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DV(digital video)知识
过去几年中，视频工业已发展为两大类。第一部分是“专业”市场。在这个市场中，设备必须满足日常制作工作和高影像质量的严格要求。重点在高影像质量和下列方面的可靠性：记录、编辑和再制作。这一类工作通常包括分量视频格式，如Betacam
SP 和MII。
当然，购买和维护专业级质量和可靠性的花费是相当高的。仅管这些费用通常转嫁给消费者和客户，分期偿还投资仍需很长一段时间；而且新的投资需要仔细考虑。
过去十年中，视频技术已不仅仅是有经济实力的用户才能负担得起的。这主要得益于小型化，使得数字摄像机成功地引入市场成为可能。
松下模拟摄像机RX87
非专业市场比专业市场有着不同的需求和期望。一般要求轻便的设备，低一些的信号质量，通常是（VHS、S-Video或Hi-8）以及较短的产品生命周期等。可以承受的价格和家庭计算机用户桌面工具的产生更扩展并加深了这种趋势。无论什么平台，用户都可以以大大低于广播级专业设备的花费来满足他们图像制作所需的任何要求。因而这一类型视频技术的发展显著超过了专业级产品的发展。
松下DV摄像机DS28
最近几年，第一部数字摄像机的问世消除了图像质量上的怀疑。新的摄像机记录视频不是以模拟信号，而是以压缩的数字信号的方式。结果是原来专业级图像质量产品的价格不断下降，而同任何新技术的发展推广一样，价格也随着用户群的扩大而持续下降。
为避免出现不兼容的情况，这种技术的主要产品都符合一个新的数字压缩标准：DV。至目前为止，很多国际知名的视频厂商都开始发展和提供DV格式的产品。这其中的传输标准被称为FireWire（IEEE
1394）。这一标准是与DV标准合作，同时也有其独立性的输出标准。FireWire是一种设备间传输数据的高速网络。
本文是对DV数字视频标准和FireWire传输标准的简单介绍。因为这些技术以及支持这种技术的产品仍在高速发展，因此本文讨论了这种技术的发展现状及对未来视频采集、制作和传输的潜在影响：若有失误、敬请谅解。区分DV和FireWire技术是很重要的。这些术语有时候被互换使用，但它们有各自不同的功能。DV是定义压缩图像
和声音数据记录及回放过程的记录标准。这就同时包含DV格式的设备和数字视频压缩技术本身。 另一方面，FireWire（IEEE1394）是一种传输标准。它是定义数字信息如何在不同设备间传输的通用接口。功能上的这种不同点类似于信号对于Windows和SCSI，Windows决定了视频数据的基本格式；而SCSI定义传输任何数字数据（包括Windows的视频数据）的方法。
DV并不雷同于MPEG或Motion-JPEG，它是一种新的数字压缩格式，它是一种将DCT压缩的视频数字信号到盒式录像带的方法。
DV摄像机与普通摄像机比较:
DV摄像机与普通摄像机比较，最大的区别有三项：
1.图像分辨高，DV摄录机一般为500线以上，而VHS摄录机为200线,S-VH 摄录机为280- 300线，8毫米摄录机为380线左右。
2.色彩及亮度频宽比普通摄像机高六倍，而色、亮度带宽是影像精确度的首要决定因素，因而色彩极为纯正，达到专业级标准。
3.可无限次翻录,影像无损失。
与专业摄录机比较:
DV摄像机的结构从根本上讲和现在顶级数字的压缩视频记录系统如Digital Betacam（DB），并没有实质上的区别。DV和DB
都是分量格式，分别对磁带上的亮度（Y）和两路色度（R-Y和B-Y）信号进行编码。
DV使用13.5MHz采样率（同DB一样），但DB用4：2：2编码来增加彩色保真度，而DV是4：1：1编码。DB用10比特代码来提高信噪比；而DV是8比特。Digital
Betacam 一般采用是2：1的空间压缩比（8位采样）；而DV是5：1。DV通过对实质上不活动的视频图像的场间（不是帧间）压缩来获得它的部分压缩比。因为场间压缩使每帧的数据量可变，而DV要求固定的数据率，因此需要自适应帧间的压缩。随着一个场景中活动部分的增多，空间压缩比增加（反之亦然）。
与DV Cam和DVC Pro 相比：
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松下DVCPRO AJ-D215H
DV、DVCam 和DVC Pro实际上使用相同的压缩方法和记录格式。不同的仅是DV Cam的磁迹间距（15微米）和磁带速度（28.
