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數字電視標準

高清晰度電視

*高清視頻標準:什麽是高清電視?

HDTV是最高的DTV標準,即高清晰度電視,縮寫為HDTV,具有最好的視頻和音頻效果。數字電視是壹種數字電視技術,是傳統模擬電視技術的繼承者。所謂數字電視,是指從演播室到傳輸、發射和接收過程的所有環節都使用數字電視信號,或者說所有傳輸到系統的信號都是由二進制數字組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,其水平分辨率為250線以上,分辨率為340×255,幅型比為4: 3,主要對應現有VCD的分辨率。標清電視(SDTV)的水平分辨率為500-600線,最低為480線,分辨率為720×576。長寬比為4: 3,主要對應現有DVD的分辨率。目前,在廣播級後期制作中使用的視頻標準主要是SDTV和HDTV。與模擬電視相比,數字電視具有許多優點,如高清晰度的畫面,高保真的立體聲,電視信號可以存儲,多媒體系統可以用計算機完成,頻率資源可以充分利用。

高清電視規定視頻至少要有720行非隔行掃描(720p,常稱為逐行掃描)或1080行隔行掃描(1080i,常稱為隔行掃描)(DVD標準是480行),屏幕長寬比為16:9。音頻輸出為5.1聲道(杜比數字格式),同時可以接收其他格式更低的信號並進行數字化處理和回放。

高清電視有三種顯示格式,分別是:720P(1280×720,非隔行,場頻24、30或60),1080 I(1920×1080,隔行,場頻60),以及。對於壹臺真正的高清電視來說,決定清晰度的標準只有兩個:分辨率和編碼算法。其中網上流傳最多的是720P和1080 i,而微軟的WMV-HD網站上1080P的樣品相對較多。

美國高清標準主要有兩種格式,分別是1280×720p/60和1920× 1080i/60。歐洲傾向於1920×1080 I/50;以720p為最高格式,要求的線頻支持為45kHz,而1080i/60Hz的線頻支持只有33.75kHz,1080i/50Hz的線頻要求更低,只有28.125kHz。

高清信號的三種格式中,1080i/50Hz和1080i/60Hz都采用隔行掃描方式,雖然掃描線數已經超過1000。1080行由兩次掃描完成,實際每場掃描行數只有壹半,即1080。因為壹張完整的圖片需要顯示兩次,所以由於這種隔行掃描技術在原理上的限制,在顯示精細圖片,尤其是靜止圖片時,還是會有輕微的閃爍和爬行現象。但720p/60Hz不壹樣,它采用逐行掃描模式,壹次可以顯示壹幅完整的畫面,單次掃描的行數可以達到720,水平掃描可以達到1280點。同時由於場頻為60Hz,畫面穩定清晰,不閃爍。

我們經常會看到1280×720和1920×1080的高清電視分辨率,這對於現在的顯示器來說確實是壹個很大的考驗。如果分辨率進壹步提高,在現有的顯示器上就很難獲得更好的畫質,因為此時的瓶頸在於顯示設備。另外可以肯定的是,1920×1080的分辨率已經基本達到了人眼對於動態視頻清晰度的分辨率極限,也就是說,再高的分辨率也只能在大屏幕顯示器上顯示優勢。

除了分辨率是高清電視的關鍵,編碼算法也是壹個不可忽視的環節。高清電視基本可以分為三種算法:MPEG-2-TS、WMV-HD和H.264不同的編碼技術自然在壓縮比和畫質上有差異。相對來說,MPEG2-TS的壓縮比較差,而WMV-HD和H.264更先進。壓縮比差的編碼技術對解碼環境的要求更低,也就是說可以降低對硬件設備的要求,這是非常好理解的。

*揭秘*高清電視的技術參數。

好了,現在讓我們來關註壹下HDTV這個新時代的寵兒,它融合了各種高科技。在了解了高清電視令人興奮的特性後,妳真的想近距離觸摸壹下這個神秘而聰明的“未來男孩”嗎?別急,我們需要對實物有壹個全面的了解,才能真正的感知。

