浅析数字视频

(呼伦贝尔市电视台，内蒙古 呼伦贝尔 021008)

摘要：文章介绍了数字视频的来源、标准、采样、编辑流程的格式。

关键词：数字视频；来源；标准；采样；编辑流程

中图分类号：TN919.8    文献标识码：A    文章编号：1007—6921(2009)21—0095—02

在现代信息技术环境下数字视频的踪影无处不在。大到互联网媒体传送的流媒体、广电网传送的数字电视；电信网综合数字业务的视频会议和可视电话；移动网的移动手机电视，小到数码摄像机、VCD、DVD、MP4等等，到处都渗透数字视频。但是，人们对数字视频这一概念的认识还较为模糊，甚至是混淆和缺失的认识。为此，笔者将从以下几个方面来和大家共同探讨现代信息技术环境下的“数字视频”。
1 数字视频与模拟视频的区别

数字视频信号是基于数字技术以及其他更为拓展的图像显示标准的视频信息，数字视频与模拟视频相比有以下特点：①数字视频可以不失真地进行无数次复制，而模拟视频信号每转录一次，就会有一次误差积累，产生信号失真。②模拟视频长时间存放后视频质量会降低，而数字视频便于长时间的存放。③可以对数字视频进行非线性编辑，并可增加特技效果等。④数字视频数据量大，在存储与传输的过程中必须进行压缩编码。

随着数字视频应用范围不断发展，它的功效也越来越明显。
2 数字视频是对视频媒体的进一步丰富和补充

目前与数字视频有关的数字视频系统和媒体终端多达十几个类型和“无数个”品种。如：广播电视行业的数字视频制作设备和编播系统；通信行业的数字视频会议系统、数字可视电话、多媒体手机、3G终端产品等；安全和监控领域的数字视频监控系统、数字硬盘录像等；电子广告行业的数字视频广告系统及终端产品等；互联网行业的流媒体系统，网络可视电话、无线手持终端等；医疗行业的医学影像设备，远程数字视频医疗会诊系统和终端产品等；教育行业的数字视听教学设备，远程视频教学系统及终端产品等；气象领域的视频遥控监测设备，远程视频气象会商系统及终端产品等；交通行业的车载视频设备和视频导航调度系统等。
3 数字视频的来源

主要有三种：一种是利用计算机生成的动画，如把FLC或动画格式转换成等视频格式；另一种是把静态图像或图形文件序列组合成视频文件序列；最后一种，也是最主要的一种是通过视频采集卡把模拟视频转换成数字视频，并按数字视频文件的格式保存下来，当然这是相对于传统的磁带和电影胶片的线性编辑而言的。
4 数字视频的采样

根据电视信号的特征，亮度信号的带宽是色度信号带宽的两倍。因此其数字化时可采用幅色采样法，即对信号的色差分量的采样率低于对亮度分量的采样率。用Y∶U∶V来表示YUV三分量的采样比例,则数字视频的采样格式分别有4∶2∶0,4∶1∶1，4∶2∶2和4∶4∶4多种。电视图像既是空间的函数,也是时间的函数,而且又是隔行扫描式,所以其采样方式比扫描仪扫描图像的方式要复杂得多。分量采样时采到的是隔行样本点,要把隔行样本组合成逐行样本,然后进行样本点的量化,YUV到RGB色彩空间的转换等等,最后才能得到数字视频数据。
5 数字视频的标准

为了在PAL、NTSC和SECAM电视制式之间确定共同的数字化参数，国家无线电咨询委员会(CCIR)制定了广播级质量的数字电视编码标准，称为CCIR601标准。在该标准中，对采样频率、采样结构、色彩空间转换等都作了严格的规定，主要有：
①采样频率为fs＝13.5MHz。②分辨率与帧率。③根据fs的采样率，在不同的采样格式下计算出数字视频的数据量：这种未压缩的数字视频数据量对于目前的计算机和网络来说无论是存储或传输都是不现实的,因此在多媒体中应用数字视频的关键问题是数字视频的压缩技术。
6 数字视频的编辑流程

数字视频编辑器的范围很广，从功能非常简单的软件到非常专业化的软件都有应用。以Adobe公司开发的Premiere视频编辑软件来讲，可以简单地看成输入、编辑、输出这样3个步骤，其使用流程主要分成如下5个步骤。
6.1 素材采集与输入

