【广告策划PPT】数字视频特技.ppt
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1、数字视频特技,Contents,数字视频特技概述,1,图像变换原理,2,数字特技机的工作原理,3,多通道特技,4,数字特技制作系统,5,切换台与数字特技的实际应用,6,一、数字视频特技概述,(一)数字视频特技基本概念数字视频特技又称为数字视频效果系统,英文名称是Digital Video Effect,缩写为DVE,有的公司如SONY公司又将其称为多功能数字特技系统(DME)。它是以帧同步机为基础发展而来的一种数字视频处理设备。数字特技运用数字技术将输入的视频在电视屏幕的二维或三维空间中进行各种方式的处理,把许多不同的图像元素组成单一的复杂图像或使画面具有压缩、放大、旋转、油画、裂像、随意轨迹
2、移动等处理效果。,目标光源(光感效果),三维阴影效果,曝光效果(图像处理),风吹效果(图像处理),立方体效果,飞边效果,1、与传统的视频切换特技相比传统的视频切换特技所能实现的屏幕效果主要是两路或若干信号以不同的幅度比例进行组合,或者用各种形状和大小的分界线在屏幕的不同位置上分割屏幕,分割屏幕的分界线尽管能沿不同方向移动,但并不能对各路图像本身进行处理。数字视频特技的特点却是能对图像本身的视频信号作出尺寸、位置变化和亮度、色度变化的处理,这就是数字特技与视频切换系统的特技切换不同的关键之处。,2、数字视频特技机与软件生成的数字视频特技的区别由软件生成的数字视频特技如,目前非线性编辑系统上的数字
3、特技。一般来说,数字特技机的特技是软件和硬件结合起来实现的,速度快,而软件特技靠主机的处理器芯片运算,速度慢,另外由于生产数字特技机的厂商都具有丰富的视频生产经验,所以数字特技机的视频指标都比较高,软件特技主要是由计算机完成的,视频质量一般没有数字特技机的好;但软件特技能同时完成特技、动画、字幕、配音工作,在灵活性这一点上数字特技机没法与之相比。,3、二维数字特技与三维数字特技的区别数字特技可分为二维数字特技和三维数字特技。二维数字特技所实现的图像变化和运动仅在XY平面上完成,在反映图像深度的Z轴上并无透视效果发生;三维数字特技实际上是具有一定立体视觉感的特技,尽管电视图像本身是平面的,但在进
4、行三维特技变换时,会使变换的图像在屏幕上产生远近变化的透视感觉。因此,图像旋转时在Z轴上有无透视效果发生,是判别二维数字特技和三维数字特技的一个主要标志。,(二)数字特技的基本组成,解码器和A/D转换器的作用是将PAL制彩色全电视信号经模拟机解码器得到Y、R-Y、B-Y分量信号,然后分别进行A/D变换,将模拟信号转换为数字信号。帧存储器的作用是存储数字视频信号。D/A转换器和编码器的作用是将数字信号转换出模拟信号,然后由编码器将Y、R-Y、B-Y三个分量再组合成全电视信号。存储器控制图像参数的存储,改变图像参数写入或改变从存储器中读出的地址。,帧存储器的结构是将数字画面存储器看作是由许多小存储
5、单元规律排列组成,每个小存储单元表示一个像素存储器。每个水平行代表电视的一行,垂直矩阵代表电视的一场或一帧的全部像素。,二、图像变换原理,数字特技中的图像变换主要是通过变更数字视频信号的数据流以及改变写入存储器的样值地址或改变存储器中读出样值的地址来实现的。变更数字视频信号的数据流可以产生油画效果、版画效果、负像效果等,改变地址可以完成图像的放大、缩小、移位以及各种二维、三维特技变换等,而实现这一切的关键在于对存储器进行控制管理。为此,需要首先了解数字视频信号在存储器中的结构,然后再讨论各种数字特技的图像变换原理。,通常,把电视画面的位置定义在一个坐标内,如图所示。电视屏幕的左上角为坐标的原点
