現(xiàn)代信息技術(shù)環(huán)境下的“數(shù)字視頻”新概念

甚至是混淆和缺失的認識。基于這一點，筆者認為有必要對現(xiàn)代信息技術(shù)環(huán)境下的“數(shù)字視頻”給出一個更能準確表達這一概念的定義和分類，并充實其概念內(nèi)涵，借以方便對大眾的現(xiàn)代信息技術(shù)教育和各行各業(yè)的使用、交流以及相關(guān)基礎(chǔ)理論的研究。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字視頻，新概念，分類

【中圖分類號】G432 【文獻標識碼】B 【論文編號】1009—8097（2007）08—0075—04

一、前言

當(dāng)人們在把以計算機技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)為核心的現(xiàn)代信息技術(shù)運用到各個行業(yè)各個領(lǐng)域，并逐步滲透和結(jié)合的今天。基于信息和信息傳播層面的數(shù)字視頻也將以一個全新的概念被人們所認識和理解。它不再是某個系統(tǒng)具體所指的編碼記錄格式，而是一個有著更加豐富內(nèi)涵和外延的新概念。在現(xiàn)代信息技術(shù)環(huán)境下數(shù)字視頻的蹤影無處不在。大到互聯(lián)網(wǎng)媒體傳送的流媒體；廣電網(wǎng)傳送的數(shù)字電視；電信網(wǎng)綜合數(shù)字業(yè)務(wù)的視頻會議和可視電話；移動網(wǎng)的移動手機電視；小到數(shù)碼攝像機、VCD、DVD、MP4等等，到處都滲透有數(shù)字視頻。但是，人們對數(shù)字視頻這一概念的認識還較為模糊，甚至是混淆和缺失的認識。基于這一點，筆者認為有必要對現(xiàn)代信息技術(shù)環(huán)境下的數(shù)字視頻給出更能準確表達這一概念的定義和分類，并充實其概念內(nèi)涵，借以方便對國人的現(xiàn)代信息技術(shù)教育和各行各業(yè)的使用交流，以及相關(guān)基礎(chǔ)理論的研究。為此，筆者將從以下幾個方面來和大家共同探討現(xiàn)代信息技術(shù)環(huán)境下的“數(shù)字視頻”定義、概念內(nèi)涵及其分類。

二、視頻的由來和它在信息及信息傳播層面上的特點

（一）視頻的由來

視頻最初是在電視系統(tǒng)當(dāng)中提出來的，但并不是一發(fā)明就有的概念。在早期以英國人貝爾德為代表的機械掃描電視時代，并沒有視頻這一概念。直到上世紀40年代后期，以光電管及陰極射線管為核心技術(shù)的電子電視系統(tǒng)問世以后才有了真正意義上的視頻。

在現(xiàn)代電視系統(tǒng)當(dāng)中，人們把電視發(fā)送端，從景物→光學(xué)鏡頭→附加了掃描裝置的視像管→隨掃描和靶面亮度變化而形成的陰極電流→圖像信號處理→同步疊加等諸多處理環(huán)節(jié)以后所形成的電信號，叫做“視頻信號”。這樣視頻信號也就和音頻信號類似，都是連續(xù)的隨時間變化的模擬電信號。

在彩色電視時代，模擬視頻信號嚴格意義上講它是一組已經(jīng)經(jīng)過加工處理并包含有同步和消隱及其彩色信號的圖像信號。從電視系統(tǒng)的組成和這一信號所處無線電“頻帶”位置來講，人們也把它叫做“電視基帶視頻”。

電視基帶視頻包含有三種視頻格式：復(fù)合視頻（composite video）、亮色分離視頻(s－video)，和分量視頻（YUVvideo）。其中復(fù)合視頻在模擬視頻時代是一種標準視頻格式。通常所說的視頻就指復(fù)合視頻（composite video），有些場合也把它叫“彩色全電視信號”。從電視系統(tǒng)的“制式”角度講，國際上不同制式（NTSC、PAL和SECAM三大制式）的彩色全電視信號，其標準是不同的，因而不同“制式”的視頻信號之間是不兼容的。另外，現(xiàn)代電視系統(tǒng)是視聽一體的。在電視系統(tǒng)的基帶處理環(huán)節(jié)，視頻和音頻是單獨的信號通道，只有在調(diào)制的高頻電視信號中視頻和音頻才成為一個被調(diào)制的高頻電信號。

