現代信息技術環境下的“數字視頻”新概念

甚至是混淆和缺失的認識。基于這一點，筆者認為有必要對現代信息技術環境下的“數字視頻”給出一個更能準確表達這一概念的定義和分類，并充實其概念內涵，借以方便對大眾的現代信息技術教育和各行各業的使用、交流以及相關基礎理論的研究。

【關鍵詞】數字視頻，新概念，分類

【中圖分類號】G432 【文獻標識碼】B 【論文編號】1009—8097（2007）08—0075—04

一、前言

當人們在把以計算機技術，網絡技術和現代通信技術為核心的現代信息技術運用到各個行業各個領域，并逐步滲透和結合的今天。基于信息和信息傳播層面的數字視頻也將以一個全新的概念被人們所認識和理解。它不再是某個系統具體所指的編碼記錄格式，而是一個有著更加豐富內涵和外延的新概念。在現代信息技術環境下數字視頻的蹤影無處不在。大到互聯網媒體傳送的流媒體；廣電網傳送的數字電視；電信網綜合數字業務的視頻會議和可視電話；移動網的移動手機電視；小到數碼攝像機、VCD、DVD、MP4等等，到處都滲透有數字視頻。但是，人們對數字視頻這一概念的認識還較為模糊，甚至是混淆和缺失的認識。基于這一點，筆者認為有必要對現代信息技術環境下的數字視頻給出更能準確表達這一概念的定義和分類，并充實其概念內涵，借以方便對國人的現代信息技術教育和各行各業的使用交流，以及相關基礎理論的研究。為此，筆者將從以下幾個方面來和大家共同探討現代信息技術環境下的“數字視頻”定義、概念內涵及其分類。

二、視頻的由來和它在信息及信息傳播層面上的特點

（一）視頻的由來

視頻最初是在電視系統當中提出來的，但并不是一發明就有的概念。在早期以英國人貝爾德為代表的機械掃描電視時代，并沒有視頻這一概念。直到上世紀40年代后期，以光電管及陰極射線管為核心技術的電子電視系統問世以后才有了真正意義上的視頻。

在現代電視系統當中，人們把電視發送端，從景物→光學鏡頭→附加了掃描裝置的視像管→隨掃描和靶面亮度變化而形成的陰極電流→圖像信號處理→同步疊加等諸多處理環節以后所形成的電信號，叫做“視頻信號”。這樣視頻信號也就和音頻信號類似，都是連續的隨時間變化的模擬電信號。

在彩色電視時代，模擬視頻信號嚴格意義上講它是一組已經經過加工處理并包含有同步和消隱及其彩色信號的圖像信號。從電視系統的組成和這一信號所處無線電“頻帶”位置來講，人們也把它叫做“電視基帶視頻”。

電視基帶視頻包含有三種視頻格式：復合視頻（composite video）、亮色分離視頻(s－video)，和分量視頻（YUVvideo）。其中復合視頻在模擬視頻時代是一種標準視頻格式。通常所說的視頻就指復合視頻（composite video），有些場合也把它叫“彩色全電視信號”。從電視系統的“制式”角度講，國際上不同制式（NTSC、PAL和SECAM三大制式）的彩色全電視信號，其標準是不同的，因而不同“制式”的視頻信號之間是不兼容的。另外，現代電視系統是視聽一體的。在電視系統的基帶處理環節，視頻和音頻是單獨的信號通道，只有在調制的高頻電視信號中視頻和音頻才成為一個被調制的高頻電信號。

復合視頻之所以在模擬視頻時代是一種標準視頻格式，主要因為它是一種直接可以通過電視監視器還原出影像，并可以分別通過磁帶錄像機直接記錄和通過電視調制發射和傳輸的模擬電信號。它是各種視頻媒體設備接駁的最主要接口之一，是視頻信息溝通的橋梁。在信息技術領域和信息傳播領域有著及其重要的作用。

