数字视频技术的发展及应用

Author: 黄绍平 Date: 1995-06-02

        数据压缩是数字视频技术深入发展的关键课题。我们知道，视频图像信息数字化后，其数据量极其庞大。例如一幅640×480中等分辨率的彩色图像(24bit/像素)数据量约为921.6kbit，若以每秒30帧的速度播放时，则视频信号传输速率高达27.648Mbit/s，如果存放在650MB的CD-ROM光盘中，只能播放大约25秒钟；如果要通过个人计算机(PC)数据总线存入硬盘，则根本不可能实现；如果要通过信息网络传输，即使是传输速率很高的综合业务数字网(ISDN)也无法进行。所以必须对数字视频信息进行压缩。近年来，国外一些公司和研究机构已开发出各种各样的数字视频压缩技术，例如在多媒体个人计算机(MPC)中的视频压缩方法有Intel公司的DVI硬件视频压缩算法、Apple公司的Quick Time以及Microsoft公司的Video for  Windows等软件视频压缩算法。ISO和CCITT还制定了针对各种应用系统的数字视频压缩标准，例如针对视频会议系统和可视电话中视频压缩的H.261标准，针对Video-CD等消费类数字视频产品的MPEG-1，针对数字电视广播系统的MPEG-2等。目前，数字视频技术已在消费类电子和通信系统中得到广泛应用，其典型的产品或系统有：
        1.消费类电子
        在消费类电子领域中，最先出现的数字视频产品是LD镭射影碟(Laser Disc)，目前它主要应用于制作卡拉OK节目和电影。随后又出现了CD-V(CD-Video)。CD-V的原理和应用与LD类似，但价格比LD低得多，CD-V中记录了5分钟的带数字立体声伴音的全运动影像节目和20分钟的声音节目，它可以在专用机器上播放，也可以在CD唱机上放声音或在LD机上放声音及图像。最新的激光数字视频产品是V-CD(Video-CD)。1993年8月25日，世界上最大的4家激光视盘设备制造商(飞利浦、胜利、松下、索尼)宣布了V-CD格式标准，它是在胜利公司与飞利浦公司在1993年3月定为新标准的卡拉OK视盘格式的基础上研制的，它以ISO的MPEG-1标准为依据。V-CD可以150KB/s的速率(单速CD-ROM驱动器标准速率)在5英寸CD盘上记录74分钟VHS水平的数字视频影像和CD质量的数字音乐，并以1024×768的分辨率和30帧/秒的速度回放32768色全屏幕影像，达到高分辨率电视水平。目前，国外一些电子公司推出了V-CD卡拉OK机，美国一些影业公司已宣布使用V-CD制作电影。
        在多媒体个人计算机方面，能对视频影像信息进行编辑、显示的典型产品有飞利浦与索尼公司联合推出的CD-I(交互式光盘)系统、Intel和IBM公司的DVI(数字视频交互)系统等。最为令人注目的新产品是日本一些多媒体计算机公司推出的、可以称作电脑电视(Compuvision)或电视电脑(Teleputer)的产品，在1994年9月底举行的东京数据展览会上，日本公司展示了它们的这种产品。这种机型装有内置式电视调谐器、立体声扬声器及CD-ROM驱动器，集计算机、电视机、录像机、CD唱机的功能于一体，可以播放CD唱片，编辑音响和照片；可以收看普通的广播电视节目，使用者还可以把电视图像缩小到屏幕的一角，一边看电视，一边通过键盘进行文字或表格处理；接上录像机，该机还可以放录像，也能够把短时间的电视广播节目存入硬盘中，以便稍后重放或编辑；能够把接收到的电视图像变换成静止画面，用户可将其直接编辑进自己的软件中，作为资料插图使用。依配置不同，这种机型的价格在20万日元到40万元之间。索尼公司还首次在PC中使用了迷你光盘(MD)，以录制长时间的电视广播节目。
        全数字化的摄像机、录像机产品也即将投放市场。最近，松下公司等一些大电子公司已开发出这类产品，并可望在近期上市。数字摄录机把视频信息以数码形式记录在磁带、半导体存储芯片或磁光盘(MO)上，可以直接与个人计算机连接，也可以通过数字通信线路向远地传送图像。
        2.视频会议系统
        视频会议系统能够通过信息网络将每个会议点的现场情况通过音频、视频等媒体传送到远地雠点，这样就为分散在不同地区的多个用户提供了一个“面对面”的讲座环境，使人们足不出户就可与远在千里之遥的同行展开讨论，共同参加一些会议。
        随着ISDN网络的发展，国外已开始广泛应用视频会议系统。目前的产品可以在64Kbps到2.048Mbps信道带宽的数字信息网络上运行。在128Kbps带宽以上的网络上运行，远地再现的图像质量可达CIF级(通用中间格式)。