我國的HDTV的技術方面特色有哪些?有何發展的趨勢?
我國的HDTV的技術方面特色有哪些?有何發展的趨勢?
首先,中國現在安裝的數字電視不是HDTV!機頂盒把數字信號轉變為模擬信號,在你的模擬電視機上顯示,你的感覺是對的,其清晰度仍然是你的模擬電視機的清晰度,但是信噪比有提高,圖像質量比原來的模擬信號好。
*高清視頻標準:何謂HDTV
HDTV是DTV標準中最高的一種,即High Definision TV,縮寫為HDTV,擁有最佳的視頻、音頻效果。DTV是一種數字電視技術,是目前傳統模擬電視技術的接班人。所謂的數字電視,是指從演播室到發射、傳輸、接收過程中的所有環節都是使用數字電視信號,或對該系統所有的信號傳播都是通過由二進制數字所構成的數字流來完成的。
此外DTV技術還可分為LDTV(Low Definition Tele Vision)低清晰度電視,其圖像水平清晰度大于250線,分辨率為340×255,采用4:3的幅型比,主要是對應現有VCD的分辨率量級;標準清晰度電視(SDTV Standard Definition TeleVision)其圖像水平清晰度為500--600線,最低為480線,分辨率為720×576,采用4:3的幅型比,主要是對應現有DVD的分辨率量級。目前應用于廣播級的后期制作中的視頻標準主要是SDTV及HDTV。和模擬電視相比,數字電視具有高清晰畫面、高保真立體聲伴音、電視信號可以存儲、可與計算機完成多媒體系統、頻率資源利用充分等多種優點。
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HDTV規定了視頻必須至少具備720線非交錯式(720p,即常說的逐行)或1080線交錯式隔行(1080i,即常說的隔行)掃描(DVD標準為 480線),屏幕縱橫比為16:9。音頻輸出為5.1聲道(杜比數字格式),同時能兼容接收其它較低格式的 信號并進行數字化處理重放。
HDTV有三種顯示格式,分別是:720P(1280×720,非交錯式,場頻為24、30或60),1080 i(1920×1080,交錯式,場頻60),1080P(1920×1080,非交錯式,場頻為24或30),不過這從根本上說也只是繼承模擬視頻的算法,主要是為了與原有電視視頻清晰度標準對應。對于真正的HDTV而言,決定清晰度的標準只有兩個:分辨率與編碼算法。其中網絡上流傳的以720P和1080 i最為常見,而在微軟WMV-HD站點上1080P的樣片相對較多。
美國的高清標準主要有兩種格式,分別為1280×720p/60和1920×1080i/60;歐洲傾向于1920× 1080i/50;其中以 720p為最高格式,需要的行頻支持為45kHz,而1080i/60Hz的行頻支持只需33.75kHz,1080i/50Hz的行頻要求就更低了,僅為28.125kHz。
在高清信號的三種格式中,1080i/50Hz及1080i/60Hz雖然在掃描線數上突破了1000線,但它們采用的都是隔行掃描模式,1080線是通過兩次掃描來完成的,每場實際掃描線數只有一半即1080/2=540線。由于一幅完整的畫面需要用兩次掃描來顯示,這種隔行掃描技術原理上的限制,在顯示精細畫面尤其是靜止畫面時仍然存在輕微的閃爍和爬行現象。但720p/60Hz不同,它采用的是逐行掃描模式,一幅完整畫面一次顯示完成,單次掃描線數可達720線,水平掃描達到1280點;同時由于場頻為60Hz,畫面既穩定清晰又不閃爍。
我們經常看到的HDTV分辨率是1280×720和1920×1080,這對于如今的顯示器而言的確是不小的考驗,如果分辨率進一步提高,那么將很難在現有的顯示器上獲得更加出色的畫質,因為此時的瓶頸在于顯示設備。另外也可以肯定的是,對于32英寸以下的屏幕而言,1920×1080分辨率基本已經達到人眼對動態視頻清晰度的分辨極限,也就是說再高的分辨率也只有在大屏幕顯示器上才能顯現出優勢。
