HDV技术核心

一、全部围绕数据进行

HD的优点在于，具有数量上五倍于SD的像素，所呈现的图片具有美轮美奂的效果。同样，这个五倍的因素也带来了一些麻烦，这么大量的数据难以存储和移动。

为了正确地放置它，标准清晰度的视频每秒钟需要十五个左右软盘，用来存放每秒钟需要的数据！以纯文本的方式，你可以将战争与和平存放在一个单张软盘上。对于另外一个SD，你需要五倍于十五张软盘的磁盘来存储，你可以得出惊人的结论，每秒钟HD就产生了相当于七十五部战争与和平数量的数据。假如你读过战争与和平，你就能够了解，这些数据量是多么巨大。

令人难以相信的是，计算机尽然能够处理未经压缩的HD，这些HD每秒钟差不多能够产生难以想象的一个吉位（Gigabit）的数据。但是，你必须拥有能够胜任这项工作的计算机，这台计算机具有空间足够大、速度极其快的存储设备。你也清楚，要使你的存储设备极其快，你就必须花费极其多的钞票。

但是对于我们当中的其他人来说，不想在一定存储设备上花费金钱，这些存储设备只够用来存储美国国会图书馆每六分钟的数据，一定还有别的更好的办法。确实有，这就是所谓的压缩技术。

正如你所料想的那样，压缩技术是一个复杂的主题。用来负责压缩工作的软件被称为编解码器，大多数是由数学家来设计的。幸运的是，这些软件运行性能非常良好，以致于我们大多数人只是简单地忽视它们的工作方式。假如你所有想做的事情只是进行简单的视频编缉，那么只需要使用预先设置好的配置就可以了，而且可以放心地跳过下面这点内容。但是，如果你的打算远不止这些，想制作视频，并使用各种各样的媒体（DVD、网络等等）进行发布的话，你就需要知道稍微多一点的知识。

正如我们所知晓的，当前摄像机所使用的最广泛的视频格式就是DV，伴随它的是它的近亲Panasonic的DVC和Sony的DVCam。我们通常将这三种格式统称为DV25，其中的25每秒钟的兆位数。

DV采用非常有用的因子五，对标准清晰度的视频进行压缩。它将数据速率降至一个点值，在这个速率上，你可以将一个小时左右的DV放进一个录影带中，并可以将几个小时内容的DV放进常用的桌面计算机的硬盘中。在过去五年左右的时间里，计算机得到了快速发展，并且硬盘也越来越大，以致于你可以在任何一台现代计算机上从事关于DV方面的工作。

但是HD产生了五倍于SD的数据量。假如我们仍然像挤压SD那样压缩HD，那么我们只能将十二分钟的视频放进一盘DV磁带，我们只有让磁带以五倍的速度旋转，才可以将整个HD装进去。对于一个旋转头式的记录系统，这可不是一件简单的工程任务。

因此，假若我们打算使用HD，那么我们就必须对HD进行远多于SD压缩量的压缩操作。这使我们处于两难境地：压缩会降低质量，然而我们使用HD的首要原因就是要提高质量。

在HDV出现在我们面前之前，一直没有办法解决这个特殊的难题。HDV采用了一个非常巧妙的办法解决了这个问题——通过利用时间。

二、通过压缩，将大部分内容挤出去

首先要明确，我们不打算讨论用于PC机中“zip”文件的那种类型的压缩技术。这种压缩技术通过分析字符使用情况的统计特性，给较频繁使用的字符做个标记，可以缩小数据文件。越常用的字符，用于描述它的标记就越短，反之亦然。与其它几种技术一样，在使用这项技术解开压缩文件时，可以得到原始文件的一个完美的拷贝。这被称为“无损”压缩，并且其作用很好。

但是它很难用于音频和视频，因为对于一个无损压缩器来说，数字音频和视频看上去象一堆随机数据。因而也就没有可以用于识别的模式，也就不能够被压缩（存在一些用于无损压缩的编解码器，尽管它们能够提供较好质量的压缩功能，但是在较高压缩比的情况下，它们就不能很好地运行了。而高压缩比是将HD放进地运行小型格式录影带中的最基本的要求。）
视频压缩技术以与此不同的方式进行运作。因为有如此巨大压缩比的需求，所以，没有任何一种简单的方法能够恢复原始的数据文件。然而也没有此必要，因为不管出于什么目的，只要结果看上去是一样的就可以了，尽管数据文件是不同的。