6、,水平坐标沿画面的宽度方向,垂直坐标沿画面的高度方向。在数字特技中,各种图像处理是一场一场进行的,所以在这里一幅图像也就是一场图像。,在进行数字特技变换时,通常将未变换的图像称为源图像(Source Picture);存放的地址称为源地址(Source Address);变换后的图像称为靶图像(Target Picture);变换后的地址称为靶地址(Target Address)。,(一)二维特技变换原理,1、二维特技基本变换原理把电视画面的位置定义在一个坐标内,这里我们把这个坐标叫做数字电视坐标。在数字电视坐标下,设输入图像任一点的坐标值为(H,V),该点在输出图像中的位置坐标值为(X,Y)
7、。二维图像变换时,输入、输出坐标满足下列数学关系:其中,SH、SV分别为水平方向和垂直方向的尺寸变换系数;K1、K2为交错运算系数;X0、Y0分别为水平方向和垂直方向的位移量(输入图像的坐标原点在输出图像中的坐标值)。,(6-1),(6-2),(1)当K1=K2=0时,这时,水平和垂直两个方向没有交错的运算关系,输入图像在水平和垂直方向各自独立地乘以系数,并分别加上位移量,因此输出图像的视觉效果就是宽度和高度改变以及在屏幕上的位置移动。,当|SH|1、|SV|1时,图像在水平、垂直方向上均扩大;当SH 0时,得到左右颠倒的图像效果;当SV 0时,得到上下颠倒的图像效果;当SH=SV=1,X0=
8、Y0=0时,图像没有进行任何变换。,(2)当K1、K2不全为零时(a)K1=0,K20,则式(6-1)和(6-2)变为:这时Y坐标添加了一个与X成正比的增量,使输入的矩形图像变换为V轴与Y轴平行而H轴与X轴倾斜的平行四边形,图像如图6-33(a)所示。,(b)K1 0,K2=0,则式(6-1)和(6-2)变为:与第一种情况相比,只是输出的平行四边形倾斜方向发生了变化,图像见图6-33(b)。,(c)K10,K20,则输出的是随意的四边形,见图6-33(c)。,如果K1和K2之间确定了某种关系,就可使输出图像在仍保持原图像的情况下,围绕垂直于图像平面的Z轴旋转一个角度,如图6-34所示,这种关系
9、可以推定为,2、二维特技变换实现原理二维特技变换的具体实现方法就是根据上面的数学表达式对读、写地址进行变换。而且,通过对上面放大、缩小、旋转和位移这些的基本变换进行组合或适当的修改,还可以得到花样百变的二维特技效果。,(1)压缩和放大类似于摄象机使用变焦镜头的特技效果,图象可以在原有尺寸基础上连续和放大。除了按比例缩放以外,还能单独在行、场方向进行缩放,使图象看上好象是被压扁或拉长了。这类特技称为图象尺寸控制特技。,图象压缩的原理很简单,就是采用采样点抽删的方法。例如要进行1/4画面压缩,就在写入帧存储之前,把行方向和场方向的采样点是均匀的删去一半。,如果图像放大,则存在数据不足的问题,这时可
10、以用相邻的采样点进行合成,这个过程称为内插。连续压缩或放大根据图像压缩原理,使图像每场一次地连续缩小,就可在屏幕上得到从整幅图像连续不断地缩小为一点的连续缩小效果。同样可得到连续放大的效果。,(2)移位及移进移出移位及移进移出特技又可称为滑动特技。为了实现这种特技,图像必须逐位偏移显示。这可以用改变从存储器读取数字地址的方法来实现。实现沿水平方向滑动的效果,可给写(或读)水平地址发生器上加上某个起始地址AH,就使图像移位到与AH成比例的位置。若使AH每场一次有规律地变化,就会得到图像水平滑动的效果(比如每场增加一个地址,会得到图像向右移的效果)。同理,若给写(或读)垂直地址发生器也加上某个起始
11、地址AV,并按规律变化,便可得到图像在垂直方向移位或移上移下的效果。,可将整个画面移进或移出屏幕,前一幅图象移去后显现出后一幅图象以实现画面过渡。这和划像特技不同,划像移动的是两幅画面的分界线,并未整幅画面的移动。而在数字特技系统中,通过改变写地址发生器的起始地址,就可以将原画移动到所需要的位置上。,(3)倾斜和旋转效果前面讲了实现倾斜和旋转效果的数学表达式。具体实现时,给每行地址加上一个不同的偏置值就可以得到一个水平倾斜效果,给每场地址加上一个不同偏置值就得到垂直倾斜效果。如图所示。,(4)冻结效果输入图象在屏幕上显现为静止画面,称为冻结效果。在图象写入存储器之后,使写入过程暂停,并反复读取