像素

屏幕能夠顯示的像素數量可以反映壹臺電視機的圖像表現能力。比如最高規格的高清電視機,可以顯示1920×1080像素,即擁有207萬像素,遠遠超過普通模擬電視機不到9萬像素的水平(以分辨率340×255為例)。

點距

根據電視屏幕與清晰度的關系,我們很容易知道,在顯示最高規格的1920×1080的高清電視節目時,由於屏幕尺寸的不同,網點間距也會有所不同。壹般來說,如果要顯示最高規格為1920×1080的高清電視節目,32英寸高清電視機的點距應不超過0.38mm,36英寸高清電視機的點距應不超過0.43mm,才能完美詮釋高清圖像。

但根據我國規定,水平分辨率大於700線時,很多電視機也可以稱為高清電視機。但這些電視的點距只有0.55mm~0.65mm左右(僅指32寸和36寸電視)。理論上他們的最高清晰度可以達到800線,也算是達到我們國家的標準了。

視頻帶寬

對於特定的顯示圖像,不同的分辨率對應於可接受的最小帶寬。如果帶寬小於此分辨率的可接受值,顯示的圖像將會失真或根本無法顯示。所以,如果妳想讓圖像達到壹定的分辨率水平,也就是想讓圖像清晰到壹定的程度,那麽就必須有壹個可以接受的帶寬範圍,否則名義上的分辨率只會是壹句空話。

PAL和NTSC系統

PAL是相變線的縮寫。國內使用的PAL制主要標準是每幀掃描625行,每秒25幀。

NTSC是國家電視標準委員會的縮寫,規定每幀掃描525行,每秒掃描30幅畫面。可以說NTSC徹底消除了人眼可見的掃描線、線、字的閃爍現象。

幀頻

我們知道,動態電影放映的基本原理是快速播放壹系列畫面。當播放這個畫面的速度超過人眼能夠分辨的範圍時,我們看起來的形象就會“動”起來。在這個過程中,我們把每張圖片稱為壹個“幀”,每秒播放的幀數就是我們所說的幀率。

幀率主要用來衡量視頻信號傳輸的速度,單位是每秒幀數(fps)。顯然,幀率越快,我們看到的運動就越平滑、越連續,這也是衡量動態圖像質量的重要指標之壹。

掃描頻率

顯然,需要壹個參數來衡量電子束掃描的速度,這樣電視才能流暢連續地觀看動態圖像。所以習慣上把單位時間內(通常以秒為單位)電子槍掃描屏幕的次數稱為掃描頻率。由於電子槍工作特性的限制,掃描頻率包括行頻和場頻兩個概念。

場頻:又稱“垂直掃描頻率”或“刷新率”,是指單位時間內電子槍掃描整個屏幕的次數(以秒為單位),通常用赫茲(Hz)表示。以60Hz刷新率為例,意味著顯像管顯示的內容每秒刷新60次。我國規定的高清電視場頻標準是50Hz。

行頻:又稱“水平掃描頻率”,指電子槍每秒在屏幕上掃過的水平線數,單位為KHz。行頻值越大,顯像管能提供的分辨率越高,穩定性越好。我國規定的高清電視的行頻標準是28125Hz。

清晰度/清晰度

我國高清電視的行掃描頻率設置為28125Hz,對應的掃描周期為35.6微秒。如果有效顯示時間為30微秒,則1920行對應的視頻帶寬應為64MHz,相當於現有PAL制帶寬的10倍。但在實際應用中,當視頻帶寬大於32MHz,即水平分辨率大於1,000線,垂直分辨率可達1,080線時,此時的畫質中規中矩,因此32MHz的視頻帶寬是我國高清電視的基本要求。

