视频技术基础

（插图修订版）

北京电影学院指定教材

由浅入深、系统阐述视频技术

原理与应用

精选百余幅示例图，业内资深教师编写

商品参数

著    者：孙略                              

字    数：222千                     

书    号：978-7-5142-2716-1               

页    数：176

出    版：文化发展出版社                         

尺    寸：190毫米×260毫米                

开    本：1/16

版    次：2019年12月第1版               

装    帧：平装

印    次：2019年12月第1次印刷           

定    价：46.00元

编辑推荐

        本书是北京电影学院影视摄影与制作专业指定教材，既条分缕析地讲解基础概念，又辅以详尽的示意图表，方便读者掌握基础原理与实际应用。对于学习影视技术、数字媒体技术、多媒体技术、计算机技术、网络技术、电子信息与通信等专业的学生，这是一本必读的入门教材。

◎ 由浅入深、系统阐述视频技术原理与应用，发端与最新成果

◎ 以数字化为主要理论核心，贴近数字电影发展潮流

◎ 精选百余幅示例图，明晰展现视频图像属性、色彩色度学、数模转换等专业知识

◎ 业内资深教师编写，语言简明扼要，易于入门掌握

著者简介

        孙略，电影学博士，北京电影学院影视技术系副教授，长期从事数字电影技术方向的教学与科研工作。主讲《视频技术基础》《数字摄影技术》和《数字影像处理》等课程。

内容简介

        近几年，数字技术在电影的制作、发行及放映流程中已经全面迅速地取代了传统胶片技术。作为数字技术的重要组成部分，视频技术的发展在电影的数字化进程中起到了非常关键的作用。本书正是这样一本全面研究和讲解视频技术的专著。

本书从人眼感光与视频图像之间的关系、色彩原理、感光元件、模拟与数字、视频传输、标准与格式、视频的存储、时码、液晶显示器等几大部分全面细致地阐释了视频技术的主要原理与应用。以基础理论作为出发点，简明扼要，深入浅出地带领读者快速掌握各种专业概念。对于影视技术专业的学生和从业者是一本非常适合打基础的入门教材和参考书。

