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| 电视设备的数字
化<1> |
当前，电视设备正处于从模拟向数字过渡的阶段，SONY、松下、JVC等公司纷
纷推出了最新的数字摄、录、编设备。同时，国内外的视频公司也推出了非线性编辑及网络服务器
系统。电视制作设备的数字化已势在必行。由于各台现有设备及经济状况各不相同，向数字化过渡
的途径又有多种，如何作出最佳选择?我们只有在深入掌握数字设备数字技术的基础上，全面地考
察、比较各种数字设备的性能特点，并结合本单位实际情况作出科学论证，才能拟定最佳过渡方
案。
关于数字化技术很多专家已在理论上作出了详尽的阐述，本文不再重复，仅以
CCIR（现在的ITU-R）制定的一些标准建议为基础，介绍部分数字化电视设备，根据节目的采集、
编辑、演播、播出四方面对设备的需求作一些探讨。
一、IUT-R601建议书及接口介绍
正如人们向往数字电视节目精美绝伦的声图质量一样，电视制作设备的数字化也
令电视工作者向往，经过众多先行者偿试与努力，1982年CCIR通过了CCIR601建议演播室数字电视
的编码参数（4:2:2格式）。其中亮度信号与两色差信号的抽样频率分别是13.5MHz与6.75MHz，
其比例关系为4:2:2信号为8比特量化标准，传输编码方式为PCM，完成数字化过程。此时的二进制
编码为不压缩编码。但电视信号的数据量巨大，数据流码率高达216Mbps，对硬件要求极其苛刻。
因此发展了数据压缩技术及制定了各种数据压缩标准。不同标准产生不同的码率。
在数字设备之间，对于不同标准的压缩数据则需要相应的数字接口来传输，当前
的数字接口一般有以下几种：
1、串行数字分量接口（SDI）
CCIR601建议是信号抽样标准而不是接口标准，86年CCIR综合SMPTE（N制）和
EBU（P制）标准合定为REC.656建议。REC.656建议的串行传输标准旨在传送10bit数据，当然也
支持8bit或9bit数频信号时，时钟频率为27MHz10比特（bit）量化，码率高达270兆比特
（Mbps）。
并且还可传送4～8路数字音频信号，用单根BNC电缆传送，最长传送距离300米。
目前的数字设备大多数具有SDI接口。不同公司的系统分别标为SMPTE259M或
EBUtech.3267-E。
2、IEEE-1394数字接口
该接口又称为Fire ware，目前只有码率为100Mbps的实用产品，单根电缆传
送，最多可连16台设备，每两个设备之间最长电缆为4.5米。世界上现有50多个厂家以不同方式参
与该接口的开发，包括松下，AVID、IMMIX、TEDTRONIX和FAST等。
3、四倍速接口
压缩数据在一个打包器中打包，在原数据中加进错误校正码后即可送出4倍于原容
量的数据包。其快速的优点显而易见。四倍速接口有多种类型，互相不可通用。松下的DVCPRO采
用CSDI格式；SONY的DVCAM采用QSDI格式，Betacam
SX采用SDDI。
4、数字音频接口AES/EBU（即AES3-1992和EBU3250）
二者在实质上相同，物理上不能互换，后者输入和输出均采用变压器耦合。广播
级的AES/EBU信号采用双相标识编码（BIPHASE MARK
COCLING），48KHz取样，16、20或24比特量化，110欧姆平衡连接。
5.小型计算机系统接口（SCSI）
该接口是非线性编辑系统中素材硬盘与计算机内部总线相连最常用的接口。
Betacam SX格式的DNW系列盘带结合机也提供了和外接硬盘相连接的SCSI输出接口。SCSI允许多
个I/O任务并行操作，传输速度快。目前常用的是SCSI-2接口，与冗余磁盘阵列（RAID）配合，可
以达到目前SCSI接口所能达到的最高传输速率40Mbps。
此外，还有光纤数字数据接口FDDI，其速度可达1～2Gbps，视频节目制作网络可
采用该高速接口。
DVCPRO的DVCS接口，传送原始5:1压缩的DVCPRO图像数据。
各种接口的选择必须与系统选型相适应，方能配合默契。
二、常用的数据压缩标准
目前广播电视领域，M-JPEG和MPEG-2是常用的压缩标准。JMEG是对静止图像采
用帧内编码压缩方式，其中通过3DCT去除数据冗余度，并进行量化。再对得出数据进行熵编码。
而M-JPEG是按活动图像的正常要求速度，每秒完成对25帧图像的帧内压缩这种压缩方式单独地完
整地压缩每一帧，在编辑过程中可随机存取任意帧，来进行精确到帧的编辑。M-JPEG的压缩和解
压是对称的，可由相同的硬件与软件实现。但M-JPEG不对帧间的时间冗余进行压缩，故压缩效率
不够高。下表列出了M-JPEG压缩比、码率、存储时间与图像质量的参考关系：
