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DVD技术及其应用
[ 通信界 / 潘笑梅 / www.cntxj.net / 2006/12/1 12:04:17 ]
 

潘笑梅

    摘要:DVD是一种高密度、大容量的光学存储媒体,它与数字信号处理、图像压缩、网络等多种先进技术密切相连,代表了一个全新的数据存储和操作概念。以下主要介绍有关DVD的一些技术特性、实际应用和未来发展情况。
    关键词:变比特率编码 无缝回放 视频文件服务器

        Abstract:DVD is an optical storage media with high density and large capacity.It relates closely to many advanced technologies such as digital signal processing,video compression and network.It represents a brand new concept of data storage and manipulation.This paper mainly discusses some technical characteristics of DVD,as well as its practical applications and development tends in the future.
        Key words:Variable bit rate coding Seamless playback Video file server

  随着数字时代的到来,各种数字存储媒体在广播电视、多媒体应用中所占的比重也越来越大,其中光学存储器件CD和DVD尤为引人注目。这里主要介绍这一家族中的最新成员DVD。
  通常所说的DVD(Digital Versatile Disc数字通用光盘或Digital Video Disc数字视频光盘)实际上包括DVD-ROM,DVD-Video,DVD-Audio,DVD-R(Recordable)和DVD-RAM五种。因此,将DVD理解为数字通用光盘更合适。其中,DVD-ROM用于存储电脑资料、数据库、游戏和教育软件及其它多媒体电子出版物,并作为PC机的外设;DVD-Video记录视频图像、影片(包括视频、声音、字幕子图),可用于各种动画与静态画面的播放、卡拉OK和家庭影院,娱乐用DVD影碟片就是它的一个重要应用领域;DVD-Audio是专门用于对声音和音乐节目的存放的;后两种是从其可擦重写功能上划分的,DVD-R是一次写光盘,又常称为DVD-WO(Write Once);DVD-RAM是可擦重写式,大都为相变型光盘,反复擦写次数可达100万次以上。
  DVD是在索尼、飞利浦公司的多媒体光盘MMCD(MultiMedia CD),以及东芝、松下公司的超密度光盘SD-DVD(Super Density -DVD)的基础上,经统一格式而产生的。单层DVD的容量为4.7GB,比CD的650MB要大很多,可存放132分钟的MPEG-2影片,这意味着标准长度的电影和数字音频都可记录在一张光盘上,而采用双层双面技术的DVD盘存储量达17 GB,能连续播放8小时的广播级节目。除容量优势外,DVD盘片还克服了传统录像带质量易劣化、占用空间大、查询管理困难、利用效率低等缺点,有利于重要资料和文献的长期保存,并且它保存的图像清晰度、音响保真度、数据传输率、纠错能力及与用户间的交互功能也是DVD优于已有光盘种类CD,VCD,CVD而具有无限广阔发展前景的根本所在。DVD的这些优点从何而来呢?也许,可以从它的结构和技术特性上找到满意的答案。

1 DVD技术简介

1.1 大存储容量--高数据记录密度、基片厚度选择和双层/双面技术
1.1.1 高数据记录密度 在其内部核心技术上,DVD与CD是一样的,即通过在聚碳酸脂基片上压出一系列的凹凸起伏的坑(pit)和带(land),将数据以螺旋形记录在上面。所不同的是DVD上坑、带之间的间隔要比CD紧密得多,例如,CD上的螺旋轨距为1.6μm,DVD上的是0.74μm;同时,CD的坑长为0.85μm,而DVD的只有0.4μm(见表1),正是这些坑和带记录、包含着数据信息,因此,DVD上的数据密度要比CD上的高出许多。

表1 DVD和CD 的主要物理参数对照

比较项目 单位 DVD CD-ROM
光盘直径 mm 120 120
中孔直径 mm 15 15
基片厚度 mm 0.6 1.2
层数 层 单或双 单
数据容量 GB 单:4.7 Mode1:0.68
双:8.5 Mode2:0.78
激光波长 nm 635 780
透镜孔径   0.6 0.45
扫描线速度 m/s 4 1.2
通道比特率 Mbps 26.16 4.32
用户比特率 Mbps 11.08 1.41
坑长 μm 0.4 0.85
数据比特长度 μm 0.267 0.3
通道比特长度 μm 0.133 0.3
轨距 μm 1.74 1.6

