录像带的记录格式
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发布时间：2022-04-27 05:22
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时间：2022-06-26 21:18
不同录像格式的记录格式
广播专业用数字录像机DIGITAL-S（数字S）：
DIGITAL-S录像机格式是1995年4月JaPaNJVC公司推出的一种新型的广播专业级数字录像机。它是以S-VHS技术为基础开发的具有高效编码数字技术S格式的录像机，它重放S-VHS的图像信号，录像带宽度为1/2英寸，完全按COIR601标准设计，采用4：2：2取样，以50Mb/s的数字取样速度对之进行内部帧编码(M-JPEG)压缩比为3.3：1 ，其主要参数见下表。
规格 数字-S
录像机方式 分量录像机方式
图像取样方式 4:2:2分量方式
取样频率 Y:13.5MHz,R-Y/B-Y:6.75MHz
量化比特数 8bit
1行的记录取样数 720
1帧的记录行数 578行(625/50),482行(525/60)
图像的压缩 帧内压缩的DCT方式,1/3.3
方式/压缩率
记录码率 50Mbps
声音的取样与量化 非压缩48KHz 16bit
声道数 2ch（格式规定可4ch）
总记录码率 99Mbps
纠错方式 Rs编码
图像 内码(85,77),外码(149,138)
声音 内码(85,77),外码(14,9)
调制方式 SI-NRZI方式,24-25转换
跟踪方式 控制脉冲方式
磁鼓直径/转速 62mm/75rps
磁迹数/帧 12条(625/50),10条(525/60)
磁带速度 57.795mm/s(625/50),
57.737mm/s(525/60)
相对速度 14.5m/s
磁迹节距(宽度) 20μm
最短记录波长 0.58μm
使用磁带 金属涂敷带,带宽12.65mm
使用盒带 与W-VHS带盒同(188mm×104mm×25mm)
记录时间 104min(124min正在开发中)
走带机构以成熟可靠的S-VHS走带机构为基础，磁鼓尺寸为62mm分三层,上、下鼓固定，中间鼓旋转带有旋转磁头。这种形式可以减小磁带张力,编辑录像机的录、放磁头分开且重放磁头超前90度,因此使该机具备先进的图像预读功能:即录像机记录一个新信号之前,可在同一点事先放磁带上的数字信号。利用这种功能再不需要第三台机器的情况下即可完成二对一编辑系统之划变和叠画等功能。
1、磁带与磁盒
数字S所使用的磁带是能记录与重放高清晰度电视广播的W-VHS带,它是金属涂敷带,磁阻率为1800奥斯特,具有同等类型磁带的最高性能。高频时能获得高的信杂比,在走带性能方面加强了带盒的防尘结构,在记录时间上使用W-VHS带为104分钟。
2、磁带记录格式
记录与重放磁头是各用4个视频磁头以15度的方位角成对配置，2条磁迹同时记录。1帧的视频数据在625/50系统中用12条磁迹予以记录。
音频信号在一帧图像内可以记录四种声音数据，这些声音数据以每两条磁迹为一组被分离记录下来。数字S的声音通道在格式上可有四条声道，但目前市场上只有二条声道机型。
数字S装有四个重放磁头，即使发生一个或二个磁头被堵住，由于图像是每二帧更换一次，故可用前帧的图像进行掩错。
3、数字S的视音频处理
首先，模拟Y、CR、CB要按4：2：2格式数字化，亮度取样频率13.5MHz是与水平同步信号同步。按4：2：2标准，625/50格式每帧有效行数为576行，即从23到310，335到622行。DIGITAL-S增加逆程2行，主要是为了保存逆程的原有数据，图像信号的取样规格见下表。
