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数字录像机格式的选择 |
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MPEG-2 随着数字技术的成熟，数字录像机成为主流的记录设备。众多的数字录像机格式，既给用户提供了很大的选择余地，也给设备选型带来了困难。因此，如何选择数字录像机格式是人们所关心的一个重要问题。
一 数字录像机概述
数字录像机有全数字记录和码率压缩记录两类。全数字录像机主要有D1、D2、D3和D5格式，因其价格昂贵而未得到广泛应用。码率压缩数字录像机主要有Sony的Digital Betacam、Betacam SX、DVCAM、MPEG IMX，松下的DVCPRO、DVCPRO 50和JVC的Digital-S(D9)等。表1列出码率压缩数字录像机的基本参数。由于码率压缩数字录像机采用数字压缩技术，大大减少了记录数据量，从而降低了设备成本。不同格式的数字录像机采用不同的压缩编码方式。例如DV格式采用帧内DCT变换编码方式和4:2:0(PAL)取样结构，压缩比为5:1，视频码率为25Mb/s；Digital Betacam则采用场内DCT变换编码。帧内和场内DCT变换编码是单纯空间域的压缩，压缩效率不高，但利于帧精度编辑。Betacam SX采用MPEG-2 4:2:2 P@ML的压缩方式，在高压缩比的情况下仍能得到较高的图像质量。MPEG-2是一种帧内DCT变换编码与帧间预测编码相结合的压缩方式，压缩效率高，但其视频码流的随机入/出点只能是GOP中的I帧，难以实现帧精度编辑。4:2:2 P@ML属于MPEG-2的一个子集，它通过缩短 GOP的长度来满足编辑要求。与MP@ML相比，其优点为：(1)保持了全色度带宽；(2)对消隐行与正程行采用相同的处理，有效行由576行增加到608行；(3)最高码率达到50Mb/s，经多次编解码仍能保持较高性能。Betacam SX采用只有2帧长度的GOP结构，并应用了帧缓存技术，在编辑点附近进行中间信息处理，从而实现帧精度编辑，但编辑中可能会出现“时域漂移”现象。
二 选择数字录像机格式应考虑的因素
1. 图像质量
数字录像机所采用的视频取样结构、量化比特、压缩方式及压缩比等从根本上决定了其图像质量。Digital Betacam是唯一采用10b视频量化的数字格式，具有4:2:2取样结构，压缩比仅为2:1，码率高达88Mb/s，具有很高的图像质量。DVCPRO、DVCPRO 50、Digital-S及DVCAM都采用8b量化。其中DVCPRO 采用4:1:1取样，色度的水平分辨力降低了一半；DVCAM采用4:2:0取样，色度的垂直分辨力降低了一半。其压缩比都为5:1，码率为25Mb/s，图像质量较Digital Betacam要差。但DVCAM能提供与模拟Betacam SP一致的色度带宽，在DVE和色键等操作中效果不比Betacam SP差。DVCPRO 50和Digital-S都采用4:2:2取样，压缩比为3.3:1，码率达50Mb/s，可以得到较好的图像质量。Betacam SX采用了一种高性价比的压缩编码方式，但其编辑中的“时域漂移”现象和高达10倍的压缩，使之在多代复制中信号损失较大。MPEG IMX 采用I帧MPEG-2 4:2:2 P@ML压缩方式、 8b量化，码率高达50Mb/s，图像质量比Betacam SX更胜一筹。在纠错编码方面，Betacam SX所采用的二维RS码中的校验码附加率最高，达到41.7%，误码纠错能力也最强。其它几种格式所采用的RS码的校验码附加率基本相当，接近20%，都有着较强的误码纠错能力。
2. 兼容性
Digital Betacam与Betacam SX(选择机型)都可重放Betacam SP。MPEG IMX(选择机型)可重放Betacam/SP/SX/Digital Betacam。Digital-S能重放S-VHS。DVCPRO能重放DV格式，DVCPRO 50能重放DVCPRO/DV。DVCAM则能与DV格式双向兼容，在选插件的情况下可重放DVCPRO。
3. 接口与数据的高速传送
