广电视频格式详解

DV格式详解
1. DV格式具有优异的图像质量
　　DV格式是一种国际通用的数字视频标准，是由10余家公司共同开发的，可以在一盘1/4英寸的金属蒸镀带（MimDV格式）上记录高质量的数字视音频信号。
　　DV格式具有如下视频特点：
　　•高清晰度，水平分解力达到约500线；
　　•宽色度带宽，还原色彩绚丽的图像；
　　•无抖动的稳定画面（提供标准的TBC）。 请参看DV格式的下列指标：取样频率及取样比、量化深度、压缩比。
1.1取样频率及取样比
　　视频亮度取样频率为13.5MHz--与D-1格式相同--而色度信号被处理为两个不同的色差信号（R-Y和B-Y）。分量的记录方式减少了色度的衰减，确保了彩色的还原。R-Y和B-Y的取样频率是3.375MHz，是13.5MHz的1/4。换句话说，为了保证最适宜的记录质量，DV使用的是4:2:0（PAL）数字分量记录系统。
1.2量化深度
　　对取样后的亮度及色差信号进行8-bit量化。例如亮度信号，将由28=256个灰度级进行描述，即由白到黑有256个灰度层次。
1.3视频信号压缩比
　　经采样及量化后的视频信号数据量很大，为了降低记录成本，可以根据图像本身存在的冗余进行压缩。DV格式采用的是帧内压缩方法，压缩比为5:1，压缩后视频码流为25Mbps。 这时我们就得到了高质量的DV视频信号，此信号将会在进一步处理后记录在磁带上。
2 .DV格式能对声音进行数字记录
• 48kHz，16-bit高保真立体声记录（质量同DAT）
• 32kHz，12-bit立体声记录（质量高于FM广播）
　　为了与优越的图像相配合，DV格式提供了优质的PCM音频记录。用户可以在两声道16位48KHz和4声道12位32KHz中进行选择，动态范围超过85dB。
3 .MiniDV带仓的便携性
　　由于采用了最新的ME技术，MiniDV盒带比VHS盒带小巧许多。这样，MiniDV的带仓、磁鼓和带盘机构等也相应变得更加精巧。
DV盒带体积（WDH，单位mm）：66×48×12.2；
VHS盒带体积（WDH，单位mm）：188×104×25。
4 .DV（IEEEl394）接口的使用
　　IEEEl394是标准的高速、短距数据传输交换协议。开发自苹果电脑原始的"火线"计划（火线是苹果电脑公司的注册商标），IEEE1394已经被数字VCR联盟确认为标准的数字接口，被数字视频协会确认为数字传输标准。VESA（视频专家标准协会）认同1394用于家庭网络，并且欧洲数字视频广播（DVB）也认同将IEEE1394用于数字电视接口。
　　使用IEEEl394的优点是您可以通过1394输入/输出接口在两台DV设备之间做复制，而拷贝与原件一模一样。您也可以直接从DV设备上把视音频信号无损失的传送到NLE（非线性编辑）系统上。

(二)
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。
(三)
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。

DVCPRO及DVCPRO 50格式
　　1DVCPRO格式　图像处理中采用大量标准的4∶1∶1格式，即取样频率的亮度 fy=13.5MHz，色差fPB、R=3.375MHz。实际上DVCPRO的视频信号输入为4∶2∶2格式，经 4∶1∶1转化后进行记录，重放时对4∶1∶1离带信号进行内插重新形成4∶2∶2格式信号输出。从数据率看，4∶2∶2格式的净数据率为〔（720＋2×360） ×576×8〕×25≈165.9Mbps,转换成4∶1∶1后为〔（720＋2×180） ×576×8〕×25≈124.4Mbps,压缩成25Mbps进行记录，需要的压缩比为 124.4Mbps/25Mbps≈5∶1。使用1/4英寸MP磁带，还可同时记录4通道16bit数字音频信号。
　　2DVCPRO 50格式为标准的4∶2∶2输入和输出，内部处理也是4∶2∶2格式，视频数据率为50Mbps,压缩比=165.9Mbps/50Mbps≈3 3∶1，确保了高画质图像，为高档次广播级数字录像机。也使用1/4英寸MP磁带，而且能够以DVCPRO格式记录并可重放DVCPRO格式记录的节目磁带。
(四)
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HDTV的ENG和节目制作。