动画视频格式与采集技术简介

（一）概述

动画是一门通过在某种介质上记录一系列单个画面，并通过以一定的速率回放所记录的画面而产生运动视觉的技术。

动画效果是利用人眼的视觉暂留特性得到的。一幅动画实际上是由若干幅静止的图形构成。把静止的图形以一定的速率投影到屏幕上，就能产生运动的视觉效果。实验证明，画面的刷新率为每秒24帧左右，也即每秒放映24幅画面，则人眼看到的是连续的画面效果；但是，这时仍会感到画面的闪烁，要消除闪烁感，刷新率还要提高一倍。从广义上讲，图形图像的运动显示效果都可以称作为动画。

计算机动画是在传统动画的基础上，采用计算机图形图像技术而迅速发展起来的一门高新技术。所谓计算机动画就是指用计算机技术辅助制作影视动画片，它的发展过程大体上可分为三个阶段。

第一个阶段是从1963年到1972年。此阶段主要是利用计算机辅助制作二维动画。1963年到1967年期间，贝尔实验室的扎雅克（E.Zajak）等人开始利用计算机辅助制作动画。诺尔顿（K.Knowlton）用FORT A NIV预演编写了名为BEFLIX的二维动画制作系统，这在计算机辅助制作动画的发展历程上具有里程碑的意义。

第二个阶段是从1972年到1985年。此阶段主要是利用计算机辅助制作三维动画。1974年，福尔兹（H.R.Folders）制作出一些简单的三维动画，并开始显示出实用意义。这是计算机动画在电影领域里取得的一个重大突破，从此，计算机辅助动画制作才真正得到了人们的普遍重视。

第三个阶段是从1985年到目前为止的飞速发展阶段。它是计算机辅助制作三维动画的实用化和向更高层次发展的阶段。在此阶段中，首先是由美国犹他大学的卡特马尔（E.Catmull）小组开发出世界上第一个完整的且具有实用意义的三维动画片。在随后的10年内，计算机辅助三维动画的制作技术有了质的变化，已经综合继承了现代数学、控制论、图形图像学、人工智能、计算机软件和艺术的最新成果。从某种意义上来说，计算机三维动画制作的水平就代表了信息技术的发展成就。

随着动画视频的不断发展，为适应不同需求，各种视频文件存储压缩算法也不断涌现，由此产生多种多样的视频文件存储格式。

视频文件可以分成两大类：一是影像文件，比如常见的VCD；二是随着互联网的发展而诞生的流式视频文件，比如在线实况转播，就是构架在流式视频技术之上的。

（二）常见的视频文件格式

1.AVI

AVI（Audio Video Interleaved，音频和视频交错）文件格式，是由Microsoft公司开发的一种数字音频与视频文件格式，原先仅仅用于微软的视窗视频操作环境（VFW，Microsoft Video for Windows），现在已被大多数操作系统直接支持。AVI格式允许视频和音频交错在一起同步播放，每一帧都有其相关的视频和音频数据，通过将视频和音频数据按帧存放在磁盘上，使得将一帧的所有数据移至内存变得容易。这种混合存放模式使得从像光盘这样慢的盘上读取计算机视频文件成为可能。它具有调用方便、图像质量好等优点，一般用于保存电影、电视等各种影像信息；但缺点也比较突出，那就是文件体积过于庞大。AVI文件没有限定压缩标准，由此造成AVI文件格式不具有兼容性。不同压缩标准生成的AVI文件，就必须使用相应的解压缩算法才能将之播放出来。

2.MPEG/DAT

MPEG是运动图像压缩算法的国际标准，现已被几乎所有的计算机平台共同支持。在计算机上有统一的标准格式，兼容性相当好。MPEG在保证影像质量的基础上，采用有损压缩方法减少运动图像中的冗余信息，从而达到高压缩比。MPEG压缩标准是针对运动图像而设计的，其基本方法是：在单位时间内采集并保存第一帧信息，然后只存储其余帧相对第一帧发生变化的部分，从而达到压缩的目的。MPEG的平均压缩比为50∶1，最高可达200：1。MPEG标准包括MPEG视频、MPEG音频和MPEG系统（视频、音频同步）三个部分。MP3（MPEG Layer-3）音频文件就是MPEG音频的一个典型应用。MPEG视频家族中包括了MPEG-1，MPEG-2和MPEG-4在内的多种视频格式。MPEG-1是大家接触最多的，目前其正在被广泛地应用于MPEG的制作一些视频片段，可以说刻录VCD采用MPEG-1格式。MPEG-2则应用在DVD的刻录（压缩）方面，同时在一些HDTV（高清晰电视广播）和有高要求的视频编辑、处理上面也有相当的应用。

