家庭影院基本技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)大全之視頻

中國視聽網(wǎng)資訊更新時間：2009-8-5 13:31:34　編輯：溫情　[ 大中小 ]

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影院視頻編碼國際標(biāo)準(zhǔn)及多功能測試軟件

無論是HQV還是isf，它們都是規(guī)范顯示器材的標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證，這是相對硬件而言的，而對于軟件的規(guī)范，世界上就有一個完整的視頻標(biāo)準(zhǔn)格式記錄的體系。同時分為兩大標(biāo)準(zhǔn)板塊，首先是國際電信聯(lián)盟(ITU-T)里面的VCEG，它主要制定了H.26x標(biāo)準(zhǔn)的低比特流的視頻技術(shù)，還有就是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)內(nèi)的活動圖像專家組（IEC），它定義了一系列的MPEG圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。我們在這里介紹目前高清視頻所使用的視頻編碼格式，它們包括：MPEG-2、MPEG-4、MPEG-4 AVC/H.264、VC-1。

●家庭影院系統(tǒng)視頻編碼的相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)

• ITU-T(國際電信聯(lián)盟)

ITU-T VCEG是Video Coding Experts Group的簡稱，也可直接稱為VCEG，中文可以翻譯成視頻編碼專家組。VCEG的官方頭銜為ITU-T SG16 Q.6。VCEG開發(fā)制定了一系列視頻通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，包括H.261視頻會議標(biāo)準(zhǔn)，和其后續(xù)版本H.263等，當(dāng)然還有目前最受重視的H.264視頻編碼格式。

•ISO(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(International Organization for Standardization)簡稱ISO，是一個全球性的非政府組織，是國際標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域中一個十分重要的組織。而IEC是國際電工委員會（International Electro Technical Commission）的縮寫。它也是非政府性國際組織，是聯(lián)合國社會經(jīng)濟(jì)理事會的甲級咨詢機(jī)構(gòu)。ISO與IEC同時定義和開發(fā)了一系列的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，分述如下：

•MPEG-2

MPEG-2開發(fā)于90年代初期，目前市場上所銷售的DVD影碟在視頻記錄上面都是統(tǒng)一使用MPEG-2編碼格式的（也就是DVD碟片內(nèi)文件擴(kuò)展名為vob的文件），MPEG-2同時也在一些HDTV高清晰電視廣播和一些高要求視頻編輯、處理中得到應(yīng)用。使用MPEG-2這種編碼格式，并且使用720×480的分辨率壓縮制作一部 120 分鐘長的電影（原始視頻文件），可以把文件的占用空間控制在4GB到8GB大小左右。進(jìn)入全高清影碟時代，由于MPEG-2對于播放硬件的要求不高，而且授權(quán)費用也比較低，所以早期的藍(lán)光影碟都是使用MPEG-2格式進(jìn)行視頻制作的。

•MPEG-4

MPEG-4是由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的活動圖像專家組（IEC）制定的，第一版在1998年10月通過，第二版在1999年12月通過。MPEG-4格式的主要用途在于網(wǎng)上（串流媒體）及光碟分發(fā)、語音傳送（視像電話）以及電視廣播。MPEG-4包含了MPEG-1及MPEG-2的絕大部份功能及其他格式的長處，并加入及擴(kuò)充了對虛擬現(xiàn)實模型語言(VRML for Virtual Reality Modeling Language)的支援，面向?qū)ο蟮暮铣蓹n案（包括音效、視訊及VRML物件），以及數(shù)碼權(quán)限管理及其他互動功能。

•H.264/AVC

MPEG-4 AVC/ H.264是國際電信聯(lián)盟(ITU-T)和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO/IEC)共同開發(fā)的視頻處理標(biāo)準(zhǔn)，國際電信聯(lián)盟把這種編碼格式稱作H.264，而國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO /IEC)將其定義為14496-10（MPEG-4 第10部分）高級視頻編碼（MPEG-4 AVC，簡稱AVC）。這種格式不僅比H.263和MPEG-4節(jié)約了50％的碼率，而且對網(wǎng)絡(luò)傳輸具有更好的支持功能。它引入了面向IP包的編碼機(jī)制，有利于網(wǎng)絡(luò)中的分組傳輸，支持網(wǎng)絡(luò)中視頻的流媒體傳輸。H.264具有較強的抗誤碼特性，可適應(yīng)丟包率高、干擾嚴(yán)重的無線信道中的視頻傳輸。