22mm/秒）。Sony 认为这一磁迹间距对于帧精确度的线性编辑是必需的。DVC Pro将可选的线性轨1和2分别用于音频插入信号和控制轨。Panasonic
认为18微米磁迹宽度和MP盒带的使用能提供常规线性编辑应用所需的定位精确度和媒体耐久性。同时DVC Pro也提供4速的转送。
与Betacam SP相比：
大部分视频技术专家认为DV格式能与模拟Beatcam SP相媲美。DV视频的54dB信噪比Betacam SP
的51dB要好一些，DVO 5.75MHz的亮度带宽比Betacam SP 的4.1MHz高出一截. 然而现在市场上,实质上,专业的Betacam
SP 的摄像机还是拥有比DV更好的CCD,而同时以Betacam SP 摄像机为例,其价格至少是Sony DCR-VX2000市场价格的7、8倍以上.大部分专业质量的可互换的摄像机镜头(Fujinon,
Canon)比整套DCR-VX2000还贵. 直接压缩为DV,而要达到Betacam SP 的图像质量,需要使用带DV接口的专业级数字摄像机。无论如何,大部分专家认为DV与Betacam
SP 相比时,DV令人难以置信地 "物超所值"。
DV视频后期制作:
将DV和FireWire技术相结合可以给视频应用带来相当大的好处。为了更好了解这种技术的潜在能力，让我们先来看一下视频后期制作的基本方式。
首先，创造性的使用素材经常意味着增加特技和比直接简单硬切复杂得多的其它方法。这也包括修改由摄像机拍摄的原始素材。在模拟视频时，这种修改将导致生成损失，因为复制视频意味着丢失一些数据。在数字编辑系统中，在设备能访问视频的各个像素并放大它们之前，数据必须被“解包”。使用硬件ASIC进行编码、解码的DV硬件比基于纯软件的解决方案有显而易见的优越性。
随着电子技术、数字技术和计算机技术的迅速发展，广播电视系统设备的数字化、网络化发展日新月异，令人始料不及。1998年11月美国开始数字电视广播，计划2006年将全面实现数字电视广播并全部收回模拟电视的NTSC频道，西欧和日本等发达国家也都制定了各自的数字电视广播计划。我国的数字电视广播HDTV已于1998年9月在中央电视塔上进行广播试验，并将于2000年正式试播。数字电视的时代即将到来，模拟电视终将被数字电视所取代。所以广播电视技术工作者急需知识更新。今年上半年北京广播学院举办了《数字电视》远程教学，学习中我作为辅导员发现许多同志对电视设备的数字格式理解不深，现把广播电视设备的数字格式做一简单介绍。
格式是指表达、记录图像信息的方式，如视频标准中最基本的参数是扫描格式，规定了每行像素数、每帧行数、每秒场数和帧数。录像机的记录方式也称为格式，如D1、
D5格式，DVCAM格式，DVCPRO及Digital－S格式等。
模拟电视存在着许多难以克服的缺陷：多次传输或复制后会形成噪声积累，信号的线性、非线性失真，亮色互扰，行间闪烁，爬行，微分相位和微分增益失真等等，致使图像质量不断下降。但这些缺陷大多可通过将模拟信号转变为数字信号进行处理、存储、控制和传输来解决。为了用数字处理和传输电视信号，首先要将模拟电视信号数字化，即对电视信号进行抽样、量化和编码。
电视信号是通过摄像机对自然景物的扫描并经光电转换形成的。对于PAL制，扫描后的图像每秒包含25帧，1帧分为两场，每场有效行为287.5行，这就是说电视信号一经产生，实际上已对自然景物在时间轴及图像垂直方向上完成抽样，留给数字电视系统的是如何在水平方向上完成抽样和量化。
1 CCIR 601建议所确定的数字分量编码4∶2∶2标准
(1)抽样频率的选择
电视信号数字化抽样频率的选择首先应满足奈奎斯特抽样定理，即抽样频率至少要等于视频带宽的两倍。对于数字分量编码，CCIR
601建议亮度抽样频率为525/60和 625/50三大制式行频公倍数2.25MHz的6倍，即13.5MHz。对现行电视制式而言，亮度信号的最大带宽是6MHz，13.5MHz
>2×6MHz=12MHz，所以它符合奈奎斯特定理。而色差信号的带宽比亮度信号窄得多，所以在分量编码时两个色差信号的抽样频率可以低一些。因同时考虑到抽样的样点结构应满足正交结构要求，两个色差信号的抽样频率均选为亮度信号抽样频率的一半，即6.75MHz，这样亮度信号与两个色差信号的抽样频率之比为
4∶2∶2。
2)数字分量视频信号有效行取样点数的确定
每行数字分量信号的取样点数为：
对于625行/50场制式：
每行亮度取样点=13.5Mhz/15625Hz=864点/行
每行每个色度取样点=6.75Mhz/15625Hz=432点/行
对于525行/60场制式：