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.1.2 巧妙的基片厚度选择
  DVD的外形尺寸:光盘直径和中孔直径与CD的一样,但基片厚度却是CD的一半(见表1)。这是否会影响到DVD的容量呢?不会。相反,DVD的容量系数还得到了提高,这是一个很有趣的现像,为什么呢?
  DVD盘上存储的数据比特数目
  Nb=ηA2/d2      (1)
  其中d是照射在盘片上的激光光斑直径,一般定为光密度直径的一半,即
  d=0.5λ/Na      (2)
在(2)式中,λ为激光束的波长,Na代表物镜孔径,因此可以得到下式
  Nb=4ηA2 Na2 /λ2 (3)
对于给定的盘片,其有用面积A一定,η 为与记录方法有关的系数,当信道编码方式确定后,η 也是一个定值。因此,就要求尽可能地减小λ和增大Na。鉴于价格和获得方法难易程度的考虑,目前采用λ=635nm的红激光,所以,就需要尽量提高Na值。
  但是,随着Na值的增大,将带来DVD的各种允差能力的下降,给制造和使用造成不利影响。例如:与物镜轴相关的倾斜角度允差正比于D/Na3(D为基片厚度)。其它的盘厚、聚焦深度的允差也分别正比于D/Na4和D/Na2。其中,要求最严格的是倾斜角允差,不可大于0.5°。综合以上因素,在倾斜角一定的情况下,Na增大,则基片厚度D就可相应变小,为双层/双面技术留有记录空间。考虑到与CD-ROM的兼容性,取基片厚度D=0.6 mm,这样相对于CD,DVD的基片厚度D缩小了一半,相应的Na值增大1.26倍,激光光斑直径d减小,因此DVD盘的容量Nb也将提高为1.262=1.6倍。
1.1.3 双层/双面技术
  实际上,0.6mm厚度的DVD盘的机械稳定性也不太好,很容易造成盘片弯曲,通常是将两片0.6mm厚的基片背对背粘合在一起形成1.2mm厚的双面结构,每一面上都可记录数据。
  另一种使DVD容量加倍的方法是双层技术(见图1),即一个面上具有可存放数据的两个记录层:第一层是与CD一样的压膜全反射层,第二层是利用光聚合2P(Photo Polymerization)技术在一个半反射铝层上再涂一个全反射铝层,两层之间的读数据转换通过激光聚焦系统来转换,无须翻盘,在一层是向外读数据,在另一层则向里读。

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图1 双层DVD结构读示意图

  因此,在实际运用中,除单层单面的4.7GB DVD盘片外,还可只对一面进行双层数据记录,其容量达8.5GB,也有单层双面结构,而最多可对DVD进行4层数据的读/写,即双面双层(见图2),此时DVD容量达17GB,能够存放8小时的广播级播出节目。

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图2 双面双层DVD结构读示意图

1.2 高图像和声音质量--DVD的压缩编码技术
  下面以DVD-Video为例来说明DVD的视音频压缩、编码技术,其所要记录的内容包括视频、声音和字幕子图三部分,由于各自信号的不同特点,处理方式也不尽相同(见表2)。但总的原则是:在固定的DVD总容量下,通过压缩码率的有效控制和数据资源的最优分配,来得到最佳的画面和声音质量。

表2 DVD-Video的视频、声音和字幕子图编码的有关参数

  视频 声音 子画面字幕
编码方法 MPEG-2 AC-3 原图
可变/固定压缩率编码VBR/CBR VBR CBR VBR
码率控制 可以 不必 困难
码率范围 1~10Mbps 384kbps 0~3Mbps
典型平均码率 4Mbps 384kbps 100kbps