復(fù)合視頻之所以在模擬視頻時代是一種標準視頻格式，主要因為它是一種直接可以通過電視監(jiān)視器還原出影像，并可以分別通過磁帶錄像機直接記錄和通過電視調(diào)制發(fā)射和傳輸?shù)哪M電信號。它是各種視頻媒體設(shè)備接駁的最主要接口之一，是視頻信息溝通的橋梁。在信息技術(shù)領(lǐng)域和信息傳播領(lǐng)域有著及其重要的作用。

事實上，在復(fù)合視頻成為標準視頻格式以后。視頻已經(jīng)在逐步脫離電視系統(tǒng)的束縛開辟著自己的新天地。也就是說，在不考慮電視調(diào)制發(fā)射和接收諸多環(huán)節(jié)時，單純考慮和研究電視基帶信號的攝取、改善、傳輸、記錄、編輯、顯示的技術(shù)就被叫做“視頻技術(shù)”。它主要運用于廣播電視的攝錄編系統(tǒng)、安全及監(jiān)控、視頻通信和視頻會議、遠程教育及視聽教學(xué)、影像醫(yī)學(xué)、影音娛樂和電子廣告等行業(yè)和領(lǐng)域。

（二）視頻在信息及信息傳播層面上的特點

可以說，“視頻”在逐漸脫離了電視系統(tǒng)的影子之后，給我們的社會生活帶來更加豐富和更加個性化的媒體享受，并從信息和信息傳播層面上成為了一種與“現(xiàn)實的活動影音”密切聯(lián)系的“載體”，或者說是“媒體”。人們在通過諸如文字、圖片、動畫、視頻（現(xiàn)實的活動影音）等多種媒體進行信息表達和交流的過程中，越來越青睞“視頻”這種信息表達形式。這種“足不出戶”就能親自“目睹”“現(xiàn)實世界”的信息感受實在是叫人耳目一新，如臨其境。同時也滿足了人們通過視覺渠道獲取大部分信息的習(xí)慣和心理。

事實上，從技術(shù)層面仔細考察視頻，它必須與某種系統(tǒng)或設(shè)備相結(jié)合才真正稱得上“媒體”。結(jié)合的系統(tǒng)不同，設(shè)備不同，媒體的原理、操作、內(nèi)外在形態(tài)都會有所不同。這樣就出現(xiàn)了各式各樣的“視頻媒體”產(chǎn)品和系統(tǒng)。如各種不同格式的攝像機、錄像機、激光視盤機、視頻投影機、監(jiān)控系統(tǒng)、視頻會議系統(tǒng)、視頻通信系統(tǒng)等等。

但是，拋開具體的系統(tǒng)和設(shè)備不論，回到信息和信息傳播層面，模擬時代的“視頻媒體”的共性和特點無非是：視頻必須是依據(jù)人的視覺暫流特性，按照某種時基規(guī)律和標準，連續(xù)地組織傳送或播放電子圖像信號到顯示終端上的電信號性質(zhì)的“活動影音”媒介。因此，它不僅成為與人交流的一種信息表達工具，而且成為“視頻媒體”之間交流溝通的媒介。