但是,即使是32MHz的帶寬,相比之前的6MHz帶寬,也已經是壹個巨大的數字了。為了節省資源(衛星傳輸節目所用的帶寬是有限的),采用壓縮技術傳輸高清電視信號顯得尤為重要。目前主要采用MPEG-2格式進行壓縮(即DVD使用的壓縮格式標準),從而保證衛星頻道資源的最大化利用。

根據帶寬、行頻、場頻之間的關系可知,在帶寬壹定的情況下,場掃描頻率會增加,清晰度會降低。所以我國發布的高清電視技術標準只選擇50Hz場頻(隔行)和28125Hz行頻。

對於基於液晶顯示技術的HDTV電視機,其原理與傳統CRT有很大不同,但其基本原理和清晰度水平與LCD顯示器基本相同,在此不再贅述。

隔行掃描

水平和垂直掃描線是圖像生成的基礎。以NTSC制為例。雖然規定每張圖片要掃描525行,但是圖像掃描分為兩步:第壹個六十秒掃描262.5行,另壹個六十秒掃描另壹半。在第壹次掃描中,從上到下水平掃描奇數行,在第二次掃描中掃描偶數行。這樣,由兩次掃描產生的場被組合成壹個完整的圖像。

因為掃描是奇數和偶數掃描線交替交錯進行的,所以這種掃描方式稱為隔行掃描。顯然,隔行掃描容易造成圖像掃描線抖動和圖像閃爍。

連續掃描

顧名思義,逐行掃描的原理是從第壹行掃描到最後壹行連續掃描屏幕圖像,而不是先掃描奇數行再掃描偶數行。逐行掃描可以消除隔行掃描造成的閃爍等現象,因為與隔行掃描相比,逐行掃描在同壹時間內掃描兩次。例如,普通的高清電視機在隔行掃描中每秒只掃描30幅完整圖像,而在逐行掃描中,相當於每秒掃描60幅完整圖像。

比特率

比特率是數字多媒體壓縮效率的參考指標,表示每秒記錄數字多媒體數據所需的平均比特值。通常,我們使用Kbps作為單位。

在HDTV等壓縮數字多媒體文件中,比特率直接關系到片源的質量。雖然高清電視的碼率壹般在1MBps以上,但在高動態畫面的情況下,低碼率下容易出現馬賽克,會嚴重影響觀看效果。

*HDTV的幾種分辨率標準

根據不同國家使用的電視制式不同,不同國家和地區定義的高清電視的標準分辨率也不同。具體來說,目前的高清電視有三種顯示分辨率格式,分別是:720P(1280×720,逐行)、1080 I(1920×1080,隔行)和1080p (1080p)。

兩種常見的顯示模式是720P和1080i。1080i是目前大多數國家(包括中國)廣泛使用的壹種模式。其分辨率為1920×1080,207.3萬像素。在最初采用NTSC制的國家,如美國、日本、韓國,他們的1080i仍然使用60Hz的場頻,主要是為了符合其以前的標準;在國內,1080i的場頻為50Hz,與PAL制相同。

在1080i顯示模式下,屏幕分辨率可達1920×1080,采用隔行掃描模式,即電子槍先掃描540行,再掃描另外540行,兩者疊加形成成品屏幕。對於普通消費者來說,540線的垂直分辨率水平,顯示效果已經中規中矩,也可以說達到了高清電視高畫質的要求。

從技術上來說,開發720P顯示分辨率顯然比開發1080i更復雜,因為它提供的是1280×720的分辨率,也就是926.5438+060萬像素。最重要的是720P采用逐行掃描,也就是說需要同時達到720行的垂直分辨率水平,而不是1080i的兩倍掃描540行,所以會涉及到更高的行頻輸出,對顯像管的要求太高。目前,這項技術主要應用於采用NTSC制式的美國和日本。自然,他們使用60Hz的場頻率。