除了分辨率是HDTV的關鍵,編碼算法也是不可忽視的環節。HDTV基本可以分為MPEG2-TS、WMV-HD和H.264這三種算法,不同的編碼技術自然在壓縮比和畫質方面有著區別。相對而言,MPEG2-TS的“壓縮比”較差,而WMV-HD和H.264更加先進一些。而十分容易理解的是,“壓縮比”較差的編碼技術對于解碼環境的要求也比較低,也就說在硬件設備方面的要求可以降低。
*HDTV技術參數揭秘
好了,現在讓我們把眼光聚焦到HDTV這個集各項高技術于一身的新時代寵兒,在了解了HDTV那些令人激動的特性以后,您是不是很想近距離觸摸這個神秘而聰明的“未來男孩”呢?別急,在我們對實物進行實質感知以前,我們還需要對它做一番全面的了解。
像素
屏幕上能夠顯示的像素數量可以體現出一臺電視機的圖像表現能力,比如最高規格的HDTV電視機能夠顯示1920×1080個像素,也就是具備了207萬像素,這遠遠超過了普通模擬電視機不到9萬像素的水平(以分辨率為340×255為例)。
點距
根據電視屏幕和清晰度的關系我們很容易地知道,在同樣顯示最高規格為1920×1080的HDTV格式節目時,由于屏幕尺寸的不同,會造成點距的不同。通常來說,如果要顯示1920×1080的最高規格HDTV節目,32英寸HDTV電視機的點距應當不大于0.38mm,36英寸HDTV電視機的點距應當不大于0.43mm,這樣才能將高清圖像演繹完美。
但是,根據我國的規定,在水平清晰度大于700線的情況下,很多電視機也可以稱為HDTV電視機。而這些電視機的點距僅在0.55mm~0.65mm左右(僅指32和36英寸的電視機),理論上它們的最高清晰度可以達到800線,也算是達到了我國標準。
視頻帶寬
對于具體顯示的圖像來說,不同分辨率都對應著一個最小可接收的帶寬,如果帶寬小于該分辨率的可接收數值,顯示出來的圖像會失真或根本無法顯示。因此,如果想要使圖像達到一定水平的分辨率,也就是說,要想使圖像的清晰度達到一定水平,那么必然地要有一個可以接收的帶寬范圍,否則標稱的分辨率就只能是一句空話。
PAL和NTSC制式
PAL是逐行倒相(Phase Alteration Line)的縮寫,我國使用的PAL制式的主要標準是每幀畫面掃描625行,每秒掃描25幀畫面。
NTSC是美國國家電視標準委員會(National Television Standards Committee)的縮寫,它規定每幀畫面掃描525行,每秒掃描30幅畫面。可以說,NTSC已經完全消除了人眼可見的掃描線、行間及字間的閃爍現象。
幀速率
我們知道,動態影片的基本放映原理就是快速地將一張張連續的圖片進行播放,當這個圖片播放的速度超過了人眼能夠分辨的范圍,我們看上去的圖像就“動”了起來。在這個過程中,我們把每幅圖片稱為一“幀”,而每秒中播放的幀數就是我們說的幀速率。
幀速率主要用于衡量視頻信號傳輸的速度,單位為幀/秒(fps)。顯然,幀速率越快,我們看到的動作感覺就越平滑連續,這也是衡量動態圖像質量的重要指標之一。
掃描頻率
顯然,需要一個參數對電子束掃描的速度進行衡量,以便使電視機能夠達到觀看動態圖像流暢連續。因此,習慣上將單位時間內(一般以秒為單位)內電子槍掃描屏幕的次數稱為掃描頻率。由于電子槍工作特點限制,掃描頻率包括了行頻與場頻兩個概念。
場頻:又稱為“垂直掃描頻率”或“刷新率”,是指單位時間(以秒計)之內電子槍對整個屏幕掃描的次數,通常以赫茲(Hz)表示。以60Hz刷新率為例,它表示顯像管顯示的內容每秒鐘刷新60次。我國規定的HDTV的場頻標準為50Hz。
行頻:又稱為“水平掃描頻率”,指電子槍每秒在熒光屏上掃過的水平線的數量,單位為KHz(千赫茲)。行頻值越大,顯像管可以提供的分辨率越高,穩定性越好。我國規定的HDTV的行頻標準為28125Hz。
清晰度
