電子發燒友App
當前，電視設備正逐步從模擬向數字過渡，SONY、松下、JVC等公司紛紛推出了最新的數字攝、錄、編設備。在當今電視技術領域，數字記錄和編輯已得到廣泛的運用。
??? 數字視頻的記錄格式有非壓縮和壓縮兩大類。非壓縮記錄格式的D1、D2、D3、D5等系列，它是以原有信號碼率直接記錄輸入信號，保持了信號的原有水平，為無損記錄。記錄方式又分數字分量（D1、D5）和數字復合（D2、D3），它們代表了視頻設備最高標準，圖像質量最高，信號損失最小，但同時由于圖像信號數據量很大，對機器硬件的要求極其苛刻，而價格非常昂貴，雖然產品已問世數年，但僅有少數對畫質要求極高的視頻制作公司使用。而壓縮格式是指采用數字壓縮技術的視頻，常見的有DV，MPEG-2，M-JPEG等，并制定各種數據壓縮標準，于是出現了相應的數字Betacam(DVW)，DV，DVCPRO，DIGITAL-S，DVCAM，Betacam-SX等規格的數字錄像機，它們將圖像信號壓縮再記錄在磁帶上，其目的是在保證圖像質量的前提下，減小圖像信號的數據量，減小設備體積，減少磁帶用量，以最小的信號損失達到盡可能好的效果，從而降低設備成本。
??? 1、數字視頻技術的國際標準
??? （1）CCIR601號建議
??? 為了便于國際間的節目交換，消除數字設備之間的制式差別，使625行電視系統與525行電視系統之間能夠兼容，1982年2月國際無線電咨詢委員會(CCIR，現改為國際電聯無線電通信部，即ITU-R)第15次全會上通過了601號建議，確定以分量編碼為基礎：以亮度分量Y和兩個色差分量R-Y，B-Y為基礎進行編碼，作為電視演播室數字編碼的國際標準。
??? （2）H.261標準
??? H.261簡稱p×64。該標準是用于電視電話和電視會議，圖像編碼算法是實時處理，并且延遲時間最小，使圖像和語音密切配合，達到全彩色的實時運動視頻傳輸，并獲得高壓縮比。該標準于1990年由國際電報電話咨詢委員會(CCITT)完成通過。
??? （3）JPEG標準
??? 靜像數據壓縮標準JPEG(JointPhotographicExpertsGroup)，即聯合圖像術專家組，是國際標準組織（ISO）、國際電報電話咨詢委員會（CCITT）和國際電工委員會（IEC）3個國際組織合作，在1991年完成通過。JPEG既是ISO的標準，也是CCITT的推薦標準，其目標是壓縮靜止彩色圖片數據，多用于衛星、新聞圖片的傳輸與存儲，以及圖形、圖像文獻資料處理等方面。
??? （4）MPEG標準
??? 隨著數字音頻和數字視頻技術的廣泛應用，ISO的活動圖像專家組(MovingPictureExpertGroup)在1991年11月提出了ISOll172標準的建議草案，通稱MPEG-1標準，該標準于1992年11月通過。MPEG-1標準適用于數碼率在1.5Mbps左右的應用環境，也就是為CD-ROM光盤的視頻存儲和放像所制定的。
MPEG-2是由MPEG開發的第2個標準，于1994年11月正式確定為國際標準。MPEG-2是“活動圖像及有關聲音信息的通用編碼”(GenericCodingofMovingPicturesAssociatedAudioInformation)標準。作為一種公認的壓縮方案，該標準具有開放性、技術成本低、互操作性和靈活性、比特率的可選擇擴展性及眾多廠商的支持等優勢，在網絡、通信、衛星等領域被采用。
??? MPEG-4是1993年開始制定，1998年10月方才定案，直到2000年年初正式成為國際標準。該標準具有許多引人注目的功能，包括以對象內容為基礎的視頻對象存取、以場景內容為基礎的可升級性、視頻存取、糾錯能力等。MPEG-4視頻標準不僅可以提供一個更具壓縮效率的新型多媒體信息傳輸標準，同時也具有良好的交互性、全方位存忍迥諶菝枋黿涌凇?其名稱由來是1+2+4=7（MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4）。它擴展現有內容識別專用解決方案的有限的能力，還包括更多的數據類型。MPEG-7是規定一個用于描述各種不同類型多媒體信息的描述符的標準集合。
??? 2、數字視頻壓縮方式
??? 基于上述標準，目前在電視領域廣泛應用的3種壓縮方式是MPEG-2，M-JPEG和DV。它們均基于離散余弦變換（DCT），并對變換系數微量化處理后進行游程編碼。
??? （1）JPEG簡介JPEG用于連續變化的靜止圖像，包括灰度等級和顏色兩方面的連續變化。JPEG包含兩種基本壓縮方法：第一種是有損壓縮，它是以DCT(DiscreteCosineTransform)為基礎的壓縮方法；第二種為無損壓縮，也稱預測壓縮方法。最常使用的是前者,即DCT壓縮方法，也稱為基線順序編解碼(BaselineSequentialCodec)方法，這種方法先進、有效、簡單、易于交流，因此得到廣泛應用。
??? （2）M-JPEG簡介
