DV格式杂谈

Peter Lee 2005.12.06 videosky.9126.com

【引言】

今天在看一个老外的毕业论文时，里面讲到DV格式，即DV磁带中音视频数据的存储格式。想想研究所的那个DV机，经常被我拿来用，但我咋就压根没深究过里面的视频数据是怎么编码的呢。在我的思想里，磁带存的数据肯定是模拟的，哎，老观念了，今天就好好学学吧。

于是，在网上找了DV的相关知识，整理成这篇文章。文章先根据我们通常使用DV机的过程，对DV涉及到的各个方面进行讲解，走到那说到那，所以就起个标题叫“杂谈”；接着的话题当然是离不开DV格式了，我是搞这个的嘛，当然是特别关心了，后面部分就对DV格式进行深入的剖析。

一、 DV机使用流程

按我平常的使用经验，DV机的使用过程大致如fig.1所示，拍摄－》然后找台有1394口的电脑将数据导出来－》然后将导出的avi文件进行压缩。另外，图中红色那条线表示，将电脑上的数据通过1394口存到DV磁带上，这个我没试过。

fig.1 DV机使用流程

1、DV磁带的规格

摄像机有模拟和数字之分，指的是它们的数据存储方式是模拟的还是数字的，而不是指存储介质是模拟还是数字。所以，磁带本身是部分数字模拟的，只不过针对模拟摄像机和数字摄像机其规格不同罢了。通常模拟摄像机用的带子比较大，比如以前的录像带，VSH-C格式的，磁带宽度是12.7mm；而数字摄像机(家用那种通常被我们称作DV)，常见的带子是小小的，磁带宽度是6.35mm。下面列举的就是数字摄像机的存储介质――各种DV磁带的规格（note: 其实最后列举的DVD存储方式已经是超出这个范围了）

a. Digital8，简称D8格式。虽说是数字格式，但它实际采用的是8mm或Hi8的视频盒带，只不过磁带上记录的是数字信号而已，用数字信号记录可以明显改善记录图像的质量。由于磁带上记录的信息是数字形式，因此可以利用FireWre数据传送入计算机的优点，便于用户进行视频编辑，这实际上不会对图像质量有什么损失。大多数新型的D8摄录机都兼有静止图像的摄影功能，有些D8摄录机还备有100万像素的CCD用来作高分辨的图像捕捉。
b. Mini DV格式。一般来说，Mini DV磁带在图像质量方面比D8格式要高一等。对具有挑剔眼光的人来说，它们在清晰度和彩色纯度方面的差别比较明显，而其他普通人看来只能表示Mini DV的图像较好，而不一定知道其技术上的原因。这就是说，影响图像质量的原因中有许多已超出了磁带格式本身。训练有素的消费者必定使用格式上的差别作为评定摄录机质量的起始基点，然后在同一格式内对摄录机的其他特色进行全面评估。（note: 6.35mm）

　　在价位方面，Mini DV摄录机的价格比D8摄录机贵，中档Mini DV与高档的D8机种有一段相重叠的价格范围。如果你觉得视频质量不是十分重要，而更在乎拥有众多的特色，则不妨以相同的价格选购D8摄录机更为划算。

c. MICRO MV和DVD格式。前者是索尼公司推出的新型微小型DV磁带格式，后者则是日立公司更看重的光碟摄录机格式，它将图像信息记录在DVD-R或DVD-RAM光碟上，光碟摄录机具有DVD质量的视频图像并兼具在普通DVD播放机上兼容回放摄录内容的优点，还可通过机内软件直接在DVD上进行内容编辑，这些都是值得考虑的特色。索尼的MICROMV磁带是种超小型磁带，磁带宽度只有3.8mm。索尼声称这种磁带可配用世界上最小的摄录机，这种摄录机重量不到1磅，可以放在衬衣口袋里或钱包中。

2、1394接口

1394卡的全称是IEEE1394 Interface Card，Sony等视频设备厂商称它为i.Link, 而创造了这一接口技术的Apple称之为Firewire，火线。IEEE1394是一种外部串行总线标准，400Mbit/s的高速。刚出来的时候，被视为可以取代scsi等其他外部总线，但在之后的好几年里，一直发展有限，只用来连接数码摄象机。现在大家都在讲，1394总线会被USB2.0取代，佳能前段时间就出了一款采用usb2.0接口的DV机。抱着打破沙锅问到底的精神，我们就通过表1来看看usb,1394等接口到底有何差异。

表1 各种常用接口的比较

连接方式	速度	最大外挂数量	即插即用（PnP）
USB2.0	480 Mbps	127	是
FireWire(1394)	400 Mbps	63	是
USB1.1	12 Mbps	127	是
并行	1.15 Mbps	1	否
串行	1.15 Mbps	1	否

看了表1，再想想我们现在的PC机，那台没有USB接口，少的两个口，多的4口；而1394口，一般只是一些本本上会有，普通PC都要自行购买1394卡。看来USB2.0取代1394的观点也不无道理啊。