我國的HDTV行掃描頻率定為28125Hz,對應掃描周期為35.6微秒,如果按有效顯示時間為30微秒計算,對應于1920線的視頻帶寬應該為64MHz,相當于現有PAL制帶寬的10倍多。但在實際應用中,當視頻帶寬大于32MHz時,即水平清晰度達1000線以上,此時垂直清晰度可達1080線,此時的圖像質量已經相當令人滿意,因此32MHz視頻帶寬是我國HDTV的基本要求。
然而即使是32MHz帶寬,相對于以前6MHz的帶寬來說,也已經是一個非常龐大的數字了。為了節省資源(衛星發射節目時使用的帶寬是有限的),使用壓縮技術進行HDTV信號的傳輸顯得尤為重要。目前主要是使用了MPEG-2格式進行壓縮(也就是DVD使用的壓縮格式標準),這樣就保證了衛星頻道資源的最大利用。
而根據帶寬、行頻和場頻的關系我們可以知道:在帶寬一定的條件下,場掃描頻率提高,清晰度將降低。因此,我國出臺的HDTV技術標準只是選用50Hz場頻(隔行)和28125Hz行頻。
對于目前出現的以液晶顯示技術為基礎的HDTV電視機,其原理與傳統的CRT有很大不同,但基本原理及清晰度水平與LCD顯示器大致相同,這里不再贅述。
隔行掃描
水平和垂直掃描線是影像生成的基礎,以NTSC制式為例,盡管規定每幅畫面掃描525行,但在影像掃描時卻分為兩步走:第一個六十分之一秒內掃描262.5線,剩下一半在另外一個六十分之一秒時掃描。第一次掃描時,由上而下水平掃描奇數線,第二次掃描時掃描偶數線。這樣,兩次掃描所生成的圖場就結合成一幅完整的圖像。
由于掃描時是以奇數、偶數掃描線做交替隔行掃描,所以這種掃描方式叫隔行掃描。顯然,隔行掃描容易造成圖像掃描線的抖動和圖像閃爍等現象。
逐行掃描
顧名思義,逐行掃描的原理是屏幕圖像從第一條掃描線一直連續掃描到最后一條,而非先掃奇數條再掃描偶數條。逐行掃描可以消除因隔行掃描而產生的閃爍等現象,這是因為相較于隔行掃描而言,逐行掃描在同樣的時間內掃描了2倍。舉例來說,一般的HDTV電視機在隔行掃描的狀態下,每秒只掃描了30個完整的圖像,而在逐行掃描的狀態下,相當于每秒可以掃描60個完整的圖像。
比特率
比特率是一種數字多媒體壓縮效率的參考指標,表示記錄數字多媒體數據每秒鐘所需要的平均比特值,通常我們使用Kbps作為單位。
在HDTV這種壓縮數字多媒體文件中,比特率直接關系片源的好壞。雖說HDTV的比特率一般都在1MBps以上,但是在高動態畫面情況下,較低的比特率容易出現馬賽克現象,這將嚴重影響觀看效果。
*HDTV的幾種分辨率標準
根據各個國家使用電視制式的不同,各國家和地區定義的HDTV的標準分辨率也不盡相同。具體來說,目前的HDTV有三種顯示分辨率格式,分別是:720P(1280×720,逐行)、1080i(1920×1080,隔行)和1080P(1920×1080,逐行),其中P代表英文單詞Progressive(逐行),而i則是Interlaced(隔行)的意思。
常見的兩種顯示模式是720P和1080i。1080i是目前大多數國家普遍采用的一種模式(也包括我國),它的分辨率為1920×1080,擁有207.3萬像素。在原本采用NTSC制式的國家如美日韓,他們規定的1080i仍然采用60Hz場頻,這主要是為了與其以前的標準接軌;而我國規定1080i采用的是50Hz場頻,也與以前PAL制式的場頻相同。
在1080i顯示模式下,屏幕分辨率可以達到1920×1080,采用隔行掃描方式,也就是說:電子槍首先掃描540行,再掃描另一個540行,兩者疊加構成完成畫面。而對于一般消費者來說,540行的垂直分辨率水平,顯示效果已經相當令人滿意了,也可以說是達到了HDTV的高畫質的要求。
從技術上說,開發720P這種顯示分辨率明顯比開發1080i更加復雜,因為它提供分辨率為1280×720,也就是92.16萬像素。最重要的是,720P采用的是逐行掃描,也就是說在同一時間需要達到720線的垂直清晰度水平,而不是像1080i那樣一次掃描540線經過兩次疊加,因此將牽涉到更高的行頻輸出,對顯像管的要求太高。目前主要是使用NTSC制式的美國和日本在使用此技術。自然,它們使用了60Hz的場頻。