三、數(shù)字視頻的本質(zhì)特點和它對視頻媒體的進一步豐富和補充

上世紀8 0年代以來，伴隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和數(shù)字DSP芯片技術(shù)，以及計算機多媒體技術(shù)的進展。一方面，各種視頻設(shè)備和計算機多媒體外部設(shè)備相繼采用微處理器技術(shù)嘗試數(shù)字化控制和數(shù)字化處理。使視頻媒體的圖像質(zhì)量、操作控制、輕便化、小型化等性能方面都有了長足的提高。另一方面，計算機多媒體技術(shù)也在不聲不響地占領(lǐng)著圖形圖像、視頻處理等多媒體“制高地”。兩方面的競爭和融合顯得有為活躍，而且遇到的問題同樣都是“視頻的數(shù)字化處理必然帶來數(shù)據(jù)存儲空間和高速運算處理”的難題。這不得不使計算機領(lǐng)域與視頻領(lǐng)域再做親密的結(jié)合，以解決兩個領(lǐng)域共同面臨的問題。那就是如何用統(tǒng)一的視音頻壓縮編碼標準兼容各自的媒體系統(tǒng)，推廣流行的數(shù)字視頻標準。這樣一個以Codec（Codec可以是一種軟件，也可以是固化成用于視頻文件的壓縮和解壓縮的專用程序芯片）技術(shù)為核心的新的技術(shù)領(lǐng)域“數(shù)字視頻技術(shù)”領(lǐng)域就形成了。顯然，在這個有著廣泛應(yīng)用基礎(chǔ)的高新技術(shù)領(lǐng)域所研究的本質(zhì)和范圍就是如何更加高效化地，適應(yīng)不同場合，不同應(yīng)用的將“活動影音”采錄、編輯、傳輸、存儲、以及顯示和交互的一系列方法和技術(shù)。由此，在現(xiàn)代信息技術(shù)的大環(huán)境下演繹了一幕幕“視頻媒體”數(shù)字化和數(shù)字視頻流行化的壯觀場景。

（一）數(shù)字視頻區(qū)別與模擬視頻的本質(zhì)特點

由于視頻最初是以模擬的電信號形式產(chǎn)生和發(fā)展的。所以數(shù)字視頻的發(fā)展也就必然從模擬視頻數(shù)字化開始。這既是視頻技術(shù)要求的，同時也是計算機多媒體技術(shù)要求的。只是有些人力圖從信號上游做數(shù)字化工作，有些人希望從下游做融合溝通的數(shù)字化工作。但無論怎樣他們都面臨著數(shù)字化的環(huán)境。在這個環(huán)境下數(shù)字視頻與模擬視頻有什么區(qū)別呢？

1．在數(shù)字環(huán)境下，“活動影音”也就是視頻（包括音頻）從整體上講已不再是一個連續(xù)的隨時間變化的電信號。而是一個由離散數(shù)字“0”“1”編碼的能夠傳輸和記錄的“比特”流。

2．在數(shù)字環(huán)境下，“活動影音”的圖像也不再是連續(xù)的電子圖像，而是一個不連續(xù)的以像素為單元的點陣化數(shù)字圖像。圖像的清晰與否是由點陣化的像素多少決定。

3．未經(jīng)壓縮的原始數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量是非常之大的。即我們比照“標準模擬視頻”的滿屏有效像素：PAL /720*576；（NTSC/720*480|。時基和幀率遵從原有的視頻制式。這樣，按現(xiàn)行的ITU-R BT.601（原為CCIR 601）數(shù)字視頻標準來數(shù)字化，未經(jīng)壓縮的原始數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量是非常之大的。例如1分鐘滿屏真彩色數(shù)字視頻需要1.5GB的存儲空間。如果要求它按正確的時基和幀率顯示播放，其數(shù)據(jù)傳輸率至少在27Mbps以上。

4．在數(shù)字環(huán)境下，數(shù)字視頻有“很多種”“媒體格式”。他們大都是按照不同的壓縮編碼標準、存儲介質(zhì)類型、記錄方式、應(yīng)用領(lǐng)域及其平臺類型等形成自己不同的格式標準。

5．在數(shù)字環(huán)境下，數(shù)字視頻是可以進行非線性編輯和非線性檢索的，并可以有選擇的進行實時和非實時播放以及適應(yīng)帶寬條件調(diào)整畫面分辨率的特點。

6．在數(shù)字環(huán)境下，數(shù)字視頻的顯示接口趨于多樣化。

以上這些都是數(shù)字視頻所具有的區(qū)別于模擬視頻的本質(zhì)特點。但是，在現(xiàn)代信息技術(shù)的大環(huán)境下，在信息和信息傳播的層面上我們不時地注意到它依然有著依據(jù)人的視覺暫流特性，按照某種時基規(guī)律和標準，依序地組織傳送或播放數(shù)字圖像信息到顯示終端上的共同特點。只是在實現(xiàn)這一目標時借助了計算機或微處理器芯片的高速運算，加上Codec技術(shù)，傳輸存儲技術(shù)（包括網(wǎng)絡(luò)技術(shù)）才得以實現(xiàn)罷了。

