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关键词投资组合有效边界无差异曲线实证分析
1证券投资组合的可行域和有效边界
设有证券投资组合P,其期望收益率记为E(rp),标准差记为σP。则以E(rp)和σP为轴,可建立描述投资组合的坐标体系。在此坐标系中,所有可能的证券组合方式被定义为证券投资组合的可行域。对于只有两个证券A、B的投资情形,其组合分析见图1。
图1中由证券A和证券B建立的证券组合位于连接A、B的直线或曲线上,该直线或曲线被称为证券A与B的结合线。结合线的弯曲程度由证券A和证券B的收益率之间的联动关系所决定,而与选择的组合方式无关。证券间的联动关系采用相关系数来衡量,取值介于-1和1之间。不同组合在连线上的位置取决于该组合投资于证券A、B的比例。如果市场不存在卖空机制,则证券投资组合的可行域即是证券A、B之间的结合线。类似地,对于三个证券A、B、C之间的组合分析情形,在不允许卖空的条件下,由三条结合线(每两种证券形成)构成的所有投资组合的可行域见图2。显然,可行域内的每一点可以通过三种证券的二次组合来得到。例如,A、C的组合为D,B、D的组合为Z。一般来说,当存在n种证券可供选择时,根据建立组合的限制条件(如是否存在卖空机制等),其可行域可能是有限域,也可能是无限域。但无论如何,可行域的左边界总是向外凸的(允许线性部分),不会出现凹陷。
根据马柯维茨均值方差模型的假设,在相同期望收益的投资组合中,投资者会选择方差最小的组合方案。对于每一个可能的期望收益,均有一个方差最小的投资组合恰好构成可行域的左边界。另一方面,在方差相同的投资组合中,投资者会选择期望收益最高的组合方案。而对每一个可能的方差水平,都有一个期望收益率最高的投资组合恰好构成可行域的上边界。综上所述,投资者实际选择的证券组合应位于可行域的左边界和上边界的公共部分,该局部边界被称为可行域的有效边界(见图3)。
2证券投资组合的无差异曲线
在投资实践中经常会见到高收益伴随高风险的情形,即:
E(rA)>(rB),σA>σB
此时,投资组合A比B承担更大的风险,但同时也具有更高的期望收益,这种期望收益的增量可视为对风险增量的补偿。
基于风险与收益之间的补偿作用,不同投资组合的实际效用(即满意程度)在投资者看来也许是相同的。将被投资者认为满意程度相同的投资组合曲线绘制在均值方差坐标系中,形成图4所示的无差异曲线族。显然,族中无差异曲线的位置越高,该曲线上投资组合的满意程度越高。由于不同投资者对风险的态度大不相同,故无差异曲线通常被划分为风险偏爱、风险中立和风险厌恶等三种基本类型,其曲线形状(见图4)。
3最优证券组合的确定
统计调查的结果表明,绝大多数的投资者对风险持厌恶态度。为此,本文以风险厌恶型投资者的投资组合为代表分析最优证券组合的确定方法与过程。
如前所述,在马柯维茨假设下,给定投资环境中的每个投资者将根据证券组合的收益和方差以及自身对风险的态度确定相应的无差异曲线族,并借助于无差异曲线在投资组合的有效边界上选择一个适当的投资方案。显然,由于所选投资方案既不能离开有效边界,又希望具有尽可能高的满意程度,故该方案必然对应于某条无差异曲线与有效边界的切点。其图解过程见图5,图5中H点所代表的投资组合方案即为所求。
4实证分析
本文选取上证30指数的指标股作为实证分析的对象。研究时段为2000年1月7日~2000年12月29日,共计48个交易周的收盘价。首先计算股票的周收益率及其方差,期间凡有送股、配股和派发现金股利的股票,均根据其配送方案分别进行复权,以保持数据的完整性和一致性。然后构建组合投资的决策模型及确定投资组合的有效边界,最终给出指标股的投资方案并进行必要的结果分析。
4.1周平均收益率及其方差计算
样本股周收益率的计算公式为:
rit=■-1(1)
式中i=1,2,…,30;t=1,2,…,48;
rit:第i只股票从第t-1周到第t周的收益率;Pit:第i只股票在第t周的收盘价;Pi,t-1:第i只股票在第t-1周的收盘价;ai:第i只股票从第t-1周到第t周的送股比例;bi:第i只股票从第t-1周到第t周的配股比例;Bi:第i只股票配股价;di:第i只股票在第t-1周到第t周的每股现金红利。
各样本股在样本时限内平均收益率和方差的计算公式分别为:
E(rit)=■,σ2i=■(2)
式中E(ri)是第i只股票的周平均收益率,rit是第i只股票在第t周的收益率,N=47为计算总周数。
上证30指标股在样本时限内周平均收益率和方差的具体计算结果见表1。
4.2决策模型与有效投资组合
因为我国证券交易市场不存在卖空机制,相应的组合投资决策模型可写成以下数学规划的形式:minσ2(rp)XT∑X
