《数字录象机》PPT课件.ppt

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1、第14讲 数字录象,一.数字录象机概述二.非压缩直接记录三.帧内压缩记录四.帧间压缩记录五.DVD光盘记录六.非线性编辑七.全MPEG环境.附:DVCPRO数字录像机(同学自学),一.数字录象机概述,1.记录码流2.记录磁迹3.记录格式分类.,1.记录码流,记录码流=视频码流+音频码流+控制码流 227Mbps 166Mbps 3Mbps 15%.,2.记录磁迹,.场分段记录.音频/视频斜向磁迹.控制磁迹、时码磁迹和参考磁迹.,3.数字录象格式分类,数字录象格式,非压缩 记 录,压缩记录,分量信号 D1、D5,复合信号 D2、D3,帧内压缩,帧间压缩,4:2:2,4:1:14:2:0,Digi

2、tal BetacamD9 Digital-SDVC Pro 50/100,Betacam SX、MPEG IMX.,DVC Pro 25,DVCAM、DV,二.非压缩直接记录,格式 信号 抽 样 磁带 用途 开发-D1 分量 4:2:2 3/4 台式机 SONY D5 分量 4:2:2 1/2 便携机 松 下 D2 复合 4 fsc 3/4 台式机 SONY D3 复合 4 fsc 1/2 便携机 松 下.,二.非压缩直接记录,D3 数字复合 1/2磁带 松下公司.,三.帧内压缩记录,1.Digital Betacam2.D9 Digital S3.DV 4.DVC Pro 25、50、10

3、0.,三.帧内压缩记录,格式 抽样 压缩比 磁带 码流 用 途 开发-D Betacam4:2:2 1:2.3 1/2 70M 多代制作 SONY D 9 4:2:2 1:3.3 1/2 50M 多代制作 JVC DVC Pro 4:2:2 1:3.3 1/4 50M 多代制作 松下 DVC Pro 4:1:1 1:5 1/4 25M 一般制作D V 4:2:0 1:5 1/4 25M 一般制作 联合.,三.帧内压缩记录,D Btacam 4:2:2 1:2.3 1/2 70M 多代制作 SONY.,三.帧内压缩记录,DVC Pro 4:2:2 1:3.3 1/4 50M 多代制作 松下 DV

4、C Pro 4:1:1 1:5 1/4 25M 一般制作.,三.帧内压缩记录,DVC Pro 4:2:2 1:3.3 1/4 50M 多代制作 松下 DVC Pro 4:1:1 1:5 1/4 25M 一般制作.,四.帧间压缩记录,格式 抽样 压缩比 GOP 码流 用 途 开发-Betacam SX 4:2:2 1:10 I B 18M 一般制作 SONY MPEG IMX 4:2:2 可变 可变 6-50M 多代制作 DDR 数字磁盘录象DVD 数字光盘录象.,四.帧间压缩记录,Btacam SX 4:2:2 1:10 I B 18M 一般制作 SONY.,五.DVD数字光盘记录,1.DVD

5、规格2.DVD视频3.DVD音频4.语言字幕选择5.防复制功能.,1.DVD规格,盘径：12cm/8cm。单/双面，单/双层。记录容量：4.7 17 GByte.,2.DVD视频,MPEG-2，MPML,PS码流，6-8Mbps,长GOP结构，IBBP。.,3.DVD音频,双声道：PCM编码。多声道：AC-3/DTS 编码，5.1ch 环绕立体声。.,4.语言字幕选择,多种语言配音可选。多种文字字幕可选。多种视点观看可选。.,5.防复制功能,国际分区代码。防复制加扰技术。.,六.非线性编辑,1.视频编辑2.非线性编辑系统3.压缩信号再处理.,1.视频编辑,类型 信息载体 编辑属性 编辑手段-电

6、影 胶片影象 画格组接 剪接/剪辑 电视 电磁信号 信号复制 电子编辑.,1.视频编辑,类 型 信息载体 编辑手段 编 辑 属 性-线性编辑 一维磁带 逐段复制 线性检索/等长替换非线性编辑 二维磁盘 文件链接 随机检索/任意替换.,1.视频编辑,线性编辑 一维磁带 逐段复制 线性检索/等长替换.,1.视频编辑,线性编辑 一维磁带 逐段复制 线性检索/等长替换.,2.非线性编辑系统,2.非线性编辑系统,视频转换：A/D、D/A转换，压缩/解压缩。视频存储：高速/大容量，DDR/RAID磁盘阵列。编辑软件：支持多种文件格式，多层、视频特技能力。.,2.非线性编辑系统,A/D、D/A转换，压缩/解

