中外数字电视(DTV)标准与影音基础知识大全【彩字标注版】

  • 2011年5月24日
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所属分类:软件测试
摘要

HDTV是DTV标准中最高的一种,即High Definision TV,缩写为HDTV,拥有最佳的视频、音频效果。DTV是一种数字电视技术,是目前传统模拟电视技术的接班人。所谓的数字电视,是指从演播室到发射、传输、接收过程中的所有环节都是使用数字电视信号,或对该系统所有的信号传播都是通过由二进制数字所构成的数字流来完成的。

何谓HDTV

HDTVDTV标准中最高的一种,即High Definision TV,缩写为HDTV,拥有最佳的视频、音频效果。DTV一种数字电视技术,是目前传统模拟电视技术的接班人。所谓的数字电视,是指从演播室到发射、传输、接收过程中的所有环节都是使用数字电视信号,或对该系统所有的信号传播都是通过由二进制数字所构成的数字流来完成的。

此外DTV技术还可分为LDTV(Low Definition Tele Vision)低清晰度电视,其图像水平清晰度大于250线,分辨率为340×255,采用4:3的幅型比,主要是对应现有VCD的分辨率量级SDTV (Standard Definition TeleVision)标准清晰度电视,其图像水平清晰度为500--600线,最低为480线,分辨率为720×576,采用4:3的幅型比,主要是对应现有DVD的分辨率量级。目前应用于广播级的后期制作中的视频标准主要是SDTV及HDTV。和模拟电视相比,数字电视具有高清晰画面、高保真立体声伴音、电视信号可以存储、可与计算机完成多媒体系统、频率资源利用充分等多种优点。

HDTV规定了视频必须至少具备720线非交错式(720p,即常说的逐行)或1080线交错式隔行(1080i,即常说的隔行)扫描(DVD标准为 480线),屏幕纵横比为16:9。音频输出为5.1声道(杜比数字格式),同时能兼容接收其它较低格式的 信号并进行数字化处理重放。

HDTV有三种显示格式:分别是 720P(1280×720,非交错式,场频为24、30或60),1080 i(1920×1080,交错式,场频60),1080P(1920×1080,非交错式,场频为24或30)。不过这从根本上说也只是继承模拟视频的算法,主要是为了与原有电视视频清晰度标准对应。对于真正的HDTV而言,决定清晰度的标准只有两个:分辨率与编码算法。其中网络上流传的以720P和1080 i最为常见,而在微软WMV-HD站点上1080P的样片相对较多。

美国的高清标准主要有两种格式:分别为1280×720p/60和1920×1080i/60;欧洲倾向于1920× 1080i/50;其中以 720p为最高格式,需要的行频支持为45kHz,而1080i/60Hz的行频支持只需33.75kHz,1080i/50Hz的行频要求就更低了,仅为28.125kHz。
在高清信号的三种格式中,1080i/50Hz及1080i/60Hz虽然在扫描线数上突破了1000线,但它们采用的都是隔行扫描模式,1080线是通过两次扫描来完成的,每场实际扫描线数只有一半即1080/2=540线。由于一幅完整的画面需要用两次扫描来显示,这种隔行扫描技术原理上的限制,在显示精细画面尤其是静止画面时仍然存在轻微的闪烁和爬行现象。但720p/60Hz不同,它采用的是逐行扫描模式,一幅完整画面一次显示完成,单次扫描线数可达720线,水平扫描达到1280点;同时由于场频为60Hz,画面既稳定清晰又不闪烁。

我们经常看到的HDTV分辨率是1280×720和1920×1080,这对于如今的显示器而言的确是不小的考验,如果分辨率进一步提高,那么将很难在现有的显示器上获得更加出色的画质,因为此时的瓶颈在于显示设备。另外也可以肯定的是,对于32英寸以下的屏幕而言,1920×1080分辨率基本已经达到人眼对动态视频清晰度的分辨极限,也就是说再高的分辨率也只有在大屏幕显示器上才能显现出优势。

除了分辨率是HDTV的关键,编码算法也是不可忽视的环节。HDTV基本可以分为MPEG2-TSWMV-HDH.264这三种算法,不同的编码技术自然在压缩比和画质方面有着区别。相对而言,MPEG2-TS的“压缩比”较差,而WMV-HD和H.264更加先进一些。而十分容易理解的是,“压缩比”较差的编码技术对于解码环境的要求也比较低,也就说在硬件设备方面的要求可以降低。

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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。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。

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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HDTV的几种分辨率标准

根据各个国家使用电视制式的不同,各国家和地区定义的HDTV的标准分辨率也不尽相同。具体来说,目前的HDTV有三种显示分辨率格式,分别是:720P(1280×720,逐行)1080i(1920×1080,隔行)1080P(1920×1080,逐行),其中P代表英文单词Progressive(逐行),而 i 则是Interlaced(隔行)的意思。