s.t.XTEn=1
XTR=R0(3)
Xi≥0,i=1,2,…,n
式中:X=(x1,x2,…,xn)T为证券组合投资比例向量;r=(r1,r2,…,rn)T为各单个证券投资收益率向量;R=(R1,R2,…,Rn)T为收益率向量的期望向量;∑(σij)n×n为收益率向量r的协方差,σij=Cov(ri,rj),i,j=1,2,…n;En为元素全为1的n维列向量;E(rp)=XTR表示证券组合的预期收益率;σ2(rp)=XT∑X表示证券组合的风险。
该模型的内涵是在给定预期收益率R0的条件下,力求使证券组合投资的风险达到最小。其中,R0为投资者所要求的最低收益率水平。
借助于Lingo软件平台,通过编程计算,不难求解上述数学规划,从而确定证券投资的有效组合。实际运算结果表明,上证30指数指标股的有效投资组合一共有14组,每一投资组合中各样本股所占的投资比例见表2。
5.3投资组合的有效边界及结果分析
由表2的数据可以看出,随着组合投资方案中证券数目的增加,用方差代表的投资风险在迅速降低,最终稳定在某一固有的风险水平。该风险水平在某种意义上可视为投资环境的系统风险,必须由投资者个人承担,而无法通过投资组合的方式来化解。
根据表2的数据可以绘制出上证30指数指标股投资组合的有效边界,其界面曲线见图6。
图6中的B点表明,投资者在上证30指数指标股投资组合中可以实现的最高周收益率为1.4721%,折算成年收益率为75.71%,同时需要承担方差为45.08%的投资风险。其具体投资方案为将全部资金投资于龙腾科技,属于单一证券的投资选择模式,是高收益、高风险的集中体现。
另一方面,图6中的A点表明,如果将资金按一定比例分投于所选择的9支股票(详见表2),则投资风险降低到最低程度(σ2=5.2%),同时可实现0.249%的周平均收益率,对应年收益率为12.78%。显然,该证券组合投资的收益率仍然远高于银行同期年利率2.25%的水平。
参考文献
1小詹姆斯L.法雷尔.齐寅峰译.投资组合管理理论及应用[M].北京:机械工业出版社,2002
关键词: 图式理论 新闻听力理解 语言图式 内容图式 形式图式
一、图式与图式理论
图式(schema)一词来自希腊语,最早出现在古希腊哲学和心理学著作中,18世纪康德曾论述图式的哲学意义,他认为人的大脑中存在纯概念的东西,图式是连接概念和感知对象的纽带。[1]安德森(J.Anderson,1983)、皮尔逊(L.Pearson,1984)和巴特尔特(F.Bartlett,1932)将图式概念用以讲述和追忆故事,他们得出的结论:记忆不是复制,而是根据大脑中已有的图式重构将要记忆的内容,即改变新认识的事物使其与已有的图式融合的过程。[1]对“图式”含义的理解各家不尽相同,但总的来说,图式是大脑为了便于信息储存和处理,而将新事物与已有的知识、经历有机地组织起来的一种知识表征形式,使相互关联的知识构成的完整的信息系统。人们对新事物的理解和认知在一定程度上依赖大脑中已经形成的图式。
二、图式理论与新闻听力理解
听力是人们获取信息与相互交流的有效途径之一。其中,新闻听力一直是听力理解中的一个难点,因此图式理论与听力理解的关系的探讨适应于新闻听力理解。如何对听力材料达到最有效理解,一直以来都是心理学家与语言学家们研究的重点。在20世纪60年代以前,受行为主义心理学的影响,传统听力理解观认为听力理解是一种基于语音、词汇和句法知识的信息被动接收过程。听者在整个过程中,只要通过语言符号的刺激就可作出反应,通过逐词逐句的解码就可获得意义,听者的能动作用完全被忽略,听力理解成了一种机械的刺激反应过程。20世纪60年代末,心理学、语言学、心理语言学及应用语言学等领域的研究都取得了重大的突破,极大地推动了听力理解研究的发展,尤其是现代认知心理学的图式理论被广泛应用到对阅读、听力与理解等心理过程的研究之中,听力理解得到了科学的解释。
这些研究表明,听力理解是一种极其复杂的动态的心理活动和信息处理过程。它并不是一种单向的信息接受活动,也不是通过对词、句、篇的解码而获得意义的过程,而是听者已有的语言知识、背景知识等与听力材料之间相互作用的动态过程。在这一动态过程中,听力材料以其语言文字形式、内容和结构作用于听者,向听者提供信息,同时听者也以自己已有的知识作用于听力材料。也就是说,在处理听力材料时,除了由材料输入的信息外,听者还必须利用他们的语言知识和背景知识,并使之同材料信息相互作用、产生共鸣,以达到理解的目的。图式理论学家们称之为“材料驱动”(data-driven)和“概念驱动”(concept-driven)。[2]前者促进读者能获得与先验图式相符合的信息,后者帮助读者通过对输入信息进行拟合优度评价从而作出合适选择与解释。[3]从而达到对听力材料的理解。
