学校用数字视频制作系统的设计与配置.docx

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学校用数字视频制作系统的设计与配置

9.2学校用数字视频制作系统的设计与配置

在学校里，由于电化教学、网络教学以及多媒体课件制作的需要，要求构建一个数字视频制作系统，系统的结构框图如图1：

系统以数字化平台为核心，各环节之间全部采用数字信号传输，数字摄像机拍摄的高清晰、数字化图像信号，通过数字录像机无损失、无失真地高速传送给非线性编辑系统，非线性编辑系统完成数字图像的加工处理，达到符合电视播出图像质量标准，实现电视节目制作，并记录到录像带上用于电视节目播出或刻录在光盘中存储。

还可输出各种数字化视频格式供多媒体教学课件制作和放在校园网服务器的硬盘上做点播使用。

一、数字记录设备记录格式的选择：

目前国际上采用磁带为记录媒体的数字分量格式共有7种，见表1。

表1、几种数字分量格式

生产厂家

JVC

松下

索尼

数字格式

DIGITAL-S

DVCPRO25

DVCPRO50

数字Betacam

BETACAM-SX

DVCAM

取样比

量化比特

压缩方式

帧内压缩

MPEG-2

帧内压缩

压缩比

3.3:

10:

数据率Mbps

磁带宽度mm

12.65

6.35

12.65

6.35

磁迹宽度um

磁带兼容

S-VHS

DV,DVCPRO

BETACAMSP

推出时间

1995

1996

1998

1993

1996

1997

1995

记录格式的选择是一项非常重要的内容。

在选择格式时，应根据对采样标准的要求，将图像质量、可靠性、可编辑性、兼容性、配套性、价格运行及维护成本等方面综合进行考虑。

1.图像质量

数字录像机所采用的视频取样结构、量化比特、压缩方式及压缩比等从根本上决定了其图像质量。

DigitalBetacam是唯一采用10b量化的数字格式，具有4:

2取样结构，压缩比仅为2:

1，码率高达88Mb/s，具有很高的图像质量。

DVCPRO25和50、Digital-S及DVCAM都采用8b量化。

其中DVCPRO25采用4:

1取样，色度的水平分辨力降低了一半；DVCAM采用4:

0取样，色度的垂直分辨力降低了一半。

其压缩比都为5:

1，码率为25Mb/s，图像质量稍差。

DVCPRO50和Digital-S都采用4:

2取样，压缩比为3.3:

1，码率达50Mb/s，可以得到较好的图像质量。

BetacamSX采用了MPEG-2的压缩编码方式，但其编辑中有“时域漂移”现象和高达10倍的压缩，使之在多代复制中信号损失较大。

在纠错编码方面，BetacamSX所采用的二维RS码中的校验码附加率最高，达到41.7%，误码纠错能力也最强。

其它几种格式所采用的RS码的校验码附加率基本相当，接近20%，都有着较强的误码纠错能力。

2.兼容性

数字Betacam与BetacamSX都可重放BetacamSP。

Digital-S能重放S-VHS。

DVCPRO能重放DV格式。

DVCAM则能与DV格式双向兼容。

3.接口与数据的高速传送

数字录像机都采用SDI作为标准数据接口。

此外，各厂家设备还利用高速压缩数据流接口实现2倍速或4倍速的数据传送。

例如：

BetacamSX和DVCAM利用QSDI接口实现4倍速的数据传送；DVCPRO和Digital-S则利用CSDI接口实现2倍速的数据传送。

另外，DVCPRO和DVCAM还配备IEEE-1394接口，可实现摄/录、录/录之间压缩比特流的传送。

（IEEE-1394是一种数字电视标准接口，主要用于家庭网络）。

4.可靠性

由于数字录象机处理的数据率高，因而磁鼓转速很高：

如DVCPRO和DVCAM因磁鼓直径小，其磁鼓转速高达9000转/分。

Digital-S、Betacam-SX和数字Betacam为都4500转/分。

如果以4倍速或2倍速工作，其转速又明显提高，这样伺服系统、走带系统的可靠性，磁头及机械的耐磨性等是个重要的问题。

由于Betacam-SX所处理的数据率最低，所以其可靠性最高。

但DVCPRO50和Digital-S数据率高，其可靠性较低。

5.系统匹配

一个系统中若混杂多种格式及多种品牌的设备，在不同的设备间分配视频码流，可能需要A-D/D-A转换、压缩码流和非压缩码流的转换、不同压缩编码间的转换及不同取样比之间的转换等，这会造成较大信号损失。