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.2.1 视频编码
1.2.1.1 变比特率编码
  DVD技术采用MPEG-2 变比特率VBR(Variable Bit Rate)对视频信号进行压缩编码,达到MP @ML(Main Profile @ Main Level)的4:2:0。
  在MPEG-2中有三种帧:帧内帧I帧(Intra Frame),预测帧P帧(Predicated Frame)和双向帧B帧(Bidirectional Frame)。I帧包含了表达画面中的每个像素的编码信息,携带有最多的视频数据,是组成图像组GOP(Group Of Pictures)的基础;P,B帧又常被称为非帧内帧,它们主要包含了当前帧和1或2个参考画面间的运动差异,用于表示此差异的比特数要比I帧编码所需要的少得多,因此,P,B帧的编码数据量远远小于I帧,由这三种帧组成一个叫做图像组GOP的帧序列。
  在MPEG-2 MP@ML中通常是一个长度为15的GOP:I-B-B-P-B-B-P-B-B-P-B-B-P-B-B-I(长度15表示在两个I帧间有15帧)。当处理复杂、运动或有快速场景转换的画面时,序列中就要多加入I帧来提供更多的画面信息,给复杂画面分配更多的编码比特率,提高画面质量,同时两个I帧的间隔长度变小,也利于快速、光滑的画面搜寻和存取。
  画面复杂程度的变化是随机、不可预测的,因此,要达到最好的图像质量就不能用一个固定的编码率来完成视频编码,而是需要根据画面变化,用一种“动态”跟踪的机制来控制和调节比特率。对编码比特率的有效控制是视频编码的关键,通常用图3所示的双通道编码方式来实现。它包含虚拟和实际编码两部分,两者的运行过程基本相似,不同之处在于虚拟编码没有用比特率控制,而是为第二步的实际编码搜寻、分析和保存如下有用信息:
  *每个宏块(16×16像素)产生的总数据量
  *表示帧间预测信息的数据量
  *来自图像离散余弦变换DCT(Discrete Co sine Transform)的数据量
  *与运动矢量和处理模式有关的数据
  *与场景变换有关的数据
  实际编码速率受控于目标速率GOP,而运动矢量和帧间预测信息则决定量化等级以及帧间处理模式。