三、新闻听力理解的图式类型及意义
根据图式理论,新闻听力理解的效果主要受三种图式的影响,即语言图式、内容图式和形式图式。语言图式是关于语言方面的知识;内容图式是指有关文本内容的背景知识,即听者掌握的有关材料主题知识,它是听力理解的核心和关键;形式图式则是关于语篇结构方面的知识,即听者对新闻材料体裁的了解程度。大脑中储存的这三种图式分别与听力材料的语言、内容和形式相互作用,从而产生对材料的理解。
1.语言图式
理解和掌握基本的语言知识是听力理解的前提。实践证明,语言知识的多寡对听者的听力理解有着重大的影响,特别是在学习的初级阶段。如果语音错误、词汇贫乏、语法薄弱,听力技巧和策略再好,听力理解也难以达到应有的效果。具体而言,新闻听力理解中的语言图式,就是关于听力材料的语音、词汇和语法等方面的基础知识。
(1)语音方面
英语新闻播报语速较快,而且经常伴有连读、同化、弱化、省略等发音现象。英音与美音为英语两大标准变体,BBC和VOA是其主要的代表节目,两者发音略微有区别。
(2)词汇方面
英语新闻词汇可分为一般新闻词汇、缩略词、新词、借用语等。一般新闻词汇指在新闻报道中经常出现的稳定词汇;缩略词又分为缩写词和简缩词。缩写词,又称首字母缩写词,如:WTO.简缩词主要是通过截头去尾,或是将一个词的首部加上另一个词的尾部构成,如:Expo.。英语新闻中的新词非常重要,主要有三种形式:如:euro属于新事物催生新词;headhunt(出自原始部落猎取敌人人头作为战利品这一习俗,现用来比喻“以高聘金等方法从同行业队手中挖走人才;猎头”等)属于旧词衍生新义;cyberspace(cyber-表示“网络的”)属于旧词派生新词。新闻中的借用语通常借用地名、建筑名指代该国或其政府及有关机构,如Pentagon指代美国国防部等。
(3)语法方面
英语新闻的语法特征主要有以下几方面:前置定语种类繁多,经常出现多重修饰语;时态呼应不拘规则;被动语态占较大比重;广泛使用直接和间接引语,一则显示出该新闻的真实感,二则增添新闻的生动性。
由此可见,听者一定要加强语言基础知识的学习,牢固掌握足够的新闻词汇,熟悉习惯的新闻报道的语音语调,把握新闻报道的语法结构知识规律,建立完整的语言图式,为达到良好的新闻听力理解打下扎实的基础。
2.内容图式
要想获得颇为有效的听力理解仅有语言图式还不够,还需要“关于文本内容的背景知识”[4]。换而言之,对听力文本所涉及的主题的熟悉程度,是决定听力理解的核心和关键。任何听力文本,都不是语言基础知识的简单组合,它还在各个层次上体现着使用该语言的民族的文化,因为语言是文化的载体。
文化背景知识构成听者内容图式的重要部分。内容图式在一定程度上可以弥补语言图式的不足,帮助读者预测和选择信息,排除歧义,提高听者对材料的理解程度。新闻内容包罗万象,涉及生活各个层面。如果听众对英语国家的政治、经济、历史、地理、文化、习俗、宗教等背景知识不了解,对新闻的内容就缺乏认同感,那听力活动就很难进行或者产生听力理解错误。
3.形式图式
形式图式是指对各体文本篇章结构的知识。[5]对听力材料体裁的了解程度,与语言图式和内容图式一样,影响其对内容的理解。英语新闻听力中的形式图式主要指它的三种主要的结构特点。
(1)“倒金字塔结构”
又称“倒叙法”,为新闻中最常用的结构。这一结构主要包括导语和主体。导语通常是首句或首段,概括新闻的要点,一般含有“新闻六要素”(五个W――Who,What,When,Where,Why;一个H――How)中的几个甚至全部要素。主体部分则会围绕导语按重要性依次递减的顺序展开,对导语内容进行扩展或补充,适于报道“硬新闻”。
(2)“金字塔结构”
此将报道的事实按时间顺序排列,逐渐进入,故又称“编年史结构”。其通常由开头、正文、结尾三大部分组成,展开情节的节奏较缓,适于报道“软新闻”。
(3)“倒叙―顺序”混合结构
这种结构由导语、主体、结尾构成。导语为概要性导语,交代事情的轮廓,主体按照事情发展的顺序报道,结尾可以是一个精彩的尾声,这种结构较适用于较长的报道。
参考文献:
[1]赵艳芳.认知语言学概论[M].上海:上海外语教育出版社,2001:188,188-189.
[2]张必隐.阅读心理学[M].北京:北京师范大学出版社,1992:247-248.
[3]Carrell,P.L.Theory and ESL reading:Classroom implications and applications[J].The Modern Language Journal,1984,VOL68:332-342.