目  录

前　言 / 1

第1章　人眼视觉与图像属性 / 1

1.1　人眼的结构 / 1

1.2　人眼视觉与影像分辨率 / 2

1.2.1　影像分辨率 / 2

1.2.2　观看距离及视角 / 3

1.2.3　画面宽高比 / 6

1.2.4　像素宽高比 / 6

1.3　人眼视觉与影像扫描 / 8

1.3.1　临界闪烁频率 / 8

1.3.2　扫描方式与扫描速度 / 10

1.3.3　帧频与运动表现 / 11

1.4　人眼视觉与伽马 / 11

1.4.1　人眼对亮度的反应 / 11

1.4.2　数字影像的位深 / 13

1.4.3　“编码100”问题 / 13

1.4.4　非线性编码与伽马 / 15

1.5　图像的结构 / 16

1.5.1　像　素 / 16

1.5.2　尼奎斯特定律与混叠 / 17

第2章　色彩科学 / 19

2.1　色彩三要素与色立体 / 19

2.1.1　色彩三要素 / 19

2.1.2　色立体 / 20

2.2　光的基础知识 / 22

2.2.1　光　谱 / 22

2.2.2　物体的色彩 / 23

2.2.3　色　温 / 24

2.2.4　标准光源 / 25

2.3　三基色与色度图 / 26

2.3.1　RGB计色制 / 27

2.3.2　XYZ计色制与CIE色度图 / 29

2.4　视觉均匀的色彩空间 / 32

2.5　视频技术中的三基色 / 34

2.5.1　色彩的重现 / 34

2.5.2　RGB三基色 / 35

第3章　感光元件 / 38

3.1　摄像管工作原理 / 38

3.2　CCD 工作原理 / 39

3.2.1　电荷的积累 / 39

3.2.2　电荷的转移 / 41

3.3　CMOS 传感器 / 43

3.4　分　光 / 46

第4章　扫描与同步 / 50

4.1　扫　描 / 50

4.1.1　扫描与消隐 / 51

4.1.2　逐行扫描与隔行扫描 / 53

4.1.3　扫描方式与运动再现 / 55

4.1.4　逐行分段帧 / 58

4.2　同　步 / 58

4.2.1　同步异常 / 58

4.2.2　模拟视频信号的同步 / 59

第5章　模拟与数字 / 64

5.1　从模拟到数字 / 66

5.2 　信号与噪声 / 68

5.2.1　分　贝 / 68

5.2.2　信噪比与感光度 / 69

5.3　傅里叶变换 / 72

5.3.1　时域与频域 / 72

5.3.2　傅里叶变换 / 74

5.4　采样与量化 / 76

5.4.1　采样与量化 / 76

5.4.2　采样频率与混叠 / 77

5.4.3　量化与量化位深 / 81

5.5　色度采样 / 81

第6章　视频传输 / 85

6.1　模拟视频的传输 / 85

6.1.1　调　制 / 85

6.1.2　频段划分 / 87

6.2　数字视频传输 / 87

6.2.1　数字信号的调制 / 87

6.2.2　数字视频串行传输原理 / 89

6.3　视频传输接口 / 93

6.3.1　视频传输接口 / 93

第7章　视频标准与视频格式 / 100

7.1　视频标准制定者 / 100

7.1.1　电影与电视工程师协会

（SMPTE） / 101

7.1.2　国际电信联盟（ITU） / 101

7.1.3　动态图像专家组

（MPEG） / 102

7.1.4　数字电影倡导组织

（DCI） / 102

7.2　主要视频格式介绍 / 103

7.2.1　国际电信联盟定义的

视频标准 / 103

7.2.2　数字视频记录格式 / 105

7.2.3　视频文件的封装 / 110

第8章　视频的存储 / 113

8.1　磁带录像机工作原理 / 113

8.2　半导体储存设备 / 117

第9章　时间与时码 / 119

9.1　不同拍摄速度的选择及其转换 / 119

9.1.1　帧速率的转换 / 120

9.2　时　码 / 122

9.2.1　时码格式 / 122

9.2.2　drop-frame与non-drop-frame / 124

9.2.3　VITC与 LTC / 125

9.2.4　时码的运行 / 126

9.2.5　多机拍摄时码问题 / 127

第10章　显　示 / 129

10.1　液晶显示器 / 129

10.1.1　液晶显示器工作原理 / 129

10.1.2　液晶显示器的性能评价 / 135

10.1.3　液晶投影 / 138

10.2　数字光处理技术 / 139

10.2.1　数字微镜设备 / 139

10.2.2　DLP工作原理 / 141

10.2.3　DLP技术的优势 / 144

10.3　等离子显示技术 / 145

第11章　伽　马 / 148

11.1　视频伽马 / 148

11.1.1　人眼的非线性 / 148

11.1.2　CRT的伽马与亮度的

非线性失真 / 150

11.1.3　伽马校正 / 151

11.1.4　环境效应与系统伽马 / 154

11.1.5　视频伽马对亮度的记录

与亮度参考点 / 156

11.1.6　18%灰与灰渐变 / 157

11.2　电影伽马 / 159

11.2.1　视频伽马的局限 / 159

11.2.2　对数影像 / 161

11.2.3　LUT技术与影像再现 / 163

出版后记 / 168

前  言

随着数字技术的不断发展，胶片正在从电影的前期拍摄、后期制作、发行及放映等各个环节中逐步退出历史舞台，电影已经进入了全面数字化的时代。

本世纪以来，我国数字电影技术取得了飞速发展。目前，在前期拍摄阶段，90%以上的影片采用数字摄影机；在后期制作阶段，传统胶片的剪辑、配光等手段几乎绝迹，被数字技术全面取代；在发行、放映阶段，传统胶片拷贝所占比例快速减少，国内新增银幕全部为数字银幕。在电影产业的各个环节中，传统胶片遭到了无情地淘汰。

作为数字电影技术的重要组成部分，视频技术是研究数字影像的获取、存储、传输、处理及再现的一门基础性技术。视频技术与图像处理技术并列为数字电影技术的两大基础性技术。

对于数字时代的电影制作人员以及电影技术工作者，只有掌握了一定的视频技术基础知识，才能了解相关设备的工作原理，才能正确使用各类数字电影设备，才能合理设计、规划电影制作流程，才能开发出具有实用价值的软硬件制作系统，才能拍摄出高质量的影片，从而提升我国电影制作的整体水平。

作为北京电影学院影视技术系影视摄影与制作专业“视频技术基础”课程的教材，本书在撰写过程中充分考虑了专业教学的特点与需求，在内容编排上尽量做到全面、系统，在理论深度上尽量考虑本科学生的接受能力，同时注重与该专业其他课程的衔接。作为一门专业基础课的教材，同时也考虑到数字视频技术本身的快速发展，在本书撰写过程中，作者侧重于对时效较长的理论的论述，为学生打下扎实的基础。对于各类视频设备的介绍则侧重于一般性原理，因为只有掌握了基本原理，学生才能在实践中较快地掌握各类设备的原理及使用方法。

本书第一章“人眼视觉与图像属性”，从分析人眼视觉特性的角度出发，介绍数字图像的特点及其与人眼视觉之间的关系；第二章“色彩科学”主要介绍色度学基础知识以及视频技术中的相关色彩知识；第三章“感光元件”介绍CCD 与CMOS 的工作原理和各类分光方式；第四章“扫描与同步”介绍扫描与同步原理；第五章“模拟与数字”介绍模拟视频与数字视频的相关基础知识及二者间的关系；第六章“视频传输”介绍模拟与数字视频信号的传输原理以及各类视频接口的特点；第七章“视频标准与视频格式”介绍各类视频标准与格式的特点；第八章“视频的存储”介绍不同视频存储介质及其工作原理；第九章“时间与时码”介绍时间与时码的相关基础知识；第十章“显示”介绍不同显示设备的工作原理及特性；第十一章“伽马”介绍视频影像伽马原理。

本书可作为各大专院校影视制作、视频工程、数字媒体技术以及摄影等相关专业的教材或参考书。对影视制作、多媒体制作等相关领域的技术工作者也具有一定的参考价值。由于本人能力、水平的限制，书中难免出现错误或不妥之处，欢迎广大专家和读者批评指正。