3.RA/RM/RMVB

RA/RM/RMVB文件随着网络的蓬勃发展，已经为人们熟知。这种新型的流式视频文件格式有替代传统视频格式的趋势。它是Real Net works公司所制定的音频/视频压缩规范Real Media中的一种，Real Media是目前Internet上最流行的跨平台的客户/服务器结构多媒体应用标准，它采用音频/视频流和同步回放技术，实现了网上全带宽的多媒体回放。

在Real Media规范中主要包括三类文件：Real Audio（用以传输接近CD音质的音频数据），Real Video（用来传输连续视频数据）和Real Flash（Real Net works公司与Macromedia公司合作推出的新一代高压缩比动画格式）。而Real Player就是在网上收听、收看这些实时音频、视频和Flash的最佳工具。只要用户的线路允许，使用Real Player可以不必下载音频/视频内容就能实现网络在线播放，更易于上网查找和收听、收看各种广播、电视。Real Video（RA，RM，RMVB）格式一开始就定位在视频流应用方面，也可以说是视频流技术的创始者。它可以用56K Modem拨号上网的条件实现不间断的视频播放，当然，其图像质量是不能和M PEG-2，DIVX等相比的。

4.MOV/QT

QuickTime原本是Apple公司用于其Mac计算机的一种图像及视频处理软件。作为处理图像及数字视频的系统结构，现在它被包括Windows95/98/NT/2000/XP在内的所有主流计算机平台支持。QuickTime提供了两种标准图像和数字视频格式，即可以支持静态的PIC和JPG图像格式，以及动态的基于Indeo压缩法的MOV和基于MPEG压缩法的MPG视频格式。QuickTime文件格式支持25位彩色，支持领先的集成压缩技术，提供150多种视频效果，并配有提供了200多种MIDI兼容音响和设备的声音装置。

新版的QuickTime进一步扩展了原有功能，包含了基于Internet应用的关键特性。QuickTime因具有跨平台、存储空间要求小等技术特点，得到业界的广泛认可，目前已成为数字媒体软件技术领域事实上的工业标准。

5.ASF

ASF（Advanced Streaming Format）是Microsoft公司为了和现在的Real Player竞争而发展起来的一种可以直接在网上观看视频节目的文件压缩格式。由于它使用了MPEG-4的压缩算法，所以压缩率和图像的质量都很不错。因为ASF是以一个可以在网上即时观赏的视频“流”格式存在的，所以它的图像质量比VCD差，但比同是视频“流”格式的RM格式要好。作为Microsoft公司旗下的软件，它最明显的优势就是各类软件对它的支持方面无人能敌。

6.WMV

是一种独立编码方式的在Internet上实时传播多媒体的技术标准，Microsoft公司希望用其取代QuickTime之类的技术标准以及WMV，AVI之类的文件扩展名。WMV的主要优点包括：本地或网络回放（流媒体格式）、可扩充的媒体类型、部件下载、可伸缩的媒体类型、流的优先级化、多语言支持、环境独立性扩展性等。

7.AVI（nAVI）

nAVI是new AVI的缩写，是一个名为Shad Realm的地下组织发展起来的一种新视频格式。它是由Microsoft ASF压缩算法的修改而来的（并不是想像中的AVI）。nAVI为了追求压缩率和图像质量，改善了原始的ASF格式的一些不足，让nAVI可以拥有更高的帧率。这是以牺牲ASF的视频流特性作为代价的。概括来说，nAVI就是一种去掉视频流特性的改良型ASF格式，也可以被视为非网络版本的ASF。

8.SWF

SWF是Macromedia公司的动画设计软件Flash的专用格式，是一种支持矢量和点阵图形的文件格式，被广泛应用于网页和动画设计等领域，SWF文件通常被称为Flash文件。

9.FLC/FLI

FLC和FLI格式是由Autodesk公司创立的动画（三维动画）文件，在DOS时代相当著名。它们采用帧与帧之间求差及单帧RLE编码的方式，特点是易于编码和解码。FLI由于大小和色彩的局限，差不多已经退出历史舞台。而某些专业的动画制作软件依然支持FLC动画的播放。以Ulead（友立）公司的Media Studio为例，就会在安装时也安装FLC动画的驱动程序。

