速度的度量是每秒帧数 (fps)。人眼无法区分以 14fps 的速率显示的帧,尽管这可能看起来仍然笨拙。这是早期电影中使用的速度。稍微快一点的速度可以产生更平滑的运动错觉。

当电视诞生时,遇到的一个问题是,除了以一定速率显示帧外,还需要将接收器中的帧显示与发射器的帧显示同步。当时缺乏精确的电子电路和组件,导致工程师使用一个简单的振荡器,该振荡器可用于墙壁——交流电网络的频率。在一些国家,交流电以 50 Hz 的频率产生,而在其他国家,交流电以 60 Hz 的频率进入插座。当我们讨论 NTSC 和 PAL 系统解释时,这将更有意义。

屏幕尺寸

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长宽比

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长宽比基本上是屏幕宽度与屏幕高度的比例。

最常用的两种长宽比是

  • 4:3 - 这是模拟电视的标准格式,也称为“全景格式”。
  • 16:9 - 此格式源于电影,也用于所谓的宽屏电视。

当 16:9 的电影必须在 4:3 的屏幕上显示时,必须在两侧裁剪,删除列(和内容),或者可以在顶部和底部显示黑色边框,这将允许整个宽度适合更窄的屏幕。后一种显示方法称为信箱

视频隔行扫描

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另一个属性来自电视。直到 90 年代使用的显像管(或 CRT,阴极射线管)没有足够的速率在一秒钟内在屏幕上写一张完整的图片 50 或 60 次。

找到的解决方案是将每张图片分成两个——第一个由组成图片的所有奇数行组成,第二个由偶数行组成。人眼无法区分显示的场景,而且显像管屏幕中使用的材料无论如何都会在光线照射后保留一段时间的光线。以这样的速度,两个场的组合将是不可察觉的。

这就是隔行扫描。按照电视工程师选择的频率,每秒显示 50 或 60 场,分别产生每秒 25 或 30 帧。

后来,更快的显像管允许完整显示图片,无需隔行扫描,而非隔行扫描视频可以提供更好的质量,特别是在冻结图像中。有时,将隔行扫描视频转换为非隔行扫描视频或反之亦然是可取的。

时间码

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在编辑视频时,我们经常需要一个特定视频点的参考——例如,某个场景从哪里开始。自早期编辑机以来最精确的度量是时间码,它与磁带视频技术一起出现并保留在数字视频中。

记录的时间码嵌入在视频信息中,它计算自记录开始以来的时间。它通常以 hh:mm:ss:ff 的格式显示,其中hh 是小时数,mm 表示分钟,ss 是秒,ff 是每秒的帧数。

NTSC 是由美国国家电视标准委员会创建的一种电视广播系统。尽管是模拟系统,NTSC 仍被用作数字视频的参考,用于屏幕尺寸和每秒帧数。它具有以下特点

  • 352x240 像素屏幕尺寸(DVD 为 720x480)
  • 30fps。更准确地说,是 30000/1001fps 或 29,97fps。

NTSC 中奇怪的每秒帧数使得在 Kdenlive 等视频编辑器中使用通常称为丢帧技术的必要性。每 2 分钟,除了每 10 分钟外,时间计数中都会简单地忽略两帧,因此视频看起来像是以 30fps 运行。没有这种技巧,在某些分钟内,以“真实 30fps”运行的音频会略微与视频不同步。

PAL 系统由德国电子巨头 AEG-Telefunken 创建,并在欧洲、南美洲、亚洲和非洲的许多其他国家得到广泛采用。它的名字来源于相位交替线,这是一种由工程师发现的非常巧妙的方法,可以允许电视自动校正颜色——这导致 PAL 被描述为“图片总是可爱的”,而 NTSC 被称为“颜色永远不会两次相同”...

与 NTSC 一样,PAL 也用作数字视频中图像大小和画面速率的参考

  • 352x288 像素屏幕尺寸(DVD 为 720x576)
  • 25fps

然而,为不同的国家创建了许多 PAL 变体,其中一些变体没有遵循这些标准。例如,巴西和老挝采用的 PAL-M 系统保留了 PAL 的“色度信号”和调制,同时采用了 NTSC 的图片大小和每秒帧数属性。

色度和亮度:视频中的颜色

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当彩色电视成为商业上的可能时,许多黑白电视机已经出现在人们的浴室里,把它们扔掉毫无意义。此外,使用三种基本颜色(红色、绿色和蓝色,著名的 RGB)的不同信号传输彩色电视的想法在实践中是不可行的,因为模拟传输所需的带宽太大。一个标准电视通道(宽 6 MHz)容纳的信息量太大。

工程师再次获得了巧妙的解决方案,该解决方案从人眼的局限性中获益。他们创建了一个基于减法的颜色系统,称为 YCC,与用于 RGB 的加法系统相反。

模拟彩色电视信号的主要部分由亮度组成,它仅定义亮度,范围从全黑到全白。这正是黑白电视需要的,因此那些旧的电视机只需忽略颜色信息就可以继续使用。除此之外,色度信号以较少的带宽被添加到其中,用于颜色。这些信号由接收器使用一些颜色逻辑在本地处理。如果所有颜色的混合在全亮状态下产生纯白色——这也是亮度信号可能达到的最大值——那么您可以通过从亮度信号中减去这些色度值来获得颜色值。

准确地说,产生白色的混合比例为 30% 红色、11% 蓝色和 60% 绿色。因此,为了使所需的带宽尽可能低,混合到亮度的两个色度信号是红色 (Cr) 和蓝色 (Cb) 的信号。获得像素中的绿色量就像 G = Y - Cr - Cb 那样简单。蓝色是 Y + (Cb - Y) 的结果,红色来自 Y + (Cr - Y)。

然后,电视上的彩色图像一半由亮度信号构成,另一半由色度信号构成(比例为 4:2:2)。颜色信息本身可以使用更少的带宽,因为人眼对图像的亮度和轮廓比对颜色差异更敏感。你可以通过观察只用颜色而没有黑色或更深轮廓的图画来证明这一点。

虽然这种解决方案是为模拟电视而设计的,数字视频允许在更窄的带宽中传输完整的颜色信息,但 YCC 方案被保留下来以实现更好的压缩。数字视频的 DV25 标准为颜色信息使用了更少的带宽,亮度/色度比例为 4:1:1——这会导致视觉伪影,例如将图像与其他图像合成,例如一个人在蓝色背景前拍摄的画面(著名的“色键”合成)。更专业的 DV50 标准默认使用 4:2:2 的颜色采样。

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