目前高清電視的片源主要來源於網絡和電視臺,其中網上流傳最多的是720P和1080i,在微軟的WMV-HD網站上可以找到壹些規格最高的1080P的樣片。

最後再來看看最高規格的1080P,提供1920×1080逐行輸出,但提供24Hz、25Hz、30Hz多種場頻。

因為電影是以每秒24張的模式播放的,所以以1080P/24Hz模式拍攝的數字圖像可以傳輸到DLP等數字電影放映機上播放,所以1080P/24Hz可以說是專門為電影準備的格式。

但是,如果高清內容是以1080P/25Hz格式拍攝的,那麽完整的1080P圖像的每壹幀都可以很容易地拆分成兩個交錯的1080i圖像。這樣1080P/25Hz的格式就變成了1080i/50Hz的圖像,便於應用到歐洲和中國的數字高清電視上。

同樣,1080P/30Hz也可以在拍攝後轉換成1080i/60Hz的圖像,方便在美國、日本等國家使用。

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信源編碼標準(Audio Video coding Standard的縮寫)

AVS是我國擁有自主知識產權的第二代信源編碼標準。顧名思義,“信源”就是信息的“來源”,信源編碼技術解決的關鍵問題是海量數字音視頻數據(即初始數據和信源)的編碼和壓縮,所以也叫數字音視頻編解碼技術。顯然,它是數字信息傳輸、存儲和回放的前提,所以它是數字音視頻產業的基本標準。

國際音視頻編解碼標準主要有兩大系列:ISO/IEC JTC1制定的MPEG系列標準;國際電聯為多媒體通信制定的H.26x系列視頻編碼標準和G.7系列音頻編碼標準。1994 MPEG-2由MPEG和ITU聯合制定,是第壹代音視頻編解碼標準的代表,也是目前國際上最流行的音視頻標準。

經過十幾年的演進,音視頻編碼技術本身和行業應用背景都發生了明顯的變化,後起之秀大量湧現。目前音視頻行業可以選擇的信源編碼標準有四種:MPEG-2、MPEG-4、MPEG-4 AVC(也簡稱JVT和H.264)和AVS。前三個標準由MPEG專家組完成,第四個標準由我國自主制定。從發展階段來看,MPEG-2是第壹代信源標準,其他三個是第二代標準。對比主要技術指標——編碼效率:MPEG-4是MPEG-2的1.4倍,AVS和AVC相當,都是MPEG-2的兩倍以上。

可以推測,MPEG-2由於技術過時,費用高昂,很快就會退出歷史舞臺。MPEG-4推出的新專利許可政策被認為過於苛刻,難以接受,導致被眾多運營商圍攻,無法從產業化和前途未蔔的泥潭中自拔。AVS是基於中國創新技術和部分開放技術的自主標準。其編碼效率比MPEG-2高2-3倍,與AVC相當。而且其技術方案簡單,芯片實現復雜度低,達到了第二代標準的最高水平。而且AVS通過簡單的壹站式授權政策解決了AVC的專利授權問題,是開放的國家和國際標準,易於推廣。另外,AVC只是視頻編碼標準,而AVS是包括系統、視頻、音頻、媒體版權管理在內的完整標準體系,為數字音視頻行業提供了更全面的解決方案。綜上所述,AVS堪稱二代源標準的首選。

AVS標準是“信息技術高級音視頻編碼”系列標準的簡稱。AVS標準包括系統、視頻、音頻和數字版權管理等四個主要技術標準,以及壹致性測試等支撐標準。在2003年6月5438+2月18-19舉行的第七次會議上,工作組完成了AVS標準第壹部分(系統)和第二部分(視頻)的最終草案(FCD),支持提交草案的驗證軟件也已完成。2004年2月29日,65438,全國信息技術標準化技術委員會組織評審,通過了AVS標準視頻草案。2005年6月5438+10月,AVS工作組向信息產業部提交了草案。3月30日,信息產業部初審通過,標準草案視頻部分進入公示期。2004年第壹季度(八中全會),《數字版權管理與保護》標準的制定工作正式啟動,目前已接近尾聲。2005年初(第65438次+02次全體會議),起草了第三部分(音頻)。