fg 525/60系统 620/50系统
取样频率Y
CR/CB 13.5MHz与水平同步信号同步
6.75MHz
总取样数/行 Y
CR/CB 858像素 429像素 864像素 432像素
有效取样数/行 Y
CR/CB 720像素 360像素
有效行数/帧 480行 576行
V-AUX非压缩行数 2行 2行
有效行的号数:奇数场
偶数场 23……262
285……524
23……262
285……524
量化形式 Y,CR/CB均为8bit线性量化
量化级 1～254
量化电平 YCR/CB 白电平235/黑电平16
灰电平128
数字通道接品(DCI)中能包括产生数字录像机的各种识别数据以及为了在磁带上高效地记录与重放数字数据所必须进行的通道编码与调制处理等。
数字S为了确保磁带的互换性，使用了在数字磁迹上三个ITI信号（见图4中的ITI0、ITI1、ITI2）来进行跟踪伺服。以±15度方位角进行记录磁迹宽度为20μm，重放磁头的宽度为磁迹的1.4倍，但由于采用了方位角记录，所以不易受相邻磁迹噪声的影响，从而能获得良好的重放图像。
在进行插入编辑时,由于残留有上一次相同方位角信号的噪波，其影响较相邻磁迹噪波更为严重。为了解决这一问题,数字S在编辑时是采用旋转消磁头抹去大于2条磁迹宽度的信号，再用与磁迹宽度一致的记录磁头加以记录。可在入点与出点处各形成一定的保护带，从而防止了编辑切换点处的图像质量的劣化。
4、磁迹的结构
数字以后的数字信号再进行分块和排序。分块和排序的方法见图3所示，CR、CB按空间8×8像素组成DCT像块(DCT像素是将每一帧的图像变换成许多8×8像素的块)，然后由图像画面上处于相同位置的亮度信号与色度信号共4个像块(二个Y像块和CR、CB各一个像块)组成一个宏块。宏块与同步块一样，都是误码校正时的掩错单位。相接近的54个宏块构成一个超块,相邻磁迹采用不同方位角进行记录,以增加读取时有用信号的信噪比。因此超块又分成两组,各个27个宏块，分别用正、负方位角记录。每帧共有720×576×2=829440个像素(625/50),共有829440÷64÷4÷54=60个超块。同理,对于525/60每帧有50个超块。60个超块分成12行,每行5个超块，记录在12条磁迹上，12条磁迹分成6对，再顺序记录在磁带上，各条磁迹上的分区如图4所示。
每根磁迹从磁带下端开始,共分为内插与磁迹信息段0(ITIO：Insert and Track Info rmation- O)、视频段i(Video-i)、内插与磁迹信息段I(ITI-1)、子码段(SVBCOE)、音频段i(Audio-i)、音频段j(Audio-j)、视频段j分别是G0到G8。每个区域都有段前码和段后码。此外，在磁带运动方向上还有二条提示磁迹与控制磁迹，用它可获得良好的编辑操作性。
j(Video-j)和内插与磁迹信息段2(ITI-2)8个区域。在起始和结束区域间都有编码间隙，分别是G0到G8。每个区域都有段前码和段后码。此外，在磁带运动方向上还有二条提示磁迹与控制磁迹，用它可获得良好的编辑操作性。
Betacam-SX：
B etacam-SX是SONY公司盘带结合型数字录像机，它采用了MPEG-2 MP@ML的扩展4：2：2P@ML标准。因此,该录像机在保证高图像质量的同时有较 高的压缩比(10：1)，配合硬盘的机型可现场作非线性编辑，配备SDDI(Serial DIGITAL Data Interfare)接口的录像机可用同轴电缆以四倍重放速度传送记录的数据。