常见的两种显示模式是720P和1080i。1080i是目前大多数国家普遍采用的一种模式(也包括我国),它的分辨率为1920×1080,拥有207.3万像素。在原本采用NTSC制式的国家如美日韩,他们规定的1080i仍然采用60Hz场频,这主要是为了与其以前的标准接轨;而我国规定1080i采用的是50Hz场频,也与以前PAL制式的场频相同。

在1080i显示模式下,屏幕分辨率可以达到1920×1080,采用隔行扫描方式,也就是说:电子枪首先扫描540行,再扫描另一个540行,两者叠加构成完成画面。而对于一般消费者来说,540行的垂直分辨率水平,显示效果已经相当令人满意了,也可以说是达到了HDTV的高画质的要求。

从技术上说,开发720P这种显示分辨率明显比开发1080i更加复杂,因为它提供分辨率为1280×720,也就是92.16万像素。最重要的是,720P采用的是逐行扫描,也就是说在同一时间需要达到720线的垂直清晰度水平,而不是像1080i那样一次扫描540线经过两次叠加,因此将牵涉到更高的行频输出,对显像管的要求太高。目前主要是使用NTSC制式的美国和日本在使用此技术。自然,它们使用了60Hz的场频。

目前HDTV的片源主要来自于网络和电视台,其中网络上流传的片源也以720P和1080i最为常见,最高规格的1080P的样片可在微软WMV-HD站点找到一些。最后我们来看一看规格最高的1080P,这个提供了1920×1080逐行输出的高规格却提供了多种场频24Hz、25Hz和30Hz。由于电影是以每秒24幅画面的方式播放胶片的,以1080P/24Hz方式拍摄的数字图像可以无损地传送到DLP等数字电影投影机上播放,因此1080P/24Hz可以说是专门为电影准备的一种格式。

而如果采用1080P/25Hz格式拍摄高清晰度内容,则可以方便地将每一帧完整的1080P图像拆成两帧隔行扫描的1080i图像。这样1080P/25Hz格式就变成了1080i/50Hz的图像,这样就方便应用于欧洲和中国这些原PAL制国家的数字高清晰度电视。
同理,1080P/30Hz上也可以在拍摄完毕后方便地转换为1080i/60Hz的图像,方便应用于美国和日本等国家。

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AVS

AVS是我国具备自主知识产权的第二代信源编码标准。顾名思义,“信源”是信息的“源头”,信源编码技术解决的重点问题是数字音视频海量数据(即初始数据、信源)的编码压缩问题,故也称数字音视频编解码技术。显而易见,它是其后数字信息传输、存储、播放等环节的前提,因此是数字音视频产业的共性基础标准。

国际上音视频编解码标准主要两大系列:ISO/IEC JTC1制定的MPEG系列标准;ITU针对多媒体通信制定的H.26x系列视频编码标准和G.7系列音频编码标准。1994年由MPEG和ITU合作制定的MPEG-2是第一代音视频编解码标准的代表,也是目前国际上最为通行的音视频标准。

经过十年多演变,音视频编码技术本身和产业应用背景都发生了明显变化,后起之秀辈出。目前音视频产业可以选择的信源编码标准有四个MPEG-2MPEG-4MPEG-4 AVC(简称AVC,也称JVT、H.264AVS。从制订者分,前三个标准是由MPEG专家组完成的,第四个是我国自主制定的。从发展阶段分,MPEG-2是第一代信源标准,其余三个为第二代标准。从主要技术指标——编码效率比较:MPEG-4是MPEG-2的1.4倍,AVS和AVC相当,都是MPEG-2两倍以上。

可以推测,由于技术陈旧需要更新及收费较高等原因,MPEG-2即将退出历史舞台。MPEG-4出台的新专利许可政策被认为过于苛刻令人无法接受,导致被众多运营商围攻,陷入无法推广产业化的泥沼而无力自拔,前途未卜。而AVS是基于我国创新技术和部分公开技术的自主标准,编码效率比MPEG-2高2-3倍,与AVC相当,而且技术方案简洁,芯片实现复杂度低,达到了第二代标准的最高水平;而且,AVS通过简洁的一站式许可政策,解决了AVC专利许可问题死结,是开放式制订的国家、国际标准,易于推广;此外,AVC仅是一个视频编码标准,而AVS是一套包含系统、视频、音频、媒体版权管理在内的完整标准体系,为数字音视频产业提供更全面的解决方案。综上所述,AVS可称第二代信源标准的上选。