（二）數(shù)字視頻是對視頻媒體的進一步豐富和補充。

在模擬視頻逐漸被數(shù)字視頻所取代而日漸流行的過程中，數(shù)字視頻從媒體形式到概念內(nèi)涵都得到了進一步的豐富和補充。據(jù)初步的調(diào)查研究，目前與數(shù)字視頻有關(guān)的數(shù)字視頻系統(tǒng)和媒體終端多達十幾個類型和“無數(shù)個”品種。如：廣播電視行業(yè)的數(shù)字視頻制作設(shè)備和編播系統(tǒng)；通信行業(yè)的數(shù)字視頻會議系統(tǒng)、數(shù)字可視電話、多媒體手機、3G終端產(chǎn)品等；安全和監(jiān)控領(lǐng)域的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字硬盤錄像等；電子廣告行業(yè)的數(shù)字視頻廣告系統(tǒng)及終端產(chǎn)品等；互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的流媒體系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)可視電話、無線手持終端等；醫(yī)療行業(yè)的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備，遠程數(shù)字視頻醫(yī)療會診系統(tǒng)和終端產(chǎn)品等；教育行業(yè)的數(shù)字視聽教學(xué)設(shè)備，遠程視頻教學(xué)系統(tǒng)及終端產(chǎn)品等；氣象領(lǐng)域的視頻遙控監(jiān)測設(shè)備，遠程視頻氣象會商系統(tǒng)及終端產(chǎn)品等。交通行業(yè)的車載視頻設(shè)備和視頻導(dǎo)航調(diào)度系統(tǒng)等；消費電子方面的數(shù)字DV，VCD，DVD，多功能顯示終端，MP4等等，等等。

很顯然，在我生活的周圍，視頻和數(shù)字視頻已經(jīng)“泛化”。泛化引起的弊端就是概念的混淆和狹隘地認識這個“全新”的數(shù)字視頻。因此，我們有必要對現(xiàn)代信息技術(shù)環(huán)境下的數(shù)字視頻給出更能準確表達這一概念的定義和分類，并充實其概念內(nèi)涵。

四、現(xiàn)代信息技術(shù)環(huán)境下的數(shù)字視頻新概念

（一）數(shù)字視頻新概念

在現(xiàn)代信息技術(shù)環(huán)境下，數(shù)字視頻應(yīng)該是一個有著廣義和狹義之分的新概念。

廣義的數(shù)字視頻應(yīng)該表述為：數(shù)字視頻是指依據(jù)人的視覺暫流特性，借助計算機或微處理器芯片的高速運算，加上Codec編解碼技術(shù)，傳輸存儲技術(shù)等來實現(xiàn)的以比特流為特征的能按照某種時基規(guī)律和標準在顯示終端上再現(xiàn)“活動影音”的信息媒介。

狹義的數(shù)字視頻就是指與具體媒體格式所對應(yīng)的數(shù)字視頻。如：Betacam-SX格式數(shù)字視頻；DV格式數(shù)字視頻；AVI桌面格式數(shù)字視頻；RM流媒體格式數(shù)字視頻；MP4數(shù)字視頻等等。

廣義的數(shù)字視頻表述是一個高度概括的數(shù)字視頻定義。它包含所有狹義數(shù)字視頻，并在信息和信息傳播層面取代狹義數(shù)字視頻概念。因此，也就有了對狹義的數(shù)字視頻進行進一步分類的必要。

（二）數(shù)字視頻分類

數(shù)字視頻盡管有很多的共性，但是，從存儲介質(zhì)、編碼標準、應(yīng)用領(lǐng)域、平臺類型、系統(tǒng)原理、解決方案等等方面卻又存在著很大的不同。這些方面都將成為我們對數(shù)字視頻進行分類的參考和依據(jù)。