1保障建筑节能施工管理的整体性
要实现建筑节能施工管理工作的优化,就要在整个工程项目的寿命周期之内,尽量地减少管理工作的委托现象。而减少管理委托,就避免了管理工作的割裂,保障了建筑节能施工管理工作的整体性,使得整个工程项目能够在计划内发展,减少违约情况的发生,避免了能源的浪费。坚持这一原则,就能够保障建筑施工的节能管理,使工程项目到达较高的质量。
2保障建筑节能施工管理的信息交流
在现如今的建筑施工单位中,施工管理过程中,往往存在着管理工作的分离,在一个建筑项目施工的整个周期之内,在项目的不同部分之间,会有不同的管理人员进行着分工管理。这就需要每一位管理人员之间的进行不断地交流。然而,由于管理人员较多,负责的工作也很繁杂,难免会出现信息交流的问题。因此,应当适当地调整建筑节能施工管理的模式,减少管理工作的分离,加强建筑施工的不同时期、不同部分管理之间的交流,保障信息的真实性、及时性,为建设更高质量的建筑奠定基础。
3保障建筑节能施工管理工作经济效益最大化
建筑施工中的节能管理,其最终目的就是为建筑施工单位节约更多的能源,降低施工的成本,一方面,利用更少的资源建设出质量更高的建筑,另一方面,为我国建设节约型社会做出贡献。因此,在建筑节能施工管理中,应当将增大建筑施工单位的经济效益为管理目标。这也就要求建筑节能施工管理工作应当将从项目的整体出发,充分考虑施工的整个周期、建筑的每个部分,从而寻找出一种能够为建筑施工节约最多能源的一种管理方案,实现建筑施工最终的节能目标。
二优化建筑节能施工管理工作的措施
1实现施工管理集权与分权的统一
在建筑节能施工管理工作中,既需要管理权利的集中,有需要将管理权利进行分离。集中权利,是要能够使管理者具有足够的权限,在对建筑施工的整个过程进行整体性地把握,并对管理工作进行指挥和引导;而将权利进行分离,则是为了避免管理者过于使用权利,而不接受他人的意见和建议。权利过于集中,管理者就有可能会忽略更好的管理方式,其决策也许并非是最优方案,这就会使得建筑节能施工管理达不到最佳效果。从整体来看,实现建筑节能施工管理的集权与分权的统一,能够达到更好的管理效果。
2完善施工管理分工协调合作
建筑施工过程中,节能管理不仅仅是在对项目工程的质量进行监督和管理,更是对于全体工作人员的监督。从根本上来说,要对建筑节能施工管理工作进行优化,首先就要做好对于全体人员的管理。管理好领导者与基层员工的关系,加强各个部门之间的配合,赋予不同的人员、部门应有的权利和应当负担的责任,就能够避免因为权利、责任不明确和利益的冲突而导致相互之间的矛盾。才能够进一步相互配合,做好整个项目施工的节能管理,共同为施工单位争取更大的效益。
3实现施工管理跨度与管理层次的统一
管理的跨度指的就是管理工作所能够涉及到的管理范围,而管理层次则指的是管理的深度。增大管理跨度,能够有效地加强管理人员之间、管理部门与施工单位其他部门之间的沟通,保障信息的交流,为节约施工能源提供信息保障,然而,其弊端则是淡化了管理层次。而深化管理层次,则能够加强上级领导对下层员工的管理,直接深入的管理有利于管理方案的实施,而其弊端则是缩小了管理的跨度。管理跨度与管理层次各有利弊,最好的方法就是权衡两者,实现两者的统一。
4保障管理中的责任、权利与利益的对等关系
一、总分结构
不管是先总后分,还是先分后总,这是议论文常用的一种结构。分述部分应围绕总述的中心进行,总述部分应是分的总纲或水到渠成的总结。下文为学生习作。
去留肝胆两昆仑
感动于谭嗣同“我自横刀向天笑,去留肝胆两昆仑”的大义凛然;感动于林则徐“利国家生死已,岂因祸福避趋之”的一身正气。他们因面对利益的抉择名垂千古,他们因禀承的坚定信念留史丹青,那就是以国家利益为重。(提出观点)
“国家”,如此神圣的两个字眼,让无数忠臣义士毕生顶礼膜拜。国家利益是比个人生命还要重要的重量。国家安危是一条条信念,一句句诺言之间的点滴丈量。(总的议论)
多少热血男儿为国不惜马革裹尸。“一生事业总成空,半世功名在梦中。死后不愁无勇将,忠魂依旧保辽东”。袁崇焕以国家利益为重!……
多少巾帼女子为国不惜一切。那句“持谢邻家子,效颦安可希”被人吟诵,还记得那个越国女子吗?……(分别论述)
“死去元知万事空,但悲不见九州同”。这样的绝响依旧时刻在我们胸中回荡。潺潺国之大义,绵绵情之深长,这样的旋律写满了古人的坚定,汇满了今人的誓言。时时提醒我们以国家利益为重,国家利益重于泰山!(总结)
这是学生议论文写作中最频繁使用的结构形式,收放自如,便于充实论据,也能做到论点鲜明突出。
二、并列式结构
这种结构是把文章分成若干部分,从若干方面入手,不分主次,并列地叙述事件,说明事物,或以几个并列的层次来论证中心论点。常常是正文中分论点并列出现,呈三国鼎立的形式。如有的学生用并列式结构,在正文中详写了三个例子:
1.“风萧萧兮易水寒,壮士一去兮不复返。”
――荆轲
2.“惶恐滩头说惶恐,零丁洋里叹零丁。”
――文天祥
3.“苟利国家生死以,岂因祸福避趋之。”
――林则徐
此种结构形式需要对主题有纵深的分析,将其条分缕析为几种类型或者几个方面、角度等,需要作者具有稍好的事理分析能力。
三、递进式结构