事實上，在復合視頻成為標準視頻格式以后。視頻已經在逐步脫離電視系統的束縛開辟著自己的新天地。也就是說，在不考慮電視調制發射和接收諸多環節時，單純考慮和研究電視基帶信號的攝取、改善、傳輸、記錄、編輯、顯示的技術就被叫做“視頻技術”。它主要運用于廣播電視的攝錄編系統、安全及監控、視頻通信和視頻會議、遠程教育及視聽教學、影像醫學、影音娛樂和電子廣告等行業和領域。

（二）視頻在信息及信息傳播層面上的特點

可以說，“視頻”在逐漸脫離了電視系統的影子之后，給我們的社會生活帶來更加豐富和更加個性化的媒體享受，并從信息和信息傳播層面上成為了一種與“現實的活動影音”密切聯系的“載體”，或者說是“媒體”。人們在通過諸如文字、圖片、動畫、視頻（現實的活動影音）等多種媒體進行信息表達和交流的過程中，越來越青睞“視頻”這種信息表達形式。這種“足不出戶”就能親自“目睹”“現實世界”的信息感受實在是叫人耳目一新，如臨其境。同時也滿足了人們通過視覺渠道獲取大部分信息的習慣和心理。

事實上，從技術層面仔細考察視頻，它必須與某種系統或設備相結合才真正稱得上“媒體”。結合的系統不同，設備不同，媒體的原理、操作、內外在形態都會有所不同。這樣就出現了各式各樣的“視頻媒體”產品和系統。如各種不同格式的攝像機、錄像機、激光視盤機、視頻投影機、監控系統、視頻會議系統、視頻通信系統等等。

但是，拋開具體的系統和設備不論，回到信息和信息傳播層面，模擬時代的“視頻媒體”的共性和特點無非是：視頻必須是依據人的視覺暫流特性，按照某種時基規律和標準，連續地組織傳送或播放電子圖像信號到顯示終端上的電信號性質的“活動影音”媒介。因此，它不僅成為與人交流的一種信息表達工具，而且成為“視頻媒體”之間交流溝通的媒介。

三、數字視頻的本質特點和它對視頻媒體的進一步豐富和補充

上世紀8 0年代以來，伴隨著大規模集成電路技術和數字DSP芯片技術，以及計算機多媒體技術的進展。一方面，各種視頻設備和計算機多媒體外部設備相繼采用微處理器技術嘗試數字化控制和數字化處理。使視頻媒體的圖像質量、操作控制、輕便化、小型化等性能方面都有了長足的提高。另一方面，計算機多媒體技術也在不聲不響地占領著圖形圖像、視頻處理等多媒體“制高地”。兩方面的競爭和融合顯得有為活躍，而且遇到的問題同樣都是“視頻的數字化處理必然帶來數據存儲空間和高速運算處理”的難題。這不得不使計算機領域與視頻領域再做親密的結合，以解決兩個領域共同面臨的問題。那就是如何用統一的視音頻壓縮編碼標準兼容各自的媒體系統，推廣流行的數字視頻標準。這樣一個以Codec（Codec可以是一種軟件，也可以是固化成用于視頻文件的壓縮和解壓縮的專用程序芯片）技術為核心的新的技術領域“數字視頻技術”領域就形成了。顯然，在這個有著廣泛應用基礎的高新技術領域所研究的本質和范圍就是如何更加高效化地，適應不同場合，不同應用的將“活動影音”采錄、編輯、傳輸、存儲、以及顯示和交互的一系列方法和技術。由此，在現代信息技術的大環境下演繹了一幕幕“視頻媒體”數字化和數字視頻流行化的壯觀場景。

（一）數字視頻區別與模擬視頻的本質特點

由于視頻最初是以模擬的電信號形式產生和發展的。所以數字視頻的發展也就必然從模擬視頻數字化開始。這既是視頻技術要求的，同時也是計算機多媒體技術要求的。只是有些人力圖從信號上游做數字化工作，有些人希望從下游做融合溝通的數字化工作。但無論怎樣他們都面臨著數字化的環境。在這個環境下數字視頻與模擬視頻有什么區別呢？

1．在數字環境下，“活動影音”也就是視頻（包括音頻）從整體上講已不再是一個連續的隨時間變化的電信號。而是一個由離散數字“0”“1”編碼的能夠傳輸和記錄的“比特”流。

