数字电视原理

2.数字录像机

自从广播电视诞生以来，图像质量一直是人们最关心的问题。为了提高图像质量，人们不断努力去开发研制数字录像机。

前几年由于硬盘录像机以及非线性编辑系统的开发成功，使广播业界一时间炒得很热。但由于硬盘价格较贵，视频网络技术不成熟，而且又不能取代电视台以磁带为主体的格局，这样数字视频压缩技术的数字录像机，便提到了议事日程的首位。

目前日本索尼公司、松下公司、胜利公司已生产出了数字磁带录像机，并且以数字磁带录像机为龙头的整个数字视频系统引入广播电视界已经走向成熟。在广播电视领域中，由摄像机摄取的活动图像，一般都要在演播室进行加工处理，因此，录像机就起了节目制作的重要作用。

数字录像机作为广播电视领域的应用，主要是为取得高精度编辑的效果，迷就要求数字录像机必须有可靠的高速磁鼓转速（4500-9000r/min）和处理高比特流（18-50mb/s）的能力，以及必要的技术指标。例如，目前索尼公司Betacam-sx格式录像机的主要技术指标有：

1.亮度信号（Y）取样率：13.5MHz。

2.Y/R-Y、B-Y取样比：4:2:2

3.量化比特：8bit.

4.压缩方式：MPEG-2

5.压缩比：10：1

6.数据率：18mb/s

7.音频：16b/48kHz,4通道

在上述指标中，亮度信号（Y）的取样率13.5MHz是依据CCIR601文件所规定的国际取样频率标准确定的。为了衡量数字视频信号是否达到广播级标准，在CCIR601文件中还规定了亮度信号与色度信号R-Y、B-Y的取样比，这个比值即为4:2:2。量化比特也是由CCIR601文件所规定的，但它后来修改为10bit。

在上述指标中，由于彩了10:1压缩，使得数据率较低，这样不仅保持了较好的黑种人质量，而且有利于录像机的整体设计。因为录像机在节目制作中有着十分重要的作用，所以录像机的格式必须有十分良好的可编辑性。

在目前的数字录像机中，除索尼Betacam-sx格式外，还有DVCAM格式，以及松下公司的DVCPRO格式、胜利公司的Digital-s格式等。它们在某些技术标准上略有一些差异，但其取样率都是13.5MHz。鉴于在本书中数字录像机只是作为对数字电视整体的了解，因此，对其他格式的录像机京不再予以介绍，望读者见谅。

索尼Betacam-sx格式的录像机，主要采用了帧间压缩技术，它可以使帧精度编辑效果十分突出，为剪辑工作提供了极大方便及可靠性。

在数字录像机中，常有基带比特流和压缩比特流两种编辑方式。所谓基带比特流编辑，是将压缩后的数据解压后进行编辑和记录，而压缩比特流编辑是在不解压的情况下直接利用压缩比特流进行编辑。对于两者的分析与比较，这里就不再分析介绍，因为它已远离电视维修知识的了解范围了。

总之数字录像机对整个数字化电视体系起着关键性的重要作用。

3.数字摄录机

随着科学技校的不断发展，摄像机和录像机正在向一体化方向发展。目前日本索尼公司、松下公司、胜利公司、夏普公司以及韩国的LG公司已有数字摄录机推出。例如，1995年9月日本索尼公司推出的DCR-JX1000型数字摄录机采用了分量记录系统分别记录宽带亮度分量Y和色度分量R-Y、B-Y信号，具有3倍于模拟视频的色度区域，其主要数字视频规格有：

1.信号系统格式：北美和日本的NTSC标准信号制式。

2.磁带：6.35mm数字视频盒带。

3.记录时间：60min

4.摄像器件：3只8.47mm(1/3英寸)CCD,41万像素。

5.录像器：17.78mm(0.7英寸)彩色LCD系统，18万像素。

6.变倍镜头：F1.6(f5.9-59mm)

7.最低照度：8Lx。

8.音频记录格式：数字16bit,48kHz;(立体声)12bit,32kHz.

9.外形尺寸：329mm×110mm×144mm

10.主机重量:1.4kg.

11.电池:NP-710

这种采用数字磁带记录的小型摄录机,极大地推进了消费电子数字化的进程,同时不仅应用于娱乐,而且也十分适宜信息应用.数字摄录机的数字能力,可同个人计算机和通信系统结合使用,为处理和传送图像数据开辟新途径.消费用数字摄录机系统可以25Mb/s的极快速度传送视频数据,保证了同未来设备和系统的兼容性.这种小型数字摄录机所用数字盒带可以存储11GB数据,因此具有很大的图像数据存储量.