3、DV视频编辑软件

DV带上的数据转录到PC上，肯定是要减掉一些无用的镜头，有时还要加点字幕，专业一点还要弄点镜头切换的效果。要干这些活，就待用上视频编辑软件。这里有一篇不错的文章推荐了十一款视频编辑软件，不妨看看：《十一款DV数字视频编辑软件简介》。而我本人爱用的是adobe premier，功能很强大，就是处理慢，这倒也不能怪它，搞这个视频编辑一定待找台好电脑，最好是工作站。

Ps: 这里还落了一个环节的介绍，就是DV带数据转录到PC上要用什么程序。通常在XP下，已经有自带的程序了，只要插上线就可以了。如果不是XP系统的话，那就找前面提到的视频编辑软件，这些软件都会带捕获DV带数据的功能。

4、AVI文件

通过1394口所捕获的 DV 将储存于 AVI 文件内 (在使用 Microsoft Windows 时)，此格式包含了两类 ─ 类型-1 和类型-2。

　　AVI 文件可包含多个串流，通常是一个视频和一个音频。DV 为一个文件串流，其本身包含了视频和音频。在类型-1 AVI 中，整个 DV 串流均未经修改地存成一个 AVI 串流。在类型-2 AVI 中，DV 串流将切割成个别的视频和音频文件，并存成 AVI 内的两个串流。

　　类型-1 的优点在于 DV 文件并不需要处理，并以原本格式储存。类型-2 的优点是可与无法辨识及处理类型-1 文件的视频软件兼容。有许多限制会影响到 AVI 文件的最大容量。AVI 文件的原始规格会将其大小限制为 4GB，不过就软件而言，最大的可处理大小为 2GB。这相当于大约 9.5 分钟的 DV 格式视频。

Note: 关于DV格式，我们在第二节中进行专门的介绍。

5、DV带回录

若要将结果录到录像带 (例如 DV) 上，创建好的文件必须播放于计算机，并输出至 VCR 或录制的摄像机。就 DV 而言，输出影片需借助 Firewire 连接，方能将单纯的数字文件录到影带内。若要将摄像机当作外接录制器，其 Firewire 连接必须能够录制输入影片，并重新播放输出影片。这类功能称为 DV-in，并非每台摄像机都支持它，特别是欧洲制作的摄像机。

二、 DV（Digital Video）格式剖析

1、源信号格式

所用的彩色空间：YCbCr

分辨率及采样：

PAL制(720x576，每秒50场，欧洲、中国等)，yuv4:2:0

或者NTSC制(720x480，每秒60场，美国、日本等)，yuv4:1:1

2、DV格式的压缩效率

压缩效率：5倍左右

如PAL制原始数据的码率为720x576x8x3/2x25=124Mbps （yuv4:2:0）

那么采用DV格式压缩后，其码率为25Mbps左右。

3、DV格式的压缩技术

a、编码框架

DV编码标准只有帧内编码，没有帧间编码。其编码框架如图2所示。

Note: 这里的帧其实是一个场，摄像机的拍摄是按场来的。

图2 DV格式的编码框架

b、blocking

块分割。将每帧图像分割成一个个宏块。

每个宏块(macro blocks)大小是8x8，相邻的27个宏块组成一个超级块(super block)。超级块是进行下一步shuffling的基本单位。

note: 怎么相邻？

c、shuffling 块分类，愿意：洗牌

这里涉及到感兴趣区编码的问题。就是对一帧图像，确定其感兴趣趣和非感兴趣，然后对感兴趣的超级块进行高质量编码，对非感兴趣的超级块进行低质量编码。

Note: 怎么提取感兴趣区域？

d、DCT

每个宏块(8x8)进行DCT变换

e、quantization

DC系数不进行量化，只对AC系数进行量化。

量化步长是根据图像特点(picture activity)自适应确定，最终使码率接近25Mbps

f、VLC

改进的二维huffman编码。

4、DV标准中的音频格式

l 48k mode giving two channels (stereo audio) with 48 kHz samplingrate and 16 bit linear quantization.

l 32k mode giving together four channels (a pair of stereo audio or quatroaudio) with 32 kHz sampling rate and 12 bit non-linear quantization.

5、码流格式

a. Header

The header area contains the type of the DCT block and its position within the sequence of DCT blocks.

b. Subcode

Timecode and binary group data is stored in the subcode area.

c. AAUX

The AAUX area stores the following auxiliary audio information:

• Locked audio mode flag.

• Audio frame size.

• Signal type information: says whether 50 or 60 fields system is used.

• Sampling frequency: should be 48 kHz or 32 kHz.

• Quantization: may be 16 bits or 12 bits per sample.

d. VAUX

Two pieces of auxiliary video information are stored in this area.

• Signal type information: says whether 50 or 60 fields system is used.

• Aspect ratio information: says whether the stored video is 4:3 or 16:9.

e. Audio

The actual audio data are stored in this area.

f. Video

The actual video data are stored here.

【参考文献】

[1] VIDEO EQUIPMENT DIVISION, AVC COMPANY, MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO., LTD: Specifications of Consumer-Use Digital VCRs using 6.3mm magnetic tape.

[2] INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION: IEC 61834: Recording – Helical-scan digital video cassette recording system using 6.35mm magnetic tape for consumer use.

http://www.iec.ch 1998, 1999, 2001