4：2：2P@ML压缩方案的内涵是以MPEG-2标准中主类主级MP@ML（Main profile at main Level～主类主级）的图像质量和传输码率为参考标准，同时考虑传送素材和制作的需求，将主类、主级中的4：2：0取样改为4：2：2标准取样，相对提高了传送素材的质量。再施以MPEG-2压缩，其中兼顾编辑要求，采用由I-B帧构成的GOP(GROUP OF PICTVRES)图像组序列，使数据流的编辑系统与两帧四场的GOP边界同步，切换点始终选在I-B帧的I帧上，实现高精度编辑，保证了入点画面的制作质量。
1、磁带记录格式
Betacam-SX磁迹格式如图5。使用磁带为1/2英寸的金属涂布带。磁迹的组织与其他录像机不同，不是按照帧来组织，而是按GOP组织的（相当于两帧，即I帧，B帧）。对于525/60制式，每个GOP加纠错码后组织成10条斜磁迹；而对于625/50制式，使用12条斜磁迹，在磁迹的安排上，视频磁迹放在两侧，中间安排8段音频数据和两段系统数据。另外还有三条纵向磁迹，一条辅助磁迹，一条时码磁迹和一条控制磁迹。
SX的主要参数如下：
视频处理：525/60 625/50，
4：2：2处理 4：2：2处理，
8比特/样值 8比特/样值，
507行/帧 608行/帧，
视频辅助数据：1行/场，
磁迹数： 10根/GOP 12根/GOP，
带速： 59.515mm/s 59.575mm/s，
磁迹间距：32μm，
磁鼓直径：81.4mm
磁鼓转速：75Hz
记录码率：约40Mbps
视频压缩：10：1压缩，输出码率约18Mbps
视频质量：Y：25Hz~5.5MHz，金属带
R-Y，B-Y：25Hz~2.0MHZ，金属带
S/N>48dB
音频： 4声道线性PCM，
16比特/样值
48kHz抽样
硬盘容量：90分钟 DNW-A100P
硬盘编辑：最小编辑段0.5秒
EDL表编辑及输出
磁带到硬盘：4倍速装载
视频输入输出接口:SD1,SDD1,模拟分量，
模拟复合
音频输入输出接口：AES/EBU数字，模拟。
Sx的磁迹宽度为32mm，比其他两种机型都宽，通常信号磁迹越宽，则s/n比越高，数字信号的码率就越小。
2、数字视频处理
在硬盘编辑时,先向硬盘拷贝磁带的任意视音频数据,然后根据文件索引可按任何顺序进行编辑。这一过程并非真的改变磁盘内容的顺序，而是改变编辑决定表(EDL)。图6中可看到SDDI编解码接口，使录在磁带上的数据可以四倍重放速度向硬盘拷贝。Betacam-SX纠错能力较强，即使一个GOP中有两根磁迹丢失，误码校正仍可正常进行。
Betacam-SX的另一个特点是重放磁头增加了一倍。一般情况下,有某个磁头正常读取数据即可，这样降低了对磁迹精度的要求。使用该技术可使±1倍速范围内重放得到无杂波的图像。
DVCPRO：
DVC(DIGITAL VIDEO Cassette)是松下等世界上50多家公司联合制定的家用DV数字分量录像机。DVCPRO是一种充分挖掘和拓展了家用DV数字录像机格式，其最大的特点是小盒带和长重放时间。由于使用1/4英寸的磁带，使得磁带传送机构也相应缩小了。它的压缩方案对所有可能的参数如压缩的损伤、运动码率、图像主观质量、耐用程度、多代复制性等进行了综合考虑，从而产生了一种从普通数字电视到高清晰度电视，包括各种级别的综合系统。对普通电视信号采用4：2：2、4：1：1或4：2：0数字分量，由于保持了亮度分量的全部样值，分辨率是很高的（与D1、D5一样），4：2：2使用的压缩比为3.3：1，码率为50Mbps；4：1：和4：2：0使用的压缩比为5：1，码率为25Mb/s。绝对数码率的减少使DVCPRO可使压缩系统工作在帧内，因此可进行帧精度的控制和编辑。压缩方案虽然不一致，但是对机械结构、带盒、记录格式和数据结构进行了精确的描述和定义。并使大部分电路能包装到两片集成电路中(即芯片组相同),使它们之间具有兼容性。
