淺析高清視頻的技術(shù)原理

【摘 要】高清視頻現(xiàn)在已經(jīng)完全進(jìn)入人們的生活，我們的數(shù)字電視、手機(jī)、計(jì)算機(jī)都已經(jīng)支持高清視頻。本文從高清視頻的概念、高清視頻的規(guī)格以及高清視頻的編碼等方面，探討了高清視頻的技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理。

【關(guān)鍵詞】視頻 高清 視頻編碼 數(shù)字電視

“高清”目前是一個(gè)非常火熱的詞語，到商店里購買電視機(jī)或者去一些電腦賣場的時(shí)候都會(huì)聽到這個(gè)名詞，不過很多人可能對(duì)高清視頻的概念并不是很了解。本文將通過專業(yè)層面來詳細(xì)解釋什么是高清視頻，幫助大家真正了解高清視頻。

一、高清視頻的概念

High Definition Television，即“高清晰度電視”，它采用了數(shù)字信號(hào)傳輸，即從電視節(jié)目的采集、制作到傳輸，以及到用戶終端的接收全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，因此高清視頻給我們帶來了更高的清晰度。

要解釋高清視頻，我們首先要了解DTV。DTV是一種數(shù)字電視技術(shù)，是目前傳統(tǒng)模擬電視技術(shù)的接班人。所謂的數(shù)字電視，是指從演播室到發(fā)射、傳輸、接收過程中的所有環(huán)節(jié)都是使用數(shù)字信號(hào)，或?qū)υ撓到y(tǒng)所有的信號(hào)傳播都是通過由二進(jìn)制數(shù)字所構(gòu)成的數(shù)字流來完成的。數(shù)字信號(hào)的傳播速率為19.39MB/s，如此大的數(shù)據(jù)流傳輸速度保證了數(shù)字電視的高清晰度，克服了模擬電視的先天不足。同時(shí)，由于數(shù)字電視可以允許幾種制式信號(hào)同時(shí)存在，因此每個(gè)數(shù)字頻道下又可分為若干個(gè)子頻道，能夠滿足以后頻道不斷增多的要求。高清視頻是DTV標(biāo)準(zhǔn)中最高的一種，即High Definition TV，故而稱為高清晰度電視。只有兩個(gè)DTV圖像掃描率1080（1080i/1080p）和720逐行（720p）被認(rèn)為是符合高清視頻規(guī)格的，1920×1080、1280×720這些都是指高清電視機(jī)的分辨率規(guī)格，一般簡稱為1080i、1080p和720p（i=interlace，即隔行掃描；p=progressive，即逐行掃描）。高清視頻目前支持1280×720逐行掃描、1920×1080隔行掃描，1920×1080逐行掃描三種顯示模式。而傳統(tǒng)DVD視頻的解析度是480線，高清視頻效果相當(dāng)于傳統(tǒng)DVD視頻的二至三倍。其中在高清視頻標(biāo)準(zhǔn)中，1080p無疑是圖像質(zhì)量最好的，但在實(shí)際生活中1080i或720p更常見。

二、1080i和720p兩個(gè)規(guī)格的對(duì)比

隔行掃描的方式在顯示靜止畫面時(shí)存在缺陷，有輕微的閃爍和爬行現(xiàn)象，720p的逐行掃描解決了閃爍現(xiàn)象，但是720p的圖像有效利用率低，因?yàn)樗谛袌鱿[期間消耗了過多的像素，而1080i則有更多像素用來表現(xiàn)圖像。在表現(xiàn)普通電視節(jié)目、電影等慢速運(yùn)行的視頻時(shí)，1080i優(yōu)勢明顯；而在表現(xiàn)體育節(jié)目等快速運(yùn)動(dòng)的視頻時(shí)，720p則更適合。除此之外，高清視頻的視角也由原先的4：3變成了16：9寬屏。在聲音系統(tǒng)上，高清視頻更是支持Dolby Digital（杜比數(shù)碼）5.1影院級(jí)的多聲道，帶給人更真實(shí)的聽覺享受。

