數字視音頻的大潮已撲天蓋地將我們淹沒,尤其是電視制作專業領域,采、錄、編、播的全程數字化已逐漸成為標準配置。數字技術的運用,解決了長期以來電視圖像質量因后期制作而下降的問題,但又帶來了數字電視信號誤碼的新問題。在信號源和接收機之間存在任何一個數據字的數值改變稱之為誤碼,這是數字信號獨有的。讓我們從數字視頻信號的標準、格式、編碼說起。
一. 數字視頻信號的標準和格式
CCIR-601(也稱ITU-R601)標準定義了數字視頻的信號標準(見下表)。
參數名稱 | PAL (625/50) | NTSC (525/60) |
編碼信號(分量信號) | Y,U,V | Y,I,Q |
全行亮度信號采樣點數 | 864 | 858 |
全行色差信號采樣點數 | 432 | 429 |
取樣結構 | 正交結構,即行、場和幀重復Cr、Cb的樣點同位,并和每行奇數個Y樣點同位 |
取樣頻率/MHz | 亮度信號 | 13.5 |
| 色差信號 | 6.75 |
編碼方式 | 均采用每采樣點8bit均勻量化脈碼調制(PCM) |
全數字行有效點數 | 亮度信號 | 720 |
色差信號 | 360 |
圖像分辨率/像素 | 亮度信號 | 720×576 | 720×480 |
色差信號 | 360×576 | 360×480 |
數碼傳輸速率(R) | 216Mbit/s或27MB/s |
視頻信號電平與量化級間的對應關系 | 亮度信號 | 共220個量化級(黑電平對應第16級,峰值白電平對應235級) |
色差信號 | 共224個量化級 |
按照CCIR601標準,模擬電視信號以4:2:2取樣,取樣后進行8比特量化和線性PCM編碼,即可得到符合數字演播室標準的基帶數字信號,其比特流為:(13.5×8+6.75×8×2)Mbit/s=216Mbit/s。這種速率在一般計算機上很難處理。每分鐘數字視頻所占用的空間為:216Mbit/s×60s/8=1620MB,如果把這種視頻流存放在650MB的光盤中,一張光盤只能存放20多秒,而一塊10GB的硬盤也存儲不了幾分鐘的視頻圖像。因此必須對數字視頻圖像進行壓縮,用盡可能少的數據來表達信息,節省傳輸和存儲的開銷。
于是,數字視頻碼率壓縮得以普及,JPEG、M-JPEG、MPEG-2、MPEG-4等壓縮標準、小波編碼和幀間壓縮為各界廣泛接受。數字設備也從天價的非壓縮D1、D2、D3、D5發展到現在廣為使用的索尼Digital-Betacam、Betacam SX、MPEG IMX、DVCAM;松下公司的DVCPRO25、DVCPRO50;JVC公司的Digital-S等(見下表)。
規格/格式 | Digital Betacam | Betacam SX | MPEG IMX | DVCAM | DVCPRO25 | DVCPRO50 | Digital-S |
圖像編碼 | 4:02:02分量 | 4:02:02分量 | 4:02:02分量 | 4:02:00分量 | 4:01:01分量 | 4:02:02分量 | 4:02:02分量 |
量化 | 10 bit | 8 bit | 8 bit | 8 bit | 8 bit | 8 bit | 8 bit |
圖像壓縮方式 | 場內壓縮DCT方式 | 幀間壓縮DCT方式 | 幀內壓縮DCT方式 | 幀內壓縮DCT方式 | 幀內壓縮DCT方式 | 幀內壓縮DCT方式 | 幀內壓縮DCT方式 |
壓縮比 | 2:01 | 10:01 | 3.3:1 | 5:01 | 5:01 | 3.3:1 | 3.3:1 |
視頻碼率 | 88Mb/s | 18Mb/s | 50Mb/s | 25Mb/s | 25Mb/s | 50Mb/s | 50Mb/s |
音頻標準 | 20bit/48KHz不壓縮,4通道 | 16bit/48KHz不壓縮,4通道 | 24bit/48KHz不壓縮,4通道;or 16bit/48KHz不壓縮,8通道 | 16bit/48KHz不壓縮,4通道 | 16bit/48KHz不壓縮,2通道 | 16bit/48KHz不壓縮,4通道 | 16bit/48KHz不壓縮,4通道 |
磁帶標準 | 1/2金屬帶 | 1/2金屬帶 | 1/2金屬帶 | 1/4金屬帶 | 1/4金屬粒子帶 | 1/4金屬粒子帶 | 1/2金屬涂敷帶 |
記錄時間 | 124分鐘/40分鐘 | 194分鐘/60分鐘 | 220分鐘/71分鐘 | 184分鐘/40分鐘 | 123分鐘 | 123分鐘 | 最長104分鐘 |
磁鼓直徑 | 81.4mm | 81.4mm | 81.4mm | 21.7mm | 21.7mm | 21.7mm | 62mm |
磁鼓轉速 |
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