7、压缩。.,2.非线性编辑系统,A/D、D/A转换，压缩/解压缩。DDR/RAID磁盘阵列。.,2.非线性编辑系统,广播级编辑软件：.24bit 位深度，.子象素定位，.反走样（Anti-Aliasing）,.Alpha通道（透明度），.字幕生成功能，.场处理能力，.输出色彩调整，.视觉效果创作 DVE。.,2.非线性编辑系统,广播级编辑软件.,2.非线性编辑系统,广播级编辑软件.,2.非线性编辑系统,广播级编辑软件：字幕生成功能.,2.非线性编辑系统,广播级编辑软件：字幕生成功能.,2.非线性编辑系统,广播级编辑软件:视觉效果创作 DVE.,2.非线性编辑系统,广播级编辑软件:视觉效果创作 D

8、VE.,2.非线性编辑系统,广播级编辑软件 视觉效果创作 DVE.,3.压缩信号再处理,M-JPEG、MPEG等压缩信号解压缩，编辑合成后再压缩处理，即转码（Codec）。转码带来的劣化及其控制。.,七.全MPEG环境,1.MPEG统一的解码标准 与硬件无关，有利于交换和转码。2.不同需求的选择优势 码率、压缩比和GOP可选。.,七.全MPEG环境,压缩目的 处理要求 压缩选择 码率 GOP-高质量制作 浅压缩帧独立 高码率短组 40M I 一般制作 中压缩帧独立 中码率短组 15M IB、IPP节目发布 高压缩帧相关 低码率长组10M IBBPBBP 节目传输 高压缩帧相关 TS流 6M I

9、BBPBBP.,七.全MPEG环境,服务器 MPEG2 码 率 GOP结构-多通道制作 4:2:2PML 30-50 Mbps I多通道播出 MPML 2-8 Mbps IBBPBBPBBP.,七.全MPEG环境,视频服务器-多通道制作 多通道播出.,再见,数 字 录 像 技 术,DVCPRO,目 录,DVCPRO数字录像机一、数字磁带录像机是数字电视广播系统的基础1二、DVCPRO的基本性能和技术规范1 1.基本性能1 2.技术规范2 3.ATF伺服2三、DVCPRO的磁迹位形3 1.磁迹位形图3 2.数据内容4四、盒带规范5五、磁头、磁鼓和走带机构6 1.磁头6,2.磁鼓.7 3.走带机构

10、.8六、视频和音频信号的记录处理9 1.输入视频信号.9 2.视频处理电器.9 3.音频信号的记录处理.15七、信道纠错编码16 1.信道纠错编码的作用.16 2.纠错编码方法.16 3.视频数据信道编码.17 4.音频数据信道编码.18 5.子码结构.18,八、24-25比特变换和导频信号加入.19九、DVCPRO 50和DVCPRO P简述.20 1.DVCPRO 50和DVCPRO P 概要.20 2.DVCPRO 50和DVCPRO P 的磁迹位形.20 3.信号处理.21 4.声音通道.21 5.磁头组件配置.21DVCPRO 设备介绍.22 DVCPRO 50M.22 DVCPRO

11、 25M.23 DVCPRO PV系列.27 DV格式.29,AQ系列摄像机.30结束语.31 DVCPRO 在中国及世界范围的成功.31 DVCPRO 是一个开放的格式.31 DVCPRO的兼容性和可发展性.32,DVCPRO数字录像机,一、数字磁带录像机是数字电视广播系统的基础 大家知道，距今已有六十余年历史的黑白电视广播从60年代起逐渐被彩色电视广播取代了。而美国于50年代初期开发出的NTSC制彩色电视广播以及欧洲于 60 年代中期开发出的 PAL制和 SECAM 制彩色电视广播，迄今亦有四、五十年的历史，比之黑白电视，它们已持续广播了更长的时间。早在70 年代，日本就投入力量研制下一代

12、更高图像质量的彩色电视广播，开辟了创造新制式、取代现有制式的道路。随着微电子学、集成电路、数字技术和计算机技术等的迅速发展，如今人们都认识到，下一代高图像质量和声音质量的电视广播必然是数字化的电视广播系统，它将逐步代替现在的模拟式常规电视广播。,实现全数字电视广播系统首先要做到的是演播室全数字化，向传输信道提供出很高质量的数字信号节目源。显然，节目源的生产需要有前期摄录过程、后期编辑加工过程，而最后是成品节目播放过程，那里的关键设备都是磁带录像机。当然，硬盘服务器也是正在发展的方向之一，但从数据存储容量和价格等方面看尚还不能全面取代磁带录像机。因此，我们在此对最为普及和常用的数字电视信号录放设

13、备数字磁带录像机进行介绍。磁带录像机其发展历程走过的道路也是从模拟信号形态进入数字信号形态的。最初的录像机是直接录放复合模拟电视信号的，在我们即是录放PAL复合信号的，它包括广播档级的C格式和B格式以及专业档级的U-matic格式录像机，后来出现了,专业和广播档级的模拟分量（亮度、色差分量）信号录像机，例如Betacam SP和MII格式的分量录像机，以及专业档级的S-VHS模拟分量（亮度、色度分量）录像机。在向数字化发展时，首先出现的是数字复合录像机D2、D3格式录像机，随后登场的便是数字分量录像机，并且出现了多种格式、各具特点的数字录像机，例如有：不压缩的 D1、D5 格式，2:1 压缩的