目前HDTV的片源主要來自于網絡和電視臺,其中網絡上流傳的片源也以720P和1080i最為常見,最高規格的1080P的樣片可在微軟WMV-HD站點找到一些。
最后我們來看一看規格最高的1080P,這個提供了1920×1080逐行輸出的高規格卻提供了多種場頻24Hz、25Hz和30Hz。
由于電影是以每秒24幅畫面的方式播放膠片的,以1080P/24Hz方式拍攝的數字圖像可以無損地傳送到DLP等數字電影投影機上播放,因此1080P/24Hz可以說是專門為電影準備的一種格式。
而如果采用1080P/25Hz格式拍攝高清晰度內容,則可以方便地將每一幀完整的1080P圖像拆成兩幀隔行掃描的1080i圖像。這樣1080P/25Hz格式就變成了1080i/50Hz的圖像,這樣就方便應用于歐洲和中國這些原PAL制國家的數字高清晰度電視。
同理,1080P/30Hz上也可以在拍攝完畢后方便地轉換為1080i/60Hz的圖像,方便應用于美國和日本等國家。
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AVS
AVS是我國具備自主知識產權的第二代信源編碼標準。顧名思義,“信源”是信息的“源頭”,信源編碼技術解決的重點問題是數字音視頻海量數據(即初始數據、信源)的編碼壓縮問題,故也稱數字音視頻編解碼技術。顯而易見,它是其后數字信息傳輸、存儲、播放等環節的前提,因此是數字音視頻產業的共性基礎標準。
國際上音視頻編解碼標準主要兩大系列:ISO/IEC JTC1制定的MPEG系列標準;ITU針對多媒體通信制定的H.26x系列視頻編碼標準和G.7系列音頻編碼標準。1994年由MPEG和ITU合作制定的MPEG-2是第一代音視頻編解碼標準的代表,也是目前國際上最為通行的音視頻標準。
經過十年多演變,音視頻編碼技術本身和產業應用背景都發生了明顯變化,后起之秀輩出。目前音視頻產業可以選擇的信源編碼標準有四個:MPEG-2、MPEG-4、MPEG-4 AVC(簡稱AVC,也稱JVT、H.264)、AVS。從制訂者分,前三個標準是由MPEG專家組完成的,第四個是我國自主制定的。從發展階段分,MPEG-2是第一代信源標準,其余三個為第二代標準。從主要技術指標——編碼效率比較:MPEG-4是MPEG-2的1.4倍,AVS和AVC相當,都是MPEG-2兩倍以上。
可以推測,由于技術陳舊需要更新及收費較高等原因,MPEG-2即將退出歷史舞臺。MPEG-4出臺的新專利許可政策被認為過于苛刻令人無法接受,導致被眾多運營商圍攻,陷入無法推廣產業化的泥沼而無力自拔,前途未卜。而AVS是基于我國創新技術和部分公開技術的自主標準,編碼效率比MPEG-2高2-3倍,與AVC相當,而且技術方案簡潔,芯片實現復雜度低,達到了第二代標準的最高水平;而且,AVS通過簡潔的一站式許可政策,解決了AVC專利許可問題死結,是開放式制訂的國家、國際標準,易于推廣;此外,AVC僅是一個視頻編碼標準,而AVS是一套包含系統、視頻、音頻、媒體版權管理在內的完整標準體系,為數字音視頻產業提供更全面的解決方案。綜上所述,AVS可稱第二代信源標準的上選。
AVS標準是《信息技術 先進音視頻編碼》系列標準的簡稱,AVS標準包括系統、視頻、音頻、數字版權管理等四個主要技術標準和一致性測試等支撐標準。在2003年12月18-19日舉行第7次會議上,工作組完成了AVS標準的第一部分(系統)和第二部分(視頻)的草案最終稿(FCD),和報批稿配套的驗證軟件也已完成。2004年12月29日,全國信息技術標準化技術委員會組織評審并通過了AVS標準視頻草案。2005年1月,AVS工作組將草案報送信息產業部。3月30日,信產部初審認可,標準草案視頻部分進入公示期。2004年度第一季度(第8次全體會議)正式開始“數字版權管理與保護”標準的制定,目前已近尾聲。2005年初(第12次全體會議)完成了第三部分(音頻)草案。
