压缩问题

    压缩技术是新时代数字视频记录和分配的核心。“让更多的比特进入更小的空间”一直是电子领域许多开发工作的一大推力。
    另一方面，录像带、硬盘和光盘工程师一直在大幅度提高这些记录媒介的密度。硬盘驱动器的最新突破技术是“垂直记录”，垂直记录技术使消费者可以通过零售渠道购买到500GB硬盘。1TB驱动器已经推出。垂直记录前可零售的最高容量是320GB。
    数字磁带记录密度的技术高峰由磁带制造商而定。如LTO3等的数据磁带拥有一批忠实的追随者，因为一盒LTO3磁带现在有400GB的容量。Sony对LTO磁带采用的“先进合金被覆金属离子”技术引以为豪；富士胶片公司有其“Nanocubic”磁性媒体涂层技术；TDK有超精细金属“Super Finavinx”磁性粒子技术；Imation有其独有的先进金属粒子涂布技术与工艺“Tera Angstrom”；Maxell有其专有的陶瓷被覆金属粒子磁带。
    磁带要小心对待的是磁带驱动器内的记录磁头。薄膜晶体管技术对减小磁头内记录间隙尺寸非常重要，因此可以记录更短的波长。
    通过多层技术及采用更短波长的激光获得更大的比特密度，光盘正取得稳固的发展。在低成本的坚固的移动式光盘上以最新的双层蓝光可录光盘形式可以有50GB的容量。
    另一方面，虽然记录媒介正在变得越来越密集，但降低有效载荷本身大小的开发努力还是很大。“降低码率”也许是对我们通称的压缩的最准确的表达，因为它清晰地说明了我们正在努力实现的目标，即找到一种用更少的比特描述原始像素的方式，从而降低要记录的比特数量。
    现在关于JPEG和MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4（及变种）的发展路径的文章已经很多，值得一提的是广播行业只有一种压缩标准被标准化，即MPEG-2。
    MPEG-2并非一种任意一个厂商独有的专有格式。DV25在消费视频行业是标准化的，但在广播行业，只有来自某些厂商的专有变种可用，明确地说，就是松下的DVCPRO和Sony的DVCAM。
    在SDTI连接上有一个DV数据流SMPTE标准，但这是就目前的情况而论。压缩视频流的记录媒介格式在广播领域始终是一个专有的问题。
    一个由消费视频行业50多家公司组成的联盟充分地标准化了DV25，但转向下一代消费视频记录格式是一个解难的努力。个中原因在于目标起点已大不一样——从SD到HD，这骤然要求比特密度非线性突升。

    压缩领域的一个跳跃
    压缩的SD数据率约31Mb/s，而非压缩的1080i HD约为117Mb/s（50i）或140Mb/s（60i），这比PAL环境中捕获的数据量高出3.8倍，比NTSC环境中的高出4.5倍。
    在我们转向HD时，有效载荷骤然间或多或少增加了4倍。记录介质和码率降低方案过去在极好地跟上SD的需求。31MB/s是易办的，用于消费摄录一体机的DV25和用于消费DVD电影分配的MPEG-2就是实证，但HD记录是一座要攀登的陡峭山峰。
    MPEG-2在某些场合非常有效，消费HDV格式就是一个很好的例子。采用长GOP MPEG-2编码，上佳质量的高清视频可以挤进6mm DV磁带的25Mb/s带宽。但不管你喜不喜欢，总之都有一种弃用磁带的趋势。
    消费SD摄录一体机采用8cm Mini-DVD-R光盘或内部硬盘有一些时间了，而随机存取播放能力和缩略图索引是大卖点。但DVD-R光盘的记录带宽是有限的。还有发展趋势是使用像安全数字（SD）存储介质这样的闪存卡。这种情况下存储容量限制问题和记录带宽问题更大。
    转折点来了。消费电子行业两大巨檗索尼和松下宣布为消费摄录一体机联合开发一种新减低码率方案——AVCHD。基于MPEG-4 Part 10编码，此新方案希望在相同图像质量下MPEG-2的码率减半。
    有鉴于此前最大的成就是25Mb/s的HDV，现在我们可以期待在约12.5Mb/s有与HDV相同的图像质量。这将能在普通的闪存上（如SD卡）记录HD信号。在12.5Mb/s，一块SD卡将能存储约40分钟视频。
    甚至于20分钟容量在25Mb/s也是可行的，但每秒3.125MB/s的相当HDV数据率是闪存和DVD-R的底线。虽然高速闪存卡有许多天花乱坠的宣传，但传输速率的底线依然在3MB/s左右。
    当我将一块高速CIF卡插入一个CF-IDE适配器时，我认为可以把此CF卡当作PC硬盘的一个高速低功率替代物，但现实令我非常失望。来自此高端CF卡的最大可测量的传输率仅有3Mb/s，难道这是闪电的速度吗？

    AVCHD解决方案
    因此需要AVCHD使数据率低至一块SD卡能持续不断地处理的水平。松下采用P2盒内4块并行SD卡解决了其P2卡中的带宽问题。一块P2卡本质上就是一个四SD卡阵列。
    但在消费视频市场，由于成本或体积的原因，四SD卡阵列是不可行的。目标是可靠地记录到一块SD卡上，AVCHD就是可行的技术。
    AVCHD其它感兴趣和切合实际的方面是记录在AVCHD摄录一体机内Mini-DVD-R光盘的内容可以在消费蓝光盘播放机中播放。此功能是通过将MPEG-4编码的数据封装在一个MPEG-2传输流内实现的。此MPEG-2传输流内AVC称为“HDMV模式”。HDMV基本上是蓝光盘播放机规范内的“DVD兼容模式”。
    因此，随着AVCHD摄录一体机的出现，现在可以获得一种端到端消费HD系统。消费者能够在AVCHD摄录一体机上拍摄HD，把此视频记录到Mini-DVD-R光盘上。该光盘然后可以在家庭蓝光盘播放机上直接播放。随即存取播放和缩略图索引是标准特性。甚至杜比AC-3环绕声都可用于AVCHD标准。消费者是否能用消费话筒装置有效记录环绕声是另一回事，但这是一大卖点。
    这些特性不一定就流到广播市场，例外是松下宣布在其某些P2 HD摄录一体机机型中采用AVC-Intra压缩。
    AVC-Intra是MPEG-4 Part 10一种I帧唯一模式。松下的AVC-Intra应用动机与AVCHD的相同。松下的P2摄录一体机就P2记录介质每分钟的成本来说是处于不利地位的。应用AVC-Intra（50Mb/s）取代DVCPRO HD（100Mb/s），可以倍增P2卡上的记录时间，有效减半此记录介质高清视频的每分钟记录成本。这使P2更进一步获得市场的认同。

图1 用AVC-Intra取代DVCPRO，松下令P2卡上的记录时间倍增

图2 Grass Valley Infinity摄录一体机 可将JPEG-2000用于记录的视频

    JPEG-2000——编码一次，解码