1、磁带记录格式
磁带采用高可靠的金属粒子带(MP)，磁带总厚度为9μm。因为金属粒子带适于进行纵向记录（与金属涂布带不同），这样可以提供模拟音频提示磁迹（在上边缘）和控制磁迹（在下边缘）。使用控制磁迹可使快速伺服系统在机器从停止到重放的转换过程中快速锁定，这是缩短预卷编辑时间和帧精度编辑的关键。提示磁迹不仅提供用户第三个音频通道，它在音频搜索时，当数字音频得不到的情况下，提供另一种获得音频的方法。
DVCPRO的磁迹格式采用了21.7mm直接磁鼓与通常的1/2英寸盒式录像机相比，DVCPRO录像机的磁鼓直径小3.5倍，这不仅减小录像机总的机械体积和重量，而且同时也减小了录像机的功率损耗和磁鼓旋转的噪声。录像机磁鼓的转速为150转/S，螺旋扫描记录磁迹的宽度为18μm，磁迹指数（记录磁迹的宽度与长度之比）比D3格式大3倍，且与模拟格式差不多。磁鼓上安装有六个磁头，即两个记录磁头，两个即时重放磁头和两个旋转消磁头。旋转消磁头用以辅助完成插入编辑功能，即时重放磁头可用于记录的同时重放图像以便即时检查记录质量，也可与录放磁头一起共同完成正、反方向的慢动作重放。声音通道以48kHz取样,16bit量化，同时记录两个通道的非压缩数字音频信号。
磁迹起始部分的ITI（插入与跟踪信息：Insert and Tracking information ）码，主要用于插入编码时提供插入和跟踪信息，新数据将记录在ITI码后面，除了重新记录，ITI码不重写。在随后的音频数据段和视频数据段左右都加有编辑间隙共3段：G1、G2、G3。在G3后有子码(Subcode)记录有纵向时间码或逆程时间码数据。再后面还留有一定余量。每帧12条磁迹(625/50系统),±20度方位角记录。磁带速度为33.813mm/s，音频是二通道PCM，1通道纵向提示磁迹，抽样频率48kHz。另外有两路独立的LTC/UITC时间码。两种时间码可在任意磁带速度时被读出。
磁迹倾角θ为9.1784度,控制磁迹宽度0.4mm，提示磁迹宽度0.35mm，螺旋扫描磁迹总长度32.842mm，视频记录长度27.548mm。
2、视频处理
DVCPRO有DVCPRO50和DVCPRO25，它可以在4：2：2、4：1：1、和4：2：0三种取样格式之间进行切换，压缩率也有所不同并可切换。它们的信号结构之间是兼容的，也可在525行和625行电视制式间转换，可以25Mb/s和50Mb/s两种格式记录和重放素材。DVCPRO是通过使用两组DVCPRO芯片组并行来实现4：2：2的记录。DVCPRO50的压缩比降到3.3：1，而DVCPRO25的压缩比为5：1。在此以4：1：1为例说明视频信号的处理过程。视频亮度信号的取样频率为13.5MHz，色差信号为3.375MHz和3.375MHz，亮度分辨率与D1、D5一样，色度带宽为1.5MHz，与Betacam-SP相同。视频数据压缩主要采用DCT和可变字长编码。
首先4：2：2数字信号经过4：1：1变换由216Mbps变到162Mbps。经变换后输入到图像压缩编码单元,再从162Mbps压缩到24.948Mbps，然后到纠错编码并经扰码输出到记录符号化处理单元，通过旋转磁头记录在磁带上。