2005年4月30日,AVS標準視頻部分通過宣傳在標準道路上邁出了決定性的壹步。2006年2月22日,國家標準化管理委員會發布通知:《信息技術高級音視頻編碼》第二部分視頻於2006年3月1日開始實施。AVS的視頻部分正式成為國家標準,成為震動業界的大事。國家和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,並鼓勵工作組再接再厲,再創輝煌。接下來,標準的其他部分將繼續工作,陸續進入標準審批和審核程序。

AVS的產業化前景

據預測,2008年數字音視頻產業將超過通信業,成為2010年國民經濟第壹大產業。AVS作為數字視聽產業的基礎標準,為我國構建“技術→專利→標準→芯片和軟件→整機和系統制造→數字媒體運營和文化產業”的產業鏈提供了難得的機遇。

數字電視接收機制造業采用AVS非常簡單。無論AVS標準還是其他標準,物理實現都是壹個解碼芯片。該芯片與整機其他部分的接口可以統壹,即壹臺數字電視接收機可以通過更換解碼芯片來支持不同的信源標準。因此,采用AVS標準進行替換或更換,成本並不昂貴。

AVS對數字電視運營具有重要意義。數字電視運營系統包括制作、播出和傳輸三個主要環節。其中制作(電視演播室)和傳輸(數字電視傳輸網絡)是最昂貴的部分,但這兩者都與用於播放節目的格式無關,因此采用AVS並不影響這些設備的現有投資。AVS唯壹的要求就是增加編碼器,AVS的回報遠大於更換編碼器的投入:至少可以節省壹半的傳輸帶寬資源,為標清業務部署的傳輸系統可以直接提供高清業務。從電視網來看,傳輸節目的容量翻了壹番。從國有資源的角度來說,在地面廣播中節省壹半的無線頻譜資源意義重大。

中國正在開發自己的光盤和光盤播放器技術和標準,紅色光學伺服系統和光盤是實用的,但需要三張或更多光盤才能存儲壹部MPEG-2編碼的高清電影。因為AVS壓縮高清節目的效率是MPEG-2的三倍,壹張光盤可以裝壹部電影。AVS標準和光盤標準的結合,可以在新壹代高清激光視盤市場上開辟壹片新天地。在片源方面,實際上是節目提供者希望在不同地區發行不同格式(DVD被強行劃分為不同地區版本)的東西,在中國市場發行AVS格式光盤有利於中國音像發行行業和高清CD播放機行業的健康發展。

AVS的產業化在標準制定過程中就已經開始,目前正處於大規模產業化的啟動期。

AVS產業化的主要產品形式包括:

1)芯片:高清/標清AVS解碼芯片和編碼芯片。未來十年,國內芯片需求將達到每年4000萬片以上。

2)軟件:Linux和Window平臺上基於AVS標準的AVS節目制作和管理系統、流媒體播放、點播和回放軟件;

3)整機:AVS機頂盒、AVS硬盤播出服務器、AVS編碼器、AVS高清激光視盤播放器、AVS高清數字電視機頂盒及接收機、AVS手機、AVS便攜式數碼產品等。

簡而言之,AVS最直接的產業化成果就是未來10年中國需要的3-5億塊解碼芯片,最直接的收益就是節省了超過10億美元的專利費。AVS最大的應用價值在於,可以利用標清數字電視傳輸系統直接提供高清服務,利用當前的光盤技術制造新壹代高清激光視盤機,為我國數字音視頻產業的跨越式發展提供了難得的機遇。在標準工作組的基礎上,AVS將聯合家電、IT、廣電、電信、音頻等領域的芯片、軟件、整機、媒體運營等有實力的企業,共同開創中國數字音視頻產業的美好未來。

AVS有三個特點:

1.技術先進的第二代信源編碼標準,由中國領先;

2.引領國際潮流的專利池管理方案,標準工作組的完整法律文件——autonomy;

3.制定過程是公開的,對國際開放的;