•VC-1

與H.264并稱為兩大高清視頻壓縮技術(shù)，VC-1是最后被認(rèn)可的高清編碼格式，是由微軟公司主導(dǎo)提出、基于Windows Media Video 9 (WMV9)格式而開發(fā)出來的。相對于MPEG-2，VC-1的壓縮比更大，對播放硬件的要求更高。目前華納和環(huán)球等影業(yè)公司最新推出的藍(lán)光影碟大部分都是使用VC-1作為視頻編碼格式。另外，它也是提供網(wǎng)上音樂與視頻預(yù)訂服務(wù)與視頻流的主要格式。

●兩種主流格式H.264/AVC與VC-1在細(xì)節(jié)上的不同之處：

1、動作補償技術(shù)

在動作補償(motion composition)技術(shù)上的差異，H.264具有7種不同的動作補償模式，而VC-1只有4種，動作補償?shù)膮^(qū)塊越小，就越能找到誤差值越小的參考點，進(jìn)而節(jié)省紀(jì)錄誤差值所需的位元數(shù)，不過區(qū)塊也不可能無限制地縮小切割下去，因為區(qū)塊越小，同一畫面中所需紀(jì)錄的矢量也越多，例如以1個16×16大小的區(qū)塊來說，只需要紀(jì)錄一個矢量；如果區(qū)塊切割的大小縮為4×4，那么矢量將會增加為16個。雖然動作矢量也可以透過預(yù)測的方式來進(jìn)行壓縮，但是過小的區(qū)塊將會使得壓縮的效益變得不明顯。另外，編碼器必須在壓縮過程中隨時對畫面進(jìn)行偵測與判斷，從多種模式中選用最佳的方式來進(jìn)行壓縮。

2、不同的量化方式

H.264中的Base Profile以及Main Profile具有多個量化質(zhì)量切割方式，但是并不具有量化矩陣，這與VC-1采用類似MPEG-2的量化矩陣的方式不同，但是H.264在之后的FRExt中，重新采用了可選擇的量化矩陣方式，不過由于H.264設(shè)計方式的特殊，可以非常高的壓縮比達(dá)到幾近于無損壓縮的高質(zhì)量表現(xiàn)，這點要明顯比VC-1優(yōu)秀，不過換來的是非常久的壓縮時間，如果沒有特殊的加速芯片或強大的硬件支持，有不少人可能會改而選擇壓縮時間較短但是質(zhì)量仍在可接受范圍的VC-1。

3、區(qū)塊濾波器

H.264具有區(qū)塊濾波器，而VC-1 沒有區(qū)塊濾波器。VC-1采用不同的濾波方式，稱為重迭平滑(Overlap Smoothing)，雖然H.264的區(qū)塊濾波可以有效降低區(qū)塊效應(yīng)，但是區(qū)塊濾波是在解壓縮還原之后才會進(jìn)行的步驟，而不是在壓縮階段就會進(jìn)行的過程，因此經(jīng)過區(qū)塊濾波處理之后，就已經(jīng)不是原本的影像信息，有可能會導(dǎo)致影像中的細(xì)節(jié)丟失。而區(qū)塊濾波器的演算復(fù)雜度相當(dāng)高，除了考慮到播放裝置的性能以外，在某些簡單應(yīng)用中也不適合使用。VC-1對以內(nèi)部模式壓縮的區(qū)塊則提供了另一種重迭轉(zhuǎn)換技術(shù)，用來彌補沒有區(qū)塊濾波器所可能產(chǎn)生的區(qū)塊問題。重迭轉(zhuǎn)換是在進(jìn)行壓縮時利用在空間領(lǐng)域作前處理，并且在解壓縮時搭配進(jìn)行后處理來達(dá)成。基本上，重迭平滑方式需要搭配前置與后置處理，在理論上，可以兼顧去除區(qū)塊以及保持最大量的原始影片信息兩方面的需求，不過重迭平滑的步驟僅在區(qū)塊的型態(tài)為I時才執(zhí)行，無法應(yīng)用到所有的區(qū)塊型態(tài)中。