（三）视频播放软件

针对不同的视频文件格式，各大公司也推出了相应的视频播放软件，其中以Windows Media Player、RealPlayer、暴风影音等较为常用。

1.Windows Media Player

Windows Media Player是Microsoft公司推出的通用媒体播放器，包括Windows Media Player6.4、7.0、8.0、9.0、10多个版本，功能不断完善。目前WindowsMediaPlayer10版本，收集了CD播放器、音频和视频播放器、媒体点播器、媒体指南、Internet收音机、便携设备音乐文件转换，以及音频CD烧录器等程序，在搜索、下载、个性化设置及播放高质量的Windows Media音频和视频，以及使用流行的MP3格式方面，表现非常出色。其支持的媒体格式有MIDI、MP3、视频文件MPEG、Microsoft流媒体文件、QuickTime文件等。图7-13为Windows Media Player10播放软件的界面。

图7-13　Windows Media Player10、Real One Player和暴风影音主界面(www.chuimin.cn)

2.RealPlayer播放软件

RealPlayer利用流媒体技术，能以比较快的速度从网上检索声音、视频、文本、动画及其他媒体文件，除了支持Real Networks自己的流文件（*.ram、*.rmvb、*.ra、*.rm、*.rp、*.rt）外，还支持众多的媒体格式，如SMIL文件格式、Shock wave Flash格式、GIF格式、QuickTime文件、MP3文件等。RealPlayer现有RealPlayer、RealPlayerG2、Real Player Plus G2、Real One Player等多种类型的版本。新一代Real One Player软件支持播放的媒体格式更多、网络功能也更强。它已经不是纯粹的播放器，而是集Web浏览、曲库管理和大量内置的线上广播电视频道于一身的软件，把一个生动丰富而精彩的互联网世界展现在面前。图7-13为Real One Player播放软件的界面。

3.暴风影音

作为对Windows Media Player的补充和完善，暴风影音目前定位为一种软件的整合和服务，而非一个特定的软件。它提供和升级了系统对常见绝大多数影音文件和流的支持，包括Real Media、QuickTime、MPEG-4（DivX、XviD、3ivx、MP4、FFVFW、H264...）、MPEG-2（含TS、TP等流媒体格式）、HDTV、VP3/6/7、XVD、Indeo、Theora、AC3/DTS/LPCM、Matroska、OGG/OGM、AAC、APE、FLAC、TTA、MPC、FLC、TTL2、3GP/AMR、Voxware、字幕等。配合Windows Media Player最新版本可完成当前大多数流行影音文件、流媒体、影碟等的播放而无需其他任何专用软件。图7-13为暴风影音播放软件的界面。

（四）视频文件的格式转换

常见的视频格式很多，各种格式都有其应用的范围。MPEG2格式用于存储高质量的视频，与其相符的有DVD格式的影像文件；AVI是一种传统的格式，适应范围广，也可存储质量较高的视频，但其压缩比低，文件过大；MPEG-1用于存储一般质量的视频，与其相应的有VCD格式的影像文件；流式视频文件主要用于网络应用，有ASF、WMV、RM等格式，需要用不同的播放软件播放。

这些格式的视频文件在应用中不可避免地存在着互相转换的问题。例如将传统的AVI、MPEG-1/2相互转换，将AVI、MPEG-1、MPEG-2转换成流式视频ASF、WMV、RM，将DVD、VCD转换成MPEG1或流式视频等。目前有很多软件可以完成某些类型文件之间的转换工作，例如bbM PEG、WinAVI video Converter、TMPGEncbeta、超级解霸等。

这里主要推荐一款专门的视频格式转换软件WinAVI video Converter，其转换功能非常强大。WinAVI Video Converter是专业的视频编、解码软件。界面非常漂亮，简单易用。该软件支持包括AVI、MPEG1/2/4、VCD/SVCD/DVD、DivX、XVid、ASF、WMV、RM在内的几乎所有视频文件的格式。另外自身也支持VCD/SVCD/DVD烧录。支持AVI→DVD、AVI→VCD、AVI→MPEG、AVI→MPG、AVI→WMV、DVD→AVI、及视频到AVI/WMV/RM的转换。在PentiumIII450以上的平台中，使用者能够在2个小时内完成AVI到DVD的编、解码转换。你收集了大量AVI电影用它也许是最合适的。图7-14 WinAVI video Converter的主界面。