2．在數字環境下，“活動影音”的圖像也不再是連續的電子圖像，而是一個不連續的以像素為單元的點陣化數字圖像。圖像的清晰與否是由點陣化的像素多少決定。

3．未經壓縮的原始數字視頻的數據量是非常之大的。即我們比照“標準模擬視頻”的滿屏有效像素：PAL /720*576；（NTSC/720*480|。時基和幀率遵從原有的視頻制式。這樣，按現行的ITU-R BT.601（原為CCIR 601）數字視頻標準來數字化，未經壓縮的原始數字視頻的數據量是非常之大的。例如1分鐘滿屏真彩色數字視頻需要1.5GB的存儲空間。如果要求它按正確的時基和幀率顯示播放，其數據傳輸率至少在27Mbps以上。

4．在數字環境下，數字視頻有“很多種”“媒體格式”。他們大都是按照不同的壓縮編碼標準、存儲介質類型、記錄方式、應用領域及其平臺類型等形成自己不同的格式標準。

5．在數字環境下，數字視頻是可以進行非線性編輯和非線性檢索的，并可以有選擇的進行實時和非實時播放以及適應帶寬條件調整畫面分辨率的特點。

6．在數字環境下，數字視頻的顯示接口趨于多樣化。

以上這些都是數字視頻所具有的區別于模擬視頻的本質特點。但是，在現代信息技術的大環境下，在信息和信息傳播的層面上我們不時地注意到它依然有著依據人的視覺暫流特性，按照某種時基規律和標準，依序地組織傳送或播放數字圖像信息到顯示終端上的共同特點。只是在實現這一目標時借助了計算機或微處理器芯片的高速運算，加上Codec技術，傳輸存儲技術（包括網絡技術）才得以實現罷了。

（二）數字視頻是對視頻媒體的進一步豐富和補充。

在模擬視頻逐漸被數字視頻所取代而日漸流行的過程中，數字視頻從媒體形式到概念內涵都得到了進一步的豐富和補充。據初步的調查研究，目前與數字視頻有關的數字視頻系統和媒體終端多達十幾個類型和“無數個”品種。如：廣播電視行業的數字視頻制作設備和編播系統；通信行業的數字視頻會議系統、數字可視電話、多媒體手機、3G終端產品等；安全和監控領域的數字視頻監控系統、數字硬盤錄像等；電子廣告行業的數字視頻廣告系統及終端產品等；互聯網行業的流媒體系統，網絡可視電話、無線手持終端等；醫療行業的醫學影像設備，遠程數字視頻醫療會診系統和終端產品等；教育行業的數字視聽教學設備，遠程視頻教學系統及終端產品等；氣象領域的視頻遙控監測設備，遠程視頻氣象會商系統及終端產品等。交通行業的車載視頻設備和視頻導航調度系統等；消費電子方面的數字DV，VCD，DVD，多功能顯示終端，MP4等等，等等。

很顯然，在我生活的周圍，視頻和數字視頻已經“泛化”。泛化引起的弊端就是概念的混淆和狹隘地認識這個“全新”的數字視頻。因此，我們有必要對現代信息技術環境下的數字視頻給出更能準確表達這一概念的定義和分類，并充實其概念內涵。

四、現代信息技術環境下的數字視頻新概念

（一）數字視頻新概念

在現代信息技術環境下，數字視頻應該是一個有著廣義和狹義之分的新概念。

廣義的數字視頻應該表述為：數字視頻是指依據人的視覺暫流特性，借助計算機或微處理器芯片的高速運算，加上Codec編解碼技術，傳輸存儲技術等來實現的以比特流為特征的能按照某種時基規律和標準在顯示終端上再現“活動影音”的信息媒介。

狹義的數字視頻就是指與具體媒體格式所對應的數字視頻。如：Betacam-SX格式數字視頻；DV格式數字視頻；AVI桌面格式數字視頻；RM流媒體格式數字視頻；MP4數字視頻等等。