各部分之间由浅入深,由简单到复杂,由具体到抽象,环环相扣,层层推进。通常的思路是提出问题、分析问题、解决问题。下文为学生习作。
国家利益与个人利益
因为无数水滴的凝聚,才形成了广阔的海洋,正是因为海洋,一滴水才不会干涸;因为无数小草的凝聚,才形成了广袤的草原,正是因为草原,一棵小草才能够“春风吹又生”;同样的道理,正是无数的个人利益才组成了共有的国家利益,因为国家利益的存在个人利益才有了更好的保障。因此国家利益与个人利益并不矛盾,而是统一存在,相辅相成的。(提出论点)
当个人利益与国家利益产生冲突时,我们以国家利益为先。……
以国家利益为先,也要兼顾个人利益。 国家利益与个人利益在根本上是一致的。……(三个层次层层深入)
个人利益组成国家利益,国家利益的存在才能更好的保障个人利益,因此我们要正确处理个人利益与国家利益的关系,既要维护国家利益又要维护个人利益,使两者相辅相成。(总结)
递进式结构能使文章严谨细密,说服力强,但要求作者具有较强的逻辑推演能力。
四、对照式结构
把两个事物进行对比,从而突出说明其中一个方面的正确。下文为学生习作。
舍鱼而取熊掌
国家为根,个人为叶。根为一切能源之本,只有根扎得深,扎得稳,叶才能繁茂。……要以国家利益为重。(提出论点,阐释道理)
忧国家之百姓。大禹治水。
忧国家之战乱。辛弃疾。
忧国家之权力。岳飞。(正面论证)
当然,并不是所有的人都以国家利益为重。秦桧就是以个人利益为先的卖国求荣的小人。……(反面论证)
可见,个人利益必须服从国家利益,以国家利益为重。……(对比后,重申观点,体现观点的正确性。)
“利国家生死已,岂因祸福避趋之”。所以,个人利益我所欲也,国家利益亦我所欲也,二者不可兼得,舍个人而取国家者也。(结束)
随着计算机信息技术与视频技术的发展,出现了稳定高效的数据压缩方式,高速宽带计算机网络,以及大容量数据存储系统,而且国际互联网及企业内部网的超前发展也给电视台节目挡案的网络化存储,查询,共享,交流提供了可能。宽带网络技术及视音频压缩技术的成熟,为电视台网络化铺平了道路,今后传统意义上的电视节目制作,播出设备及带库管理将逐步向多媒体网络设备过渡,网络所具有的高效率与灵活性等优势,会充分体现在电视台的节目传输,分配,制作,播出及存储领域。
今天,越来越多的电视台装配了基于计算机系统平台的非线性编辑设备,新闻制作网及自动化播出设备,但是作为实现共享的数据源——节目资源的存储及管理却还停留在早期磁带库阶段,究其原因,虽可举出种种理由,但无庸讳言的是该环节已阻碍了现代化的视频资源共享方式的展开。本文就是想在这方面做一些积极的探索。
一.电视节目的存储
1.存储方式的选择
电视台所存储的内容以视音频素材为主,在选择存储方式时,应综合考虑过去,现在,将来已经使用或将要使用的方式,选择高质量,高效率,便于利用的方式存储各种不同类型数据。图1给出了电视台的节目生产流程。
在专业视频应用领域,不管是压缩还是非压缩,大都集中在分量格式领域,因此在做格式选择时要特别注意。根据具体应用情况,不同阶段选用相适应的信号格式,使整个生产流程平滑过渡,尽量减少信号转换造成的损失,以达到最佳质量效果。
若信号采用不压缩方式记录存储,信号质量最好,无损失。但存储数据量非常大,以1小时无压缩数字视频信号D1计算,其数据量就达100GB以上,对电视台数以万计盘的磁带来说,如此庞大的数据量会使存储成本,管理费用及日维护费用非常高。随着压缩技术的成熟,由压缩所带来的信号损失也越来越小,已完全达到了制作及播出要求,因此选择适合的压缩技术和格式,对信号进行压缩后再存储,降低存储成本是必然的选择。
3、图像质量足够高,满足记录重放复用的要求。
7、压缩效率高,在保证图像质量的前提下,降低存储成本和维护费用,减少网络传输压力。
9、较好的兼容性。兼容HDTV和DTV等数字电视的飞速发展,压缩格式应较易向数字电视过渡且损失较小。
12、良好的互操作性,压缩格式必须可应用于节目制作及传输播出的全过程,以减少格式转换带来的损失。
13、较长的技术生命周期。
MPEG-2是目前全球电视行业都普遍接受的专业视音频信号压缩格式。已经广泛应用于信号传输中,且在高清晰度电视,数字电视中也已采用了MPEG-2压缩技术,同时MPEG-2在前期素材采集,后期节目制作领域的应用技术也在不断发展成熟。
利用存储的节目进行二次编辑时,无论何种压缩格式,一般均要求采用4:2:2取样格式,因为4;1:1或4:2:0取样格式做二次编辑时,色度还原性较差。
对于现存的JPEG,M-JPEG和MPEG-2压缩方式而言,只有I帧的MPEG-2实际上与JPEG编码相仿,两者均采用DCT(离散余弦变换)算法,但两者在内部处理上有所不同,MPEG-2更加专注于视频信号的处理,而JPEG对图片处理拥有更大的灵活性,而对于电视编辑人员及众多电视观众,这种灵活性对他们是没有意义的。MPEG-2在处理单帧视频信号的压缩效率稍高于JPEG约15%--20%左右,由于两者压缩算法不完全相同,当由M-JPEG转换为MPEG-2时,不单要进行再压缩,同时还要进行压缩格式转换,这种格式的级连转换会造成较大损伤,而对于MPEG-2之间格式转换来说,I帧不必再进行格式转换,仅需进行再压缩即可,因此损失比MPEG与JPEG之间转换小,这就是整个链路最好采用一种格式的原因。