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图3 包含虚拟和实际两过程的双通道编码

1.2.1.2 其它因素的考虑
  除此之外,其它方面细节的准备和考虑也有利于提高DVD的编码效率和画面质量。
  首先,在压缩编码前将图像转换成分量数字信号。虽然复合信号也可以进行MPEG-2压缩编码,但它却使压缩过程变得复杂困难,并产生明显的压缩失真。
  其次,进行降噪处理,包括与节目源有关的噪声,如胶片、录像带上的颗粒、灰尘、擦痕等和与设备转换过程有关的电噪声,另外保证图像稳定性也都利于MPEG-2对帧间冗余信息的有效检测和消除。
  还有,用于补偿图像高频细节的孔阑校正(Aperture Correction)也要适当,否则过强的孔阑校正会在物体边缘引起“振铃”干扰(Ringing Interference)现象,并和高频图像细节一起,消耗不必要的编码数据资源。
1.2.2  声音编码
  声音部分采用固定码率CBR(Constant Bit Rate)进行压缩编码,抽样频率可达44.8kHz,而MPEG-1对声音的抽样频率只有44.1kHz。同时, LPCM(Linear Pulse Code Modulation)线性脉冲编码调制方法可以使其音响系统声道数达8路,不仅能录制立体声伴音,还可实现8种语言配音和32种文字字幕。
  DVD-Video可以传送多数据流的Dolby数字(AC-3)5.1通道立体声,即5个声音信号通道再加1个低音扩音器,能够使最多8个独立的语言轨和视频一起传送,数字声音比特流可以通过7种不同的声音方式编码:
  *单声道
  *左右立体声
  *左-中-右
  *单环绕的左右立体声
  *左右环绕的左右立体声
  *单环绕的左-中-右
  *左右环绕的左-中-右
  有低音效果的限带宽子低音轨(即“5.1”中的“.1”)可以加入到以上任意一个通道中。
  DVD还支持有外语配音的多语言版本,当然这时候需要独立的音乐和对话轨。为了适应家庭影院效果,一般还要对声音做平衡、降噪和限峰处理。
1.2.3 字幕子图
  字幕子图也是DVD编码的一部分,它主要包括字幕及在片头、片尾出现的其他文本说明,它们可能是单色的,也可以是彩色的,甚至是多种艺术或特技效果,所以,这部分的编码数据会由于内容复杂程度的变化而有很大的差异,同时,其总数据量相对于视、音频编码来说都极小,且没有严格的实时要求,因此,一般总是在视频编码前运用游长编码RLC(Running Length Coding)压缩技术对其进行软件编码,而将余下的绝大多数确定空间用于对DVD的最主要部分--视频图像的压缩编码处理。
  综上叙述,一个典型的4.7GB的单层DVD盘片能够存放132分钟、3种语言、4种文字字幕的影视节目。
1.3 强纠错能力--EFMPlus调制码和RS-PC纠错码
  DVD的纠错能力也是用户很关心的问题。在CD中采用EFM(Eight-to- Fourteen Modulation)和交叉交织里德所罗门纠错码CIRC(Cross Interleaved Reed-Solomon Code)分别对信号进行调制和纠错,而在DVD中则相应地运用更有效的EFMPlus 调制码和里德所罗门乘积纠错码RS-PC(Reed-Solomon Product Code)。
1.3.1 EFMPlus 调制码 EFMPlus的8/16(表示有8bit输入,16bit输出)编码器比EFM的8/14效率要高。首先其编码器输出要满足:d=2,k=10的条件约束,即在连续“1”之间只能有最少2个,最多10个连续“0”。另外编码器还有表示离散时间函数的4个状态1~4。状态1的字特征位有最少2个,最多9个“0”,状态4的字特征位是最多1个“0”,状态2的字特征位X1X13=00,状态3的字特征位X1X13≠00。每个状态的变化都至少要有351个字表示,而编码器只容纳256个源字,多余的95个用于控制低频分量RDS(Running Digital Sum),它是从DVD盘开始起积累的坑、带之间的差异总和,与伺服系统的精度密切相关。
  在解码部分,又专门加了两个bit位以检测X1X13,即构成18/8的解码器(18bit输入,8bit输出)。这样,解码器可以容纳351个源字,其中351-256=95个字中的7个用于控制26bit的同步字,另88个用于控制RDS的绝对值。由于DVD系统的伺服系统(包括跟踪伺服和聚焦伺服)是由低频分量RDS控制的,因此,降低RDS值可以提高伺服系统的精确度。这样,整个系统的关键问题:伺服精确度和同步恢复就得到了有效解决。
  虽然,还有人也提出了8/15“类EFM”码,它可以使DVD的容量密度提高6%,但其低频分量要比EFMPlus高出许多,不利于伺服系统控制和数据恢复,因此在实际中多不采用。
1.3.2 RS-PC纠错码
  RS-PC的高纠错能力来自于:
  ⑴它的两级校正码C1[208,192]和C2[182,172]要比CD中CIRC的C′1[32,28]和C′2[28,24]大许多,[nk]表示有k个输入和n个输出。因此,RS-PC的码字利用率为(192/208)×(172/182)=0.872,远高于CIRC的(28/32)×(24/28)=0.75。
  ⑵RS-PC采用矩阵式结构,C1中的均势在C2中也可被利用,比CIRC的缠绕式结构—只在列和对角线上产生码字更能提高纠错能力。
  由于以上特点,采用RS-PC的纠错编码系统大大降低了纠错码与用户数据间的比例,提高了编码效率和纠错能力,RS-PC的最大正确脉冲长度可达2 200 B(4.6mm),而CIRC的只有500 B(2.4mm)。
1.4 多交互功能
  随着信息交流的进一步深入和推广,人们希望从简单、被动的信息接受转向更为主动的交互式学习。
  综观从CD到DVD的发展,交互性也一直伴随着其它技术的更新在不断进步。例如,1996年颁布的CD-I(CD Interactive)标准就是将CD-ROM的搜寻和“导航”(Navigation)等功能进行增加和标准化的。DVD不仅具有了以往CD-ROM,VCD的各种功能,而且增添了许多新项目,如多摄影角度观看选择,拉移(Pan-Scan)显示等。
  “多摄影角度观看”可以让观众对节目中的每个场景画面从自己所喜爱、选择的拍摄角度来组合、观看。这些多视角数据流在很短的时间内事先被多路复用在一起,每个视角画面所占的时间是一样的,以保证在它们之间进行选择、转换时的无缝回放(见图4)。S1~S6为节目素材段,其中S2~S6各自分别都有A,B,C三种拍摄角度。