数字录像机都采用SDI作为标准数据接口。此外，各厂家设备还利用高速压缩数据流接口实现2倍速或4倍速的数据传送。例如：Betacam SX和DVCAM利用QSDI接口实现4倍速的数据传送；DVCPRO和Digital-S则利用CSDI接口实现 2倍速的数据传送。另外，DVCPRO和DVCAM还配备IEEE-1394接口，可实现摄/录、录/录之间压缩比特流的传送。
4. 可靠性
数字磁带录像机因记录数据率高，都采用场分段记录方式，因而磁鼓转速很快。Digital Betacam、 Betacam SX及Digital-S的磁鼓转速都为4500r/min，而DVCPRO和DVCAM的磁鼓转速高达9000r/min。当以4倍速或2倍速进行数据传输时，磁鼓转速和走带速度还会提高，这对伺服系统、走带系统、磁头及机械部件的可靠性是一种考验。相对来说，磁头转速和磁带速度在一定程度上决定了机器的可靠性。 Digital Betacam与Betacam SX 都采用和Betacam SP录像机相似的机芯，这种结构的机芯应用较久，成熟可靠。Digital-S采用与S-VHS相同的机芯。DVCPRO与DVCAM都是在民用DV格式上发展起来的，使用1/4"磁带，其机械结构显得过于精巧，机芯结构的应用时间也不长，这会增加维护难度。
5. 系统匹配
在一个系统中若混杂多种格式及多种品牌的设备，在不同的设备间分配视频码流，可能需要A-D/D-A转换、压缩码流和非压缩码流的转换、不同压缩编码间的转换及不同取样比之间的转换等，这会造成信号损失并增加费用。一般来说，不同压缩格式视频码流间的转换所造成的图像损伤，要大于其中一种压缩格式进行二次压缩编码所造成的图像损伤；不同取样结构的码流的级联，通常会导致重建图像质量严重下降。 非线性编辑系统有采用M-JPEG、小波变换、MPEG-2 4:2:2 P@ML、 DVCPRO、DV压缩方式的，也有采用不压缩、符合CCIR-601标准的。除了使用最多的M-JPEG以外，DVCPRO是一种较为开放的格式，松下允许其它厂家在其非线性编辑设备中使用DVCPRO压缩格式。Betacam SX和MPEG IMX采用MPEG-2 4:2:2 P@ML压缩，可以从节目制作、传输到存贮全程采用MPEG-2格式，但与主类MPEG-2设备之间的码流交换仍需编/解码过程，这是不尽理想之处。 4:2:2的取样结构符合CCIR-601建议的演播室标准，在演播室中应用的数字设备最好采用这种取样结构。
6. 向高清过渡
目前码率压缩高清录像机有Sony的HDCAM、松下的DVCPRO HD等，其基本参数如表2。JVC推出的基于Digital-S的高清格式D9 HD，使用与Digital-S相同的磁带，可兼容重放Digital-S。值得注意的是高清格式对标清格式的兼容重放能力，这对将来标清节目资源的利用相当重要；而标清录像机通过增加SD/HD变换板或变换器，也可将SD信号转换为HD信号。
三 总结
Digital Betacam是分量压缩数字磁带录像机中档次最高的产品，且能兼容重放Betacam SP磁带，对原已大量使用Betacam SP的用户，适用于要求高质量的制作场合。它的不足之处是价格昂贵和不开放。Betacam SX采用MPEG-2压缩，虽然不能与主流的MPEG-2 MP@ML设备实现无缝连接，但它毕竟属于MPEG-2范畴，且能与采用MPEG-2 4:2:2 P@ML的非线性编辑系统结合，是一种有前途的压缩方式。MPEG IMX同属MPEG-2压缩格式，但其性能更为优越，兼容性更强。
Digital-S与DVCPRO 50属同一档次，图像质量也较高，能应用于质量要求高的制作场合。Digital-S适合于原本使用S-VHS的用户。DVCPRO能兼容重放民用DV格式，其机型轻巧，为新闻制作带来方便；同时它是一种开放的压缩格式，在非线性编辑系统中得到广泛使用。DVCAM能与DV格式双向兼容，有利于对民间拍摄素材的利用，但它和DVCPRO(25)一样属于较低档次的格式。
在一个完整的数字电视制作与播出系统中，如存在多种录像机格式，会带来资源的浪费和图像质量的损失。选择合适的数字录像机格式，应该考虑原有模拟录像机使用状况，数字录像机的性能指标、价格、维护成本、今后的发展及与系统设备的匹配等因素。 |
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