（五）视频动画的采集技术

在多媒体课件制作中，视频是一种不可缺少的表现形式。与图形图像信息相比，视频信息更易于表现动态的、逼真的信息，例如现场实景、演示、操作过程等等。视频还可以与文本、图形图像、声音、动画等组合在一起，从而大大提高教学的直观性和形象性。获取视频动画素材的主要途径如下：

图7-14　WinAVI video Converter的主界面

●网络资料中搜索视频动画素材；

●用视频采集卡采集视频，比如摄像机拍摄后的录像带素材，导入计算机，在通过视频处理软件编辑视频；

●通过屏幕录制软件录制动态信息：如RoboDemo4，Camtasia Studio、SnagIt7等；

●通过动画软件设计视频动画素材，如3D-MAX，Flash等；

●购买视频素材库。

1.用视频采集卡采集视频

前面已经提到视频数字化的概念，视频数字化是指将模拟视频信号经过采样、压缩、编码转化成数字视频信号的过程。数字化的过程通常以模拟摄像机、录像机、LD视盘机、电视机输出等设备作为模拟视频信号的输入源，计算机通过视频采集卡，对模拟视频信号进行采集、量化转化成数字信号，然后压缩编码成数字视频。

目前不同规格的视频采集卡很多，像Optibase、Pinnacle（品尼高）、FlyVideo（蓝宝石）、Broadway（百老汇）等等，这些采集卡各有特色，适用的场合也不同。视频采集的质量在很大程度上取决于视频采集卡的性能以及模拟视频信号源的质量。不同的视频采集卡，其采集的视频格式、输入接口的形式、采样码率、采集分辨率等参数各不相同。

对于广播级的视频采集卡，一般采集卡输入接口提供1394、SDI（数字分量）、YUV（Y，R-Y，B-Y分量）、Y/C（亮/色分量）、S-Video、复合视频输入等形式，其中以1394接口采集时，视频信号失真最小；采集的格式一般支持Mpeg-1、Mpeg-2、DVD、VCD等。采集分辨率最高可支持720×576、704×576；采集码率可达15Mbps以上。

对于专业级的视频采集卡，一般采集卡输入接口提供Y/C（亮/色分量）、S-Video、复合视频输入等形式；采集的格式一般支持Mpeg-1、AVI、VCD等；采集分辨率可支持720×576、320×240等；采集码率在10 M bps以内。

目前还有一些专业的视频采集卡支持视频流格式采集，可直接将视频源的信号采集为ASF、WMV、RM等流媒体格式，用于网络传输。

2.用软件捕捉屏幕动态信息

屏幕捕捉工具软件很多，如SnagIt7和RoboDemo4都是非常不错的屏幕、文本和视频捕获软件，它可以捕获Windows屏幕或DOS屏幕上的电影画面、游戏画面、静态图片、滚动文本以及鼠标活动事件等多种信息。这里主要介绍利用RoboDemo4捕获屏幕动态信息。

打开RoboDemo4程序，选择“新建工程”→“应用程序”，这是可以看见当前你已经打开的应用程序列表，选择一个应用程序，即可进行屏幕录制，当然在录制的过程中，若已连接好麦克风，也可将声音和动画一起采集。当采集完毕后，可以选择AVI和SWF等格式保存文件，图7-15所示RoboDemo4操作界面。例如，可以制作各种视频教学的案例。

3.视频编辑软件Premiere

Adobe Premiere是由美国Adobe Systems Inc公司开发的一套功能强大的非线性编辑软件，它实现了视频、音频素材编辑合成的特技处理的桌面化。它集众多剪辑剪裁、特技应用、场景切换、字幕叠加、配音配乐等功能于一身，支持多种素材和输入、输出文件格式，制作费用低廉。Premiere操作非常简单，作品却是精美绝伦，已被广泛地应用于电视节目，特别是广告的编辑制作。

图7-16所示为Premiere的界面，这就是进行视频编辑、制作的“工作台”。它由菜单条和几个小工作窗口组成，风格与Adobe家族的其他成员基本一致。

4.动画编辑软件Flash

由于第二节内容包含Flash多媒体课件的设计内容，所以在此将不再讲述。

图7-15　RoboDemo 4操作界面

图7-16　Premiere的界面