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数字视频的未来发展
2003-06-09 实用影音技术网络版
近年来，数字摄录机及其相关的视频设备持续地高速发展，每年都会涌现出一大批功能更加强大、特色更为鲜明的数字摄录机，一些摄录机将会变得越来越小巧，便携性更为广泛，连接其他视频设备也更为灵活。也许，人们还可以看到一些全新的摄录机结构和外形，它们不再是中间一个小形方盒，一头装有摄像镜头，另一头装有观景器，中间放一块显示屏那种千篇一律的老面孔。
推动这些变化的强大动力是几种崭新的技术，其中主要的是更加新颖和功能强大的压缩技术、完全抛弃用磁带作为记录载体的存储技术以及无处不在的高速、无线因特网接入技术。在压缩技术方面，现在刚刚开始实施的MPEG-4，是一种将高压缩率和智能压缩技术结合在一起的高质量压缩标准，用这种压缩标准做出来的视频图像质量只需要300kbps至500kbps的低传送率就能取得非常好的视频效果。
MPEG-4压缩标准可以将视频数据流信息分成各个层次，每层次可以用自己的压缩等级进行处理，在一幅既有前景又有背景的混合镜头下，压缩引擎（压缩处理的执行单元）可以自动区分相对重要的前景和相对次要的背景镜头，而将处理重点放在主要的前景镜头上。这一类实例很多，如课堂上的技术讲演和一系列高速运动的连续镜头（如篮球），它们的背景图像很少有变化，而前景图像却是随时间不断变化着的，因此可以不管或少管背景图像的处理，而将全部或大部精力放在前景图像的处理上。
采用现行的MPEG压缩技术，例如MPEG-2，它是以区块为目标进行图像处理的。在同一区块内，图像是混合存在的，它既有前景又有背景，尽管你最感兴趣的部分是前景镜头，但是MPEG-2对区块图像的处理是不论对前景还是背景，不论是动态图像还是静态图像，均一视同仁地给予相同程度的压缩处理，这种不分青红皂白眉毛胡子一把抓的做法显然很不合理，它浪费了许多本来不应该进行处理的比特数，从而增加了压缩引擎的负担。MPEG-4压缩处理则完全不同，它是以对象作为处理目标的，它将前景镜头作为处理对象，将更多的比特数用来处理前景镜头而将较少的比特数用于次要的背景信息，这样就可突出鲜明的快速、热烈的前景场面，同时也减少了压缩引擎的负担。
除了采用MPEG-4压缩标准以外，视频处理器和存储器技术有了长足的进步，这两方面的进步结合在一起加速了向无视频磁带的演变过程。回顾过去的几十年中，不管视频摄录技术无论如何千变万化，只有一件事始终一成不变，那就是视频摄像机和录像机一直沿用磁带来录制视频和音频信息，而牵引磁带时需要消耗电源的大部分电能。如果摄录机不再需要牵引磁带，那就可以节约电池的大量电能，从而大大延长摄录机的工作时间，这对便携式摄录器材显得尤为重要，因为快速向前卷带或向后倒带以及正常走带录制和回放都要消耗电池的大量电力。
一、改进录制载体和摄录机的外观
为了淘汰耗电很大的各类摄录磁带，有些摄录机制造厂商曾尝试过采用MPEG-1或MPEG-2压缩技术来抓捕视频信息，并将它们存放在闪速存储器芯片上或小型硬盘上来代替磁带存储。几年以前，日立公司推出其不用磁带的MPEG
CAM，虽然其视频性能不是非常好，但还可以工作。不久之后，又有其他技术得到了进一步发展，如将视频图像信息直接抓捕到摄录机内部的DVD-RAM驱动器中，这些技术现在仍在不断改进，相信在几年之内，人们可以见到无磁带的摄录机将越来越占更大的市场份额。
另一个重大变化是发生在摄录机的外观和功能方面，除了夏普公司推出独特的Viewcam摄录机外，绝大多数摄录机看起来外观都差不多，功能也大致相仿。对此，不少摄录机制造厂家都试图在这两方面有所突破。例如，英特尔公司推出了一种小型的手枪式外形的摄录机，其名称取为Digital
Movie Creator，它用小块8MB芯片来抓捕和存放4分钟的MPEG视频图像和静止照片。实际上它是一种拿起来对准就摄的傻瓜型摄录机，这种摄录机的使用对象是青少年和儿童。使用起来无疑比传统的箱式摄录机方便许多，你可以将它装在腰间皮带上而不用挂在肩上。这种摄录机其拍摄和存储空间是不太多，如果要存放更多的视频和音频信息，只要将它用USB电缆连接到电脑就行，只要你的电脑内有足够的硬盘空间，你就可以随心所欲地抓捕你所喜爱的视频镜头，只是你必须将电脑随手带上才行。
二、便携式电脑的摄录功能和新型电池