AVS标准是《信息技术 先进音视频编码》系列标准的简称AVS标准包括系统视频音频数字版权管理等四个主要技术标准和一致性测试等支撑标准。在2003年12月18-19日第7次会议上,工作组完成了AVS标准的第一部分(系统)和第二部分(视频)的草案最终稿(FCD),和报批稿配套的验证软件也已完成。2004年12月29日,全国信息技术标准化技术委员会组织评审并通过了AVS标准视频草案。2005年1月,AVS工作组将草案报送信息产业部。3月30日,信产部初审认可,标准草案视频部分进入公示期。2004年度第一季度(第8次全体会议)正式开始“数字版权管理与保护”标准的制定,目前已近尾声。2005年初(第12次全体会议)完成了第三部分(音频)草案。

2005年4月30日,AVS标准视频部分通过公示,在标准道路上迈出决定性一步。2006年2月22日,国家标准化管理委员会颁布通知:《信息技术 先进音视频编码》第二部分视频于2006年3月1日起开始实施。AVS视频部分正式成为国家标准,成为震动业内外的一件大事,国家和各部委领导纷纷发来贺信和题词,对AVS的工作给予了高度评价,并鼓励工作组再接再厉,再创辉煌。接下来,标准其他部分将继续开展工作,陆续进入标准报批和审核程序。

AVS的产业化前景

据预测,数字音视频产业将在2008年超过通信产业,在2010年成为国民经济第一大产业。AVS作为数字音视频产业“牵一发动全身”的基础性标准,为我国构建“技术→专利→标准→芯片与软件→整机与系统制造→数字媒体运营与文化产业”的产业链条提供了难得机遇。

对于数字电视接收机制造业来说采用AVS十分简单,无论AVS标准还是其它标准,物理实现都是一块解码芯片。这块芯片和整机其他部分之间的接口可以是统一的,也就是说,可以通过更换解码芯片,让一台数字电视接收机支持不同的信源标准。因此采用AVS标准进行换代或替换,成本并不高昂。

AVS对于数字电视运营意义重大。数字电视运营系统包括三个主要环节:制作播出传输其中制作(电视台演播室)和传输(数字电视传输网)是投入最大的部分,但二者都与播出节目所采用的格式无关,因此采用AVS不影响这些设备的既有投入。AVS唯一要求增加是编码器,而采用AVS得到的回报远大于替换编码器的投入:至少可以节省一半传输带宽资源、为标清业务部署的传输系统可以直接提供高清业务。从电视网看,传输的节目容量扩大一倍。从国有资源看,地面广播中节省一半的无线频谱资源,意义十分重大。

我国正在发展自己的光盘和光盘机技术与标准,红光光学伺服系统和盘片已经较为实际可行,但是,需要3张甚至更多盘片才能存放一部MPEG-2编码的高清电影。由于AVS压缩高清节目效率比MPEG-2高三倍,因此一张盘片就可以存放一部电影。AVS标准和光盘标准配合,能够在新一代高清激光视盘市场开辟出一片新天地。在片源方面,在不同地区发行不同格式,实际上是节目商所希望的(DVD强制划分成不同地区的版本),而且在中国市场出版AVS格式光盘,对于中国音像发行行业与高清光盘机产业的健康发展都是有利的。

AVS的产业化步伐在标准制订过程中已经开始,目前正处在大规模产业化的启动期。

AVS产业化的主要产品形态:

1) 芯片:高清晰度/标准清晰度AVS解码芯片和编码芯片,国内需求量在未来十多年的时间内年均将达到4000多万片。
2) 软件:AVS节目制作与管理系统,Linux和Window平台上基于AVS标准的流媒体播出、点播、回放软件;
3) 整机:AVS机顶盒、AVS硬盘播出服务器、AVS编码器、AVS高清晰度激光视盘机、AVS高清晰度数字电视机顶盒和接收机、AVS手机、AVS便携式数码产品等。

简言之,AVS最直接的产业化成果是未来10年我国需要的3-5亿颗解码芯片,最直接效益是节省超过10亿美元的专利费,AVS最大的应用价值是利用面向标清的数字电视传输系统能够直接提供高清业务、利用当前的光盘技术制造出新一代高清晰度激光视盘机,从而为我国数字音视频产业的跨越发展提供了难得契机。AVS将在标准工作组的基础上,联合家电、IT、广电、电信、音响等领域的芯片、软件、整机、媒体运营方面的强势企业,共同打造中国数字音视频产业的光辉未来。

AVS具备三大特点:

1. 我国牵头制定的、技术先进的第二代信源编码标准——先进;
2. 领导国际潮流的专利池管理方案,完备的标准工作组法律文件——自主;
3. 制定过程开放、国际化——开放;

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对与错,应该由历史来决定。我们能做的,就是相信自己认为是对的事,然后为此战斗……不过我认为那个强者生,弱者死的……弱肉强食时代,绝对是错的!绝对错!

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目前评论:3   其中:访客  2   博主  1

    • avatar DanaBell 0

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      • avatar 燕郊 4

        是不是未来的发展趋势呀

          • avatar 陈 学虎 Admin

            @燕郊 未来的趋势是必然向数字高清发展的!技术将永远走在世界发展的前列!