4、其它差異

H.264的畫面間參考幀最多可由31張的之前重建畫面所組成，而VC-1畫面間參考幀僅可由前一張的之前重建畫面所組成。而在針對亮度的同畫面預(yù)測方面，H.264采用內(nèi)部4×4與內(nèi)部16×16兩種方式，VC-1則是使用傳統(tǒng)MPEG的作法，使用DC與AC方式的預(yù)測。雖然H.264與VC-1都采用了可變長度編碼設(shè)計，但是其余的技術(shù)差異仍然相當(dāng)大，如果要實做到支持多規(guī)格播放的硬件電路中，所要考慮的層面相當(dāng)?shù)亩唷?br>
●多功能測試軟件

《FPD Benchmark》

FPD是Flat Panel Display（平板顯示設(shè)備）的縮寫，其測試內(nèi)容包括解像度、對比度、色階過渡、色彩還原等部分。全片影像部分共有43段。同時還收錄了作曲家山下康介最新編寫的THE EARTH交響序曲Overture，格式包含有96kHz/24bit LPCM 7.1ch、Dolby TrueHD、DTS-HD Master Audio。
左邊的是FPD Benchmark軟件早期官方贈送片，是不對外銷售的版本，只可以通過特殊渠道取得。
中間的是FPD Benchmark軟件與日本AV REVIEWS雜志在今年1月隨書贈送的版本。
右邊的是最新版本的FPD Benchmark 軟件，這是FULL HD的測試軟件，增加了更多影像的測試圖片，還加上了LPCM 7.1、DTS-HD Master Audio、DOLBY TrueHD、無損壓縮的音樂測試。更重要的這是公開發(fā)售的版本。

《HD HQV Benchmark》

作為面向標(biāo)清視頻的HQV Benchmark的升級版，HD HQV Benchmark可以測試各種高清設(shè)備上的視頻播放質(zhì)量，諸如高清電視、顯示器、藍(lán)光影碟機(jī)、HD DVD影碟機(jī)、A/V功放接收機(jī)、投影儀、PC顯卡等等。主要測試項目有四個部分，包括噪點處理、平滑反鋸齒、視頻分辨率損失、影片分辨率損失等。

新版的HD HQV Benchmark分為Blu-ray、HD DVD兩個版本，分別針對當(dāng)前高清兩大播放平臺。

《HIVI CAST》

HIVI CAST是多功能的影音測試碟片，我們可以通過播放里面的視頻片段以及圖像細(xì)節(jié)調(diào)節(jié)的教程對設(shè)備進(jìn)行調(diào)校設(shè)定。播放開始之后，菜單上會出現(xiàn)畫面調(diào)節(jié)、音頻調(diào)節(jié)、測試信號、示范片段、制作人員這5個選擇項目。而這里我們測試所需要的只有前面4個部分，通過這4個部分，我們可以對系統(tǒng)的每個部分進(jìn)行細(xì)致的調(diào)校，然后通過實際觀看和收聽來感受影院調(diào)試之后的效果。

《Avia》

主要針對整套家庭影院系統(tǒng)的各個組成部分(Component)、器材連接(Connection)、調(diào)校與使用環(huán)境等方面進(jìn)行介紹，采用圖文并茂的生動形式進(jìn)行了詳盡的解說。碟片的主題菜單（Title Menu）包括“基本家庭影院”（Basic Home Theater）、“主菜單”（Main Menu）、“高級的”（Advanced）和“制作人員簡介”（Credits）四大項。主菜單呈現(xiàn)了上述六個章節(jié)的標(biāo)題和一個附加章節(jié)，它們分別是“怎樣使用Avia”（How　to　use　Avia）、“家庭影院組件”（Home　Theater　Components）、“音響說明”（Sound　Advice）、“家庭影院使用環(huán)境”（Home Theater Environment）、“正確連接”（the Right Connections）、“聲壓計的使用”（Using a Sound Level Meter），再加上精彩的附加章節(jié)“音頻與視頻調(diào)�！保ˋudio & Video Calibrations）。

HDTV高清電視的標(biāo)準(zhǔn)

HDTV（高清晰數(shù)字電視）是高清視頻發(fā)展的產(chǎn)物，是視頻數(shù)碼化的具體表現(xiàn)，相對于舊式的模擬顯示技術(shù)，HDTV可以實現(xiàn)更高的顯示分辨率和更大的顯示尺寸，同時也可以顯示更多的色彩。在這里我們會詳細(xì)介紹一下HDTV的一些基本資料以及傳輸與播放的標(biāo)準(zhǔn)。