正如我们前面所提到的，视频压缩技术是一项很复杂的技术。但是很容易理解它的基本思想。了解一点关于压缩机制的知识是有益的，因为压缩技术直接影响着你的视频的观看方式。知道问题所在将有助于你更好地围绕其进行工作，或者提前避开这些问题。

视频压缩的工作方式通常是，查看一帧的内容，分析它，寻求一种方法来描述它，但是这种方法不会给每一个单独的像素赋值。有好几种方法可以完成这项工作。在一个简单的案例中，所有的压缩器只需要说“这一帧当中的所有像素具有相同的白颜色”。这样就可以略去大量的数据，而无需将“256，256，256”写上四十一万四千七百二十次。

视频压缩的另一种工作方式是，找到明暗阴影边界的艳丽程度，然后寻找一种方法来更加有效地来描述它们。为了完成这项工作，首先需要将场景划分成像素块，这些像素块被称为宏观块（macroblock），然后用数值来表示它们，这些数值可以用来重建他们的模式（所有所谓的离散余弦压缩器，包括DV和MPEG，都是以这种方式进行工作的）。

尽管这种处理过程很复杂，但是它是一项较为完善、较为成熟的技术，而且处理性能良好。不过，对于高清晰度要求来说，它不能够提供足够高的压缩比。

这正是机会降临的时刻。

我们已经看到。视频压缩技术的工作方式是，寻找易于描述视频帧的特征。如果这些特征是重复的，那么只需要对他们描述一次就可以了。

相邻数据帧之间也可以采用与上述相同的方法，就像上述在上述在数据帧内部处理一样。

再来设想一下我们的白色墙壁。在视频帧中没有任何内容，而且，在一段时间内，也没有任何变化。此时，压缩器所要做的所有工作就是对短片中的视频帧进行计数，然后，说“所有这些视频帧都是相同的”。假如所有视频帧都是相同的，那么，你只需要对细节内容记录一次。

当视频中有移动的情况时，事情就会变得稍微复杂些。

假如只有部分帧中有移动，那么，只需伴随时间的变化，对移动的部分进行更新。用于描述不移动部分的像素只需要发送一次。

即使是存在移动的部分，同样可以减少数据量，方法就是“跟踪记录”移动物体的移动路径。设想一下有一辆小汽车从视频帧的右面驶向左面，而照相机的视点是固定的。从效果上来说，描述小汽车的像素块更本就没有改变，只是它在视频帧中的位置在变化。因而，压缩器所要做的所有工作只是确定小汽车移动的起点和终点，然后沿着这个路径移动同一个数据块即可。

HDV采用了MPEG-2的压缩方式，与DVD所采用的压缩类型一样，这有助于对其进行试用和测试。唯一的不同是，像素计数方法能够适应较大规模的数据量，以便用来处理HD的数据。

MPEG-2非常善于利用视频帧之间的相似度，它将视频分割成视频帧簇，这些视频帧簇被称作图片组，简称GOP。一个GOP包含几种不同类型的压缩过的视频帧。尽管没有必要了解过多的细节，但是了解一些基础知识还是有好处的：

I视频帧是已经压缩过的视频帧，它不依赖于与它邻近的任何帧。P和B视频帧是根据邻近帧中的内容预测出来的帧。你不可能解压缩一个单独的P或B帧，因为它们依赖于其它帧。

广播公司采用了MPEG-2的一个版本，这个版本不采用GOP，它只有I视频帧。它的压缩量没有长GOP格式那么大。DV压缩技术也与此类似，当然有其原因。

当你打算编辑视频的时候，对每一个单一的视频帧，你都必须具有相同的存取权限。编辑者希望能够准确地控制电影胶片，以便于他们能够在准确的位置处得到剪辑。假如你只能每隔五或十帧才可以做一个剪辑，编辑工作将会变得非常困难，不是说不可能，只是很困难，特别是在涉及到对话的部分。

三、高清晰度视频（HDV）

我们已经看到，紧密压缩HD将其装入一盘DV磁带中，给我们带来了一个主要问题：较高的压缩效率将导致较低的质量。而且现在我们已经知道，让所有工作能够正常进行的压缩技术就是MPEG-2长GOP压缩技术（感觉稍微有点误称，因为短GOP只有I视频帧，它根本就不是一个图片组）。

真实情况是，长GOP压缩技术不是设计用来编辑视频的。设计它的目的是，用它来将视频发送到用户端。MPEG-2长GOP压缩技术设计用来帮助数字电视如何到达世界各地的数字电视观赏者。它被用于卫星电视、有线电视、数字地面电视（在英国是免费观看的）和DVD。它运行起来非常稳定、性能良好。大多数人认为DVD是他们所见过的最好的视频。因而，长GOP技术可以传输完美的图片。

