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2004技术新锐:HDV(上)
广电在线 | dvbcn | 2006-01-12 15:46
  尽管2004年真正推出的HDV产品并不多见,甚至连价格或出货时间的信息都很少,但渴望低成本和高清这两股大潮的专业人士并不因此降低对HDV的热切期望,HDV仍然在广电这个“茶杯”里掀起了不小的风波。如果评选2004年广电市场的技术突破,HDV完全堪当技术新锐的角色。
   HDV新产品不多见,所以款款都可以成为惊喜。首先,Sony在IBC上发布了首部带有1080i水平分辨率的HDV摄像机HDR-FX1。其次,JVC将发布24fps
   HDV摄录一体机,不过,24p只承诺用于工业摄录一体机,并非用于JVC下一代消费/准专业型HDV摄录一体机。
   就24p来说,HDV标准只针对这些子格式:60Hz地区,720p30(实际720p29.97)和1080i30(实际1080i29.97,场频59.94fps);50Hz地区,720p25(实际720p25.0)和1080i25(场频50.0fps)。HDV标准中并无24fps格式。厂商能推出支持此帧频的消费/准专业摄录一体机当然是最好不过了。HDV摄录一体机怎样才能增加24fps呢?目前这有两种途径:
   (1)慢摄像机
   Sony在其DV系列摄录一体机中并没有支持24fps,但在HDCAM CineAlta系列中支持。CineAlta捕获24fps逐行扫描视频,对于1080行的每一帧,发送偶数行(非偶数场)到磁带,随后是奇数行(非奇数场)。由于每个540行的缓冲器停留于磁带上,每一个的作用都好像是一个1080行帧的偶数或奇数场。结果是一个24PsF记录,其表现就好像48fps 1080行隔行扫描视频。通过建立一个“基于帧”的视频信号,可以使用一种略微改动的PAL速度VTR。此外,虽然会有闪烁,但48Hz视频可以在改进的50Hz监视器上显示。
   此途径依据的是MPEG-2编码和记录“基于码流”(标头后有大量数据),而非基于帧。因此,可以简单地将摄像机的CCD、DSP和编码器同步于24fps,然后把数据流记录到磁带,根本不需PsF记录。播放时,以每秒24幅的速率获得帧。通过一个1394连接,24fps图像可转录供编辑。也可以用转换器产生24PsF视频,它通过HD SDI输出。这种连接将支持HDV记录与CineAlta源素材混合。
   遗憾的是,24fps图像速率与50Hz或60Hz地区的监视器不兼容。因此,每台HDV摄录一体机和HDV录像机都需要2:3上拉逻辑电路以产生1080i分量模拟及宽屏幕NTSC视频。
   (2)2:3:3:2下拉摄像机
   为同步一台24fps HDV摄像机,JVC可能碰到一个特殊障碍—它目前使用的NTT/NTI SuperENC 2 MPEG-2编码器,编码HD时规定它只能在30fps工作。此外,JVC摄录一体机的HD模拟输出电路基于SuperENC芯片,它不支持2:3上拉。
   第二种途径采纳松下在DVX100中所用的24fps技术。DVX100的2:3:3:2下拉,在24p
   ADV模式时,允许24fps视频被30fps记录携载。然后在FireWire捕获期间丢弃抖动帧,因此能在24fps编辑。此2:3:3:2下拉还能模拟监视无闪烁的30fps视频。如果JVC采用此系统,SuperENC芯片将编码和解码720p30视频,编辑时察觉不到每30帧只使用了24帧。
   高分辨率HDV
   HDV 1080i格式为MPEG-2 MP@ High 1440。Sony可能通过新CCD、新DSP和新MP@
   H-14编码器支持它。同样地,JVC将需要至少一种新型编码器。这是因为当前的SuperENC编码器不确定能编码1440×1080空间分辨率。
   新型编码器会使JVC提供720p60吗?由于60fps编码器(如NTT 5000美元的VASA芯片)存在的成本、功耗和散热问题,一般相信是不太可能的。
   由于不少人相信只有1080i才是真正的HD,任何关于1080i的传闻都是受欢迎的。这证明1080i30的真正优势仍然在于60Hz的场频。为避免闪烁(尤其是在明亮区域),以至少60fps的速率显示图像是必须的。NTSC和1080i30都自然地满足此要求。720p30或以24fps运行的任何媒体如果缺少某些倍增图像显示频率装置,都不能满足此要求。遗憾的是,显示期间倍增图像速率导致前景闪烁(一种眼球追踪失真)。大部分摄像师不知道如何保持闪烁控制。1080 HDV将使摄像师不需要学习新的技能,而且HDV拍摄不局限于可以控制运动的场合。因此,1080i(720p60)用于新闻报道及纪录片拍摄非常理想。 [page]