14、 Digital Betacam 格式，5:1压缩的DVCPRO（D7）和DVCAM格式，10:1压缩的Betacam SX格式，3.3:1压缩的Digital-S(D9)和DVCPRO50格式，如此等等。由此可见，数字分量录像机格式十分多样，码率压缩比也高低不同。其实，还有其它一些参数上的各不相同，诸如：亮、色信号的处理有4:2:2、4:2:0、4:1:1,之分；磁带宽度有3/4英寸、1/2和1/4英寸之分，以及MP和ME磁带之分，压缩方式有场内DCT、帧内DCT和MPEG-2之分；记录码率有200Mb/左右、90Mb/s左右、25Mb/s和50Mb/s之分等。自然，它们之性能特点和应用场合

15、等亦各不一样，各式功能有新差别，价格也高低相异。下面，我们DVCPRO作为典型机器，试从其机电技术等方面加以综合介绍。,二、DVCPRO的基本性能和技术规范 1.基本性能 DVCPRO属于准广播档的数字录像机，它原本适用于ENG（电子新闻采集）摄录场合，能按其母带制作出较高质量的节目播出带，但实际上 EFP（电子现场制作）摄录场合或是演播室内节目的拍摄，也都可应用，能给出良好质量的,图像和声音。由于它小巧、轻便、可靠，且带盒小，运行和维护成本较低，颇受人青睐；在节目交换上也已有很大的通用性，相当多的电视台乐意采纳此种格式。对于要求更高质量的场合，松下公司又推出了广播档级的DVCPRO 50录像

16、机供客选用，而用DVCPRO 50能兼容重放DVCPRO节目带。这两种格式又均能兼用重放家用数字录像机DV格式的磁带，使得电视台内数字录像设备的逐步升级能自然地向上过渡，减轻格式转换中的麻烦并减小多格式运用时对节目质量的影响。松下公司对DVCPRO格式还采取了开放性的政策，国际上其它的视频设备制造厂家都可以使其有关产品与此格式实现接口互联，这方便了用户的系统设备配套。分项列举时，DVCPRO具有如下主要特点：,（1）图像信号处理中有效取样频率为亮度fY=13.5MHz、色差f PR,B=3.375MHz，即4:1:1，场内/帧内DCT 5:1压缩，图像数据传输率25（24.948）Mb/s；（

17、2）声音信号两声道，45KHz取样，16 bit 量化，不压缩，具有CD光牒的质量；（3）采用1/4英寸（6.35毫米）MP磁带，带基强度好，带盒小，矫顽磁力高，性能可靠；（4）可兼容重放DV格式的家用数字录像机，其磁迹宽度18微米，比DV格式的10微米宽约二倍，可确保兼容重放质量，并且对其磁带到磁带插入编辑有充裕的跟踪容差；（5）为提高编辑性能，它比DV格式多出了纵向的CTL磁迹和CUE磁迹。CTL磁迹信号有三个用处：,a.除了由时间码显示出磁带运行时间与存储编辑点之外，还可以计数CTL来产生时间信号；b.在编辑时借以实现快带的伺服锁定；c.当输入模拟复合信号时，可以由CTL不同的占空比表明

18、八场场序，实现八场成帧伺服；（6）CUE磁迹记录模拟声音信号，解决了高速搜索时听不到数字声音信号的问题，使得在线性编辑状态下能方便地寻找编辑点；（7）由于机器小型化和高质量，所以从ENG到EFP以至演播室的节目制作，可以采用同一格式的DVCPRO各种机型，有利于电视台的设备配置。（8）它对于非线性编辑系统、数字通信和视频服务器等都是一种具有良好匹配性的格式。,2.技术规范 DVCPRO的技术规范有下面的列表：,3.ATF伺服 ATF即自动磁迹搜索，其特点是跟踪时不使用CTL信号，而是利用24 25 bit 变换时形成的监控信号，使相邻磁迹上代码序列的DSV（数字和值，代码“1”对应+1、“0”

19、对应-1后的码列的总和值）有规律地变化，相应地使24 25变换中附加多出的1 bit 产生出导频信号f1（=fb/90=465KHz)、f2（=fb/60=697.5KHz)或频谱上f1 和 f2 处有凹陷等三种情况，分别标志为F1、F2 和 F0 三种磁迹，它们在磁带上以 F0、F1、F0、F2、F0、F2、每12条磁迹为一组构成一帧625/50的信号。参见图1（a）（b）（c）和图2（上面，fb=41.85MHz），对应DVCPRO磁带上的码率（记录速度41.85Mb/s）。,图1 三种DSV的记录频谱,EB:是为产生监控信号及凹槽信号而追加的比特,图2 F0、F1、F2磁迹间隔排列,重放