由于目前技术条件的限制,长GOP结构的MPEG-2做编辑尚不成熟,但只有I帧或IB帧的GOP结构的编辑技术已步入实用阶段,随着逐帧MPEG-2编辑技术的逐步完善,从素材采集一直到存储播出整个链路均采用MPEG-2一种大格式成为可能。在不同的应用场合,采用不同的“级”和“类”组合,配以合适的码率,可满足不同的使用要求,如在采集,编辑,制作阶段采用只有I帧和IB帧的短GOP结构组合的MPEG-24:2:2编码方式,码率选择30-50Mb/s,重点保证编辑质量与编辑精度;传输播出时可根据使用场合要求的不同选用有IBP帧的GOP(12帧)结构组合的MPEG-24:2:2或4:2:0编码方式,码率选择4--10Mb/s的低码率;存储时也可采用长GOP结构的MPEG-24:2:2编码方式,码率选择15--20Mb/s。这样一来,整个链路均采用MPEG-2一种格式,最大限度的减少了由于数据格式转换带来的图像质量劣化,使系统组合更为合理统一。
2.存储介质的比较
计算机技术的飞速发展,也使其拥有的成熟技术及先进理念,迅速渗透进其他行业与领域,存储技术就是如此。计算机的存储系统是由内存,硬盘及辅助海量存储器(硬盘阵列,光盘库,数据流磁带机)构成。根据不同的应用场合,大中小型计算机应用系统配备不同的数据存储设备。我们知道各种存储介质有其各自不同的特点和适用范围,其容量,性能,价格关系构成一金字塔结构,如图2所示,塔尖为内存即芯片级存储,以下依次为硬盘,光盘,数据流磁带。内存由于是芯片级的存储,完全为计算机CPU专用,不能用于大容量视频数据的存储,本文不再详述。下面重点对其他几种介质的性能,价格及其在电视领域的应用前景进行分析比较。
2.1硬盘
硬盘在计算机的硬件配置中是不可缺少的部分,主要用于计算机数据,程序,软件的存储。
硬盘的容量决定于盘片数与面密度,问题是盘片数的增加会使硬盘体积增厚。目前高端硬盘产品SCSI硬盘采用的是正反面都记录的多盘片结构,都有磁头用于数据的读写,存储密度可以达到每盘片1820MB。
硬盘的数据传输分为CPU通过总线在内存与硬盘之间进行数据传输,以及硬盘管理系统驱动磁头寻道并将数据读出或写入盘片。其中后者是决定硬盘总体数据传输率的关键。SCSI硬盘的最小寻道时间为6.5ms。至于CPU与SCSI硬盘之间的数据传输率目前已能达到80MB/s,而且传输距离也可达到12m(采用68芯或50芯扁平电缆)。
尽管单个SCSI硬盘的容量与数据传输率已相当可观,但为了支持海量存储,业界一直在研究开发独立硬盘阵列冗余技术即RAID技术,将多个SCSI硬盘做为一个逻辑硬盘,保证大型数据文件存储的整体性。RAID技术是目前提高硬盘阵列速度和冗余的主要手段。
硬盘虽然具有读写速度快,数据容量大的特点,但是是否就适应于电视台的各个环节的节目信息存储呢?做个简单的计算就可以得出结论:以中型电视台10万盘磁带的存储量为例,大约需要近20万GB的信息存储量,如果采用18GB的SCSI硬盘,售价9000元,将需要约10000个以上硬盘组成阵列,造价也成了天文数字,显然是不现实的。因此在少量的信息存储应用中硬盘的确有较大的优势,比如在制作领域就大量用于非线性编辑设备,在播出环节也有硬盘录象机大量用于自动播出,以FibreChannel构造的新型新闻制作网也多采用硬盘阵列作为节目存储的硬平台。
2.2光盘
最新一代的大容量存储设备是DVD,其存储数据的格式为MPEG-2,完全能够满足广播级视音频信号的要求,它达到了目前技术上最理想的容量。DVD光盘的几何尺寸与普通CD相同,但其容量却是CD的8倍-15倍。对于单层DVD,其容量是4.7GB,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以记录在一张DVD光盘上。要实现必须将所有数据按一定的格式存放在DVD盘上,DVD播放机才能读出这些数据,播放出高品质的画面和优美动听的音乐。其中影像采用MPEG-2压缩,音效可采用MPEG-2Audio、DOLBYAC-3、LPCM及DTS,基本上是把视频讯号压缩至1/40左右,但是MPEG-2的压缩率是可变的,MPEG-2速率平均为3.5Mbps,最高约11Mbps,DVD的分辨率为720*480,35万像素,水平扫描超过500条,而且还有多国字幕。那么132分钟是怎么算出来的呢?它是MPEG-23.5Mbps+AC-35.1CH384Kbps*3+字幕10Kbps*4=0.59M/S除以单面单层4.7G,大约就是132分钟了,其中AC-35.1CH表示6个声道。而采用双层双面技术的DVD盘存储容量达17GB,能连续播放8小时的广播级节目。
通常说的DVD实际上可分为只读(DVD-ROM,DVD-Video,DVD-Audio),只写一次(DVD-R(Recordable))和可重写三种规格。DVD—Video和DVD—Audio多用于影音电视设备,而DVD—ROM、DVD—R、可重写DVD则多用于计算机设备中。其中DVD—VIDEO和DVD—ROM标准已经统一。