•逐行掃描與隔行掃描

高清平板電視從發(fā)明的那一天起就使用了逐行掃描與隔行掃描兩種掃描方式。以前使用逐行掃描來進(jìn)行拍攝和制作的原因是因為拍攝和顯示器材都是逐行化的。最近幾年，顯示屏的尺寸正在慢慢擴(kuò)大，顯像管類的顯示設(shè)備正在慢慢被等離子（PDP）和液晶（LCD）顯示器所代替，這種自由的掃描尋址方式并不需要對每個像素進(jìn)行驅(qū)動，因此既適用于隔行掃描也適用于逐行掃描的顯示方式。

逐行掃描是一種在顯示設(shè)備方面表示運動圖像的方法，這種方法將每幀的所有像素同時顯示。和逐行掃描對應(yīng)的是隔行掃描，它常用于傳統(tǒng)的電視系統(tǒng)中(逐行掃描有時候被稱為非隔行掃描)。逐行掃描常被用在計算機(jī)顯示器上。通常的顯示器的掃描方法都是從左到右從上到下，每秒鐘掃描固定的幀數(shù)。掃描設(shè)備交換掃描偶數(shù)行和奇數(shù)行。在PAL制式和NTSC制式中，都是先掃描偶數(shù)行的，即是偶數(shù)場。

圖注：為了更細(xì)致地說明問題，我們來考慮一下標(biāo)準(zhǔn)電視機(jī)的掃描方式。通常，電視機(jī)的掃描方式被稱為隔行掃描，也就是說每一幀被分割為兩場，每一場包含了一幀中所有的奇數(shù)掃描行或者偶數(shù)掃描行。通常是先掃描奇數(shù)行得到第一場，然后掃描偶數(shù)行得到第二場。

奇數(shù)場圖

偶數(shù)場圖

和隔行掃描相對的逐行掃描每次顯示整個掃描幀圖

對NTSC制式的電視機(jī)來說，每1/60秒完成一場的掃描和顯示，即我們所說的60 Hz，對PAL制式的電視來說這一時間是1/50秒，即我們所說的50 Hz。由于視覺效應(yīng)，人眼將會看到平滑的運動而不是閃動的半幀半幀的圖像。這時就不容易注意到閃爍的出現(xiàn)，也不會使人眼容易產(chǎn)生疲勞。

如果逐行掃描的幀率和隔行掃描的場率相同，在本例中即逐行掃描每秒掃描60幀圖像，人眼將看到比隔行掃描更平滑的圖像，相對于隔行掃描來說閃爍更小，在目前新推出的大部分電視機(jī)中也帶有了將隔行掃描轉(zhuǎn)化為逐行掃描來輸出的功能。

PDP、LCD、DLP的圖像顯示原理與顯像管完全不同，他們是有限像素的面陣列顯示器件，這種采用XY尋址的顯示方式需要逐一驅(qū)動每個像素單元，不論輸入信號是何種掃描方式也不論它們的清晰度高低都要被轉(zhuǎn)換成與顯示面板物理像素數(shù)量相同的清晰度顯示，因此這類新型的平板顯示器件可以很好地顯示逐行掃描信號。實際上，采用PDP、LCD、DLP等顯示設(shè)備都是逐行掃描圖像，即使輸入的是隔行掃描信號也會在顯示驅(qū)動電路中轉(zhuǎn)換成逐行掃描。因此，也可以把PDP、LCD、DLP等稱為逐行掃描顯示器件。如果在拍攝、制作和顯示等環(huán)節(jié)都采用逐行掃描方式，就可以避免信號的隔行、逐行轉(zhuǎn)換帶來的圖像質(zhì)量損失。

•為什么稱作24p

24p主要用于數(shù)字電影的拍攝、制作，通過24p拍攝的數(shù)字節(jié)目可以轉(zhuǎn)換成膠片放映，還可以轉(zhuǎn)為480/24p壓縮成逐行掃描的DVD規(guī)格的MPEG2文件。

由于每秒24次的刷新頻率太低，24p只適用于節(jié)目制作和交換而不能直接用于播出。在60Hz電源的國家和地區(qū)24p的節(jié)目可以通過3-2下拉變換和下變換得到60場的1080/60i和480/60i隔行掃描信號，這種下拉變換與把每秒24幅膠片畫面轉(zhuǎn)換成60場電視信號時的處理方式完全相同。實際上24p有兩種版本，一種是電影行業(yè)采用的24p，另一種是用于電視制作的23.976p。24p、25p逐行掃描主要用于拍攝數(shù)字電影或可能轉(zhuǎn)換成膠片放映的節(jié)目。此外，由于24p、25p已經(jīng)成為國際電視節(jié)目銷售和交換市場上的主要高清掃描格式，所以一些用于國際交流的高清節(jié)目也會采用24p或25p拍攝，只用于電視播出的節(jié)目采用50i或60i隔行拍攝。

