第五章 視訊媒體

第五章 視訊媒體第五章 視訊媒體

備註：可依進度點選小節

5-1 視訊原理簡介

5-2 視訊數位化

5-3 串流媒體

第五章 視訊媒體

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• 視訊，就是由會動的影像與聲音兩要素所構成，通常是由一連串些微差異的實際影像組成，當快速放映時，利用視覺暫留原理，影像會產生移動的感覺，這正是視訊播放的基本原理。

• 例如從電影、電視或是錄影機中所播放出來的內容，皆屬於視訊的一種。視訊資料來源在傳統上是透過攝影機將鏡頭捕捉的畫面儲存到膠卷或是磁帶中，並經過適當的裝置將內容播放出來。傳統的視訊編修是透專業人士在特殊暗房中的剪輯技術所產生的特殊的效果，只有專業人員才能處理，功能亦有限。

第五章視訊媒體

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圖 5-2 在網頁上可以挑選自己喜歡的數位電視節目

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• 而在科技不斷進步下，數位化視訊的風潮已經襲捲全球，視訊資料在數位化之後，不但所能產生的效果更加豐富與更清晰的畫質，而且只要使用適合的編修剪輯軟體，一般人就能輕鬆學習到視訊資料的處理與製作，當然也為新一代的視訊產品帶來了龐大的市場商機。例如數位電視與傳統的類比電視相比，在畫面清晰度、頻道數、抗雜訊度、聲音品質等都有更優秀的表現。

• 在本章中，我們將說明視訊媒體的原理與發展，並介紹視訊簡輯軟體的相關應用。

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• 我們知道當電影從業人員使用攝影機在拍攝電影時，便是將畫面記錄在連續的方格膠卷底片，等到日後播放時再快速播放這些靜態底片，達成讓觀眾感覺上有畫面動作的效果。通常每秒所顯示的畫格數越多，動態的感覺越流暢自然，這些所拍攝的畫面即為類比式視訊。

• 視訊資料在無線或有線傳輸的環境下可轉換成無線電波來傳送，例如目前全球常見的三大電視播放傳輸系統規格如下表所示，不同的電視播放系統規格所做出來的影帶是無法在另外兩種規格上播放：

5-1 視訊原理簡介

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規格名稱 掃描線數 畫面更換頻率 ( 畫格 ) 採用地區

NTSC 525 30 fps 美國、台灣、日本、韓國 所採用的視訊規格。

PAL 625 25 fps 為 歐洲國家、中國 、香港 等地所採用的視訊規格。

SECAM 625 25 fps為法國、東歐、蘇聯及非洲國家採用的電視制式。方面所採用之電視制式 。  

表 5-1 目前全球常見的播放傳輸系統規格

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• 例如 NTSC標準是國際電視標準委員會 (National Television Standard Committee)，所制定的電視標準，北美、日本和台灣地區的電視都是用此標準。其中基本規格是 525條水平掃描線、 FPS(每秒圖框、畫格 ) 為 30個。由於電視映射管的電子束是以水平方向進行掃描，所以稱為「水平掃瞄線」，視訊畫面中的水平掃瞄線愈多，所顯現的影像畫質就愈清晰細緻。

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• 視訊型態可以分為兩種：一種是類比視訊，例如電視、錄放影機、 V8、 Hi8攝影機所產生的視訊；另一種則為數位視訊，例如電腦內部由 0 與 1 所組成的數位視訊訊號 (signal)，分述如下：

類比視訊 • 類比視訊的訊號傳輸是利用有線或無線的方式來進行傳送。所謂類比訊號是一種連續且不間斷的波形，藉由波的振幅和頻率來代表傳遞資料的內容。不過這種訊號的傳輸會受傳輸介質、傳輸距離或外力而產生失真的現象。

• 我們也可以透過影像擷取卡，將這些類比影像傳送到電腦內部來加以編修，不過在類比影像轉換成數位元影像的過程中，可能會產生失真，而這正是類比視訊的一項缺點。

5-1-1 視訊型態簡介

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數位視訊• 數位視訊是以視訊訊號的 0 與 1 來記錄資料，這種視訊格式比較不會因為外界的環境狀態而產生失真現象，不過其傳輸範圍與介面會有其限制。由於數位視訊會產生大量的資料，這會造成傳輸與儲存的不便，因此發展出 AVI、 MOV、 MPEG視訊壓縮格式。

• 數位視訊資料可以透過特定傳輸介面傳送到電腦之中，由於資料本身儲存時便以數位元的方式，因此在傳送到電腦的過程中不會產生失真的現象，透過視訊剪輯軟體( 例如 Windows Movie Maker)，使用者可以來進行編輯工作。

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• 視訊資料是由一個個連續畫面或頁框 (Frame)所構成，在連續播放的情形下，由於視覺暫留原理，而可視為連續的視訊。其中類比視訊是直接利用一張張類比影像來產生，具有固定的畫面更新頻率。