随手带电脑当然十分不便，即使你采用各种小型的笔记本电脑。对此人们正在探究能不能直接用笔记本电脑来配备其摄录功能呢？实际上这种想法是可行的，从实质上来分析，只要将CPU和I/O端口环绕硬盘驱动器通过适当的连接，这种小型的笔记本电脑就可变成一台小型的便携式录制设备。例如，索尼公司的Vario
PictureBook笔记本电脑内置有一只逐行扫描的摄像机可用来自由拍摄数字静像和活动图像。
如果你还希望更小巧一些，还可以将微型视频或静像照相机附装在手持式设备上完成摄录工作，如Handspring、Palm
Pilot或Song Clie。另外，将微型电脑系统与独立的小型视频拍摄器材相结合也很有现实意义，有些公司如美国波士顿的LiveWave公司现在已可提供这一类的微型电脑作为因特网串流视频系统的核心部分。由于这种系统非常小巧，因此可以将它放置在你想放置的任何地方，然后通过串流传输高分辨率的活动视频信息，通过因特网传输至全世界。图1是Livewave公司的这一类微型串流视频系统的代表，左边是松下机器人视频摄像机，右边是LiveWave的CC-100-LE微型全合一串流视频服务器。另外，通过采用无线手段连接至因特网，还可以将你自己变换成一台移动的视频信息web广播站。
LiveWave系统还能通过因特网从世界上任一地点远距离管理机器人摄像机，允许人们控制和驱动这些摄像机的动作，包括将镜头拉近、推远、向后摇镜和向前摇镜及上下调整拍摄角度等等。采用这种系统，可以组成一套环境安全监视系统，这种小型的IP（因特网协议）摄像机可以装在任何监测位置，通过远距离监视、观察和分析一些可疑事物的特征来消除安全隐患。这种系统在公共场所的应用效果尤为明显，图２是Livewave因特网远程串流视频系统用作机场安检系统的实例，通过因特网的远距离连接，可以在任一地点监视世界上任一航空港内的一切动向，图示一次可监视四个场景。
另一个支持下一代技术的开发方向是新型电池和电源供给。在研究、开发这一类新型长寿命电池的公司中有美国纽约的电气燃油公司（EFC）最近声称他们已开发成功了一种超高性能的锌空气微型燃料电池，这种电池在性能上已超过了目前仍在开发中的用于消费电子产品的氢、甲醇和乙醇等燃料电池。在将来，不仅摄录机和其他电子产品的耗电要求会越来越低，而且作为这些产品使用的电池其充电间隔也会越来越长。
三、新的摄录机式样和功能
摄录机未必是天生用来摄录视频图像信息的，如果我们把思路再放开一点，将摄录机只用来抓捕和传输视频信息而不予存放，使摄录机变成地道的摄像机，岂不就可以使摄像机做得越来越小，这样做的结果，摄像机不仅可以做得小而轻，而且功耗也大大减少，当然就不会再受视频磁带盒长度或CompatFlash芯片以及硬驱空间的限制了。在这方面，又是英特尔Digital
Morie Creator的微型版，它可以戴在手指上或挂在颈部，甚至可装饰在帽子上。用户唯一需要做的控制功能只剩下镜头的拉近、推远、录制和回放，这一切只需要一只微型的手持式控制器就能全部搞定。有的甚至连这种简单的控制都不需要，只需要对着装在嘴边的微型话筒利用声控技术就能控制一切。图3是几家公司正在研制的声控电脑系统。
这些技术类型正在以超出人们想象的方式接近现实。目前在纽约举办的“技术与时装展览会”上，几十家公司展出了一大批带电脑和计算设备的服装，在这方面领先的要数麻省理工学院的媒体实验室，它的MIThril程序正在开发一种能知道事物前后关连的可穿戴式的计算研究平台，它将小型轻巧的RISC（精简指令系统计算机）处理器、单缆电源/数据骨干总线和高带宽的无线联网设备集中为一个整体。它实际上是一件轻便、舒适和不引人注目的休闲服装，其外表与街上普通人们穿着的服装没有什么两样。MIThris中的骨干总线支持USB和I/O连接，允许使用各种成品传感器和外围设备。功耗极低的处理器使电池负载减轻，使用寿命增加。
目前又有许多可穿戴的电脑系统投放市场，这些系统小型化的程度都可以将它们置入防护服或短上衣内，除了控制器或摄像部分外，没有人会注意到你就是一台移动的计算和视频工作站。许多这一类系统都含有内部电源供给、硬驱、处理器和新颖的I/O设施，如臂装式键盘和手持式输入设备。
四、进一步小型化
随着更小巧、更高质量的成像器材和LCD显示屏的出现，目前已有可能将一只微型屏幕装设在一副眼镜上，例如美国加州硅谷地区有一家叫InViso的公司推出了一种叫e-shades的太阳眼镜，其图像屏就装设在眼镜框架里面。微型化的另一个成功的应用实例是美国维基尼亚州的Xgbernaut公司推出的Poma系统(见图4)，这是一种头戴式