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图4 多拍摄角度观看

  拉移显示可以保证16:9的宽银幕影片在普通4:3的电视上播放时仍有很好的视觉效果。有关画面中心点的信息事先记录在编码数据流中,播放时用户选定的画面中心会自动定位在显示屏中心,而画面的左、右边也将相应地自动调整。当然,也可以选择“信箱”(Letter-Box)模式,这时,整个银幕画面都会显示出来,只是屏幕的上、下边会有黑背景区域。
  DVD中的“导航”功能包括浏览和快速翻页。由于DVD数据流中包含了有关“I”帧位置的信息,因此,无论是快进、还是快倒搜寻,都可实现快速解码和流畅的无缝回放。

2 DVD应用

  目前,已有各种独立应用的DVD播放机和计算机上配置的DVD-ROM驱动器面市,并受到广大消费者的青睐,下面以DVD-ROM驱动器为例来说明。
2.1 数据格式
  数据格式是用来描述数据在DVD盘上的分布、记录属性的,如文件、容量、块、路径、分区、文件分配表、时间标识、字型及读写方式等。
  DVD-Video,Audio和ROM所用的格式是一种叫做UDF桥的标准。UDF桥是UDF和已用于CD的ISO-9660格式的组合。UDF(Universal Disk Format)是光学存储技术协会OSTA(Optical Storage Technology Association)制定的通用磁盘格式,它应用灵活,已用于DVD,并向下兼容CD格式和Windows 95操作系统,因为它们都符合ISO-9660标准。目前,微软公司最新推出的Windows 98就将UDF桥定为其操作系统的统一标准,因此对于各种DVD盘片有极好的完全支持,而独立应用的DVD播放机则只支持UDF。
2.2 数据的存取与传输
  使用DVD-ROM驱动器的用户会发现,DVD-ROM的数据存取速度要比CD-ROM慢,即驱动器定位盘片上指定信息的时间加长,这一绝对数值的增大并不意味着DVD技术的后退,实际上,它是由于DVD-ROM数据的大容量和高密度造成的,在同样尺寸大小的盘片上,DVD-ROM的数据容量为CD的7倍,最高可达26倍,这是一个怎样的相对密度概念呀!
  但数据从DVD-ROM盘上送到计算机系统的数据传输率却比CD-ROM快得多,例如,将数据直接读到内存中去的连续方式下的DVD-ROM的数据传输率为2 700kBps(2倍速DVD-ROM驱动器),而6倍速光驱CD-ROM的速度只有900kBps;另一种通过接口将数据传送给驱动控制器的缓冲方式下的DVD-ROM数据传输率更有10MBps之多(见表3)。

表3 DVD-ROM和CD-ROM的主要驱动参数

  DVD-ROM CD-ROM
存取时间/ms 200~470 180
数据传输率 连续方式/MBps 1.35 900kBps(6倍速光驱)
缓冲方式/MBps DMA2方式 8.3
DMA1方式 13.3
PIO3方式 11.1


