常见数字视频格式

• 而压缩格式是指采用数字压缩技术的视频， 常见的有DV，MPEG-2，M-JPEG等，并制定 各种数据压缩标准，于是出现了相应的数 字Betacam(DVW)，DV，DVCPRO，DIGITAL-S， DVCAM，Betacam-SX等规格的数字录像机， 它们将图像信号压缩再记录在磁带上，其 目的是在保证图像质量的前提下，减小图 像信号的数据量，减小设备体积，减少磁 带用量，以最小的信号损失达到尽可能好 的效果，从而降低设备成本。
• （3）DV简介 • DV压缩方式是为家用录像机设计的一种可扩展 的格式，可适用于标准清晰度电视和高清晰度电 视。DV压缩最早是由标准和高清晰度家用VCR制造 商的一个联盟研发的。DV使用13.5MHz采样 率,4∶1∶1编码，并用8比特代码来提高信噪比， 其空间压缩比为5∶1。DV通过对实质上不活动的 视频图像的倡这种压缩从标准的25Mb/s扩展到 DVCPRO50中的50Mb/s。Sony则提供基于DV压缩的 DVCAM系列VTR。用于广播电视的DVCPR0摄像机主 要有两种机型：一种是DVCPR025，一种是 DVCPR050。
常见的数字视频格式 与存储介质
• 数字视频的记录格式有非压缩和压缩两大类。非 压缩记录格式的D1、D2、D3、D5等系列，它是以 原有信号码率直接记录输入信号，保持了信号的 原有水平，为无损记录。记录方式又分数字分量 （D1、D5）和数字复合（D2、D3），它们代表了 视频设备最高标准，图像质量最高，信号损失最 小，但同时由于图像信号数据量很大，对机器硬 件的要求极其苛刻，而价格非常昂贵，虽然产品 已问世数年，但仅有少数对画质要求极高的视频 制作公司使用。
常见的数字视频记录介质
• 1、闪存卡
• 2、光盘 • 3、硬盘 • 4、录像带
• 闪存卡 • • • • •
SD MemoryStick CF P2 SXS
• 光盘
• DVD-R • Blueray 25g 50g
•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ硬盘
• 录像带
• 讨论：
• 比较传统的录像带与闪存等新型存储介质 优缺点。
• 1、数字视频技术的国际标准 • （1）CCIR601号建议 • 为了便于国际间的节目交换，消除数字设备之 间的制式差别，使625行电视系统与525行电视系 统之间能够兼容，1982年2月国际无线电咨询委员 会(CCIR，现改为国际电联无线电通信部，即ITUR)第15次全会上通过了601号建议，确定以分量编 码为基础：以亮度分量Y和两个色差分量R-Y，B-Y 为基础进行编码，作为电视演播室数字编码的国 际标准。
• MPEG-2是由MPEG开发的第2个标准，于 1994年11月正式确定为国际标准。MPEG-2 是“活动图像及有关声音信息的通用编 码”(GenericCodingofMovingPicturesAss ociatedAudioInformation)标准。作为一 种公认的压缩方案，该标准具有开放性、 技术成本低、互操作性和灵活性、比特率 的可选择扩展性及众多厂商的支持等优势， 在网络、通信、卫星等领域被采用。
• （4）MPEG简介 • MPEG标准的数字压缩基本步骤是：先将模拟视 频转换为数字视频后按时序分组，每个图像组 （GOP）选定一个基准图像，利用运动估计减少图 像间的时间冗余，最后将基准图像和运动估计误 差进行离散余弦变换（DCT）、系数量化和熵编码 （VLC＆RLC）以消除空间冗余。MPEG专家组最初 的任务有3个：实现1.5Mb/s，10Mb/s，40Mb/s的 压缩编码标准，即MPEG-1，MPEG-2，MPEG-3，其 中MPEG-3于1992年被撤消。
• MPEG-2标准与MPEG-1标准相似，其比特率比后者 高得多，因而要求较高的带宽和分解力。MPEG-2 标准可定义高达400Gb/s的比特率和16000×16000 像素的图像。其采用帧内编码与GOP（图像组）内 分为I帧（帧内编码帧）、P帧（向前预测编码 帧）、B帧（双向预测帧），对它们采取不同的压 缩编码方式。1996年1月，国际慕尼黑团体会议上 又确认了具有高广播级质量和高编辑精度的MPEG2MP@ML标准，它允许较短的GOP，使之适应于节目 制作的精确编辑。MPEG-2在处理图像的“简单” 与“复杂”区域能自动变换压缩率，它能在同一 帧内使用不同的压缩比，因而更加有效。在压缩 成相同图像质量的条件下，MPEG-2图像所占的空 间只是M-JPEG图像的10%～15%。在图像采集、制 作、传输、播出等各领域中，MPEG-2已逐渐被广 泛采用。
（2）H.261标准 • H.261简称p×64。该标准是用于电视电 话和电视会议，图像编码算法是实时处理， 并且延迟时间最小，使图像和语音密切配 合，达到全彩色的实时运动视频传输，并 获得高压缩比。该标准于1990年由国际电 报电话咨询委员会(CCITT)完成通过。