采集就是利用PremierePro，将模拟视频、音频信号转换成数字信号存储到计算机中，或者将外部的数字视频存储到计算机中，成为可以处理的素材。输入主要是把其他软件处理过的图像、声音等等，导入到PremierePro中。
6.2 素材编辑

素材编辑就是设置素材的入点与出点，以选择最合适的部分，然后按时间顺序组接不同素材的过程。
6.3 特技处理

对于视频素材，特技处理包括转场、特效、合成叠加。对于音频素材，特技处理包括转场、特效。令人震撼的画面效果，就是在这一过程中产生的。而非线性编辑软件功能的强弱，往往也是体现在这方面。配合某些硬件，PremierePro还能够实现特技播放。
6.4 字幕制作

字幕是节目中非常重要的部分，它包括文字和图形两个方面。PremierePro中制作字幕很方便，几乎没有无法实现的效果，并且还有大量的模板可以选择。
6.5 输出与生成

节目编辑完成后，就可以输出回录到录像带上；也可以生成视频文件，发布到网上、刻录VCD和DVD等等。
7 数字视频的格式
7.1 MPEG-1

用于传输1.5Mbps数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音的编码，经过MPEG-1标准压缩后，视频数据压缩率为1/100~1／200，音频压缩率为1／6.5。MPEG-1提供每秒30帧352×240分辨率的图像，当使用合适的压缩技术时，具有接近家用视频制式(VHS)录像带的质量。MPEG-1允许超过70min的高质量的视频和音频存储在一张CD-ROM盘上。VCD采用的就是MPEG-1的标准，该标准是一个面向家庭电视质量级的视频、音频压缩标准。
7.2 MPEG-2

主要针对高清晰度电视(HDTV)的需要，传输速率为10Mbps，与MPEG-1兼容，适用于1.5~60Mbps甚至更高的编码范围。MPEG-2有每秒30帧704×480的分辨率，是MPEG-1播放速度的4倍。它适用于高要求的广播和娱乐应用程序，如：DSS卫星广播和DVD，MPEG-2是家用视频制式(VHS)录像带分辨率的2倍。
7.3 DAC

即数／模转换器，一种将数字信号转换成模拟信号的装置。DAC的位数越高，信号失真就越小。图像也更清晰稳定。
7.4 AVI

AVI是将语音和影像同步组合在一起的文件格式。它对视频文件采用了一种有损压缩方式，但压缩比较高，因此尽管画面质量不是太好，但其应用范围仍然非常广泛。AVI支持256色和RLE压缩。AVI信息主要应用在多媒体光盘上，用来保存电视、电影等各种影像信息。
7.5 RGB

对一种颜色进行编码的方法统称为“颜色空间”或“色域”。“颜色空间”都可定义成一个固定的数字或变量。RGB(红、绿、蓝)只是众多颜色空间的一种。采用这种编码方法，每种颜色都可用3个变量来表示红色、绿色以及蓝色的强度。记录及显示彩色图像时，RGB是最常见的一种方案。但是，它缺乏与早期黑白显示系统的良好兼容性。因此，众多电子电器厂商普遍采用的做法是，将RGB转换成YUV颜色空同，以维持兼容，再根据需要换回RGB格式，以便在电脑显示器上显示彩色图形。
7.6 YUV

YUV(亦称YCrCb)是被欧洲电视系统所采用的一种颜色编码方法(属于PAL)。YUV主要用于优化彩色视频信号的传输，使其向后兼容老式黑白电视。与RGB视频信号传输相比，它最大的优点在于只需占用极少的带宽(RGB要求三个独立的视频信号同时传输)。其中“Y”表示明亮度(Luminance或Luma)，也就是灰阶值；而“U”和“V”表示的则是色度(Chrominance或Chroma)，作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。通过RGB输入信号来创建的，方法是将RGB信号的特定部分叠加到一起。“色度”则定义了颜色的两个方面-色调与饱和度，分别用Cr和CB来表示。

由于各种计算机外设产品日益齐备，数字影像设备争奇斗艳，视音频处理硬件与软件技术高度发达，这些都为数字视频的流行起到了推波助澜的作用。