每行亮度取样点=13.5Mhz/15734.266Hz=858点/行
每行每个色度取样点=6.75Mhz/15734Hz=429点/行
可见，这两种制式选用了相同的抽样频率，但每行取样点数却不相同。所以把两者取样点数之差别放在数字有效行以外的部分，而使每个数字有效行内的取样点数相同。
CCIR 601建议两种制式有效行内的取样点数亮度信号取720个，两个色差信号各取360 个，即每个数字有效行包括720个亮度数据和720个色度数据(两个色度各360个)，这样就统一了数字分量编码标准，使三种不同制式便于转换和统一。所以有效行亮度信号与两个色差信号的取样点数之比也为4∶2∶2(720∶360∶360)。
上述两点即为获取高质量的后期制作由CCIR 601建议所确定的数字分量编码标准：
亮度信号的抽样频率为13.5MHz，每个色差信号的抽样频率为6.75MHz，其抽样频率之比为4∶2∶2，或者说，每数字有效行亮度信号的取样点数是720个，每个色差信号的取样点数是360个，其取样点数之比也为4∶2∶2，这就是数字分量编码的4∶2∶2标准，也称为4∶2∶2格式。用作演播室数字设备及其联接或国际节目交换时的数字化标准。
(3)4∶1∶1与4∶2∶0格式
除了标准的4∶2∶2格式之外，还有将色差信号的抽样频率取为3.375MHz的较低标准的4∶1∶1和4∶2∶0格式。另外还有为适合更高图像质量要求而将色差信号抽样频率取为13.5MHz的更高标准的4∶4∶4格式。这里只对4∶2∶2格式与4∶1∶1和4∶2∶0格式数字取样结构进行比较。
4∶1∶1和4∶2∶0格式不仅色差信号的取样频率相对于4∶2∶2格式来说减半，而且使场取样比减半，丢失了后期制作中的一些重要信号信息，如色键。由于彩色信号带宽信息的减半，此信号也就不再适合作高质量的多代编辑。然而，对于普通的新闻采访和窄带传输编码可采用4∶1∶1或4∶2∶0非标准取样方式，结果是牺牲带宽换得节省设备费用的益处。4∶2∶2格式同4∶1∶1规格及4∶2∶0格式系统相比，其高质量视频图像的效果是显而易见的。
2 数字录像机格式
录像机是电视节目制作的基本工具，磁带录像机的发展历程也是从模拟信号形态过渡到数字信号形态的。由于视频信号处理有4∶2∶2、4∶1∶1、4∶2∶0格式之分，压缩方式有场内DCT、帧内DCT和MPEG－2之分，码率压缩比不同，记录码率有200Mbps左右、90Mbps左右、25Mbps和50Mbps之分，磁带宽度有3/4、1/2、1/4英寸以及MP与ME之分等等，数字录像机的格式十分多样。例如，不压缩的D1、D5格式，2∶1压缩的
Digital Betacam格式，5∶1压缩的DVCPRO(D7)和DVCAM格式，10∶1压缩的Betacam
SX 格式，3 3∶1压缩的DVCPRO 50和Digital－S(D9)格式等等。
(1)Betacam SX格式
该格式系列产品的数字一体化摄录机及数字视频磁带录像机采用先进的MPEG－2 4∶2∶2 P@ML压缩算法，压缩比10∶1，光盘制作、光盘印刷、光盘刻录、光盘复制、光盘打印、多媒体光盘制作等一系列服务！http://www.bjdisc.com.cn/凭着专业的设计队伍、高效的光盘复制设备、先进的丝网印刷设备,从盘面设计制作到成品,我们可以在优质、高效的前提下为您一步到位地完成！010-60899090可录制8bit
4∶2∶2数字分量视频信号，并可记录重放4通道16bit不压缩数字音频信号，使用1/2英寸金属粒子带，还可兼容重放模拟信号的Betacam和Betacam
SP格式带(DNW－A65P和DNW－A75P提供)，从而使Betacam SX向全数字化环境过渡更经济合理。
(3)4∶1∶1与4∶2∶0格式
除了标准的4∶2∶2格式之外，还有将色差信号的抽样频率取为3.375MHz的较低标准的4∶1∶1和4∶2∶0格式。另外还有为适合更高图像质量要求而将色差信号抽样频率取为13.5MHz的更高标准的4∶4∶4格式。这里只对4∶2∶2格式与4∶1∶1和4∶2∶0格式数字取样结构进行比较。
4∶1∶1和4∶2∶0格式不仅色差信号的取样频率相对于4∶2∶2格式来说减半，而且使场取样比减半，丢失了后期制作中的一些重要信号信息，如色键。由于彩色信号带宽信息的减半，此信号也就不再适合作高质量的多代编辑。然而，对于普通的新闻采访和窄带传输编码可采用4∶1∶1或4∶2∶0非标准取样方式，结果是牺牲带宽换得节省设备费用的益处。4∶2∶2格式同4∶1∶1规格及4∶2∶0格式系统相比，其高质量视频图像的效果是显而易见的。
2 数字录像机格式
