試論廣播電視常用的視頻技術(shù)

陳錫兵　吳海峰

【摘要】廣播電視技術(shù)日益發(fā)展，與之對(duì)應(yīng)的視頻技術(shù)也日新月異，視頻的格式由起初的模擬技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)字高清，而視頻接口技術(shù)也從復(fù)合發(fā)展到色差再到分量等。本文就針對(duì)現(xiàn)在廣播電視技術(shù)中常用的視頻技術(shù)做出研究。

【關(guān)鍵詞】廣播電視；視頻技術(shù)；視頻格式

1.視頻格式

1.1 模擬視頻

所謂模擬方式就是采用模擬波的形式把視頻信號(hào)存儲(chǔ)在錄象帶中。模擬視頻最大的缺點(diǎn)就是在復(fù)制過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的損耗，副本的質(zhì)量比正本要稍差一些，而且視頻的質(zhì)量也會(huì)逐漸下降，并且反復(fù)回放也會(huì)使原始的素材帶由于受到磨損而影響視頻質(zhì)量?，F(xiàn)在使用模擬視頻，通常會(huì)把模擬信號(hào)先轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，將其存儲(chǔ)至硬盤(pán)中。這個(gè)過(guò)程是利用視頻采集卡或者其它轉(zhuǎn)換設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)的。編輯結(jié)束后，再利用視頻采集卡將節(jié)目再轉(zhuǎn)換為錄像帶。當(dāng)然由于模擬格式存在的這些不足，現(xiàn)在在省市一級(jí)的電臺(tái)中應(yīng)用的比較少。

1.2 數(shù)字視頻

數(shù)字視頻的含義非常廣泛，流行于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字電影短片、家用的DV格式錄像帶、DVD等都屬于數(shù)字視頻，只是其存儲(chǔ)的格式有差異。

1.2.1 非壓縮格式

數(shù)字視頻的格式分為壓縮與非壓縮兩種，其中非壓縮格式是把原始的信號(hào)碼率直接記錄后輸入信號(hào)，這種記錄格式為無(wú)損記錄，它將信號(hào)原始的水平最大化的保持下來(lái)。非壓縮記錄格式包括D1、D2以及D3和D5系列，其中由于其記錄方法不同，所以又分?jǐn)?shù)字分量以及數(shù)字復(fù)合兩種，D1和D5屬于數(shù)字分量，而D2和D3則是數(shù)字復(fù)合。可以說(shuō)它們所代表的是視頻設(shè)備的最高標(biāo)準(zhǔn)，不僅信號(hào)損失為最小，而且其圖像質(zhì)量也是最好的。不過(guò)由于其圖像數(shù)據(jù)量非常大，所以相應(yīng)的對(duì)機(jī)器的硬件要求也非常高，并且價(jià)格昂貴，所以目前還只有少數(shù)對(duì)畫(huà)質(zhì)要求高的視頻公司應(yīng)用。

1.2.2壓縮格式

所謂的壓縮格式顧名思義就是視頻處理過(guò)程中運(yùn)用了數(shù)字壓縮技術(shù)，目前比較常用的有 DV、MPEG、M-JPEG 等，并且各種壓縮技術(shù)要參照不同的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，因此一些數(shù)字錄像機(jī)也應(yīng)運(yùn)而生，比如 DV、DVCAM、DIGITAL 等規(guī)格。數(shù)字錄像機(jī)把圖像信號(hào)進(jìn)行壓縮后再存儲(chǔ)在磁帶中，這樣做不僅圖像的質(zhì)量得到了保證，圖像信號(hào)數(shù)據(jù)以及設(shè)備的體積也相應(yīng)的減少，并且磁帶的用量也減少了?？梢哉f(shuō)壓縮技術(shù)使得以最小的成本使得信號(hào)損失降到最小的目的得以實(shí)現(xiàn)。下面詳細(xì)介紹一下數(shù)字視頻壓縮的方式 ：首先來(lái)看 JPEG，一般靜止的圖像連續(xù)變化時(shí)會(huì)采用 JPEG 進(jìn)行壓縮，其連續(xù)變化包括顏色以及灰度等級(jí)兩個(gè)方面。JPEG 有兩種壓縮方法，一種是基于 DCT 的壓縮，這種是有損壓縮，另外一種是預(yù)測(cè)壓縮，為無(wú)損壓縮。不過(guò)常用的是 DCT 壓縮，這種壓縮方法簡(jiǎn)單有效、先進(jìn)且易于交流，所以應(yīng)用非常廣泛。其次來(lái)看M-JPEG，按照活動(dòng)圖像的正常要求速度，這種壓縮方法每秒可以對(duì) 25 幀圖像采用幀內(nèi)壓縮的方法完成每一幀的壓縮。其一系列幀其實(shí)是一個(gè)JPEG信號(hào)流，每一幀都是一個(gè)獨(dú)立的信號(hào)。這種壓縮方法最大的優(yōu)勢(shì)就是編輯方便，每一幀都可以任意編輯，因此在進(jìn)行非線性編輯應(yīng)用時(shí)這種方法為最佳選擇。M-JPEG的壓縮與解壓是互相對(duì)稱(chēng)的，采用同樣的軟件和硬件均可以實(shí)現(xiàn)壓縮和解壓，但是其占用的儲(chǔ)存空間和帶寬比較多。再來(lái)看 DV 壓縮，這種壓縮方法是專(zhuān)門(mén)針對(duì)家用錄像機(jī)而設(shè)計(jì)的，其適用于標(biāo)準(zhǔn)清晰度以及高清晰度電視。其使用4:1:1編碼、13.5MHz采樣率，提高信噪比采用8比特代碼，空間壓縮比為 5:1。其實(shí)DV實(shí)質(zhì)上是對(duì)不活動(dòng)視頻圖像的場(chǎng)間而非幀間進(jìn)行壓縮，從而獲取其壓縮比。廣播電視常用兩種DVCPR0攝像機(jī)機(jī)型，即DVCPR025和DVCPR050。最后來(lái)看MPEG，基于MPEG標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字壓縮一般步驟為 ：把模擬視頻轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻后，再按照時(shí)序進(jìn)行分組，各個(gè)GOP（圖像組）選定一個(gè)基準(zhǔn)圖像，再利用運(yùn)動(dòng)估計(jì)以減少圖像間的時(shí)間冗余，最后把運(yùn)動(dòng)估計(jì)誤差以及基準(zhǔn)圖像做離散余弦變換、熵編碼以及系數(shù)量化，從而消除空間冗余。