码率压缩的具体流程如图9。每帧625行有526个有效行，奇数场从23行到310行，偶数场从335到622行，每场288行。亮度信号的量化级从1～254，白电平为235/黑电平16，色差零电平(灰电平)128共255量化级与S一样，亮度和色差样值都按8×8分成像块，像块按(X、Y)定位，水平为X，垂直为Y。Y、CR、CB分别按照帧组成像块,为此亮度有72×90=6480个DCT像块，CR、CB各有(18×2)×45=1620个像块，然后四个亮度像块和CR、CB各一个像块组成一个宏块。对于625/50来说形成1620个宏块，然后27个宏块组成一个超块，可得到60个超块。60个超块分成12行，每行5个超块记录在12条磁迹上，这和S是相同的，即每帧记录12条磁迹。
总之DVCPRO50不仅在重放和记录与DVCPRO25兼容，它同样在数据流层次上也完全兼容，可实现无缝切换。这使得DVCPRO可以存储25Mb/s和50Mb/s文件的服务器中切换和创建系列节目。
“格式之战”由来已久,对于用户来讲有喜也有忧:喜的是因众多的格式竞争,使各种机器的性能及价格有了选择的余地;忧的是选型不当会给工作带来很多不便,甚至造成积压和浪费。因此,在选购数字录像机时,应根据具体情况及使用场合选购，要注意资源使用配置的合理性、设备的系统化、开放性、兼容性和运行成本等，并应适当考虑瞻前性，尽量做到物尽其有，以最少的投资，得到最大的效益。
从图像质来看,数字Betacam格式是4:2:2取样,10bit量化,帧内2:1压缩是当今压缩数字设备中的最高档次。Betacam-SX是帧间10:1压缩，码率18Mbps是现代几种录像机中码率最低者,因此降低了运行成本,其图像质量稍逊于数字Betacam但可达B水平。SONY在家用DV格式上开发的DVCAM格式4:2:2取样,8bit量化,帧内5:1压缩,图像质量接近PVW水平。松下的DVCPRO50是DVCPRO的升级产品,帧内3.3:1压缩,码率为50Mbps,图像质量接近DVW而DVCPRO25码率25Mbps,图像质量可达到PVW水平。JVC公司的DIGITAL-S,帧内3.3:1压缩,码率50Mbps图像质量接近DVW水平。
总之，目前这几种数字录像机仍处于发展阶段，某些技术问题尚待进一步改进。相信不久的将来这种数字录像机设备会越来越完善，价格会越来越便宜，图像质量也会越来越高。
规格\格式 DIGITAL-S Betacam-SX VCPRO
图像编码标准 4:2:2分量方式 4:2:2分量方式 4:1:1(4:2:2)分量方式
图像压缩方式 帧内压缩的DCT方式 基于MPEG-2的P@ML方式 帧内压缩的DCT方式
压缩比 3.3:1 10:1 5:1(3.3:1)
码率（约） 50Mbps 18Mbps 25Mbps(50Mbps)
音频标准 16bit/48KHz不压缩 16bit/48KHz不压缩 16bit/48KHz不压缩
4通道 4通道 2通道
磁带 1/2英寸金属涂敷带 1/2英寸金属带 1/4英寸金属粒子带
记录时间 最长104分钟 180分钟(大型带) 60分钟(小) 123分钟
磁鼓直径/转速 62mm/75rps 81.4mm/75rps 21.7mm/150rps
磁迹数/帧 12条(625/50) 10条(525/60) 12条/GOP(625)
10条/GOP(525) 12条(625)
10条(525)
磁带速度 57.8mm/s(625) 57.7mm/s(525) 59.575mm/s(625) 33.813mm/s(625)
磁迹宽度 20μm 32μm 18μm
记录方位角 ±15度 ±15度 ±20度
磁迹倾角(度） 5.57 4.621 9.1784
重放的兼容性 具有S-VHS重放功能 可重放现有的Betacam
氧化带和金属带上的素材 DVCPRO-25.50可兼容
图像质量 接近DVW水平 相当BVW水平 PVW（接近DVW)
磁鼓寿命 ≥800h 是PVW的3倍，约2400h >1
