[转帖]HDTV技术揭秘.............

HT-BEYOND · 发表于 2006-8-10 12:10:42

视频格式 
 
　　视频压缩就是指的将视频文件进行处理，使其所占磁盘空间减少，以利保存，同时又必须保证能够还及时的原为动态图像的方法。压缩视频文件时使用的压缩编码方法不同，生成的视频文件结构也就不同，这种压缩视频的编码方法就称为视频压缩格式。 
 
　　HDTV文件不仅包含了大量图像信息，同时还容纳大量音频信息。所以，HDTV文件的“身材”往往不可小觑，动辄就是几百MB甚至达到几十GB。而这些还是经过视频压缩过后的文件，原始文件更是大得恐怖。用原始文件直接在个人电脑上播放的话，不光容量不能接受，现有存储设备的传输速度也不能够满足。所以HDTV文件均是采用了视频压缩格式格式来存放。面对HDTV庞大的体积，在尽可能低的存储情况下获得好的图像质量和低带宽图像快速传输已成为视频压缩格式的任务。目前HDTV主要采用了以下视频压缩格式： 
 
　　 
MPEG 2 
MPEG的全称是运动图像专家组(Moving Picture Experts Group)。MPEG压缩标准是针对运动图像而设计的、基本方法是——在单位时间内采集并保存第一帧信息，然后就只存储其余帧相对第一帧发生变化的部分，以达到压缩的目的。 MPEG压缩标准可实现帧之间的压缩，其平均压缩比可达50：1，压缩率比较高，且又有统一的格式，兼容性好。 
 
　　MPEG-2标准是在，继MPEG-1以VCD和MP3为代表的MPEG-1产品成功受到到肯定后，于1994年所推出压缩标准，以实现视/音频服务与应用互操作的可能性。MPEG-2标准是针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层的详细规定，编码码率从每秒3兆比特～100兆比特，标准的正式规范在ISO/IEC13818中。MPEG-2不是MPEG -1的简单升级，MPEG-2在系统和传送方面作了更加详细的规定和进一步的完善。MPEG-2特别适用于广播级的数字电视的编码和传送，被认定为SDTV和HDTV的编码标准。现有的DVD影碟里面就是采用的MPEG-2压缩标准。 
 
　　一般采用.mpg、.tp和.ts为后缀的HDTV文件就是采用的MPEG-2压缩的。 
 
MPEG4 
近年来，MPEG-4悄悄地在市场上崭露头角，在最新出品的DV（数码摄像机）、PDA、手机，以至于视频点播、卡拉OK、监控系统等产品说明上，都陆续出现“MPEG-4”字眼，一场取代MPEG-2的市场大战似乎即将打响。 
 
　　MPEG-4于2000年经国际标准组织ITU和ISO审核后，成为国际视频压缩标准之一。MPEG-4压缩采用了MPEG-4的视频压缩方式，配上 MPEG-1的音频压缩方式（MP3），生成了图像质量接近DVD，声音质量接近CD，却有着更高的压缩比。与以往的“老前辈”MPEG-2相比，MPEG- 4除了具有惊人的数据压缩比，经过MPEG-4的压缩的文件尺寸可以达到MPEG-2的1/3，而仍然保有极佳的音质和画质。可以用最少的数据获得最佳的图像质量，因此满足了低码率应用的需求。 
　　 
　　但是由于MPEG-4标准派生出各种规格，例如DivX、XviD等等，代表着不同规格利益的商业集团和一些支持免费共享资源的技术团体相互争斗的结果，导致各种MPEG-4规格的兼容性很差。在播放MPEG-4压缩的视频文件时，往往让人们不知道如何选择。 
 
　　采用MPEG-4压缩的视频文件的视频文件一般后缀名为.avi，很容易与微软的AVI格式混淆，不容易直接从后缀名辨认，只能通过解码器来识别。 
 
H.264 
H.264是由国际电信联盟（ITU-T）所制定的新一代的视频压缩格式。H.264最具价值的部分无疑是更高的数据压缩比。在同等的图像质量条件下，H.264的数据压缩比能比当前DVD系统中使用的 MPEG-2高2-3倍，比MPEG-4高1.5-2倍。正因为如此，经过H.264压缩的视频数据，在网络传输过程中所需要的带宽更少，也更加经济。在 MPEG-2需要6Mbps的传输速率匹配时，H.264只需要1Mbps-2Mbps的传输速率。 
 