一般来说，不同压缩格式视频码流间的转换所造成的图像损伤，要大于其中一种压缩格式进行二次压缩编码所造成的图像损伤；不同取样结构的码流的级联，通常会导致重建图像质量严重下降。

非线性编辑系统有采用M-JPEG、MPEG-24:

2、DVCPRO、DV等压缩方式，也有不压缩方式。

除了使用最多的M-JPEG以外，DVCPRO是一种较为开放的格式，松下允许其它厂家在其非线性编辑设备中使用DVCPRO压缩格式。

另外，4:

2的取样结构符合CCIR-601建议的演播室标准，在演播室中应用的数字设备最好采用这种取样结构。

6、性价比

数字Betacam和Betacam-SX格式，虽然性能优异，但价格也不菲，作为学校教学使用，其性价比较好的可选择Digital-S、DVCAM和DVCPRO。

在Digital-S、DVCPRO和DVCAM三种格式中，Digital-S和DVCPRO50符合广播级标准在所有4：

2：

2数字分量格式中价格最低，且可向下兼容重放现有的S-VHS和DVCPRO25节目，但其可靠性稍差，而且价格仍较高。

ＤＶＣＡＭ和ＤＶＣＰＲＯ２５是适用于专业领域的数字分量记录格式，其中ＤＶＣＡＭ最便宜。

在图象指标符合要求的情况下，可以作为主要的选择格式。

当然，如果视频指标要求不太高时，甚至可以选择DV格式。

二、数字摄像机、数字录像机的选择与配置

只有高质量的节目源，才会有好的输出质量。

数字摄像机选购时以实用、够用为原则。

应尽可能选购带有数字输入/输出接口（DV或SDI）的设备，这样可以不必进行模/数转换，减小传输损失，可达到性能、指标的最佳化，确保系统的合理性。

任何产品都会经历介绍期、成长期、成熟期和衰退期这样一个过程。

产品刚推出，技术不成熟，小批量生产，价格高，尚处于测试改进中。

随着销售量的增加，生产成本下降，产品处于成长、成熟期，价格趋于合理。

当产品需求量迅速下降，价格降到最低水平，处于衰退期，此时产品将面临被淘汰的危险。

应该购置成长期和成熟期产品。

几种3CCD数字摄录一体机性能比较见表2。

表2、3CCD数字摄录一体机性能比较

品牌

SONY

松下

JVC

录像格式

DVCAM

DVCPRO

机器型号

DSR-PD100AP

DSR-250P

AJ-D215H

AG-EZ35

AG-DVC200

GY-DV500EC

GY-DV700WEC

CCD尺寸

1/4

1/3

1/4

1/2

2/3

象素数（万）

清晰度（线）

500

530

500

800

信噪比（dB）

灵敏度

F5.6

F11.0

体积（mm3）

93x112x193

241x251x508

80x105x192

130x245x275

275x245x130

重量（kg）

1.28

4.4

5.9

0.8

5.5

功率（W）

5.3

12.1

7.9

DV接口

有

数字摄象机选购要点：

1、尽可能购置3CCD的数字摄像机，其色彩还原性好。

2、CCD尺寸大，象素数多，图像细节越丰富。

3、摄像机水平清晰度越高，输出图像越清晰、细腻。

4、信噪比越高，传输图像信号质量越高。

5、灵敏度越高，在同样环境下拍摄的图像越清晰、透彻，层次感越强。

6、体积越小，运输和携带越方便；重量越轻，摄像师的负担越小；小巧、轻便使专业人员可以迅速、方便地采集素材。

7、功率越小，耗电越少，同样容量的电池可使用的时间越长，磁带记录的时间也越长；

数字录像机的选择配置可以根据数字摄像机的格式和档次配置。

几种数字录像机性能比较见表3。

表3、几种数字录像机性能比较

品牌

SONY

松下

JVC

录像格式

DVCAM

DVCPRO

机器型号

DSR-V10P

DSR-11

DSR-30P

DSR-70AP

AJ-D455

AJ-D230H

AG-DV2700

BR-DV600EC

DV接口

有

选购

有

S-视频

有

复合视频

有

分量视频

有

SDI接口

选购

遥控接口

RS-422A

RS-232C