长GOP技术之所以比较适合用于传输是因为，它能够提供较高的压缩性能和较好的视频质量，而且，一般情况下，终端用户不会去编辑传输进来的电视节目。

但是如果采用HDV，你就必须编辑长GOP格式的信息数据。下面我们将探讨如何来完成这项工作，以及如何充分利用这个巧妙的折中策略。

首先，我们来澄清一个观点，HDV中的非I视频帧（即P和B视频帧）事实上并不存在。尽管他们完全可以从他们周围的视频帧中派生出来，而且P和B视频帧确实也传送了一幅图片。他们必须这样做，否则，所有的工作都无法进行。当HDV被解压缩出来以后，所有的视频帧都会显示在你的屏幕上。假如它们运行很正常，那么，你将难以区分出I、P和B视频帧之间的不同。
有多种关于编辑HDV最佳方法的思路。Canopus为你提供了所有的选择，你可以选择最适合你的需要的一项。但是千万记住，最终完成的视频的质量完全取决于视频链中最弱的那条连接，这也正是为什么Canopus专注于这些潜在问题、并为你提供最佳的可能解决方案的原因。

四、全部集中到编解码器

在没有解压缩之前你无法修改压缩过的视频，同样你也无法观看以压缩格式存在的视频。事实上，没人看过MPEG-2或其它类型的压缩视频，原因在于，你无法观看单纯的数字，正是这些数字经过MPEG-2处理形成了数学数据的非常复杂的主体。你所看到的都是压缩视频解压缩后形成的视频。

因此，根本就不能编辑“本地”的压缩视频，除非使用某些短GOP格式，如DV。即使这样你也只能进行剪辑，不能进行任何特效处理，更不用说分解了。

严格说来，对HDV进行本地处理的唯一方法是，只对I视频帧进行剪辑，这将分离成许多帧。在错误的地方进行剪辑将会从母体I帧中切掉一些B和P帧，这将使视频出错而不可见，直到下一个GOP开始出现。视频才会出现。在数字电视上时常能看到这种情况：当信号传输有些小故障时，在下一个完整的GOP接受到之前，电视画面要么是图像停滞，要么是分解成一个多种颜色混杂的棋盘。

本地编辑已经被认为与上述的处理方式稍有不同。一个“本地”的HDV编辑器以HDV格式储存视频，需要查看或处理时再解压缩它，再重新将胶片压缩成HDV格式，并形成最终的成品。
这种处理方式相当有效，但并不一定是处理HDV的最佳方式。原因如下。

视频压缩并不是无损的，而是有损的。但并不像听起来那么糟糕。当你以20：1的比率压缩视频时，将会丢弃95%的数据，一般情况下这是毫无疑问的。但不管怎样，你非常需要的数据是不会被真正处理掉的，因此在丢弃了高达95%的图像数据后，图像看上去和压缩前的几乎没什么差别。这是现代压缩技术创造的奇迹。然而不幸的是，我们不能因此而滥用这个奇迹。当对已经压缩过的视频再压缩时，你只会得到残缺不全的图像了，这就意味着最终你所得到图像的完整率取决于一个猜测的近似值之上。好的，如果图像被压缩的太多，最后你得到的将是无法观看的图像。

关于这些并没有硬性的规定，很大程度上取决于要压缩视频的内容。色彩简洁以及移动不多的简单视频比起内容复杂（想象一下篱笆墙）、移动繁多（想象一下被摩托车抛在后面的篱笆墙）的视频在再压缩的视觉效果上要好得多。

可以公正地说，你需要避免对HDV进行太多的压缩和再压缩。复杂地多次处理将会产生很多问题。

还有一个理由可以说明为什么你不想在本地对HDV进行处理.

压缩和解压缩HDV胶片要消耗大量的处理能力，在你需要实时处理复杂效果时，将这些处理能力用于设计创造性的特殊效果、以及播放多媒体视频流等，将更会有意义。

本地处理HDV的负担确实是非常沉重的。它不仅会降低整个处理速度，而且，还严重约束实时处理的能力。

从高清问世到HDV出现，技术一直在等待市场，市场却在等待技术的效率更高；数字视频的多样性体现了对视频信息利用的效率；HDV方式体现了信息效率的提高；压缩是提高信息效率的工具；高效率不等于高质量；在质量和效率的权衡中还会有新的格式出现。