12、存储器最后存储的两场数据,就可得到静止的画面。(5)翻转效果将一幅图像完整地写入存储器,然后使读出地址发生器由正常计数改为逆计数,即反序地读出,就得到图像翻转的效果。若水平地址反序读出,就得到水平翻转的效果;垂直地址反序读出,就使图像上下翻转。,(6)裂缝效果 裂缝效果是指把原输入图像分裂为若干块。实现方法是将一幅图像完整地写入存储器,读出时,在某一选定时刻上使读出地址叠加上一个常数(相当于地址跳跃),再读出,就得到裂缝效果。若在读出水平地址某个值起加上一个常数,就得到水平裂缝,在读出垂直地址某个值起加上一个常数,就得到垂直裂缝,若使该常数每场不断增大,裂缝将随之增宽,如图所示。,(7)多幅活
13、动图像效果 这是指输入是满幅图像,经过变换后,在屏幕上显示同一内容的多幅活动图像。实现方法是正常写入满幅图像,读出时先将图像压缩到1/m倍,再按压缩系数m在一场时间内m次移位读出,便可得到显示m幅内容相同的活动图像。,(8)镜像效果 将原输入图象一正一反的同时显现在屏幕上。将输入图象未经压缩地写入帧存储器,在读出时改变帧存储器的读出地址即可达到这种效果。即一场分两次读出,在第二次读出时使 水平地址反序读出,就可以在屏幕上得到 两幅互为镜像的图象。,(9)动画效果使禁止写入(或读出)脉冲每隔数场后出现100ms左右,屏幕上就能呈现出有节奏地间歇动作的动画式效果。(10)多重冻结效果先按照一定的压
14、缩比,和位移量写入一幅图像,然后再按照第二组压缩比和位移量写入另一镜头图像,再按照第三组压缩比和位移量写入第三个镜头图像,最后禁止写入,重复读出,就得到三幅冻结的图像。,(二)三维特技变换原理,在三维特技中,从画面上看到的具有三维空间运动感觉的图像,实际上是制作的三维空间运动图像在荧光屏上的投影,即它仍是平面图像。在三维图像变换中,输入、输出图像都是平面图像,三维运动效果是通过图像平面坐标和投影平面坐标间的变换来实现的。因此,它变换的基础是映射变换学。,如上图所示,当观察点P、投影平面(X,Y)和图像平面(H,V)在空间上的相互位置固定后,这两个平面就确定了一种以几何光学为基础的映射关系。三维
15、数字特技的任务实际上就是用数字形式把输入图像(H,V)变换成在(X,Y)平面上的投影,使观察者看到的就像真的光学投影所造成的图像一样,具有透视感,所以又称其为数字光学效果。,由于三维特技的这种特点,可以把三维变换的过程分为两步:坐标变换和投影变换。上图中的(X,Y)平面可以看成由(H,V)平面经空间旋转和位移再投影得到的。即先把(H,V)平面想象到三维直角坐标(H,V,W)中去,然后将它绕H轴旋转a角,接着再绕V轴旋转b角,再绕W轴旋转q角,又将得到的空间坐标(H,V,W)平移X0、Y0、Z0,再投影到(X,Y)平面上。,(三)数据控制特技,用某种方法直接变更输入的视频数据流来实现的特技,例如
16、油画效果、负像效果、马赛克效果等。下面就来介绍实现这些效果的基本原理。(1)油画效果油画效果是人为降低数字信号的比特数,强令几个低比特位为零,减少样值的量化等级,使图像变得粗糙,颜色成为大面积涂色,类似油画效果。如果衰减色度信号,并使亮度信号显现大面积的反差层次,则类似于版画效果。图像的粗糙程度由低比特位为零的位数决定。,(2)负像效果负像效果是对输入的视频数据进行反码变换,相当于模拟信号通过一个倒相器。此倒相处理可有选择地应用于亮度或色度数据通路,或是上述两路都选。仅亮度数据倒相,其结果是图像的黑白颠倒,而且也可能影响图像的彩色变化。亮度和色度信号两者均倒相将形成真实的补色。例如,输入一个彩
17、条信号,在水平方向上将显示出顺序颠倒的图像。,(3)马赛克效果马赛克效果又称为瓷砖效果,表现为画面上的图像变成了一块一块的小方块。它是将画面沿水平和垂直方向分割成为许多小区,每一小区的所有样值都用小区内某一点的亮度和色度样值来代替,使整幅图像由许多块亮度和色度均一的小像块组成。扩大小区的大小可得到更大的马赛克效果。,(4)散焦效果(strobe)散焦效果就是我们经常在照片上看到的模糊效果。将输入的视频信号通过一个低通滤波器,可以容易地得到水平模糊现象。而垂直散焦则需要一个垂直空间滤波器,并且只能通过对垂直的相邻像素的处理才能得到。,(四)其他特技效果,数字特技还有一些效果是通过几种效果的组合或