1.3 按清晰度劃分

按照清晰度劃分錄像帶的種類(lèi)，可以分為標(biāo)清及高清兩種。所謂標(biāo)清即視頻格式的視頻規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)清晰度，模擬格式及數(shù)字格式都屬于標(biāo)清。常用的 VHS、數(shù)字Betacam以及M2、Hi-8 等都屬于標(biāo)清格式。而所謂高清顧名思義即格式的清晰度標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較高，其相當(dāng)于標(biāo)清視頻，采用4:3寬高比，其可視面積為 16:9。高清視頻無(wú)論是幀速還是分辨率都相對(duì)較高，無(wú)論是臨場(chǎng)感或者清晰度都有大幅度提升，視頻的質(zhì)量得到很大改善，也是視頻技術(shù)發(fā)展的主流方向。現(xiàn)在很多電視臺(tái)在后期制作時(shí)要配套使用非線設(shè)備，才可以編輯及輸出高清視頻。

2.視頻的輸入及輸出接口

在電視臺(tái)進(jìn)行視頻的設(shè)備連接時(shí)，會(huì)遇到各種視頻信號(hào)，且所對(duì)應(yīng)的機(jī)型也各不相同，視頻輸出及采集的質(zhì)量是由所使用的信號(hào)來(lái)決定的，一些常用的設(shè)備后面板會(huì)有視頻接口，下面我們就來(lái)看一些常用的視頻接口。復(fù)合 ：復(fù)合是最常用的視頻信號(hào)，其視頻信號(hào)質(zhì)量也最低，它全部的顏色以及亮度信息都是利用一對(duì)電纜進(jìn)行傳送的。大多數(shù)的視頻設(shè)備都有復(fù)合輸出，該格式采用單個(gè)的 BNC 或者 RCA接頭。通常在監(jiān)審畫(huà)面時(shí)常用到復(fù)合視頻信號(hào)，但是因?yàn)榇约皥?chǎng)序列的問(wèn)題，編輯時(shí)幾乎不再用復(fù)合信號(hào)。S-Video：視頻的色度及亮度信息是能過(guò)兩根視頻線進(jìn)行傳遞的，再利用一個(gè)四芯 DIN 插頭作連接插口，這種視頻信號(hào)的圖像相對(duì)于復(fù)合視頻來(lái)說(shuō)，顏色質(zhì)量更高，且更為清晰。分量 YUV：一般專(zhuān)業(yè)的模擬視頻設(shè)備都配置有分量YUV視頻輸入及輸出。這種視頻接口的亮度、紅色差及藍(lán)色差信息分別利用三根視頻線進(jìn)行傳遞，因此視頻的顏色質(zhì)量非常準(zhǔn)確，很多電視臺(tái)都仍在使用。IEEE1394：它是DV數(shù)字視頻的專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通常也稱(chēng)其為iLINK，利用這種接口可以從很多機(jī)型中采集和輸出質(zhì)量相對(duì)較高的數(shù)字視頻信息。SDI：為串行數(shù)字接口，是未經(jīng)壓縮的數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)字分量信號(hào)未被壓縮，采用一根視頻來(lái)傳送這些信號(hào)，其視頻質(zhì)量相對(duì)較高，并且具備多代復(fù)制性。很多視頻設(shè)備只需一根SDI連接0線就能同步發(fā)送音頻及視頻信息。SDTI：這是一種可以利用一根視頻線傳送壓縮數(shù)據(jù)的接口，因?yàn)閿?shù)據(jù)經(jīng)過(guò)壓縮，所以其傳輸速率可以超過(guò)實(shí)時(shí)速率，不過(guò)其與所配置的接口卡型號(hào)相關(guān)。利用 SDTI能以倍速或兩倍速傳送DVCPRO 或者DVCPRO50格式的素材。此外，還有高清晰串行數(shù)字接口，其比 SDI 的帶寬版本更為高級(jí)。[科]

【參考文獻(xiàn)】

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