1．基于演播室攝錄系統(tǒng)的數(shù)字視頻

它是指從攝錄系統(tǒng)方面考察的數(shù)字視頻。目前，流行有高清和標清2大體系。高清HDTV包含有：HDCAM、HDV 、DVCPROHD 3種格式；標清SDTV 包含有：D1格式（非壓縮數(shù)字分量）、D5格式、MPEG-2、Betacam 、Betacam-SX、DVCAM、 DVCPRO、D-9 、Digital-S和數(shù)碼DV等10種以上的格式。

2．基于光盤存儲的數(shù)字視頻

它是指從光盤存儲介質(zhì)方面考察的，并能夠脫離計算機平臺用專用媒體驅(qū)動播放的數(shù)字視頻。目前，流行有VCD（SVCD）；DVD；EVD 3個體系5種以上格式。

3．基于磁帶介質(zhì)的數(shù)字視頻

它是指從磁帶存儲介質(zhì)方面考察的必須由錄像機直接播放磁帶數(shù)字碼流的數(shù)字視頻。目前，流行有高清和標清2大體系。高清HDTV包含有：HDCAM、HDV 、DVCPROHD 3種格式。在標清方面流行有SONY公司的Betacam 、Betacam-SX、 DVCAM；松下公司的DVCPRO； JVC公司的Digital-S和數(shù)媽DV等多種格式。

4．基于通信業(yè)務(wù)的數(shù)字視頻

它是指從通信業(yè)務(wù)方面考察的并與具體業(yè)務(wù)相聯(lián)系的數(shù)字視頻。目前，分別使用和備選了3種視音頻壓縮編碼H.263，H.264 ；MPEG-4；和流媒體（WMV；RM；3GPP）等3種格式。

5．基于桌面處理的數(shù)字視頻

它是指從桌面處理方面考察的數(shù)字視頻。目前，有3個平臺體系：AVI；MPEG；MOV。其中MPEG是跨平臺的桌面處理數(shù)字視頻。AVI屬個人PC平臺；MOV 屬蘋果（Macintosh）商用平臺。

6．基于流媒體技術(shù)的數(shù)字視頻

它是指從流媒體技術(shù)方面考察的數(shù)字視頻。目前，流行有4個體系：Microsoft公司的ASF、WMV；RealNetworks公司的RealMedia（RM）；Macintosh公司的QuickTime（MOV）以及移動流媒體3GPP/3GPP2。

7．基于圖像序列的數(shù)字視頻

它是指從圖像序列方面結(jié)合視頻非線性編輯系統(tǒng)、后期包裝系統(tǒng)、圖文創(chuàng)作系統(tǒng)等編輯輸出的數(shù)字視頻。目前，經(jīng)常用到的有：JPEG圖像序列；TAG圖像序列；PNG圖像序列；GIF 圖像序列；FLC/FLI圖像序列；FLASH矢量圖形序列等等。

8．基于固體存儲的數(shù)字視頻

它是指從固體存儲方面結(jié)合芯片處理技術(shù)等固化的不附加機械驅(qū)動來讀取寫入的數(shù)字視頻。如，擁有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的MP4產(chǎn)品等使用的數(shù)字視頻。

9．基于硬盤存儲的數(shù)字視頻

它是指從外置硬盤方面考察并與特殊接口相關(guān)的數(shù)字視頻。如，HDD（硬盤）存儲介質(zhì)攝像機、IEEE-1394(FireWire， i.Link)硬盤記錄單元、SDI硬盤記錄單元、DVCAM硬盤記錄單元和硬盤網(wǎng)絡(luò)錄像機等。

10．基于3D動畫和虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的數(shù)字視頻

它是指從3D制作軟件和虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)方面考察的數(shù)字視頻。如：3dsmax，VR-Platform等軟件渲染導(dǎo)出的數(shù)字視頻等。

五、結(jié)束語

數(shù)字視頻技術(shù)就其廣泛應(yīng)用而言，是一個龐大而復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)。在這個技術(shù)系統(tǒng)之中蘊涵著很多奧妙和驚喜，也已經(jīng)讓無數(shù)的夢想成為了實現(xiàn)。它必將推動全球經(jīng)濟的發(fā)展和科技水平的提高，并引起人類社會生活的深刻變化。

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