(拿去年第9期藍(lán)光機(jī)和今年2月的先鋒等離子電視圖)

圖注：目前有為數(shù)不少的高清播放器和高清平板電視可以對應(yīng)24p的視頻信號接入。
•HD-SDI（高清晰度串行數(shù)字分量接口）

自從 1998 年長野冬奧會以來，HD 串行數(shù)字接口 (HD-SDI) 傳輸設(shè)備的使用率不斷增長。高清晰度數(shù)字電視使用符合SMPTE 292M標(biāo)準(zhǔn)的串行數(shù)字分量接口傳輸數(shù)字分量電視信號及其內(nèi)嵌的多路數(shù)字音頻信號和輔助數(shù)據(jù)，其取樣頻率為74.25 MHz，量化電平10bit，碼率1485 Mbps，可以傳輸?shù)母咔鍞?shù)字電視信號格式如下表。與符合SMPTE 259M的標(biāo)清串行數(shù)字接口SDI一樣，HD-SDI的通道編碼也采用了對相位不敏感的不歸零反相擾碼（NRZI），即在接收端檢測到信號電平變化時為1，信號電平不變時為0。HD-SDI使用75歐姆BNC連接器和75歐姆同軸電纜進(jìn)行傳輸。HD-SDI能夠傳輸?shù)淖罡叽a率是1485 Mbps（1.5Gbps），因此1080/50p（2073.6Mbps）、1080/60p（2488.32Mbps）逐行掃描信號必須采用兩條HD-SDI電纜傳輸，這就是SMPTE 372M標(biāo)準(zhǔn)的“雙鏈接”傳輸方式。

目前，SMPTE已完成可以傳輸3Gbps碼率的HD-SDI串行數(shù)字接口的標(biāo)準(zhǔn)化文件SMPTE 424M，但目前還沒有該類型的產(chǎn)品面世。

圖表：各種不同的視頻制式在傳輸時的視頻碼率

Tips：所謂HD-SDI 信號發(fā)生器是一個復(fù)合結(jié)構(gòu)，合并了標(biāo)清電視 (SDTV) 系統(tǒng)與高清電視（HDTV）系統(tǒng)。因為在高清電視的發(fā)展史中，是先有SDTV再有HDTV的，所以HDTV系統(tǒng)最初是和SDTV分開獨立開發(fā)的。隨著數(shù)字電視廣播的發(fā)展，節(jié)目迅速從SDTV制作轉(zhuǎn)換為HDTV制作，現(xiàn)在的電視廣播營運商在某些情況用 HDTV 設(shè)備記錄 SDTV 視頻材料并將其向下轉(zhuǎn)換為 SDTV 進(jìn)行廣播。在其他情況下，也將SDTV視頻材料向上轉(zhuǎn)換為 HDTV播放。因此，在信號格式和設(shè)備與系統(tǒng)之間的物理連接方面，HDTV和SDTV系統(tǒng)之間的結(jié)合變得日益重要。

在這些情況下，不同的場頻率會妨礙這兩個系統(tǒng)之間的平滑結(jié)合。由于這個原因，在美國，已向HDTV標(biāo)準(zhǔn)添加了使用59.94 Hz頻率和29.97 Hz頻率的HDTV標(biāo)準(zhǔn)。在日本，廣播衛(wèi)星 (BS) 模擬高保真廣播繼續(xù)使用60 Hz，從2000年12月開始將59.94 Hz頻率設(shè)置為廣播衛(wèi)星數(shù)字HDTV廣播使用，而地面數(shù)字的HDTV廣播是從2003年開始運營的。

關(guān)于高清與標(biāo)清電視的差別我們在下面有詳細(xì)的解釋。

•HDTV與SDTV的區(qū)別

高清電視（HDTV）與標(biāo)清電視（SDTV）的差別主要體現(xiàn)在寬高比、清晰度、色域以及亮度等方面。以下一系列的圖片將會跟大家詳細(xì)介紹它們來自不同電信組織的標(biāo)準(zhǔn)與差異。

ITU(國際電信聯(lián)盟)