RS-422A

体积（mm）

148x62x135

180x73x265

430x129x374

211x149x443

424x175x415

214x132x391

445x123x373

212x88x324

重量（kg）

0.97

2.8

9.2

5.8

14.3

3.6

功率（W）

11.5

考虑到教学使用，视频指标要求不太高，所以可以选用DVCAM格式或者DV格式的录象机。

重点在于选择接口功能多的机型。

三、非线性编辑系统的选配

非线性编辑系统作为视频制作系统的核心，选购视频处理卡是关键，要考虑与数字摄录编设备的最佳配置（数字接口与压缩格式统一）、实时输出、系统的可扩展性等，建议购置国产非编系统或以PC机为基础购置国外著名的视频处理卡自行组装。

几种数字视频处理卡的性能比较见表4。

表4、几种数字视频处理卡的性能比较

生产厂家

Canopus

Pinnacle

Matrox

品牌

DVRexRTPro

DC2000

TARGA3000

DTV

DigisuiteLX

RT2500

复合视频

有

S-视频

有

分量视频

有

DV接口

有

选购

有

SDI接口

选购

录像机遥控

DV、RS-422A

RS-422A

编辑时使用的压缩格式

MPEG-2（422P@ML）

无压缩,MPEG-2,DV

混合编辑

DV,DV50,MPEG-2

DV,MPEG-2

DV,DVCAM,DVCPRO,MPEG-2

I帧，MPEG-2IBP

实时DV输出

是

否

输出格式

DV,DVD,模拟视频,MPEG-1-2,WMV,QuickTime

DV,模拟视频,MotionCD,交互式DVD,Internet流式视频

DV,DVD,CD,Internet流式视频

DV，DV50，MPEG－2I帧，MPEG－2IBPMP@ML。

DV,DVD,VCD

DV,DVD,模拟视频,MPEG-1-2,Real,WMV,QuickTime

实时图像叠加

可以

未知

可最多8层

超过3层

3层

表中DVRexRTPro、DC2000等属于中等价位，用于构建专业级的非编系统；而TARGA3000、DTV、DigisuiteLX则价位较高，可构建广播级的非编系统。

在选择系统或板卡时还要注意一些基本问题：

（1）压缩格式:

选购非编要注意压缩格式与录像机的配套问题，尽量使用同一种格式连接，以避免不同格式之间进行转换带来信号损失。

（2）压缩比:

压缩比越大，信号损失越大，压缩比越小，信号损失越小，但要求的存储硬盘更大，系统最小压缩比是评价一个系统的重要指标，随着大容量硬盘的发展及价格降低，最好选用压缩比小的产品。

（3）关于音频方面:

音频的采集和处理集成到视频处理卡上的完整的非线性编辑系统，无论是采集、编辑或回放时，都能自动将音频信号同步于视频信号，而且不会影响到视频信号的质量，如果采用普通多媒体音频卡不能满足广播电视的要求。

（4）系统功能:

1）采集素材时，系统应该提供多种压缩比以满足不同要求，有与现有录像设备配套的设备接口。

2）编辑功能应具备音视频非线性编辑，2维、3维特技，字幕、动画制作、图形制作等功能，编辑界面直观，使人一目了然。

3）选购具有实时特技的系统，以免长时间等待。

4）视音频数据存放要采用标准的文件格式，以避免进行文件格式转换时而造成数据丢失。

四、系统总体配置方案

1）、基于DV格式的经济型多媒体视频制作系统，见图2。

摄像机选用民用DV格式数字摄像机，比较实用。

数字录像机（或数字摄像机）的数字视频信号经DV数字输入/输出接口无损失传入非线性编辑系统中，可以做丰富的实时特技加工处理，能够实时输出DV数字信号，制作成本低，信号质量好，

图2、基于DV格式经济型多媒体视频制作系统

可以满足专业电视节目制作的需要。

模拟录像机的信号也可通过DVRexRT板卡的模拟接口转换成数字信号，输入到DVRexRT非线性编辑系统进行处理，使原有的录像资料和素材也能在非线性编辑中完成各种特技加工，实现原有资源的延续和利用，但图像指标要差一些。