1英寸的显示屏，全彩色，800×600 SVGA，其重量只有85g，视区清晰度相当于距台式机约60cm距离处观看的清晰度。
Poma还含有一台甚小但功能很强的电脑，这台电脑可以通过手机和触摸式光学鼠标设施方便地进行因特网和视窗导航。
这些可穿戴的系统还提供有无线连接特色，例如MIThril的802.11b/Wi-Fi连接用于广播数据或由移动用户将视频信息发回至中心无线基站，再经过基站中继后输出至因特网。这类无线连接技术可以使用户直接将其视频信息广播至因特网再转发至全世界。如果无线基站设备位于立即广播的地域之外，则视频信息可暂时存放在用户的移动硬盘内，一旦系统进入适当的无线连接范围内时再上载至因特网。
五、无线联网与网络识别
目前，已可做到网络的自动识别与自动连接。新的Windows XP操作系统具有Zero Config特色，允许一台电脑的内置Wi-Fi无线系统在该电脑从一个地区移动至另一地区时自动扫描搜索无线网络电台并与之自动连接。当你在家里时，Wi-Fi系统可自动搜索到你的位置并连接到你的家庭无线网络。当你在办公室时，Wi-Fi系统又会找到你公司的网络并与之连接。当你在逛摩尔超市、咖啡屋、机场或参加集会时，它也会自动搜索到你所在地点的无线网络。许多分析家预言，几年之内这类无线网络将会遍及许多公共场所和城市中心地区。
这类无线视频系统现在刚刚开始投放市场。例如，TandbergVision公司最近发布的Tandberg
1000无线会议电视系统，可以通过标准的802.11b无线网络双向传输高质量的视频和音频信息，如图5。
但无线视频和因特网也存在不少问题，其中最主要的是视频信息本身要占用大量数据，因此在带宽有限的因特网上传输会带来不少问题，但好在有一种新颖的压缩方案MPEG-4已逐趋成熟，它可以允许在狭窄的可用带宽内安排高分辨率、高清晰的视频信息传送。此外，这种高压缩方案使因特网处理视频信息也更为优越。
MPEG-4的可变分层技术可以使你的因特网摄像机具有足够的智能，它能找出最佳的因特网连接通路来发送视频图像中最重要的信息。这样，图像中的背景视频层信息就可以轮流地用较为繁忙的网络连接来传送，所有层面的信息分别传送后在你的中心视频服务器中再重新组合成原信息。
另一项重要发展是Internet 2，这项计划目前仍处在研究阶段，这是一项新型的通信技术和通信系统，它可以最佳地传送高档次的数据，包括HDTV。
六、智能的视频编辑工具
人们现在离解决可以在任何地方按自己的需要来记录和发送视频信息问题的境界越来越近了。但在创作和编辑视频方面的进展又如何呢？我们看到不少使用方便且具有足够智能的编辑工具正在不断涌现。大多数编辑程序具有智能抓捕能力，可以自动识别在视频抓捕过程中各种场景的变化，并将各种场景进行剪切成更小的片段从而使编辑得以简化。
MGI软件公司是编辑视频的大众化Video Wave软件制造厂，最近声称已推出一种低价的编辑程序Cinematic，据MGI称这是一种“可为你做一切工作”的软件，它不用你插手，只消闲坐在一旁就可将摄得的一系列连续视频镜头和喜爱的歌曲等内容自动转换成完美的编辑好的成品。另外，MGI还可以将你摄得的各种原材料视频片段组织起来，加上效果处理和转场处理，甚至采用创意性的风格使完成的成品更具魅力，其类别包括从音乐视频直至浪漫的电影作品不拘。
对于那些穿上移动视频摄像机和带计算功能服装的人，也可以坐在舒适的椅子里用观景眼镜对作品进行随心所欲的编辑，他们也可以通过臂装的键盘或鼠标，甚至可以通过口头命令告诉编辑系统沿着电影的情节图幅快速向前对片段结尾进行剪切，并在两个场景之间加入交叉变场效果。
总之，不再使用磁带、容易使用、无线连接能力和无处不在的视频摄像机，这一切就是数字视频的未来。从技术上来分析，这一切其实现在就可以做到，只不过考虑到市场需求和实施方案这两大问题，上面所说的未来美景还需要时间。一旦目前的技术改进得以实施之后，总有一天人们会看到视频显示器件可以安装在隐形眼镜里面，甚至再走得更远一点，像科幻小说那样，视频显示器及传感器可植入人类的视神经系统或直接植入大脑。等着吧，这一天迟早终会来临！
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