   格式冲突
   Sony的1080i30 HDV摄录一体机已经亮相,因此,我们需要考虑产品的兼容性。Sony和JVC联合规格可视为有两种变型的一个格式,就像DV和DVCAM,或有一个共同名称的逐行格式和隔行格式。据JVC说,就这点而言,后者是正确的描述。因此,目前的JVC
 HDV产品既不播放也不记录隔行HDV。此不兼容性的主要原因是JVC所用的SuperENC芯片规定支持的空间分辨率最高只有1280×720。
   另一个原因是JVC说,19Mb/s和25Mb/s格式采用不同的“磁道布置”。不过,从DV的经验可以知道,如果厂商想设计和制造支持多个磁道布置的1/4英寸走带装置,他们是能做到的。因此,如果Sony或JVC有兴趣解决此问题,是不难做到的。
   但是,除非JVC和Sony采用的MPEG-2编码器/解码器芯片至少能解码1080i和720p,否则这样做是没有什么价值的。目前JVC D-VHS产品能解码这两种格式,因此未来的VTR将支持两种格式的播放是可能的。
   也许在不久的将来,我们将需要既能处理逐行格式,又能处理隔行格式。
   1080i HDV的推出对编辑系统将有重大影响。这里并非指当前的HDV非线性编辑系统与未来的1080i HDV设备的输入和输出兼容性。
   需要关注的影响来自1080 HDV帧内包含的更大数量数据。如果已记录的720p30和1080i30数据率差别很小,此差别可能不那么明显。目前的720p30是以约19Mb/s记录在MiniDV磁带上,而1080i将以25Mb/s记录(与DV25相同的数据率)。如果计算机能捕获DV,就能捕获1080i HDV,无需更大或更快的磁盘。1080i格式与DV一样有相同的存储要求。
   只要数据流(不管是传输流还是节目流)保持为MPEG-2,就不存在编辑问题。当然,MPEG-2编码的视频最终要解码为RGB或YUV数字数据。根据使用的编辑系统,3种条件下此情况可能发生。
   首先,若使用像带Premiere的Aspect
   HD这样一种系统(在此系统中MPEG-2数据被转换为另一种供编辑的格式),那么在视频被转换为中间的编解码格式时,就要进行解码。理想情况下,此转码出现在MPEG-2被捕获的时候。当这过程完成时,甚至注意不到转换。当不能实时完成此处理时,就必须等待捕获的MPEG-2文件被转换为一个中间格式文件。
   其次,“本机格式”HDV编辑系统要求不要转换,因为它们使用户可以输入MPEG-2并直接把这些片段置于时间线上。不过,此举只是延迟解码。为了播放来自源窗口或时间线的MPEG-2视频码流,它必须在播放过程中被解码为一个YUV或RGB视频码流,因此可以显示在计算机监视器上。此外,在需要超过一个的视频码流时,例如在一个过渡或合成期间,多个MPEG-2码流必须在播放时被解码。另外,如果你想全速、平滑地播放,解码必须快于实时。例如,在一个叠化期间,两个码流的每一个都必须以2倍实时解码。此外,如果过渡是复杂的,例如3D撕页,解码必须留下足够的自由处理能力以生成特技。
   有另一因素影响实时HDV编辑。对于DV,工程师开发了各种计算低于全质量的实时“预览”图像的方式。方法包括跳越场和/或丢弃一行内其它每个像素。这种作法能降低特技生成所需的计算能力数量4倍以上。如果采用可以不解压缩DV帧内每一个像素的技巧,那么时间就更省了。例如,对于隔行视频,DV通常采用基于场的压缩。在解压缩期间,可以跳过场,因而提高解压缩速度2倍。
   不过,MPEG-2采用的是帧编码,因此不能用相同的作法。事实上,最小的可跳过的组块是8个像素高的一个MPEG-2“片”。因此用当前技术,一个MPEG-2帧内的每一个像素都必须在预览期间被解码,与预览窗口的大小或质量无关。
   还有可能要求解码的另外一点。当前全部(但有一个例外)的本机格式编辑解决方案(Sony Vegas、带MainConcept插件的Adobe Premiere Pro和Ulead的Media Suite Pro)在输出时产生一个新MPEG-2片。使用这些非线性编辑系统,不仅每一个MPEG-2帧必须解码,而且它还必须再编码为MPEG-2。尽管此要求并非实时出现,转码越慢,等待你的影片所需的时间就越长。 [page]
   从全部3种情形来看,显然非线性编辑系统播放性能是基于一个MPEG-2帧的像素数量。
   简而言之,对于1080i30视频,每个MPEG-2解码几乎要求2倍的计算能力或2倍的时间,也许两者都得增加。但问题在于我们有这样多的计算能力或时间吗?(待续)
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