录像机是电视节目制作的基本工具，磁带录像机的发展历程也是从模拟信号形态过渡到数字信号形态的。由于视频信号处理有4∶2∶2、4∶1∶1、4∶2∶0格式之分，压缩方式有场内DCT、帧内DCT和MPEG－2之分，码率压缩比不同，记录码率有200Mbps左右、90Mbps左右、25Mbps和50Mbps之分，磁带宽度有3/4、1/2、1/4英寸以及MP与ME之分等等，数字录像机的格式十分多样。例如，不压缩的D1、D5格式，2∶1压缩的
Digital Betacam格式，5∶1压缩的DVCPRO(D7)和DVCAM格式，10∶1压缩的Betacam
SX 格式，3 3∶1压缩的DVCPRO 50和Digital－S(D9)格式等等。
(1)Betacam SX格式
该格式系列产品的数字一体化摄录机及数字视频磁带录像机采用先进的MPEG－2 4∶2∶2 P@ML压缩算法，压缩比10∶1，可录制8bit
4∶2∶2数字分量视频信号，并可记录重放4通道16bit不压缩数字音频信号，使用1/2英寸金属粒子带，还可兼容重放模拟信号的Betacam和Betacam
SP格式带(DNW－A65P和DNW－A75P提供)，从而使Betacam SX向全数字化环境过渡更经济合理。
对表一的几点说明：
1 MPEG－2是一种对通用的活动图像及其相关音频的编码方法，是至今为止最重要的视频压缩国际标准，适用于SDTV、HDTV视频压缩编码。MPEG－2的视频格式分为4级：低级视频格式、主级视频格式、高级窄屏幕视频格式、高级宽屏幕视频格式。各级视频格式按每帧行数、帧频和像素速率的不同分为5类，详细内容请查阅相关资料。
2 本表采用4∶2∶2视频分量编码格式，8bit均匀量化。
3 根据MPEG－2的类和级中各视频格式编码的最大输出码率，可算出最小压缩比，而且取样格式不同，视频码率及压缩比也不相同。
a 4∶2∶2格式
SDTV像素速率为：
(720×576＋2×360×576)×25 =(720×480＋2×360×480)×30 =20.736兆像素/秒
码率=20.736兆像素/秒×8bit=165.888Mbps
主级视频格式中最高传输码率为15Mbps,则最小压缩比 =165.888Mbps/15Mbps=11.06。
窄屏HDTV像素速率为：
(1440×1152＋2×720×1152)×25=(1440×960＋2×720×960)×30=82.944兆像素/秒
码率=82.944兆像素/秒×8bit=663.552Mbps。
1440高级类的最高传输码率为60Mbps，则最小压缩比=663.552Mbps/60Mbps=11.06
宽屏HDTV像素速率为：
(1920×1152＋2×960×1152)×25=(1920×960＋2×960×960)×30=110.592兆像素/秒
码率=110.592兆像素/秒×8bit=884.736Mbps
高级类的最高传输码率为80Mbps,则最小压缩比=884.736Mbps/80Mbps=11.06
b 因为人眼对色度清晰度不太敏感，为了降低码率可采用4∶2∶0格式，这时各视频格式的码率及最小压缩比：
SDTV像素速率为：
(720×576＋2×360×288)×25 =(720×480＋2×360×240)×30=15.552兆像素/秒
码率=15.552兆像素/秒×8bit=124.416Mbps
压缩比=124.416Mbps/15Mbps=8.29
窄屏HDTV像素速率为：
(1440×1152＋2×720×576)×25=(1440×960＋2×720×480)×30=62.208兆像素/秒
码率=62.208兆像素/秒×8bit=497.644Mbps
压缩比=497.664Mbps/60Mbps=8.29
宽屏HDTV像素速率为：
(1920×1152＋2×960×576)×25=(1920×960＋2×960×480)×30=82.944兆像素/秒
码率=82.944兆像素/秒×8bit=663.552Mbps
压缩比=663.552Mbps/80mbps=8.29
4DVCAM系列产品、Ditital－S系列产品及DVCPRO50系列产品均具有用于宽屏图像录制和编辑的16∶9格式与4∶3格式宽高比切换功能，可用来提供16∶9宽屏图像，以适应下一代16∶9格式HDTV的发展。而且在BIRTV'99展览会上，Sony公司推出了HDCAM系列及松下电器推出了DVCPRO
HD系列，用于下一代HDTV的ENG和节目制作。
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