20、时，ATF实现磁迹跟踪的原理是这样的：当重放磁头扫描某条磁迹拾取数据时，其左右相邻磁迹泄漏过来的信号作监控信号。若磁头在F0磁迹上准确拾取数据，则左右来的F1与f2信号相等，据此使磁头保持于该磁迹上扫描。当左边磁迹泄漏过来的临近信号多时，表明磁头偏向左边，根据磁迹泄漏过来的临近信号的幅度差判定跟踪误差的情况，然后瞬间地控制它导电机以调整主导轴转速，使得磁带纵向位置瞬时地略为左移，让磁头对准磁迹拾取数据；当右边磁迹泄漏过来的临近信号多时，工作情况可类推。这样，磁迹跟踪不是使用CTL信号，而是直接取自磁迹来的监控信号，因而磁迹跟踪比利用CTL信号精确。,三、DVCPRO的磁迹位形 1.磁迹位形图

21、DVCPRO的磁迹位形图如图3所示，由不得2条磁迹组成一帧数据信号，每条磁迹由ITI区（输入与跟踪信号区）、间隙1、音频数据区（声音1或者）、间隙2、视频数据区、间隙3、子码区和过写入余量区构成。磁带的上边缘处有CUE磁迹，下边缘处有CTL磁迹。,10 TRACK/FRAME,12 TRACK/FRAME,磁头扫描,图3情况 DVCPRO磁迹位形图,2.数据内容（1）ITI区 ITI区内记录插入与跟踪信息，包含3600bit，其细节内容参见图4。ITI区内的跟踪信息包括表明磁迹宽度的信息，SP（标准录录放磁迹宽度18微米）或是LP（慢录放时磁迹宽度窄，目前未采用）。插入信息内包括SSA（同步块

22、区域开始）信号，在,30bit=1数据块；TIL-跟踪信息区域,重放时它可提供出磁迹上视频、音频和子码段的信置所在，借以指明插入编辑的精确地点。在插入编辑时ITI数据不被消去，不重新记录，由此保证了编辑中的时间精确度。（2）音频数据区 音频数据区内记录不压缩的声音ch1和ch2，此处还记录AUX（辅助）数据，指明是立体声或单声，以及有无预加重等。（3）视频数据区 视频数据是经5：1压缩后记录的，此外也记录入AUX数据，指明图像帧的参数、磁迹号数和附加信息（包括隐蔽字幕用的文本）等。（4）子码区 子码区内记录叠加的字符信息，利用菜单选定的LTC或VITC时间码也记录在这里。,（5）前缀、后缀和编

23、辑间隙（G1、G2、G3）ITI 区内的前缀码用来确保重放磁头扫描磁迹拾取数据期间，重放时钟发生器中的锁相环路PLL能准确地锁定，这是恢复得出离带数据所必需的。后缀码的作用是当重复地插入编辑而磁头写入定时会滞后时，可防止任何数据区未端数据的丢失。编辑间隙（G1、G2、G3）的作用是保证在相邻的数据区之间留出空间，防止编辑时一个数据区叠写入下一个数据区。四、盒带规格 DVCPRO的盒带有L和M两种规格，DVCPRO录像机也可以重放DV格式的mini盒带，但要使用一个与M盒带尺寸相同的适配器。L型和M型盒带的外形如下图5和图6所示：,图5 DVCPRO的L型盒带,图6 DVCPRO的M型盒带,另外

24、，在摄录一体机的摄录过程中，可将每个拍摄镜头始点（起幅点）和终点（落幅点）的时间码、质量 OK/NG（好/不好）标志、以及文本数据记录在摄录机的内存中或PCMCIA卡中。当磁带退出时，这些数据自动转录新磁带上。随后，向非线性编辑系统上载数据时，会跳越过 NG（不好）镜头不上载，并在编辑系统的显示屏上排列呈现每个镜头的起始画面，供作为索引应用，为非线性编辑提供了方便。DVCPRO盒带中未象DV盒带那样可选购地安装上称为MIC（盒带内存储器）的半导体存储器EEPROM，不安装的目的是为了减低盒带价格，可减低约50%。五、磁头、磁鼓和走带机构 1.磁头 DVCPRO使用的磁头为MIG（金属缝隙）型磁

25、头，在结构上磁头主体采用单晶铁氧体材料，其缝隙部分采用高BS金属,膜和低融点玻璃，见图7所示：注意：磁头是经过特殊精加工的，在清洗磁头或更换磁鼓时不可用手足无措指直接触摸。,2.磁鼓 DVCPRO磁鼓的上半鼓旋转，下半鼓静止，采用滚珠轴承，不象DV格式那样采用液体轴承。后者的优点是运转时噪声低，而滚珠轴承的优点是在低温下也很好地工作。磁鼓的剖面图如图8所示，磁鼓上磁头的配置如图9所示。,为了延长磁鼓的使用寿命，DVCPRO采用了低张力的磁带运行，磁带张力只有10克，减小了磁带对旋转磁头的接触压力。六、视频和音频信号的记录处理 1.输入视频信号 DVCPRO的视频信号输入为4:2:2模式，经4:

26、1:1转换后进行记录。重放时，对4:1:1离带信号进行内插，重新形成4:2:2信号输出。从数据率看，4:2:2的数据率为(7205762)8 25166Mb/s，转换成4:1:1后数据率为124Mb/s进行记录，需要的压缩比约为5:1。如果DVCPRO的输入为模拟分量信号，需经A/D变换器变换成8bit量化的数字分量信号。如果输入为模拟复合信号，先用A/D变换器取样频率4fsc变换成数字复合信号，用数字解码器解码,旋转的上半鼓周边配置有三对磁头：记录磁头A、B，缝隙宽17微米；重放（PB）磁头A、B，缝隙宽24微米，位置上FE磁头与相应的记录磁头结合在一起，放在记录磁头之后，但高度提高两条磁迹

27、的宽度。磁鼓直径21.7mm，转速9000rpm（150转/秒）。磁鼓上磁头尖的突出度是用激光精加工调整的，更换磁头时是以上下鼓为整体进行的，所以更换后不需作上鼓或磁头位置的调整。3.走带机构 DVCPRO的走带机构为M形挂带方式，走带路径上沿纵向除了装有一般的导柱和压带轮、主导轴等之外，还有CTL和CUE磁头，如图10所示：DVCPRO编辑录像机中收带侧带盘是可移动的，以适应L型和M型盒带的不同尺寸。,成数字分量信号，又经D/A变换器变换成模拟分量信号，再送入分量信号的A/D变换器变换成8bit量化的数据。这是AJ-D750演播室DVCPRO录像机中的信号处理方式，保证了数字分量信号的质量。

28、由于720576正程像素的画面中未包含原数据流中消隐期内可能有的数据，它们将被转移入视频区磁迹内的AUX部分中进行记录。2.视频处理电路 视频处理电路包括视频处理、DCT变换、量化和RLC、VLC等，方框图如下图11所示：图中也示出了声音信号的处理和加入，以及子码的加入，最后是24-25bit变换和记录放大，将数据流馈给旋转磁头进行记录。,图11 记录信号处理方框图,（1）像块与宏块（Block&Macroblock）像MPEG-1和MPEG-2中的数据处理那样，先将Y和 CR、CB数据各组成88像素的矩阵，这种88矩阵可称为像块（Block）。由于是4:1:1模式，所以水平方向4个Y像块的图

29、像区域面积，对应于一个 CR 像块和一个 CB 像块，如图12所示：,R Y与B Y（DCT像块）宏块（6个DCT像块）,4个Y（DCT像块）,8像素8行的DCT像块,图12 像块和宏块,由4个Y像块和空间位置上相应的一个CR、一个CB像块共同组成一个宏块（Macroblock）。（2）宏块混组（shuffle）由于同一画面上不同区域内容会有的粗略，有的精细，所以若以统一的压缩比5:1压缩时，则信息量省的粗略内容区域质量将基本无损，而信息量多的精细内容区域其质量会降低很多。因此，将画面上信息量不同的宏块加以混序重组的话，可使画面总体上各混组部分内的信息量大致相同，适合于以统一的压缩比予以压缩。

30、这样，可大为减轻重放图像上可见的方块效应。具体的作法如下图13所示（以525/60的扫描格式为例，其一帧图像是由10条磁迹记录的）。先将画面竖向分成5列，纵向分成10排队，即510（625/50中为512）的超矩阵（super matrix），水平分向每一排内的每一列称为一个超块（super,图13宏块混组的作法,block），每个超过由27个宏块构成。然后，伪随机地从5 列不同的超块内分别选择出一个宏块，由5个宏块组成一个“视频数据段（video sector）”，以此为单位进行压缩处理，压缩后码率是恒定的。525/60的一帧中只有51027=1350个宏块，而625/50的一帧中共有5 1

31、227=1620个宏块。总之，一条磁迹中都是135个宏块。（3）DCT变换和系数加权 DCT变换（Dicrete Coine Transform，离散余弦变换）是将空间域内88像素的像块图像 变换成二维（空间）频率域内的高低频分量，变换后得到的矩阵为88个DCT系数，它们有规律地代表了低空间频率和高空间频率分量的大小和相位情况。,矩阵左上角的数值代表像块信号值的平均分量，称为直流（DC）系数；由左向右水平方向诸系数代表水平空间频率渐高的分量值，由上向下垂直方向诸系数代表垂直空间频率渐高的分量值。通常，从左上角越往右下角DCT系数值越小。除直流系数外，其余63个DCT系数均称为交流（AC）系数。