• 至於數位視訊則是由一張張的數位元影像 ( 以圖元為單位元 ) 所構成，當數位視訊在不壓縮的情況，為了達到連續動態的要求，若以 640x480 (pixels/frame)， 60分鐘的一段全彩數位視訊而言，在 NTSC規格下就要：

30*60*640*480*3(全彩影像需要 24bits/3bytes)*60 ＝＞ 約為 92.7 GB

5-2 視訊數位化

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• 以上這段 60分鐘的視訊資料竟然必須要接近 120 GB的硬碟才可以裝下，可見所需要的儲存空間是相當驚人。因此數位視訊資料的儲存必需要加以壓縮處理，不然在硬體速度有限的狀況下，對於日後的處理與應用上會造成相當的不便。

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• 視訊壓縮的原理是因為視訊資料量也像音訊資料，允許壓縮過後的視訊在還原時可以有容許某種程度的「失真」現象。

• 簡單來說，我們知道視訊是由一連串靜止畫面所組成，每個畫面雖然就是一張圖像，但其和一般圖像資料的不同點是相鄰近的畫面間可能會有極高的相關性，也就是連續兩個畫面的內容往往相差無幾，因此在儲存上，只需要記錄其中的某些關鍵畫格即可。所謂關鍵畫格，就是將後續畫格和關鍵畫格進行比較，而保存真正發生變化的畫格。

• 或者也可以將畫面中眼睛所較不易察覺的訊號去除，雖然對於資料的完整性有些損失，但對於人類的眼睛敏感度而言，並沒有太大影響，這些特性都是用來設計壓縮技術的基本原則。

• 視訊壓縮與一般圖像壓縮的最大不同之處，在於必須要求更高的壓縮比例，因此針對視訊必需有更進一步的壓縮技術才行。

5-2-1 視訊壓縮

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• 相信各位對於視訊壓縮有了基本認識後，我們要繼續來介紹常用的視訊播放規格，分述如下：

Mpeg• MPEG是一個協會組織 (Motion Pictures Expert Group)的縮寫，專門定義動態畫面壓縮規格，是一種圖像壓縮和視訊播放的國際標準，並運用較精緻的壓縮技術，可運用於電影、視訊、及音樂等。

• 所以 MPEG檔的最大好處在於其檔案較其他檔案格式的檔案小許多， mpeg的動態影像壓縮標準分成幾種， MPEG-1用於 VCD及一些視訊下載的網路應用上，可將原來的 NTSC規格的類比訊號壓縮到原來的1/100大小，在燒成 VCD光碟後，畫質僅相當於 VHS錄影帶水準，可在 VCD播放機上觀看。

5-2-2 視訊檔案格式簡介

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• 而 MPEG-2相容於 MPEG-1，除了做為 DVD的指定標準外，於 1993年推出的更先進壓縮規格，較原先MPEG-1解析度高出一倍。還可用於為廣播、視訊廣播，，而 DVD提供的解析度達 720 x 480，所展現的影片品質較 MPEG-1支援的錄影帶與 VCD高出許多。

• 至於 MPEG-4規格畫壓縮比較高， MPEG-4的壓縮率是 MPEG-2的 1.4倍，影像品質接近 DVD，同樣是影片檔案，以 MP4錄製的檔案容量會小很多，所以除了網路傳輸外，目前隨身影音播放器或手機，都是以支援此種格式為主。例如以 MPEG 4儲存 2 小時的影片，則約需要 650 MB的硬碟空間，這可以放入一片 CD片內。

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Avi• Audio Video Interleave，即音頻視訊交叉存取格式，是由微軟所發展出來的影片格式，也是目前Windows平臺上最廣泛運用的格式。它可分為未壓縮與壓縮兩種，一般來講，網路上的 avi檔都是經過壓縮，若是未壓縮的 avi檔則檔案容量會很大。

DivX • 由 Microsoft mpeg-4v3 修改而來，使用 MPEG-4 壓縮演算法，最大的特點就是高壓縮比和清晰的畫質，更可貴的是 DivX 的對電腦系統要求也不高。

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• 數位視訊剪輯的意義在於使用者從一般視訊設備擷取影像或影片到電腦中．再利用影像編輯軟體進行編輯，並將剪輯後的影片儲存於電腦內部，或製作成 DVD、 VCD、錄影帶。

• 至於一個完整的視訊系統除了電腦硬外配備外，還必須包括視訊來源與編輯軟體。底下我們將系統組成以表格表示如下：

5-2-3 數位視訊剪輯

配備 內容

電腦系統 多媒體電腦 ( 含音效卡 ) 、含視訊擷取功能及轉錄功能的影像擷取卡

視訊來源 電視機、錄放影機、攝影機

編輯軟體 含視訊及音訊的擷取、編輯、字幕製作及轉場特效等功能，例如Windows Movie Maker

表 5-2 數位視訊剪輯系統

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• 有了系統組成的基本認識之後，接著我們來看看數位視訊的剪輯流程。我們可以將剪輯流程分為下列幾個階段：