　　与MPEG-4一样，经过H.264压缩的视频文件一般也是采用.avi 作为其后缀名，同样不容易辨认，只能通过解码器来自己识别。 
 
WMV-HD 
WMV-HD是由软件业的巨头微软公司所创立的一种视频压缩格式。其压缩率甚至高于MPEG-2标准，同样是2小时的HDTV节目，如果使用MPEG-2最多只能压缩至30GB，而使用WMV-HD这样的高压缩率编码器，在画质丝毫不降的前提下都可压缩到15GB以下。 
 
　　WMV-HD，基于WMV9标准，是微软开发的视频压缩技术系列中的最新版本，尽管WMV-HD是微软的独有标准，但因其在操作系统中大力支持WMV系列版本，从而在桌面系统得以迅速普及。在性能上，WMV-HD的数据压缩率与H.264一样，两者的应用领域也极其相似，因此在新一代主流视频编码标准霸主地位的争夺之中，双方展开了针锋相对的斗争，而斗争的焦点集中在下一代光盘规格“HD DVD”和数字微波广播电视等领域。 
 
　　一般采用.wmv为后缀的HDTV文件就是采用的WMV-HD压缩的。 
 
　　目前DVD论坛已经初步批准将微软的MPEG-2、H.264和WMA-HD作为下一代DVD即HD－DVD技术的强制执行标准

HT-BEYOND · 发表于 2006-8-10 12:12:03

HDTV技术参数揭秘 
 
好了，现在让我们把眼光聚焦到HDTV这个集各项高技术于一身的新时代宠儿，在了解了HDTV那些令人激动的特性以后，您是不是很想近距离触摸这个神秘而聪明的“未来男孩”呢？别急，在我们对实物进行实质感知以前，我们还需要对它做一番全面的了解。 
 
像素 
 
　　屏幕上能够显示的像素数量可以体现出一台电视机的图像表现能力，比如最高规格的HDTV电视机能够显示1920×1080个像素，也就是具备了207万像素，这远远超过了普通模拟电视机不到9万像素的水平(以分辨率为340×255为例)。 
 
点距 
 
　　根据电视屏幕和清晰度的关系我们很容易地知道，在同样显示最高规格为1920×1080的HDTV格式节目时，由于屏幕尺寸的不同，会造成点距的不同。通常来说，如果要显示1920×1080的最高规格HDTV节目，32英寸HDTV电视机的点距应当不大于0.38mm，36英寸HDTV电视机的点距应当不大于0.43mm，这样才能将高清图像演绎完美。 
 
　　但是，根据我国的规定，在水平清晰度大于700线的情况下，很多电视机也可以称为HDTV电视机。而这些电视机的点距仅在0.55mm~0.65mm左右(仅指32和36英寸的电视机)，理论上它们的最高清晰度可以达到800线，也算是达到了我国标准。 
 
视频带宽 
 
　　对于具体显示的图像来说，不同分辨率都对应着一个最小可接收的带宽，如果带宽小于该分辨率的可接收数值，显示出来的图像会失真或根本无法显示。因此，如果想要使图像达到一定水平的分辨率，也就是说，要想使图像的清晰度达到一定水平，那么必然地要有一个可以接收的带宽范围，否则标称的分辨率就只能是一句空话。 
 
PAL和NTSC制式 
 
　　PAL是逐行倒相(Phase Alteration Line)的缩写，我国使用的PAL制式的主要标准是每帧画面扫描625行，每秒扫描25帧画面。 
 
　　NTSC是美国国家电视标准委员会(National Television Standards Committee)的缩写，它规定每帧画面扫描525行，每秒扫描30幅画面。可以说，NTSC已经完全消除了人眼可见的扫描线、行间及字间的闪烁现象。 
 
帧速率 
 
　　我们知道，动态影片的基本放映原理就是快速地将一张张连续的图片进行播放，当这个图片播放的速度超过了人眼能够分辨的范围，我们看上去的图像就“动”了起来。在这个过程中，我们把每幅图片称为一“帧”，而每秒中播放的帧数，就是我们说的帧速率。 
 