32、假设f(x,y)为DCT变换前的像块数据值，F(u,v)为DCT变换后的DCT系数值，则变换公式为：,在重放时的DCT反变换（IDCT）公式为：,下面的表1、表2给出了一个例子，表明原像块数据及DCT系数矩阵（经过了下述的加权处理）。,表1 原像块数据值,表2 DCT变换的系数,低频,高频,（垂直）,高频（水平）,高频（对角线）,这里，考虑到人眼视觉感知的低通特性，对88个DCT系数作出了加权，即对63个AC系数乘上小于1的不同的值。直流系数不加权，或者说它乘以1。沿水平方向加权系数渐降至0.72，沿垂直方向也如此，沿对角线方向渐降至0.51，如表3和图14所示。在重放时，通过逆处理获得原数据

33、。,表3 DCT块的加权系数,图14 DCT系数的加权,（4）量化 从图11可见，DCT方框之后是量化处理。所谓量化，就是对88的量化矩阵，各个矩阵系数是大于1的，但DC系数的量化矩阵值为1。量化（作除法）后所得的熵按 四舍五入取整。量化处理是实现数码率 5:1 压缩的主要措施。如果图像细节多而压缩不到 25Mb/s，可增大量化矩阵系数，后之，图像细节少而压缩到小于 25Mb/s 时，可减少量小矩陈系数，这称为自适应量化。为了简便运算（但也保证质量），DVCPRO中将AC系数分成03四个区（DC系数为单独一个区，其矩阵系数为1），如图15所示。0 3 区的矩阵系数顺序地可以为1、2、4、8、1

34、6。0 区与此1区可在1、2 或 4中选值，2 区与 3 区可在 2、4、8或16中选值。,为书写简单，可写成例如是1:2:2:4，这表示 0 3 区的量化步长值分别为1、2、2 或4。这种数据需记录在磁带上，以便重放时恢复出准确的 DCT系数。当然，由于量化编码时有四舍五入的取整过程，所以恢复的每 5 个宏块的数据都是引入有运算误差的。,图15 DC、AC系数的分区,（5）“之”字形读出 通过DCT变换、加权和量化，形成的88个系数必然左上角数值大，往右下角处一般数值渐小，甚至有许多零值，于是，在串行地读出这64个系数值时，可如图16所示地按“之”字形规律进行，前面的是DC系数和较大的值，越

35、往后面数值通常越小，甚至有多个连续的零值。,图16“之”字形读出,表4 示出经过自适应量化后对表2 示例的DCT系数进一步获得零值更多的矩阵系数值。可见，以“Z”字形读出时将有如下的串行数据：,表4 自适应量化后表2,230，-37，-52，-2，-5，5，1，8，-5，0，0，。1，0，-1，0，0，0，-1，-1，0，0，0，0，-1，0，0，0。（6）RLC编码 所谓 RLC，是指游程长度编码（Run Legth Coding），即对于较长的同一数值（通常指零值）不是一一地写出，而是采用缩短的写法，以（m,n）表示，其中，m 表示非零系数 n 前面“0”的个数，n 表示非零系数的幅值。于

36、是，上面的数据串可以写为：（0,230）,（0,-37）,（0,-52）,（0,-7）,（0,-2）,（0,-5）,（1,1）,（0,8）,（0,-5）,（2,1）,（1,-1）,（3,-1）,（0,-1）,（4,-1）,EOB（0110）。这里，当最后一个非零系数-1之后全是0时，用EOB（End of Block，块结束，是 4bit 的代码，例如为 0110）来终结该矩,阵系数。从上面看出，此处采用的实际上为零（值）游程长度编码。（7）VLC编码所谓VLC编码，是指可变字长编码（Variable Legth Coding），属于熵编码的类族，即对于不同概率的事件用不同的字长编码，概率大的

37、事件用短的字长，概率小的事件用长的字长，使得总体上编码效率高，即每事件的平均长尽量短。人们知道，实现熵编码的前提条件是要预知不同事件的不同概率，实用的、操作较容易且效果较好的编码方法是霍夫曼编码。现在，是要对上面的零游程数据表达式进行变字长编码，,自然，前提条件也要知道条种（m,n）数据的概率如何。例如，（2,3）概率怎样，（4,1）概率又怎样，等等。为此，根据积累的数据统计规律已做出一张 VLC 码字长度表，如表5所示。表中，纵向坐标表示m值，即0的游程长度，横向坐标表示n值，即非零系数的幅值（这里未包括正负值差别，正值前可加一个“0”bit，负值前加可加一个“i”bit，表5中省略了）。根