MPEG视频数码流是一种有一定结构的数据，共分为6层，层层打包，最高层是图
像序列（VIDEO SEQUENCE），其次是图像组（GROUP
OF PICTURES），宏块条（SLICE），宏块（MACROBLOCK），最低层是块
（BLOCK），它是一个8×8的像素数据阵列。
MPEG-2采用了帧内编码与帧间编码方式，它在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。在帧间
预测压缩中，以若干帧图像作为一个GOP进行处理，一个GOP内视频图像的帧数对压缩比和图像质
量有较大影响。同等压缩比下，帧数愈多图像质量愈高，但这对于后期制作中随机存取某一帧不
利。96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MPEG-2MP
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。而M-JPEG中，同一帧必须使用同一压缩比。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％。此外，MPEG-2是用于DVD-ROM和DVB
的标准，它与DV和DVCPRO格式使用相同的编码结构，BETACAM
SX也是基于MPEG-2。MPEG-2已逐渐成为有广泛基础的压缩格式。在图像采集、制
作、传输、播出各领域中，用MPEG-2已是大势所趋。
三、选择设备应考虑的有关因素
1、图像质量
在电视节目的制作过程中，最能体现数字化给图像质量带来好处的是录像机。数
字节目制作特点是多代复制基本上不影响图像质量，把原始54DB的信噪比和6M带宽一直保持到播
出。在模拟环境向数字过渡的过程中，从经济角度考虑，可先从录像机入手。
在数字录像机中，非压缩数字分量设备D1、D5的图像质量高，但其昂贵的价格令
人止步。
SONY于93年推出的数字BETACAM格式，4:2:2抽样，10bit量化，帧内2:1压缩，
它继承了作为主流格式的BETACAM的概念，图像质量和多代复制能力极佳，是当今压缩数字设备中
的最高档次。
松下公司推出的DVCPRO格式设备，被认定为D7，现有DVCPRO25和DVCPRO50两种
类型，DVCPRO50按4:2:2抽样，8BIT量化，帧内3.3:1压缩，码率为50MBPS，图像质量与DVW相
当。DVCPRO25则按4:1:1抽样，8BIT量化，帧内5:1压缩，码率为25Mbps，图像质量与PVW相当。
JVC公司的BIGITAL-S被认定为D9格式，它以4:2:2抽样，8bit量化，帧内为
3.3:1压缩，码率为50Mbps，图像质量接近DVW。
SONY公司新推出BETACAM SX4:2:2抽样，8bit量化，采用基于MPEG-2P ML演播
类型压缩方式，帧间10:1压缩，码率为18Mbps，是现在几种数字机中码率最低者，因此降低了运
行成本，其图像质量可达BVW水平。SONY在家用DV格式上开发的DVCAM格式4:2:2采样（色度信号
U、V在垂直方向隔行采样），8bit量化，帧内5:1压缩，图像质量接近PVW水平。
以上几种数字录像机的图像质量均不低于PVW水平，而目前非线性编辑系统的图
像质量在低压缩比下理论上可达DVW水平，在实用中可达BVW或PVW水平，也不低于PVW水平。
2、开放性
目前的数字化设备呈现"百花齐放，百家争鸣"的局面。各厂家的设备
在格式上各不相同，只有在各自系统内才能进行的数字化链接，否则，必须经过压缩、解压，才能
由标准接口传送数据。相比之下，DVCPRO的开放性大些，它采用IEEE-1394接口，可与很多公司的
非线性设备进行数字化链接。在非线性编辑方面，以往也同样存在开放性不好的问题。同样是采用
M-JPEG或MPEG-2标准，所以不同厂家生产的非线性编辑设备之间不具有互换性，因为在压缩标准
中只对压缩方式作原则性的句法规定，对许多具体参数值和实施细节未作约束。所幸的是，加拿大
MATROX公司和美国MICROSOFT公司已联合100多家视频多媒体公司和有关厂商制定了OPEN
DML（开放媒体数据交换语言）格式，MATROX还推出了一套PCI总线视频卡
DIGISUITE和基于ACTIVEMOVIE的WINDOWS
NT软件开发工具，各大公司争先往DIGISUITE上移植它们的软件，这意味着非线
性编辑系统将使用统一软硬件平台，这使各系统具有了良好的开放性。从开放性讲，计算机公司比
视频公司要做得好。
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