2.3 兼容性
  DVD-ROM是否能播放已有各类CD盘片及来自其它国家、地区的DVD节目,也是大家比较关注的问题,这就牵涉到DVD的兼容性和区域码,下面分别介绍。
  兼容性是衡量某种技术优劣、可连续性发展能力的一个重要指标,它包括对原有技术、设备的向下兼容性和以后新技术发展的扩展可能性。如果将格式不兼容的盘片放入DVD-ROM驱动器,不仅不能读出盘上的数据,还有可能对盘片造成损伤。DVD-ROM驱动器具有广泛的兼容性,对VCD,CD-Audio,CD-ROM,CD-I(Interactive),CD-Extra,CD-ROM/XA(Extended Architecture)等多种格式的盘片都支持,但对于可向白盘中写入声音或数据的CD-R及柯达公司在1990年设计、颁布的用于存储高质量摄影画面的Photo-CD则不兼容。
2.4 区域码(Region Code)
  区域码是DVD标准的一部分,也是有别于现在的CD,VCD为保护版权而专加的一项规定。DVD播放机或DVD-ROM驱动器上都有一个存放“区域码”的芯片,它使播放机或驱动器只能播放RC所允许的影片,没有RC代码的DVD盘片可在任何国家、地区的播放机或驱动器上播放。一般计算机上的DVD-ROM驱动程序都允许用户对本机的RC码进行有限次数的更改。表4为DVD标准所规定的区域码。

表4 DVD区域码

区域码 国家或地区
1 加拿大,美国
2 日本,欧洲,南非,中东(包括埃及)
3 东南亚,东亚(包括中国香港)
4 澳大利亚,新西兰,太平洋岛屿,中美,南美,加勒比海
5 前苏联,印度次大陆,非洲(朝鲜,蒙古)
6 中国


2.5 实际的DVD-ROM驱动器

2.5.1 前面板功能键
  实际的DVD-ROM驱动器从外观结构上看与CD-ROM驱动器极为相似,特别是前面板上的功能键:上/下载键、Eject弹出键、Busy指示灯、耳机插座、音量调节旋钮,可以说是一模一样。要注意的是如果DVD-ROM被软件“锁定”(正在播放影片),则它不能用Eject键弹出,必须先关闭DVD应用程序,才可再操作Eject键。
2.5.2 音频I/O 除具备CD的音频连线外,DVD-ROM还可接耳机、声卡、音箱,并有数字音频连线,可将声音输出连接至数字录音磁带DAT或其它专业音频录音系统进行数字录音。
  另外,MPEG-2解压卡上的Dolby数字音频接口可接AC-3数字设备(见图5)。

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图5 MPEG-2压缩/解压卡

2.5.3 视频I/O
  由于计算机CPU、总线速度及操作系统的发展,目前在计算机上对VCD进行软解压已不成问题,但由于DVD存储数据的大容量、高密度特性,MPEG-2的高达15Mbps的数据流量不仅会在画面、声音的实时回放时对计算机总线造成数据拥挤和阻塞,而且对这样大的压缩数据进行软件解压,也会加重系统负担,形成阻碍。因此,需要一个不受限于操作系统的MPEG-2解压卡对DVD节目进行硬解压,这样播放的画面才没有跳跃感和“马赛克”块,才会更流畅、自然。
  经过MPEG-2解压卡的DVD视频输出S-Video(即Y/C)端子可直接接至电视机上。同时,解压卡还有两个VGA回送线缆接口,输入口接受从VGA显示卡送来的信号,输出口将经解压处理的视频送至显示器。MPEG-2解压卡输出的图像分辨率达480线,具有模拟视频覆盖功能,支持同步电视和计算机显示(见图5)。
2.5.4 数据连线接口
  由于DVD解压缩后的数据流量很大,所以最好使用传输速度较快的增强EIDE或更快的SCSI(Small Computer System Interface,意为小型计算机系统接口)接口总线。目前的Ultra Wide SCSI总线接口速度已达80Mbps,足够为实时视/音频回放提供畅通的道路,不致造成对数据传输的瓶颈。
2.6 使用注意
  DVD是高精度的光学存储媒体,其保守使用寿命可达100年。但是,如果使用不当,也会使它的数据保存质量和使用年限受到影响,因此在使用DVD的过程中要特别注意:
  ① 不要弯曲或折裂盘。
  ② 不要刮擦盘,特别是沿着螺旋轨道方向的圆形擦痕会造成数据的不可恢复性损坏。
  ③ 要注意保持盘面清洁,过量的灰尘和手指印会阻碍激光束正确读取数据。擦拭时要沿着放射形(从中心到边缘)轨迹,不要沿圆形擦拭;可以用干的、柔软的、无棉的布来擦,也可以用酒精润湿擦拭,但不要用水。
  ④ 避免使盘受热变形。
  ⑤ 不要在盘面上滴洒有机溶剂等化学物质。