38、据表5，可以对上面的例子计算一下不采用RLC、VLC和采用RLC、VLC两种情况下所使用比特数的差别。不采用RLC、VLC时，串行读出表4的数据值需要比特数为648比特=512比特。,采用RLC、VLC时，根据零游程表达式并结合表5可这样计算：对于（0,230）查得为15bit，再另一个正、负符号比特后为16bit；依此知道（0,-37）为16bit，（.,-52）为16bit，（0,-7）为7bit，（4,-1）为7bit，EOB为4bit，累计为16+16+16+7+7+4=114bit。可见，只有512bit的22%，大约压缩到5:1的数据率。它就是图11中的“压缩输出”。（8）视频压缩

39、编码小结 从上面知，DCT变换使88像块内能量一般较大的低空间频率分量值集中于DCT系数矩阵的左上方，能量一般较小的高空间频率分量值集中于右下方，这为舍弃高频细节以压缩数据作好了准备，再通过加权和量化，使右下方许多数据为0值，然后依靠RLC和VLC实现了实际的数据压缩。在重,放时对压缩数据进行逆运算，包括VLC码长表的反查、RLC的逆转、反量化、退加权和 DCT 反变换等，就可恢复出原来的宏块数据。但是，DVCPRO 必须保持每一帧内压缩数据量的相等，即使内容复杂的画面其压缩比也必须为 5:1，因此，就依靠了加权和自适应量化，尽量省略人眼感觉欠敏感的高空间频率细节成分的数据。由此，当然会带来图

40、像质量下降，所以应量优化地实现压缩。3.音频信号的记录处理 DVCPRO的声音记录是两声道式的，但有的机型也可以重放DV格式中按四声道记录（32kH2取样、12bit非线性量化）的四路声音。由图3的磁迹注形图可见，一帧12条磁迹中，前,6条记录1声道（1ch），后6条记录2声道（2ch）。DVCPRO之所以不采用4声道记录，是因为专业领域和广播领域内需要高质量的16bit 量化的数字声音。重放处理是记录处理的逆过程，这里给出简单的重放电路方框图，如图17所示，下面只略加说明。,模拟音频出,数字音频出,数字视频出,模拟视频出,图17 重放电路方框图,关于用虚线示出的两个“去混组”。它们可能是不用

41、的，条件是图11的记录处理方框图中的旋转磁头记录数据之前已进行了去混组（图11中已在“去混组”方框中表明）。压缩后的宏块数据在记录在磁带上的之前之所以进行去混组，目的是为了在快速搜索中正反向重放时能从监视器上看得出图像内容。否则，如图17中所示，必须在重放电路中配置运算快速、价格较贵的去混组电路。快速搜索时，重放磁头是斜向地横扫描过磁迹的，只能拾取每条磁迹上的一部分数据进行重放；因此，去混组后记录的数据在快速搜索时将在原来的图像位置上呈出，能看出图像。另外，去混组后再记录也可以避免重放图像上有大的方块效应。,七、信道纠错编码（ECC）1.信道纠错编码的作用 在重放数据比特时，磁带上可能有磁粉脱

42、落，造成突发误码；电路等因素又可能造成瞬间的随机误码。它们会导致图像质量偶或受严重损伤，这尤其会是突发误码所导致的。利用误码校正编码（ECC）可以在重放时检知和纠正一定量的误码。DVCPRO中的ECC编码经过D3和D5格式录像机的测试，说明是十分有效和成功的。2.纠错编码方法 象其它数字录像机一样，DVCPRO中采用的也是二维里德一索罗门码（RS码），采用GP（28）28的伽罗华城进行运算，以字节为单位实现检错纠错。这里，ECC是加在视频、音频和子码数据上的，通过外码校验字和内码校验字构成二维RS码。,图18 二维RS码的构成,二维RS码的一般构成如图18所示，其中，外码数据块（n1,k1）沿

43、纵向构成，内码数据块（n2,k2）沿横向构成，误码校验在纵向和横向上分别进行。不同的数字录像机，各有其特定的（n1,k1）码和（n2,k2）码。一般地，（n,k）码字的RS码其纠错能力为 t=(n-k)/2个字节。二维RS码的优点在于，它不仅纠错能力强，而且适合于磁记录。由于数字录像机按内码组顺序记录，当磁粉脱落引起突发误码时，内码组上突发性的误码分散到外码组上为随机性误码，容易纠正。换正过程中，先进行内码组校正，若超出纠错能力范围，则赋以错误标志，由外码组对它们作出校正，若也超出外码组的纠错能力，则依靠掩错予以弥补。,3.视频数据信道编码 一条视频磁迹上记录的视频数据量为77135（水平垂直

44、）字节。这里，已经是5:1压缩的数据，从384字节压缩到了77字节，所以，每一排77字节为一个宏块。因此，可以计算一下DVCPRO的图像数据传输率Rb：Rb=135宏块77字节8比特150转/数2磁头=24.948Mb/s 其二维RS码的构成图如图19所示。,实际是附加了同步数据、ID数据、内奇偶码、外奇偶码等辅助数据后记录到磁带上。,图19 视频数据的二维RS码,由图19可见，内码数据块为（85，77）,外码数据块为（149，138）。先构成外码，在135个宏块的上部和下部分别加上2个宏块和1个宏块的辅助数据（AUX）,这些37字节可应用于隐蔽字幕。按照规定的RS码生成多项式，对138个字节