只读DVD的发展状况见表1。只读DVD技术相对比较成熟,也有一些应用于电视领域的实例,主要是被建成光盘库,用于自动播出或对台存节目资料进行长期保存。这种方式不仅具有容量优势,而且还克服了传统录象带质量易劣化,占用空间大,查询管理困难,利用率低等缺点,并且它在保存图象清晰度,音响保真度,数据传输率,纠错能力及用户间交错功能等方面也优于传统的磁带。表2以DVD-Video为例给出了DVD存储视频,声音和字幕子图象编码的有关参数。
从表2可以看出,只读DVD-Video的传输码率范围为1--10Mbps(视频),远小于电视节目制作所要求的30--50Mbps的码率,它只能刚刚达到传输播出的4--10Mbps的低码率要求,对于存储要求15--20Mbps的码率要求而言,也显低。要想真正利用DVD于电视节目制作和存储,必须使用更先进的DVD技术。
只写一次的DVD-R使用有机染料作为信息记录层,可以说它是DVD版本的CD-R。目前DVD-R刻录机只有整盘刻写和增量刻写两种刻录方式,一台售价约为5000美元左右,相当昂贵。与只读DVD相比,技术指标上没有更多改进,主要用于DVD节目的编辑,检验和小批量发行,不适宜于电视台节目的制作与大量存储。
对于可重写DVD,目前存在DVD-RAM,DVD-RW和DVD+RW三种相互竞争的规格,各大公司至今还未达成一致意见,也没有统一的国际标准。1997年4月,由10家公司组成的DVD联盟发表了单面存储容量为2.6GB,双面存储容量为5.2GB的DVD-RAM标准,该标准采用了相变介质记录方式,它的记录和读出完全采用光学技术,利用激光使记录介质在结晶态与非结晶态之间的可逆相变结构实现信息的记录和擦除。与MO(磁光)技术相比,相变光盘存储技术具有记录密度高,记录成本低,介质寿命长,驱动器结构简单,读出信号信噪比高和不受外界磁场环境影响等突出优点,因此已成为光存储技术的主流,具有广阔的应用前景。DVD-RAM可进行反复多次的存取,数据率从4--15Mbps可选。非常适合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取方式,不会由于多次检索和读/写操作造成视音频质量的损伤和劣化。
DVD-RW是日本先锋公司基于DVD-R提出的,它也使用相变介质进行信息的记录,擦除和重写,其容量为4.7GB。但一直没有正式产品推向市场。
DVD+RW是由PHILPS,SONY和HP三家公司于1997年5月联合推出的另一种单面容量为3GB,双面容量为6GB的可擦写DVD规格。DVD+RW光盘不需要附加盘盒,性能更优于DVD-RAM,并且兼容性也优于DVD-RAM。表3给出了各种可重写DVD规格的比较。
DVD的制作,首先必须利用非线性编辑系统将视频,音频信号采集进入计算机,然后利用DVD制作系统完成制作,包括:DVDirector软件、硬件DVD回放卡、MPEG压缩程序及字幕生成调用程序四部分。DVD-RAM光盘在写入数据的时候只能使用包格式写入,并且需要在光盘上记录部分文件系统数据,由于其的影响以及激光不断的开关切换动作,DVD-RAM驱动器的实际速度要比标识的速度慢约10%。通常DVD-RAM驱动器的速率是以“X(倍速)”来标识的,这是沿用了CD-ROM的用法。一个“倍速”DVD-RAM读取数据速度为1.35MB/s。另外,在描述DVD-RAM驱动器的读取速度时,“倍速”的概念还反映了一台驱动器要用多长的时间才能在连续方式下刻写完一张光盘,以4倍速DVD-ROM为例,刻录一张单面单层4.7G的DVD光盘,约需15分钟。以制作一部标准长度90分钟电影为例,从上载到完成刻录约需2小时。表4给出了各代DVD机芯的特征。
从使用的角度看,DVD光盘具有广阔的市场前景,它也应该代表了高速大容量存储设备的发展方向。但目前它所面临的主要问题在于格式的统一,速度与容量的提高,价格的降低等。其中格式的不统一,制约了DVD的发展应用,也给用户带来了风险。同时传输速率还是比较低。对于专业视音频领域要求的大容量,高速度,低价格存储来说,目前光存储技术发展的程度,容量及读/写速度,价格等指标均显勉强。
2.3数据流磁带机
数据流磁带机也是利用磁记录技术保存数据的,是目前工业系统广泛应用的一种备份设备,例如银行业,证券业,气象台等。它与电视台使用的传统磁带很相似,可以说是由其发展而来的。只不过它是配属于计算机的存储外设,记录的数据不是以帧为单位的图像信息,而是以计算机文件形式存在的数字信息。与前面介绍过的硬盘,光盘记录方式相比,磁带备份具有下列优势:
.成本低,每GB的存储成本低于1.3美元。
.易于存储,保管,可通过更换磁带无限扩充容量。
.可靠性高,存储时间超过30年。
.允许无人操作的自动备份。
.容量高,一盒磁带中可以存储高达70GB的数据。
.传输率高,压缩后可以达到10MB∕秒。
磁带备份技术一直在发展。更有效的磁带方法,更新的格式一直在不断涌现,四分之一英寸盒带(QIC)是为数据储存应用而专门设计的。在四分之一英寸磁带上,数据可以以连续迂回的方式记录在最多为144个轨道上。Traven技术是QIC格式的一种体现。
数字视频技术(DAT)最初是为数字视频记录而设计的。当在4mm磁带上实现了大容量的数字数据存储、快速的数据传输速率和可靠性之后,DAT就被用作磁带备份的媒质。