由DVRexRT板卡组成的非线性编辑系统具有DV数字接口视频实时输出；内置精确到帧的IEEE1394录像机控制器，可以完成精确的素材采集与回放；多达十轨的独立实时运动字幕；准实时的三维特技，丰富多彩的实时特技效果；广泛的输出格式，如MPEG-2、QuickTime、WindowsMedia等文件输出，支持因特网流视频。

在保证编辑效果和图像质量的情况下，DVRexRT非线性编辑系统可以仅通过IEEE1394线同一台数字摄像机连接，便可完成采集、编辑和回放的全部功能，从而构成系统的最简单方案。

DVRexRT非线性编辑系统配合多媒体著作工具、多媒体光盘刻录系统即可完成多媒体课件的制作任务和视频素材的保存，将制作的视频流文件装入校园网服务器，即可实现网上视频点播和远程网络教学。

具体方案：

数字摄录一体机：

松下DV一体化数字摄像机AG-DVC200，1台，参考价格：

3.5万元。

数字编辑录放机：

松下AG-DV2700录像机，1台，

参考价格：

1.9万元。

非编设备：

选用国产非编系统产品，如明达DVRexRT实时非线性编辑系统，或金方力GFD-DVRexRT实时数字非线性编辑系统，参考价格：

6~8万。

或者选用DVRexRT板卡（约2.7万元）加计算机组装，总参考价格约4万左右。

系统配置如下：

l）、主机：

双PⅢ1GCPU；双CPU主板；256M内存；40G系统硬盘；19”显示器；高速SCSI接口卡等。

2）、DVRexRT板卡1套（两块及接口箱）。

3）、72G高速SCSI视频硬盘1套。

4）、三维特技加速卡（提供二百多种三维特技）1块。

5）、实时非编及字幕软件1套。

光盘刻录机、数码相机、监视器等周边设备的选择（略）。

总的系统投资约20万元。

2）、基于ＤＶＣＡＭ／ＤＶＣＰＲＯ格式的专业型多媒体视频制作系统，见图3

图3基于ＤＶＣＡＭ／ＤＶＣＰＲＯ格式的专业型多媒体视频制作系统

摄像机选用专业档ＤＶＣＡＭ或ＤＶＣＰＲＯ格式数字摄像机，清晰度高于500线以上，图像指标高，素材带可以直接供给电视台使用。

数字录像机通过ＳＤＩ／ＳＤＴＩ数字输入/输出接口接至非线性编辑系统，以保证与非线性编辑系统的数字无损高速传输；数字信号经ＳＤＩ／ＳＤＴＩ接口无需进行转换和压缩，在非线性编辑系统中可以做丰富的、实时的、三维的特技加工处理，同时可以无损失、无转换地进行实时输出数字信号，专业化程度高，信号质量好，可以满足广播电视制作的需要。

同时也可以输出模拟信号供各种播放需要。

国产非线性编辑系统采用加拿大Matrox公司ＤＴＶ图像卡，它是一款专为数字电视时代而设计的服务器硬件，其出色的实时性能、广播级的图像质量，被国际、国内众多厂商采用。

它支持双路采集或四路回放；支持DV25、DV50、MPEG-2多种压缩格式；支持DV至MPEG-2格式的转换，实现二维、三维的实时特技。

先进的MPEG-2视频编辑硬件平台，是新一代数字电视的压缩标准，它代表了未来的发展方向。

MPEG-2的数据流格式是设计网络视频传输的最好的选择，可以直接用于刻录DVD光盘。

这种专业视频制作系统可满足电视台图像视频制作的需要，也可满足多媒体课件制作和出版发行的需要。

具体方案：

摄录一体机：

SONYDSR一250P，1台，参考价格：

4.0×2=8万。

编辑录放机：

SONYDSR一30P，2台，参考价格：

3×2=6万。

非编设备：

选用国产非编系统产品，参考价格：

10万左右。

或者选用DigisuiteDTV板卡（约5万元）加计算机组装，总参考价格约7万左右。

参考系统配置如下：

1）主机：

P42.4GCPU；P4服务器主板/；512MB内存；高速SCSI接口；专业图形加速卡；双19”显示器；专业非编机箱。

2）MatroxDigiSuiteDTV非线性编辑板卡一套。

3）Digi-MAX三维加速卡一套。

4）72G高速AV硬盘一套。

5）Premiere非线性编辑软件一套，三维特技软件等。

周边设备选择（略）。

系统总造价约30万以上。

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