45、运算出11字节的外码校验字。然后构成内码，对77个字节运算出8个字节的内码校验字。这里，对11排外码校验字也同样计算出它们的内码校验字。又由图19可见，在水平方向每一宏块有2字节的同步数据和3字节的ID数据。首先对每一宏块加上马字节的ID数据，分为ID0、ID1、和IDp三种。ID0用来标识每两条磁迹为一组的磁迹编号（05），标识PAL信号中4帧一循环的顺序，标识后面的是视频数据还是音频数据，以便将离带数据送往相应的通道中。ID1用来标识一条磁迹内149排的序号（28149），IDp,为ID0与ID1的校验码。然后，加上2字节的同步数据。同步数据有两种状态，即D状态（）主E状态（），采用NRZ

46、I码型；其作用有二：一是告知重放电路是一个宏块数据的开始，二是使重放电路在对每条磁迹进行读出和去复用之前其读出时钟发生器与离带数据确保频率和相位锁定。所以，在音频区和ITI区的前端也都有2字节的同步数据。,4.音频数据信道编码 音频数据的信道编码构成与视频数据类似，如图20所示。,图20 音频数据二维RS码,由图可见，内码数据块为（85,77），外码数据块为（14,9）。在声音数据块之前有5字节的音频辅助数据块（AAUX），它们的作用是：指明立体声或单声；指明有无预加重；指明取样频率（48kH2、32kH2）和量化比特数（16bit、12bit）；指明编辑的始未点，使每帧记录的1920个样值与

47、视频帧同步，编辑时能给出精确的平滑的声音信号过渡。,3字节的ID提供出磁迹号、CF信息和同步块号码。5.子码结构 子码结构如图21所示，它是一维的（7,5）RS码，但技术资料上称之为特殊的（14,10）RS码。,图21 子码的结构,子码可以设想是将一种数据（静止文字、数据等）在连续多条磁迹上（多帖之间）反复记录的方式，以便快速搜索时也能拾取到，例如可用来记录节目开头的标志等。另外，当发生连续的磁粉脱落时，由于子码是在多条磁迹上重复记录的，只要连续的数据不是全部错码，就难检知出子码。八、24-25比特变换和导频信号加入 前面提到，为使重放时磁头准确跟踪磁迹，利用了ATF伺服原理，依靠 24-25

48、 比特变换中附加产生的1 bit 来形成导频信号，实现ATF伺服。从图11可见，已附加了纠错码的视频数据、音频数据和子码进入“24-25”方框中，在那里将每3个字节分成24bit 的一组，根据其DSV值在前端添加上1 bit“EB”（1或0），使这25 bit 的一组，根据其DSV值在前端添加上1 bit“EB”（1或0），使这25 bit 的DSV值逐条磁迹交替地为F0、F1、F0、F2,F0、F1，其电路框图如图22所示。,图22 24-25 变换与监控信号形成,重放时，随磁头的跟踪状态而可附加地检拾到或是直流，或是一种低频正弦波，它们就用作导频信号。参见图2。记录时，由L磁头记录的磁迹N

49、o.1总地F0，由R磁间记录的磁迹No.2总地F1，随后磁迹No.3上记录F0，No.4上记录F2，依此类推至12条磁迹一帧信号。带有纠错码的视频数据传输率为31.4Mb/s，带有纠错码的声音数据传输为2.96Mb/s，再加上带有纠错码的子码和ITI码，所组成的向磁带上记录的编码数据率总共为41.85Mb/s。重放时，重放磁头缝隙长度比记录磁头宽3微米，L磁头对准F0磁迹时，F1和F2磁迹上泄漏过来的f1（465kH2）和f2（697.5kH2）振荡幅度相等，检波后使主导轴电机保持原转速；否则，使电机瞬间突变一下速度。由此，实现了自动磁迹跟踪。,重放中在将拾取到的数据流送往视频、音频和子码数据

50、处理电路之前，自然要先将附加的1bit“EB”抽取掉，以使数据从25 bit 回到24 bit。九、DVCPRO50和DVCPROP简述 1.DVCPRO50和DVCPROP概要（1）DVCPRO50 DVCPRO50为4:2:2输入和输出、内部处理中4:2:2按3.3:1压缩的高档次广播级数字录像机，视频数据率为50Mb/s，它比DVCPRO带速高一倍，为67.6mm/s，磁鼓上有4对录放磁头和4个旋转消磁头，能够兼容重放DVCPRO的节目磁带。（2）DVCPROP DVCPROP为4:2:0P（逐行扫描）的输入和输出，它相对于4:2:2等效为在隔场中插入一场Y信号，也可以将4:2:0P记作