三、高清視頻四種編碼

高清視頻的編碼格式有四種，即H.264、MPEG-4、MPEG-2以及WMA-HD。事實(shí)上，現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上流傳的高清視頻主要以兩類文件的方式存在：一類是經(jīng)過MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)壓縮，以tp和ts為后綴的視頻流文件；一類是經(jīng)過WMV-HD（Windows Media Video High Definition）標(biāo)準(zhǔn)壓縮過的wmv文件，還有少數(shù)文件后綴為avi或mpg，其性質(zhì)與wmv是一樣的。

（一）H.264編碼

H.264是由國際電信聯(lián)盟（iTU-T）所制定的新一代的視頻壓縮格式。H.264最具價(jià)值的部分是更高的數(shù)據(jù)壓縮比，在同等的圖像質(zhì)量，H.264的數(shù)據(jù)壓縮比能比當(dāng)前DVD系統(tǒng)中使用的MPEG-2高2～3倍，比MPEG-4高1.5～2倍。正因?yàn)槿绱?，?jīng)過H.264壓縮的視頻數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中所需要的帶寬更少，也更加經(jīng)濟(jì)。在MPEG-2需要6Mbps的傳輸速率匹配時(shí)，H.264只需要1Mbps～2Mbps的傳輸速率，目前H.264已經(jīng)獲得DVD Forum與Blu-ray Disc Association采納，成為新一代HD DVD的標(biāo)準(zhǔn)，不過H.264解碼算法更復(fù)雜，計(jì)算要求比WMA-HD還要高。我們知道ATI目前的Radeon X1000系列顯卡、NVIDIA的GeForce 6/7系列均加入對(duì)H.264硬解碼的支持。

（二）MPEG-4編碼

MPEG-4是網(wǎng)絡(luò)上常見的一種視頻壓縮格式，在用于網(wǎng)絡(luò)流媒體傳輸方面效果相當(dāng)不錯(cuò)。這種編碼方式多用于HDTV-Rip上，它把原有的高清視頻文件按照比例縮小到一定的尺寸，以減少文件的大小。采用MPEG-4壓縮的視頻文件一般后綴名為avi，與微軟的avi格式很容易混淆，從后綴名來看，無法直解區(qū)分二者，只能通過解碼器來識(shí)別。相對(duì)于高清視頻來說，MPEG-4格式 還顯得有點(diǎn)不夠用，因此它也不是主流的高清視頻信號(hào)來源。

（三）MPEG-2 TS編碼

和DVD視頻采用的MPEG-2格式不同的是，高清視頻采用的是MPEG-2 TS格式，這是一種視頻流格式，主要用于實(shí)時(shí)傳送節(jié)目。MPEG-2 TS格式的高清視頻文件在網(wǎng)上非常常見，一般采用mpg、tp和ts為后綴。采用MPEG-2 TS格式壓縮后的高清視頻文件通常都相當(dāng)大，以一部90分鐘的電影為例，文件大小通常都在8GB以上，有的甚至超過15GB。在播放以tp和ts為后綴的高清視頻文件時(shí)也比較麻煩，因?yàn)槲募蟹謩e包含有AC3音頻信息和MPEG-2視頻信息，需要使用專門的軟件來進(jìn)行播放。

（四）WMV-HD編碼

WMV-HD則是由軟件業(yè)的巨頭微軟公司所創(chuàng)立的一種視頻壓縮格式，壓縮率甚至高于MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)，同樣是2小時(shí)的高清視頻節(jié)目，如果使用MPEG-2能壓縮至30GB，而使用WMV-HD這樣的高壓縮率編碼器，在畫質(zhì)絲毫不損失的前提下可壓縮到15GB左右。盡管WMV-HD是微軟的獨(dú)有標(biāo)準(zhǔn)，但因其在操作系統(tǒng)中大力支持WMV系列版本，從而在電腦系統(tǒng)得以迅速普及。

通過本文，相信大家對(duì)高清視頻已經(jīng)有了一個(gè)全面的了解，有些感興趣的讀者想躍躍欲試了。你已經(jīng)知道了高清視頻的基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)也了解了高清視頻對(duì)電腦配件性能的要求和一些基本的播放知識(shí)，這就使你可以享受高清視頻了。