視訊來源設備輸入／擷取視訊至電腦上成為數位視訊檔案使用剪輯軟體編輯、加上特效、製作字幕輸出至影帶或製作 VCD或 DVD

• 從上面的步驟中我們知道，數位視訊剪輯除了在輸入與輸出時是由硬體來控制之外，其他如剪輯、字幕製作、特效等編輯工作，都必須藉助影像剪輯軟體來完成。

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• 要製作視訊檔案，首先要將視訊資料從視訊來源裝置 ( 例如：錄影帶、攝錄影機、 VCD、 DV、 View Cam)擷取進來，不過有些視訊裝置可能要搭配相關的介面 ( 例如：擷取卡 ) 才可以操作。

• 通常我們在電腦上所使用的顯示卡只可以將視訊資料從電腦中輸出到顯示器來顯示，而無法將攝影機所拍攝的視訊輸入到電腦之中。如果要將所拍攝的影片傳送到電腦之中，就必須使用視訊擷取卡才行，不過一些高階的顯示卡本身己包含的視訊擷取的功能，也就是同時支援視訊的輸入及輸出。影像擷取卡的品質與價格等級差距相當大，完全視影像擷取卡對動態視訊影像的處理能力而定。

5-2-4 影像擷取卡

＜圖 5-2 VCD 視訊擷取卡＞

＜圖 5-3 高階視訊擷取卡＞

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• 視訊擷取卡區分為以下兩種：

類比式擷取卡• 類比式擷取卡是用於擷取傳統錄放影機、電視機、 V8

及 Hi8的影片訊號，可使用 S 端子、 AV端子及同軸電軸作為傳輸線。

數位式擷取卡 • 數位式擷取卡則是用於擷取 DV數位攝影機的影片訊號，使用 IEEE 1394做為傳輸介面。

• 但是也有些較高階的擷取卡，本身已經具有即時視訊轉換與壓縮能力，而不需要浪費電腦資源來進行轉換工作，通常此類型的視訊擷取效果也會較好。

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• 所謂串流媒體 (Streaming Media) 是近年來熱門的一種網路多媒體傳播方式，它是將影音檔案經過壓縮處理後，再利用網路上封包技術，將資料流不斷地傳送到網路伺服器，而用戶端程式則會將這些封包一一接收與重組，即時呈現在用戶端的電腦上，讓使用者可依照頻寬大小來選擇不同影音品質的播放。

5-3 串流媒體

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• 使用者不需等到整個影片傳送完，就可以觀賞，除了影片一開始播放的時候會有資料緩衝 (Buffering)的延遲之外，幾乎不需要花費太多時間等待。這些影音封包在送達使用者的電腦之後，會依檔案格式由適當的播放軟體播放，例如 Windows Media Player、 Real Player或 QuickTime Player。

• 從技術上來看，就是利用一塊緩衝區記憶體，在未完全收到所有影音資料前即可開始播放，在播放前可預先下載一段資料作為緩衝，藉以減少等待的時間。這些訊號就是這樣不停的串起來由伺服器傳送到用戶端，產生一個持續不斷的訊號流。

• 優點是即時播放，節省下載時間，而且不需先下載影音檔案，所以不會佔據硬碟空間。缺點是爲了方便網路傳輸，通常經過壓縮處理，因此影音品質較差。另外如果要觀看影音時，必須要連上網路才能瀏覽。

5-3-1 串流媒體的優缺點

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• 由於串流媒體傳播方式不同於傳統媒體，因此傳統影音媒體的檔案格式不一定可以直接在網路上以串流方式傳播。爲了讓影音檔案更小、畫質更佳，又能流暢播放，各家視訊公司紛紛推出各自的影音串流格式，請看以下介紹。

＜圖 5-4 聲光十足的線上電影 ＞

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• 這由 RealNetwork 公司所發展的 Real Audio 格式，副檔名為 .ra，特點是可以在較低的頻寬下提供優質的音質讓使用者透過線上聆聽。各位可以從網路上下載一個多媒體音訊檔案，然後使用 Real player來播放。目前網路有 RealPlayer 及 RealPlayer G2 兩種版本可下載，前者為免費軟體，後者則是試用版，可至 http://www.real.com/international/ 下載：

5-3-2 RA

圖 5-5 RealPlayer 網站

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• WMA(Windows Media Audio) 為眾多 Windows使用者熟悉，特色是檔案小，畫質佳，因此很適合網路上播放。它的核心技術是 ASF(Advanced Streaming Format，高級流格式 ) 。可以使用微軟在 Windows作業系統中整合的Windows Media Player（媒體播放器）來播放。由於WMA支援串流技術，可讓音訊檔的讀取與播放同時進行，讓使用者能悠閑的享用線上廣播功能。

5-3-3 WMA

圖 5-6 線上廣播

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• QuickTime是由蘋果電腦所開發的影音格式，以超高畫質與完美音效著稱，所以很多精彩的電影預告片，幾乎都以QuickTime格式為首選。常見的過去為 Mac平臺所使用的影片格式，不過現今的 PC平臺也有 QuickTime軟體的播放程式。

5-3-4 Mov

圖 5-7 精彩的電影預告

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