3 DVD节目素材片库管理系统

  DVD的应用不仅在于大家所喜闻乐见的DVD盘片音乐、影片欣赏等个人娱乐,以及计算机的数据、程序存储,更重要的是它为广大的电视、新闻工作者提供了一个优质、高效、安全的视音频节目素材存储和管理的全新方式。因此,在这里将DVD在广播电视节目素材管理方面的应用单独提出来加以说明。
  传统的录像带在保存素材、节目上存在着多方面的问题,主要表现有:温度变化造成的磁带延伸率(即磁带长度)的改变会导致时基误差、同步不稳,磁粉脱落引起的信号失落使画面上出现刺眼的黑白条或点状干扰,这些都是录像带技术不可避免的难题,在温差变化大的环境中和我国南方潮湿气候下表现更为明显。另外,磁带工作方式中的磁化、磁饱和现象也易使视频信号的记录和重放发生失真,同时磁带同磁头高速摩擦及磁带输送过程中同固定部分间的接触,都将对素材带表面造成磨损或擦伤,因此经反复使用、多版合成后的录像带图像质量都明显下降。
  用DVD光盘保存节目可以完全避免以上这些问题,并具有极高的技术和安全保证,除电视台日常播出用节目外,还很适合于长期保存具有重大历史意义和科研价值的重要文献资料。在新近结束的BIRTV ’98北京国际广播电视设备展览会上已有众多的视频厂商瞄准了这一巨大的市场需求和发展潜力,纷纷推出了自己的DVD节目素材片库管理系统,下面以一种DVD片库管理系统为例来说明(见图6)。

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图6 DVD片库管理系统

  首先,要对各种视音频节目素材进行编辑和MPEG压缩采集。利用以计算机为平台的专业非线性编辑NLE(NonLinear Editing)系统可对节目素材的前后顺序 、色彩等按照创作者的要求进行高质量编辑,还可添加各种特技,配以字幕及音响效果;然后,再进行MPEG数字化采集,对于DVD片库管理系统,进行的是MPEG-2压缩/解压缩处理,它和NLE非编设备一起能通过RS-422通信接口实现对录像机的遥控,不仅可免去繁琐的素材上/下载过程,而且,能够对图像进行精确到帧的采集、编辑和关键帧画面的数字化压缩,MPEG-2的压缩数据速率可达15Mbps,完全符合广播级质量要求。
  经MPEG-2压缩后的数据就可以通过DVD光盘刻录系统,制成DVD光盘,放在光盘库中存储了。可记录光盘DVD-R能一次性对压缩好的MPEG-2数据流进行记录,而DVD-RAM可进行反复多次的存取,数据速率从4到15Mbps可选,每张4.7GB的单层DVD盘片可存放132分钟的广播级节目,非常适于大容量节目的长期保存,并允许多人同时对其进行查询和读/写操作,而DVD光盘的非接触性激光数据读/写方式,不会由于多次检索、读/写造成对图像质量损伤。需要光盘时,可以利用机械手自动换盘。同时,DVD光盘刻录系统中一般还提供有DVD制作软件,用户可用它来制成各种DVD-Video碟片,进行节目的出版、发行。
  在实际DVD片库管理系统中,还常有一个辅助性的视频文件服务器(Video Files Server),也可存储MPEG-2压缩数据,它主要是对常用或暂时未来得及制成DVD盘片的节目素材进行调用和管理,它是一个由多个大容量的SCSI硬盘组成并通过独立磁盘冗余阵列RAID(Redundant Array of Independent Disks)来管理的硬盘阵列,RAID技术在提高数据存储容量、传输速度的同时,提供数据保护方案、增强安全性,素材以文件形式在硬盘上保存,也能进行多人的在线并发浏览。
  对节目素材进行标引编目是为了便于查询、索引,针对各类节目的特点,建立特定的内容描述方式,例如通过分类、任务、地点等标引,关键词、角色、参与人员、小板块、多媒体等编目方式,并将所有这些信息送入到查询服务器中,可大大提高用户检索的准确度和速度。
  数字化的DVD光盘/硬盘阵列还可通过网络技术来实现资源共享,打破传统方式上的地理、区域局限,进行多个用户的并发、交互式节目素材浏览,实时调用、点播、回放视频流。
  鉴于我国现阶段的节目素材存储、管理还多以录像带为主的特点,考虑到由磁带向光盘库方式的过渡,还可将光盘库中的素材通过NLE非线性编辑系统中的下载回录功能将其再存放在录像带上。
  但无论怎样,广播电视的数字化、网络化、信息化的进程已经展开,在不久的将来,传统的录像带将光荣引退,电视台、专业声像单位及档案馆的视音频素材、资料管理采用先进的DVD数字化制作、存储、传输模式已成必然,DVD技术也必将在实践应用中发挥重要作用。

