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HDV简介

HDV简介

  认为HDV和HD格式是相同的是一个错误的概念——他们是不同的。HDV是一个采用高度压缩的MPEG-2传输流的压缩格式(1080i或720p)。这个格式使用了一个足够小的数据流(大约25Mbps@1080i, 19Mbps@720p)来适应标准的DV磁带。除了MPEG-2格式的数据压缩,HDV并不存储全部的HD视频数据。例如,一种HD无压缩格式是1920 x 1080隔行扫描(1080i),但是相应的HDV规格是1440 x 1080隔行扫描。这个MPEG压缩和减小了的帧尺寸组合在一起使得HDV更加容易管理,同时保持非常高的图像质量。这个技术同时也降低了HD视频分辩率的拥有成本。
   一个常用的HDV和HD的类比是比较无压缩的标清(SD)和MPEG压缩的标清。与使用MPEG格式高度压缩的同样内容相比较,一个无压缩的标清(SD)文件是非常大的。HDV和HD的关系也是类似的。

高清晰度视频(HDV)
   事实上,高清晰度视频已经存在很多年了。在美国,你可以购买到高清晰度电视机,你还可以在所有主流的网络上观看高清晰度视频内容。广播公司现在正在采购高清晰度(HD)设备,因为他们很清楚,电视频道需要高清晰度的内容。同时,就消费者而言,对于任何一个想使用HD、但又难以承担支付专业级摄像机成千上万英镑费用的人,高清晰度视频(HDV)是一个不错的选择。
很显然,词串“HDV”是“HD”和“DV”的组合,这也正是HDV的真正含义:DV磁带之上的高清晰度视频。
   集中部分制造商的智慧,HDV使用MPEG-2压缩技术来实现这个功能。这么做的原因是,在无需花费精力和费用设计新类型磁带及相应配套设备的情况下,他们就可以成功地推广一种重要的新视频格式。
   HDV是一种令人惊奇的新格式。但是,为了全面了解它的优点,你需要深入了解高清晰度电视自身。HDV自身只是实现高清晰度电视的一种手段。
   HD视频不只是有一丁点优点,与SD相比,它有很多优点。
   记住:在美国,标准清晰度电视机的分辨率是720×480像素。最高的HD分辨率已经达到难以想象的1920×1080像素。这已经超过了两兆容量的像素,这意味着,已经达到数字静止照相机的质量水平。当然,这与高端数字静止照相机所具有的数十兆像素相比,还有差距。但是,你别忘了,每秒钟你可以得到二十五帧这样的图片。因而,总体效果是魅力实足的。
   为了理解HDV的工作方式,我们首先需要讨论一下数据传输速率的问题。
当你首次见到数字视频的时候,很难理解怎样用数值来表示图片,更加难以理解计算机如何处理0和1。
   此处没有必要过多地了解这些细节,当一幅图像被数值化的时候,就好像将一个形状比较规则的网格放到它上面去,并且为网格中每个“单元格”中的色彩分配一个数值,这个数值用来记录它的亮度和颜色属性,了解这些就足够了。正是这些数值组成了表示视频的数据。
   现在就很容易理解,对于动态的视频而言,累加起来将产生大量的数据。

数据和压缩
   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。

大量的数据
   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。

压缩和质量
   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松下的DVCPRO、DVCPRO50和索尼的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。
   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 使用MPEG-2 压缩
    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。

使用高清晰度视频(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。

用编解码器压缩
   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。

编辑原始的HDV?
   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。

传送高清晰度视频(HDV)
   对多个前端用户来说,这里都有好消息,首当其冲的是只有SD电视和DVD播放机的人们。
将HDV转换到较低清晰度视频,效果比SD更好。
   当你采用HDV拍摄视频时,这个过程首先用到了照相机中的感光元件。事实上,索尼的HDV摄像机拥有三种这样的元件,它们所聚合的大量视频数据是一般DV照相机所能获取到的4到5倍。
也就是说,如果你将图像转换成SD格式,这比在SD中直接播放会得到更好的效果。但在这些情况下会有例外:如果采用的转换技术不是很好时,后面的图像质量就会受损。虽然看上去会有些不同,但仍然可以坦诚地告诉你,假如最初的胶片是用一个非常高端的SD照相机拍摄的(尤其是带有昂贵的专业镜头的那种),然后转换成HDV格式,那么,播放出来的效果可能并不是很好。
   但是如果比较一下高端用户便携式DV摄像机的拍摄效果和HDV摄像机的拍摄效果,并进行转换,那么,几乎可以肯定地说,基于HDV拍摄的胶片看上去更好。

观看HDV的设备
   要全屏幕观看HDV输出结果,这里同样也有几种可选的简易操作,我们从纯平电视机开始。通常较之标准PAL制式的输出,等离子和液晶屏幕的分辨率更高。但是也有一些例外,如果你想买一台,这正是你要仔细观察的。如果你看到一个等离子屏幕比其他任何的都便宜的多,这通常是不合理的。
为了欣赏HDV格式的视频,你最低需要使用1280*1080的分辨率。如果低于1080*768分辨率,显示出的效果要优于PAL。但是像素越高越好。理想的分辨率为1920*1080,但是尽管这些屏幕都存在,它们却十分昂贵。

发布HDV的格式
   对于HDV视频为何不能采用HDV格式发布还没有明确的解释。它所使用的压缩格式(MPEG-2, 长GOP)具有所有可发布格式的特点。但是文件仍然十分庞大,就和DV文件的大小一样。正因为如此,无论是DV还是其他的SD格式,通常都把它们转换为标准清晰度的MPEG-2 长GOP格式,这也是DVD所采用的格式。
   或许你会认为HDV太大了,需要进行更多的压缩,以便将适当容量的内容装进DVD那样大小的磁盘中。然而,显而易见的是,那是完全可能的。其实也有比MPEG-2更高效的压缩格式可供使用。有些是MPEG-4规格中的一部分。但其中最容易得到和发布的是Windows Media视频。使用WMV格式,完全可能将整个一个HD格式的电影存入一张DVD-R中。令人难以置信的是,即使数据速率低至只有5M/S,都能产生良好的视觉效果。当然,这取决于内容,而且,如果有太多的移动的话,你就不得不使用更高的数据速率了。
   将来:对高清晰度DVD而言,WMV会成为一个“必要”的格式。也就是说,每台可以播放高清晰度DVD的DVD播放机也可以播放你所创建的WMV文件。
   不幸的是,在新一代DVD播放机投产之前,你只能在计算机上播放Windows Media 9的文件。现在有了替代品,它很可能永远也成不了全球通用的标准,但是它是你在短期内能想到的最便宜的。它就叫做“HVD”,意思是“High clarity Video Disk(高清晰度视频磁盘)”。幸运的是,它所展现出的图片质量比这种格式的名称要好的多。HVD是中国提出来的一项技术,它能够在价格低廉的播放器上,播放存贮在DVD-R磁盘上的高清晰度的内容。它采用的是MPEG-2压缩技术,就像HDV,而且就这个低价的系统而言其视觉效果惊人的好。没人想要在数十年中普及HVD格式,但是如果你想现在就看到HDV格式的电影,这个即便宜而且效果又好,值得考虑。

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感谢分享,期待新作。

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现在己开始普及高清了

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期待有一天自己也用上这样的。。。。。。。。。。。

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很好的理论知识,帮顶一下,大家都能学到

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不错,学习了.

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高清啊  高清。。。。。

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非常不错技术性知识,学习了谢谢!

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收藏了,非常不错技术性知识,谢谢!

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谢谢,普及知识人人有责。大家共同进步。

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