常见数字视频格式

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。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。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ITU-R)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。

（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。（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-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”(GenericCodingofMovingPicturesAssociatedAudioInformation)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。

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

（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。（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。（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-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。

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。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。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。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。常见的数字视频