廣義的數字視頻表述是一個高度概括的數字視頻定義。它包含所有狹義數字視頻，并在信息和信息傳播層面取代狹義數字視頻概念。因此，也就有了對狹義的數字視頻進行進一步分類的必要。

（二）數字視頻分類

數字視頻盡管有很多的共性，但是，從存儲介質、編碼標準、應用領域、平臺類型、系統原理、解決方案等等方面卻又存在著很大的不同。這些方面都將成為我們對數字視頻進行分類的參考和依據。

1．基于演播室攝錄系統的數字視頻

它是指從攝錄系統方面考察的數字視頻。目前，流行有高清和標清2大體系。高清HDTV包含有：HDCAM、HDV 、DVCPROHD 3種格式；標清SDTV 包含有：D1格式（非壓縮數字分量）、D5格式、MPEG-2、Betacam 、Betacam-SX、DVCAM、 DVCPRO、D-9 、Digital-S和數碼DV等10種以上的格式。

2．基于光盤存儲的數字視頻

它是指從光盤存儲介質方面考察的，并能夠脫離計算機平臺用專用媒體驅動播放的數字視頻。目前，流行有VCD（SVCD）；DVD；EVD 3個體系5種以上格式。

3．基于磁帶介質的數字視頻

它是指從磁帶存儲介質方面考察的必須由錄像機直接播放磁帶數字碼流的數字視頻。目前，流行有高清和標清2大體系。高清HDTV包含有：HDCAM、HDV 、DVCPROHD 3種格式。在標清方面流行有SONY公司的Betacam 、Betacam-SX、 DVCAM；松下公司的DVCPRO； JVC公司的Digital-S和數媽DV等多種格式。

4．基于通信業務的數字視頻

它是指從通信業務方面考察的并與具體業務相聯系的數字視頻。目前，分別使用和備選了3種視音頻壓縮編碼H.263，H.264 ；MPEG-4；和流媒體（WMV；RM；3GPP）等3種格式。

5．基于桌面處理的數字視頻

它是指從桌面處理方面考察的數字視頻。目前，有3個平臺體系：AVI；MPEG；MOV。其中MPEG是跨平臺的桌面處理數字視頻。AVI屬個人PC平臺；MOV 屬蘋果（Macintosh）商用平臺。

6．基于流媒體技術的數字視頻

它是指從流媒體技術方面考察的數字視頻。目前，流行有4個體系：Microsoft公司的ASF、WMV；RealNetworks公司的RealMedia（RM）；Macintosh公司的QuickTime（MOV）以及移動流媒體3GPP/3GPP2。

7．基于圖像序列的數字視頻

它是指從圖像序列方面結合視頻非線性編輯系統、后期包裝系統、圖文創作系統等編輯輸出的數字視頻。目前，經常用到的有：JPEG圖像序列；TAG圖像序列；PNG圖像序列；GIF 圖像序列；FLC/FLI圖像序列；FLASH矢量圖形序列等等。

8．基于固體存儲的數字視頻

它是指從固體存儲方面結合芯片處理技術等固化的不附加機械驅動來讀取寫入的數字視頻。如，擁有我國自主知識產權的MP4產品等使用的數字視頻。

9．基于硬盤存儲的數字視頻

它是指從外置硬盤方面考察并與特殊接口相關的數字視頻。如，HDD（硬盤）存儲介質攝像機、IEEE-1394(FireWire， i.Link)硬盤記錄單元、SDI硬盤記錄單元、DVCAM硬盤記錄單元和硬盤網絡錄像機等。

10．基于3D動畫和虛擬現實系統的數字視頻

它是指從3D制作軟件和虛擬現實系統方面考察的數字視頻。如：3dsmax，VR-Platform等軟件渲染導出的數字視頻等。

五、結束語

數字視頻技術就其廣泛應用而言，是一個龐大而復雜的技術系統。在這個技術系統之中蘊涵著很多奧妙和驚喜，也已經讓無數的夢想成為了實現。它必將推動全球經濟的發展和科技水平的提高，并引起人類社會生活的深刻變化。

參考文獻

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