• （3）JPEG标准 • 静像数据压缩标准 JPEG(JointPhotographicExpertsGroup)，即联 合图像术专家组，是国际标准组织（ISO）、国际 电报电话咨询委员会（CCITT）和国际电工委员会 （IEC）3个国际组织合作，在1991年完成通过。 JPEG既是ISO的标准，也是CCITT的推荐标准，其 目标是压缩静止彩色图片数据，多用于卫星、新 闻图片的传输与存储，以及图形、图像文献资料 处理等方面。
• （2）M-JPEG简介 • M-JPEG是按活动图像的正常要求速度，每秒完 成对25帧图像的帧内压缩方式压缩每一帧，每一 帧都被当作独立的信号处理，其一系列的帧实际 上就是一个JPEG的信号流。这种设计的好处是易 于编辑，可随机对任意帧进行编辑，对于非线性 编辑应用是一个优秀的选择。M-JPEG的压缩和解 压缩是对称的，可由相同的硬件与软件实现。其 缺点是需要过多的带宽和存储空间，这是因为它 不对著行压缩，而只是帧内压缩，压缩效率不够 高。
• （4）MPEG标准 • 随着数字音频和数字视频技术的广泛应 用，ISO的活动图像专家组 (MovingPictureExpertGroup)在1991年11 月提出了ISOll172标准的建议草案，通称 MPEG-1标准，该标准于1992年11月通过。 MPEG-1标准适用于数码率在1.5Mbps左右的 应用环境，也就是为CD-ROM光盘的视频存 储和放像所制定的。
• MPEG-4除完全支持MPEG-1/2已提供的全部视频功 能，包括在不同输入格式、帧率、比特率下对标 准矩形区域图像序列进行有效编码外，还增加了 新的功能：为提高传输效率，MPEG-4采用“子图 形”预测和编码技术，它把静止的背景作为“子 图形”，首先发往收端，作为第一帧同时存储于 编码器与解码器内，再利用摄像机的移动、旋转 和缩放，摄取背景前出现的视频对象，再将其分 开进行编码，形成视频序列进行传送，进而重建 原来的图像。这种技术对实现多媒体数据库十分 有利，同时还可以改善图像质量。MPEG-4是一种 高效率的编码标准，其最低码率可达到5~64kbps。 对于具体视频而言，其交互性和可操作性，在多 媒体应用领域中又可以与各种编码兼容。MPEG-7 建立在MPEG-4的基础上，用很少的特征对信息内 容进行检索。例如对图形，只要画出很少几条线 就可以找到包括该特征的相应图形、商标等。
• MPEG-1标准用于运动图像及其音频编码标准，着 重于高压缩率，具有低带宽和低分解力，视频速 率大致为1.5Mb/s。其基本算法是对于压缩水平方 向（360个像素）和竖直方向（288个像素）的空 间分辨率，对于每秒24~30幅画面的运动图像有比 较好的效果。MPEG-l标准还提供了一些录像机的 功能：正放、图像冻结、快进、快倒和慢放等， 以及随机存储的功能。MPEG-l标准还采用了一系 列技术以获得高压缩比： • 对色差信号进行亚采样，减少数据量； • 采用运动补偿技术减少著行量化，舍去不重要的 信息，将量化后DCT分量按照频率重新排序; • 将DCT分量进行变字长编码； • 对每个数据块的直流分量(DC)进行预测差分编码。
• 常用数字压缩格式的比较 • M-JPEG，DV和MPEG作为视频工业中的3种主要 的压缩技术，它们都基于DCT，它们所记录的图像 被转化成统一、量化和可变长度编码的频域系数。 其中，DV和典型的M-JPEG是帧内编码，采用帧内 压缩方式，没有窒低。对于MPEG-2来说，用于编 辑时，一般仅限于I帧编码，能够在不了解前一帧 和后一帧的情况下，在边缘进行帧切换。此外， DV和MPEG-2压缩使用运动自适应处理来实现有效 的帧内编码，但是，DV只能进行固定比特率（CBR） 编码，而MPEG-2和M-JPEG则可进行CBR和可变比特 率（VBR）编码。 • 数字视频压缩技术使我们能够以较小的成本获 得高质量的视频，为高质量传播视频信号成为可 能，并且随着电视技术的不断发展，这一技术还 在不断更新、提高。当电视技术和互联网络技术 结合时，数字视频技术更加体现出它所具备的交 流传播的优势。
• MPEG-4是1993年开始制定，1998年10月方
才定案，直到2000年年初正式成为国际标准。 该标准具有许多引人注目的功能，包括以对 象内容为基础的视频对象存取、以场景内容 为基础的可升级性、视频存取、纠错能力等。
• 2、数字视频压缩方式 • 基于上述标准，目前在电视领域广泛应用的3 种压缩方式是MPEG-2，M-JPEG和DV。它们均基于 离散余弦变换（DCT），并对变换系数微量化处理 后进行游程编码。 • （1）JPEG简介 • JPEG用于连续变化的静止图像，包括灰度等级和 颜色两方面的连续变化。JPEG包含两种基本压缩 方法：第一种是有损压缩，它是以DCT (DiscreteCosineTransform)为基础的压缩方法； 第二种为无损压缩，也称预测压缩方法。最常使 用的是前者,即DCT压缩方法，也称为基线顺序编 解码(BaselineSequentialCodec)方法，这种方法 先进、有效、简单、易于交流，因此得到广泛应 用