??? M-JPEG是按活動圖像的正常要求速度，每秒完成對25幀圖像的幀內壓縮方式壓縮每一幀，每一幀都被當作獨立的信號處理，其一系列的幀實際上就是一個JPEG的信號流。這種設計的好處是易于編輯，可隨機對任意幀進行編輯，對于非線性編輯應用是一個優秀的選擇。M-JPEG的壓縮和解壓縮是對稱的，可由相同的硬件與軟件實現。其缺點是需要過多的帶寬和存儲空間，這是因為它不對著行壓縮，而只是幀內壓縮，壓縮效率不夠高。
??? （3）DV簡介
??? DV壓縮方式是為家用錄像機設計的一種可擴展的格式，可適用于標準清晰度電視和高清晰度電視。DV壓縮最早是由標準和高清晰度家用VCR制造商的一個聯盟研發的。DV使用13.5MHz采樣率,4∶1∶1編碼，并用8比特代碼來提高信噪比，其空間壓縮比為5∶1。DV通過對實質上不活動的視頻圖像的倡這種壓縮從標準的25Mb/s擴展到DVCPRO50中的50Mb/s。Sony則提供基于DV壓縮的DVCAM系列VTR。用于廣播電視的DVCPR0攝像機主要有兩種機型：一種是DVCPR025，一種是DVCPR050。
（4）MPEG簡介
??? MPEG標準的數字壓縮基本步驟是：先將模擬視頻轉換為數字視頻后按時序分組，每個圖像組（GOP）選定一個基準圖像，利用運動估計減少圖像間的時間冗余，最后將基準圖像和運動估計誤差進行離散余弦變換（DCT）、系數量化和熵編碼（VLC＆RLC）以消除空間冗余。MPEG專家組最初的任務有3個：實現1.5Mb/s，10Mb/s，40Mb/s的壓縮編碼標準，即MPEG-1，MPEG-2，MPEG-3，其中MPEG-3于1992年被撤消。
??? MPEG-l標準用于運動圖像及其音頻編碼標準，著重于高壓縮率，具有低帶寬和低分解力，視頻速率大致為1.5Mb/s。其基本算法是對于壓縮水平方向（360個像素）和豎直方向（288個像素）的空間分辨率，對于每秒24~30幅畫面的運動圖像有比較好的效果。MPEG-l標準還提供了一些錄像機的功能：正放、圖像凍結、快進、快倒和慢放等，以及隨機存儲的功能。MPEG-l標準還采用了一系列技術以獲得高壓縮比：①對色差信號進行亞采樣，減少數據量；②采用運動補償技術減少著行量化，舍去不重要的信息，將量化后DCT分量按照頻率重新排序;⑤將DCT分量進行變字長編碼；⑥對每個數據塊的直流分量(DC)進行預測差分編碼。
??? MPEG-2標準與MPEG-1標準相似，其比特率比后者高得多，因而要求較高的帶寬和分解力。MPEG-2標準可定義高達400Gb/s的比特率和16000×16000像素的圖像。其采用幀內編碼與質劍??GOP（圖像組）內分為I幀（幀內編碼幀）、P幀（向前預測編碼幀）、B幀（雙向預測幀），對它們采取不同的壓縮編碼方式。1996年1月，國際慕尼黑團體會議上又確認了具有高廣播級質量和高編輯精度的MPEG-2MP@ML標準，它允許較短的GOP，使之適應于節目制作的精確編輯。MPEG-2在處理圖像的“簡單”與“復雜”區域能自動變換壓縮率，它能在同一幀內使用不同的壓縮比，因而更加有效。在壓縮成相同圖像質量的條件下，MPEG-2圖像所占的空間只是M-JPEG圖像的10%～15%。在圖像采集、制作、傳輸、播出等各領域中，MPEG-2已逐漸被廣泛采用。
??? MPEG-4除完全支持MPEG-1/2已提供的全部視頻功能，包括在不同輸入格式、幀率、比特率下對標準矩形區域圖像序列進行有效編碼外，還增加了新的功能：為提高傳輸效率，MPEG-4采用“子圖形”預測和編碼技術，它把靜止的背景作為“子圖形”，首先發往收端，作為第一幀同時存儲于編碼器與解碼器內，再利用攝像機的移動、旋轉和縮放，攝取背景前出現的視頻對象，再將其分開進行編碼，形成視頻序列進行傳送，進而重建原來的圖像。這種技術對實現多媒體數據庫十分有利，同時還可以改善圖像質量。MPEG-4是一種高效率的編碼標準，其最低碼率可達到5~64kbps。對于具體視頻而言，其交互性和可操作性，在多媒體應用領域中又可以與各種編碼兼容。MPEG-7建立在MPEG-4的基礎上，用很少的特征對信息內容進行檢索。例如對圖形，只要畫出很少幾條線就可以找到包括該特征的相應圖形、商標等。
??? 3、3種常用數字壓縮格式的比較
??? M-JPEG，DV和MPEG作為視頻工業中的3種主要的壓縮技術，它們都基于DCT，它們所記錄的圖像被轉化成統一、量化和可變長度編碼的頻域系數。廣播電視常用的數字視頻編碼技術，其中，DV和典型的M-JPEG是幀內編碼，采用幀內壓縮方式，沒有窒低。對于MPEG-2來說，采用種〉Ｋ裕?MPEG-2用于編輯時，一般僅限于I幀編碼，能夠在不了解前一幀和后一幀的情況下，在邊緣進行幀切換。此外，DV和MPEG-2壓縮使用運動自適應處理來實現有效的幀內編碼，但是，DV只能進行固定比特率（CBR）編碼，而MPEG-2和M-JPEG則可進行CBR和可變比特率（VBR）編碼。
??? 數字視頻壓縮技術使我們能夠以較小的成本獲得高質量的視頻，為高質量傳播視頻信號成為可能，并且隨著電視技術的不斷發展，這一技術還在不斷更新、提高。當電視技術和互聯網絡技術結合時，數字視頻技術更加體現出它所具備的交流傳播的優勢。
工商網監
評論