　　帧速率主要用于衡量视频信号传输的速度，单位为帧/秒(fps)。显然，帧速率越快，我们看到的动作感觉就越平滑连续，这也是衡量动态图像质量的重要指标之一。 
 
扫描频率 
 
　　显然，需要一个参数对电子束扫描的速度进行衡量，以便使电视机能够达到观看动态图像流畅连续。因此，习惯上将单位时间内(一般以秒为单位)内电子枪扫描屏幕的次数称为扫描频率。由于电子枪工作特点限制，扫描频率包括了行频与场频两个概念。 
 
　　场频：又称为“垂直扫描频率”或“刷新率”，是指单位时间(以秒计)之内电子枪对整个屏幕扫描的次数，通常以赫兹(Hz)表示。以60Hz刷新率为例，它表示显像管显示的内容每秒钟刷新60次。我国规定的HDTV的场频标准为50Hz。 
　 
　　行频：又称为“水平扫描频率”，指电子枪每秒在荧光屏上扫过的水平线的数量，单位为KHz(千赫兹)。行频值越大，显像管可以提供的分辨率越高，稳定性越好。我国规定的HDTV的行频标准为28125Hz。 
 
清晰度 
 
我国的HDTV行扫描频率定为28125Hz，对应扫描周期为35.6微秒，如果按有效显示时间为30微秒计算，对应于1920线的视频带宽应该为64MHz，相当于现有PAL制带宽的10倍多。但在实际应用中，当视频带宽大于32MHz时，即水平清晰度达1000线以上，此时垂直清晰度可达1080线，此时的图像质量已经相当令人满意，因此32MHz视频带宽是我国HDTV的基本要求。 
 
然而即使是32MHz带宽，相对于以前6MHz的带宽来说，也已经是一个非常庞大的数字了。为了节省资源(卫星发射节目时使用的带宽是有限的)，使用压缩技术进行HDTV信号的传输显得尤为重要。目前主要是使用了MPEG-2格式进行压缩(也就是DVD使用的压缩格式标准)，这样就保证了卫星频道资源的最大利用。 
 
而根据带宽、行频和场频的关系我们可以知道：在带宽一定的条件下，场扫描频率提高，清晰度将降低。因此，我国出台的HDTV技术标准只是选用50Hz场频(隔行)和28125Hz行频。 
 
对于目前出现的以液晶显示技术为基础的HDTV电视机，其原理与传统的CRT有很大不同，但基本原理及清晰度水平与LCD显示器大致相同，这里不再赘述。 
 
 
几个参数之间的关系 
 
隔行扫描 
 
　　水平和垂直扫描线是影像生成的基础，以NTSC制式为例，尽管规定每幅画面扫描525行，但在影像扫描时却分为两步走：第一个六十分之一秒内扫描262.5线，剩下一半在另外一个六十分之一秒时扫描。第一次扫描时，由上而下水平扫描奇数线，第二次扫描时扫描偶数线。这样，两次扫描所生成的图场就结合成一幅完整的图像。 
 
　　由于扫描时是以奇数、偶数扫描线做交替隔行扫描，所以这种扫描方式叫隔行扫描。显然，隔行扫描容易造成图像扫描线的抖动和图像闪烁等现象。 
 
逐行扫描 
 
　　顾名思义，逐行扫描的原理是屏幕图像从第一条扫描线一直连续扫描到最后一条，而非先扫奇数条再扫描偶数条。逐行扫描可以消除因隔行扫描而产生的闪烁等现象，这是因为相较于隔行扫描而言，逐行扫描在同样的时间内扫描了2倍。举例来说，一般的HDTV电视机在隔行扫描的状态下，每秒只扫描了30个完整的图像，而在逐行扫描的状态下，相当于每秒可以扫描60个完整的图像。 
 
比特率 
 
　　比特率是一种数字多媒体压缩效率的参考指标，表示记录数字多媒体数据每秒钟所需要的平均比特值，通常我们使用Kbps作为单位。 
 
　　在HDTV这种压缩数字多媒体文件中，比特率直接关系片源的好坏。虽说HDTV的比特率一般都在1MBps以上，但是在高动态画面情况下，较低的比特率容易出现马赛克现象，这将严重影响观看效果。

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