8mm磁带技术最初是为视频工业而设计的。其最初目的是将高质量的彩色图象传输到磁带上,供存储和检索。现在,8mm技术也被计算机工业所采纳,成为储存大量计算机数据的可靠方法。
数字线性磁带(DLT)是磁带备份技术的最新进展。它采用对称相位记录技术,交替改变磁头的角度,帮助消除磁道间干扰。
表5给出了不同型号数据流磁带的类型,记录格式与特点。不同型号之间的数据流磁带互不兼容。使用数据压缩技术的数据流磁带机的存储容量,将取决于该驱动器是工作在自然模式(未压缩)还是压缩模式。压缩技术一般能将储存在媒质上的数据量加倍,实际获得的压缩程度对被压缩数据的特点很敏感。
为了满足大容量存储以及备份的需要,业界还推出有能够自动备份数据的数据流磁带库,通过使用存储管理软件,来实现自动按时备份。这种磁带库一般带有多个DLT驱动器和两个以上SCSI数据通道。容量可达到TB级(万亿字节以上),传输率可达10--20MB/S。由这些分析可以看出,数据流磁带应该是目前最经济合理的大容量,高速度存储媒介,也比较适合于电视台节目资料的长期保存。
二.电视节目资源管理系统
随着技术的发展,几种记录介质的性能价格比均不断提高,相互之间的互补关系也在加强。当设计一个存储构架时,依据系统的使用要求如响应速度,访问频率,归档管理,介质维护,存储成本等因素综合考虑,实时监控调整,在不同的需求层次上选用不同的存储介质,构成一层次型分级存储介质管理构架,配以相关的动态,智能化管理软件,实现智能化层次型存储管理系统,才是一个完善先进的电视台节目资源管理系统。
1.节目资源管理的功能
节目的资源管理不能仅局限于存放数据,而且必须针对系统的使用性质确定一套完整的策略,充分考虑可能发生的情况和应急措施,保证数据的安全性,保密性,可用性及可靠性。
由于上面提到的存储介质都离不开计算机的调度和分配,而计算机在某些情况下可能发生系统崩溃或数据丢失,因而备份是保证系统安全最基本,最常用的手段。因此数据的自动备份与恢复是任何大型系统所必备的功能,有些重要资料甚至需要异地备份功能以防灾难性事故的发生。
数据的保密性应从两个方面考虑,一是数据的访问授权,包括人员,地点,时间,可访问数据类型等。二是防止非法人员的入侵,要有有效的网络监控手段和防火墙。这样基本可以保证被授权的用户在所授权的范围内调用数据,杜绝非法用户的入侵,保障数据的安全。同时版权保护问题也应有所考虑。
对数据的分析,管理,再利用也是资源管理的主要功能之一。对电视台来说,通过对数据库的访问.调用数据的分析比较,得到不同人员.不同层次.不同年龄对不同节目的需求等多方面数据,为电视台栏目设置的科学化.合理化提供依据。
2.资源管理的工作流程
图像和声音以数字格式被采集.存储,通常都会被区分为实质数据(essence)即图像和声音以及元数据(matadate),即所有用来描述真实媒体的数据,比如节目的标题,长度,编辑列表,特技参数等。数字资源管理系统(DAMS)就是一种计算机软件系统,建于数据库系统之上,对带有元数据的数字化视音频节目内容进行完善的管理。为了实现这种管理,必须能够支持两个主要的工作流程:(1)对图像和声音及相关的元数据进行采集,同时完成模拟信号的数字化。(2)被存储的图像和声音及相关的元数据能有效地还原成电视节目提供再利用。
采集过程的工作流程如图3所示。图像和声音素材首先进行数字化并自动录入资源管理系统,为了编辑和再利用,要求素材以演播室质量被录制(比如Betacam或DV格式)。为了便于浏览,系统会同时生成低分辨率(高压缩比,MPEG-1格式)的备份,可由计算机的压缩板卡实现。通常基本元数据(如素材长度,拍摄时间等)可以自动从浏览备份中提出,并与图像声音数据一起传输。当然在此之前免不了依靠编辑人员将其指定到视音频素材的相应位置。许多系统还通过粗编等手段从素材中抽取关键画面与描述信息来生成元数据,为图像声音素材作索引。图像和声音及相关的元数据被采集.分析并做索引后,将被计算机系统存储,通常使用基于硬盘的存储设备,以便进一步的编辑过程和技术过程。通过收集所有可用元数据并分析实质数据,DAMS也可以简化文献编辑和归档保存过程。管理员可以直接使用浏览备份件,快速选择素材,完成编目,并将素材节目以高分辨率(高质量,低压缩比,如MPEG-2格式)进行压缩编码后,传输至大型存储系统(如自动数据流磁带库)进行长期保存。
图3实质数据和元数据的采集输入
检索提供再利用工作流程如图4所示。用户输入关键字开始检索过程,有些系统提供有图像相似性搜索功能,在大多数系统中,附加的元数据(如文摘,浏览备份,关键帧等)能够被直接检索,关键帧作为一种视觉文摘,能够在不查看全部浏览备份件的情况下,快速提供图像内容的概貌。一些系统还可以在浏览备份件中,设置时间标志,以便直接进行粗编。由此得到的编辑选定列表(EDL)直接传输已选素材给非线性编辑系统,为最终编辑制作提供图像与声音素材。
3.系统构造实例
下面具体分析一个电视台节目资源管理系统的实例。
法国先进音视系统AAVS公司于1998年8月为印度国家电视台设计建立了一套先进有效的全网络化电视节目档案管理系统(ARCHIVE)。系统由图5所示的几大软件构件组成。