随着计算机技术的全面普及与应用,1995年,美国、日本、德国又先后研制出了以计算机硬盘为记录媒体的数字摄录机和计算机编辑系统，使全新的电视节目制作编辑方式数字非线性编辑技术成为实现，从而形成了用数字化摄录机记录的，以MPEG-2标准压缩的32bit数字图像信号。

4.数字式录像磁带

随着数字摄录像机的出现，与之相适应的数字磁带也同时产生，它是用Multi Puretron材料蒸涂制作而成的。其记录密度为VHS磁带的六七倍，可记录和重放精细清晰的图像和具有临场感的声音。因此，它可以提供极优的高密度数字信号输出。

在国外，国在DVCAM磁带中装上了16kb或4kb的半导体存储器，所以常把数字式录像带盒称为录像带盒存储器。它可以配合数字处理摄录一体机在拍摄过程中形成由摄像开始就参与非线性编辑，从而完成在拍摄进程中自动生成索引画面和记录数据的两类常用信息。

所谓索引画面，是指在摄录活动画面的同时，每一个镜头的入点静帧画面都经过缩小到原来的1/64面积之后，形成小的静止画面。在装有16kb带盒存储器的DVCAM录像带上可记录198幅索引画面，而装有4kb带盒存储器的DV录像带上可记录45幅索引画面。这些索引画面住处全部记录在磁带最后一段素材的尾部。

所谓记录数据，是指对拍摄时出现的场号、次号、入点/出点、时码等许多十分重要信息进行的数据记录，并存放在带盒存储器中。

由于数字式录像带盒能够产生上述两种信息，而这种两种信息的建立，会使DVCAM录像机在读取记录数据的同时，可使显示屏上显示出相应的索引画面。这就为编辑提供了可靠数据，从而大大减少了传统编辑过程中查看所有磁带，进行镜头剪辑、编辑、拷贝等所耗费的时间。

由于有数字式录像带盒，便完全可以改变传统的编辑模式。并且，从摄录一体机到录像机以及非线性编辑系统，全部采用相同的离散余弦变换的压缩方式，信号可以通过QSDI这一数字接口以四倍的速度传输，形成了一个全数字化链，它的最大特点还在于数码流在反复的压缩/解压缩中不会有任何的信号损失，保证在拷贝过程中视频图像质量不会降低。因此，数字式录像带盒将会完全取代目前普通的录像带盒。

5.数字性线性编辑

所谓数字非线性编辑，是一种应用计算机技术使视频信号A/D量化记录，编辑链路以MPEG-2标准进行压缩信号，以图表方式检索素材，编辑过程由计算机自动处理完成为特征的全新视频制作技术。我们知道，在传统的模拟线性编辑技术中，是利用摄录机、编辑机等对模拟视频信号进行摄取、加工的过程。通过剪辑、复制处理，最后形成了一条组合了视、音频磁迹的模拟信号集合。这种传统的模拟线性编辑技术，对素材先后次序不能进行随心所欲的调整与排序，不能随意进行插入非等长于原CTL的画面等操作，从而极大地限制了节目制作的灵活性与方便性。数字非线性编辑技术的出现很好地解决了传统线性编辑中所存在的一系列问题。

数字非线性编辑技术具有以下最为明显的优点：

（1）数字非线性编辑系统全部的工作过程均以32bit数字量化压缩算法完成，因此视频信号处理链路基本不受外界噪波干扰，没有传统模拟线性编辑过程中的打火、失落、跟踪不良现象产生，图像质量高。

（2）由于是数字信号的编辑，所以图像质量不会因设备的新旧而出现大的差别。

（3）制作节目快捷，高效。

（4）节小机时，设备使用寿命长。传统的视频磁头寿命为500-1000小时，计算机硬盘为300000小时。

（5）硬件接口标准化，适应多种编辑软件，可随意制作多种ADO特技，增加节目的可看性。

（6）具备多代拷贝而才劣化的特点。

（7）由于编辑系统基于计算机技术，易于构建大型甚至全球视频网络，从而使节目的交换及素材资料资源共享成为可能。

（8）由于视频和音频均可以被采集和量化，因而还可以应用静帧冻结技术，制作出多彩多姿的图像电子邮件或软件封面，在多媒体制作领域中加以应用，

（9）设备体积小，便携性能好，易于挂接计算机互联风格，编辑、传输工作可以随时随地进行。

数字非线性编辑技术的硬件基础是基于以高速CPU，SCSI硬盘阵列、高效动态视频图形采集压缩编码处理器等为特征的计算机编辑系统，其软件基础多是以UNIX、WINDOWS、OS/2为平台开发的各种图形、图像编播制作系统。由于素材信息的标识地址在硬盘中的排序是随机的，因此编辑人员可以对其进行任意调用、编辑，并加入多种多样的ADO数字特技，用ALPHA通道，组织多达十余层的动态叠加画面，每层画面中还可以独立应用多种滤波特技，形成多种绥繁复杂的影视形像。编辑人员无需考虑素材在硬盘物理地址中的先后顺序与长度，无需考虑图像拷贝修改的次数与质量，当编辑图表输入、排序后，这些长达数小时的图像素材便由计算机自动进行编辑、重放，录制，无需人来干预。

总之，数字非线性编辑技术的兴起给习惯于传统线性编辑方式的电视工作者带来了新的机遇与挑战，迫使在视频制作领域揿起了一场新的革命。

6.数码流的压缩技术

随着数字化电视技术的兴起，在我国由模拟制向数字化过渡中的一些标准问题，已摆在通向数字化的路口。根据最新数字技术及数字设备的特点，数据压缩技术的标准，将是数字化后的电视信号能否正常播出与传输的关键问题。因为，由于计算机技术以及磁盘和网络/服务器的非线性编辑技术，将使数字化后的电视信号数据

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