2005年4月30日,AVS標準視頻部分通過公示,在標準道路上邁出決定性一步。2006年2月22日,國家標準化管理委員會頒布通知:《信息技術 先進音視頻編碼》第二部分視頻于2006年3月1日起開始實施。AVS視頻部分正式成為國家標準,成為震動業內外的一件大事,國家和各部委領導紛紛發來賀信和題詞,對AVS的工作給予了高度評價,并鼓勵工作組再接再厲,再創輝煌。接下來,標準其他部分將繼續開展工作,陸續進入標準報批和審核程序。
AVS的產業化前景
據預測,數字音視頻產業將在2008年超過通信產業,在2010年成為國民經濟第一大產業。AVS作為數字音視頻產業“牽一發動全身”的基礎性標準,為我國構建“技術→專利→標準→芯片與軟件→整機與系統制造→數字媒體運營與文化產業”的產業鏈條提供了難得機遇。
對于數字電視接收機制造業來說采用AVS十分簡單,無論AVS標準還是其它標準,物理實現都是一塊解碼芯片。這塊芯片和整機其他部分之間的接口可以是統一的,也就是說,可以通過更換解碼芯片,讓一臺數字電視接收機支持不同的信源標準。因此采用AVS標準進行換代或替換,成本并不高昂。
AVS對于數字電視運營意義重大。數字電視運營系統包括三個主要環節:制作、播出、傳輸。其中制作(電視臺演播室)和傳輸(數字電視傳輸網)是投入最大的部分,但二者都與播出節目所采用的格式無關,因此采用AVS不影響這些設備的既有投入。AVS唯一要求增加是編碼器,而采用AVS得到的回報遠大于替換編碼器的投入:至少可以節省一半傳輸帶寬資源、為標清業務部署的傳輸系統可以直接提供高清業務。從電視網看,傳輸的節目容量擴大一倍。從國有資源看,地面廣播中節省一半的無線頻譜資源,意義十分重大。
我國正在發展自己的光盤和光盤機技術與標準,紅光光學伺服系統和盤片已經較為實際可行,但是,需要3張甚至更多盤片才能存放一部MPEG-2編碼的高清電影。由于AVS壓縮高清節目效率比MPEG-2高三倍,因此一張盤片就可以存放一部電影。AVS標準和光盤標準配合,能夠在新一代高清激光視盤市場開辟出一片新天地。在片源方面,在不同地區發行不同格式,實際上是節目商所希望的(DVD強制劃分成不同地區的版本),而且在中國市場出版AVS格式光盤,對于中國音像發行行業與高清光盤機產業的健康發展都是有利的。
AVS的產業化步伐在標準制訂過程中已經開始,目前正處在大規模產業化的啟動期。
AVS產業化的主要產品形態包括:
1) 芯片:高清晰度/標準清晰度AVS解碼芯片和編碼芯片,國內需求量在未來十多面的時間內年均將達到4000多萬片。
2) 軟件:AVS節目制作與管理系統,Linux和Window平臺上基于AVS標準的流媒體播出、點播、回放軟件;
3) 整機:AVS機頂盒、AVS硬盤播出服務器、AVS編碼器、AVS高清晰度激光視盤機、AVS高清晰度數字電視機頂盒和接收機、AVS手機、AVS便攜式數碼產品等。
簡言之,AVS最直接的產業化成果是未來10年我國需要的3-5億顆解碼芯片,最直接效益是節省超過10億美元的專利費,AVS最大的應用價值是利用面向標清的數字電視傳輸系統能夠直接提供高清業務、利用當前的光盤技術制造出新一代高清晰度激光視盤機,從而為我國數字音視頻產業的跨越發展提供了難得契機。AVS將在標準工作組的基礎上,聯合家電、IT、廣電、電信、音響等領域的芯片、軟件、整機、媒體運營方面的強勢企業,共同打造中國數字音視頻產業的光輝未來。
AVS具備三大特點:
1. 我國牽頭制定的、技術先進的第二代信源編碼標準——先進;
2. 領導國際潮流的專利池管理方案,完備的標準工作組法律文件——自主;
3. 制定過程開放、國際化——開放;
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