4 DVD发展态势

  目前DVD的产品市场已经形成,由于其在容量、性能、操作性方面都有其它类存储媒体,乃至CD光盘无可比拟的优点,因此,DVD巨大的潜在市场前景为诸多世界著名大公司所看好。
  据日本工业协会估计,世界DVD驱动器的需求量将从1996年的71.8万台增至2000年的1 100万台,DVD盘片的销售量将达4亿张,并且,到下一世纪,DVD将取代CD-ROM成为与PC机配套的主流产品,其发展态势不可估量。到2005年,美国和日本的DVD-ROM / RAM市场将分别为1 400万台和3 100万台,而两国用于娱乐的DVD-Video,Audio及Player播放机届时也将分别达到1 460万台和3 220万台。在我国,DVD-Video播放机及DVD-ROM驱动器也都已亮相,DVD播放机的销售量将从今年的45万台增至1999年的75万台,同时DVD-ROM驱动器及其它相关DVD产品市场也在迅速崛起。
  随着市场的进一步扩大,DVD在人们日常生活、工作中的应用也越来越广泛,从个人娱乐的DVD影碟、游戏、音乐和家庭影院,各种电子出版物形式的图、文、声并茂的教育图书、字词典、百科全书,到用做计算机软件、数据库的载体,文件、资料、档案、节目的存储和管理工具,乃至满足计算机用户在桌面排版、多媒体制作和数据交换方面的需求,DVD技术今后将着重向以下几方面发展:
  1)进一步提高存储密度和容量,向着容量更大、密度更高、读取速度更快的HD-DVD方向发展。
  2)提高与扩展应用功能。在读/写操作功能上,目前DVD有只读式的DVD-ROM,一次写的DVD-R,和可擦重写的DVD-RAM,以后有望向三者兼容或多功能复合型发展,同时在应用操作上更强调用户的主动参与性,提高和扩大DVD的交互功能。
  3)与其它数字技术结合,为超越平台的应用提供可能,成为数字压缩技术应用的重要领域。

作者单位:北京新奥特集团视频技术公司研发中心 邮编 100085

参考文献

1Kees A.Schouhamer Immink.The Digital Versatile Disc(DVD):System Requirement and Channel Coing SMPTE Journal,1996(8)
2Kenji Sugiyama,Neil Neubert.Element of a New Authoring System for Digital Video Disk (DVD).SMPTE Journal,1997(11)
3Stephen J.Bigelow.All about DVD.Electronics Now,1997(12)
4Creative DVD手册

 

作者:潘笑梅 合作媒体:电视技术 编辑:顾北

 

 

 
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