18、与视频切换台连接完成的。(1)连续翻转效果图像连续水平翻转效果是这样实现的:首先以中轴线为基准使满幅图像连续地水平压缩为一条竖线,然后仍以中轴线为基准,连续扩大,但反序读出,直至图像扩大到满幅;再把上述过程重复一次,就回到翻转图像的正常像。如果进行几次重复就得到几次连续水平翻转的效果,在翻转过程中再加上纵深方向的压缩变换,就得到三维数字特技的连续翻转效果。,(2)曲线移动效果这种效果是使一幅图像以某条曲线为轨迹从大到小(或从小到大)地移动。这是连续移位和连续压缩的组合特技。它是通过先确定运动轨迹的若干个坐标点,并内插出一条曲线,然后由微处理器每场产生位置X0、Y0,就能使图像沿着预定的轨迹按规
19、定的速率自动进行连续移位、连续缩小(或扩大),如图所示。,(3)拖尾效果它是将输出图像反馈到存储器的输入端,经延迟并衰减后叠加到原输入图像中而形成的,如图所示。图中,衰减系数K小于1。设第n场的输出图像以no表示,它等于第n场输入图像ni与前几场的衰减图像之和,用公式表示为:,(4)色键跟踪效果色键跟踪效果是指应用色键技术时,前景画面由于摄像机拍摄参数(推、拉、摇、移)的改变,背景画面也同时变化。见下图。,(5)反射效果这是将数字特技的输出,经M/E混合放大器后再返送到DVE输入端而形成的,如图所示。,三、数字特技机的工作原理,数字特技系统可分为输入输出处理、数字处理和特技控制三部分。,输入输
20、出处理部分是将输入的模拟视频信号转换成数字信号,或是将输入的数字信号进行一些必要的处理,以便能进行后面的数字特技变换。在设备的输出端,又将经处理后的信号重新转换成模拟视频信号或所需要的数字信号输出。数字处理系统包括帧存储器、数字内插处理器、地址发生器等,它的工作任务是根据数字特技控制系统提供的数据,完成视频图像的连续处理,即是依照操作人员的指令,通过变换存储器地址的读写顺序,改变样值在图像上的位置,从而得到各种特技效果。,控制系统包括键盘单元、微机控制电路和各种接口器件,主要是将键盘各按键的功能指令及由操纵杆或数码盘提供的数据参数变换成数字视频处理系统能够接受的控制数据,实现对画面的特技控制。
21、,(一)输入、输出处理系统,目前电视节目的制作系统还处在模拟复合、模拟分量和数字分量各种系统混杂并存的阶段,为了与原有的电视设备混合使用,数字特技的产品在其输入、输出端设置有以下的输入、输出接口:模拟复合视频,模拟分量视频,ITU-R BT.601数字视频。1、输入处理(1)前/背面切换器前/背面切换器是为A/B画面的切换而设计的,它根据计算机控制系统送来的数据,在画面旋转的关键位置执行对A、B输入源的准确切换。,(2)钳位放大器钳位电路用来恢复丢失的直流成分。在钳位放大器中,通过控制面盘还可以对信号幅度进行增益控制,这样做的目的,一方面是使信号幅度尽量覆盖A/D转换器的整个编码范围,提高量化
22、信噪比,另一方面要使信号不超过A/D转换器的工作范围,避免过载噪声的产生。,(3)亮色分离器亮色分离器的工作就是将输入的复合视频信号进行亮、色分离,消除副载波对数字通道的影响,使图像没有亮色串扰,提高图像质量。(4)低通滤波器经过解调或直接从外面输入的Y、B-Y、R-Y信号再送入低通滤波器中,以彻底滤掉不需要的高频杂波,目前亮度信号的滤波器带宽一般设计为5.5MHz,色度信号的带宽是它的一半,为2.75MHz。,(5)A/D转换器A/D转换器通过对模拟信号的取样(时间离散化)、量化(幅度离散化)、编码(量化的幅值用二进制码表示)来实现模数转换作用。对于广播级的图像质量要求,电视信号的数字化需要
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