什么是HDTV ? HDTV基礎(chǔ)知識大講解

    近兩年來，隨著人們對數(shù)字視聽的要求越來越高，高清電視信號、BD/HD片源開始出爐，HDTV開始逐漸成為人們關(guān)注的焦點。不可懷疑的是，目前國內(nèi)還有很多朋友對HDTV的認(rèn)識并不高。今天，筆者就要正式帶領(lǐng)大家走入“高清”的世界。

    首先，歡迎大家隨筆者來到了HDTV的世界，我們首先來看一下HDTV的定義：

    什么是HDTV

    HDTV，（High Definition Television)，直譯為高清晰度電視，又稱高清電視、高解像電視和高畫質(zhì)電視，是一種電視業(yè)務(wù)下的新型產(chǎn)品，原ITU-R給高清晰度電視下的定義是：“高清晰度電視應(yīng)是一個透明系統(tǒng)，一個正常視力的觀眾在距該系統(tǒng)顯示屏高度的三倍距離上所看到的圖像質(zhì)量應(yīng)具有觀看原始景物或表演時所得到的印象”。其水平和垂直清晰度是常規(guī)電視的兩倍左右，配有多路環(huán)繞聲。

    高清電視是指傳送一種電視信號，這種電視信號所能達(dá)到的分辯率高于傳統(tǒng)電視信號（NTSC，SECAM，PAL）所允許的范圍。除了早期在歐洲和日本的模擬格式之外，高清電視是傳送數(shù)字信號的，因此介紹的時候也會一并介紹數(shù)字電視。字串1

    高清電視開始普及，目前大部分新款電視機都能夠支持HDTV輸入。字串1

    歷史上，“高清電視”這個詞曾被用作1930年開發(fā)的電視標(biāo)準(zhǔn)，代替早期的試驗系統(tǒng)。雖然在此之后Philo T. Farnsworth，John Logie Baird和Vladimir Zworkin各自研發(fā)出不同的電視系統(tǒng)，但是分辨率并不是區(qū)分他們技術(shù)的主要指標(biāo)。在20，30年代后期給喧囂的市場帶來的只是專利糾紛和訴訟。大多數(shù)專利到二戰(zhàn)之后基本上都已過期，整個世界沒有統(tǒng)一的電視標(biāo)準(zhǔn)，市場一片空白，PAL，NTSC，SECAM和其他一些模擬標(biāo)準(zhǔn)使用了大半個世紀(jì)。

    “HD-Ready” (已設(shè)有高清晰度電視功能) 和“HDTV-compATIble”(兼容高清晰度電視訊號) 這兩個詞語，被廣泛的電子廠商使用；它們表示該電視或者顯示設(shè)備可以通過一種新設(shè)計的HDMI訊號接口來接收視頻；而它的目的是在保護(hù)版權(quán)之下，確保數(shù)碼信號只是通過這單一接口進(jìn)行傳輸。HD-Ready的電視并不是一定要能夠顯示1080線的視頻，或者是沒有經(jīng)過插補的720線全分辨率高清晰度標(biāo)準(zhǔn)。相反，兼容高清晰度的電視，通常只是一個帶有HDMI接口的標(biāo)準(zhǔn)解像度的電視，因此在使用HD-Ready的高清晰度電視，以及使用HDTV-compATIble的高清晰度兼容的電視時，往往很容易使人混淆。

    ●1080i/1080P/720P到底是什么意思

    目前，所謂HDTV的視頻分辨率都必須得滿足1080i/1080P/720P這三種模式。那么，這三種模式到底指什么意思呢？它們的優(yōu)點又在哪兒呢？在回答這個問題之前，我們必須要先了解一下“高清”的一種低級版本——“標(biāo)清”。字串6

    實際上，我們可以這樣來描述。HDTV一定是通過數(shù)字方式傳輸?shù)�，但是�?shù)字電視不一定是HDTV。雖然這句話讀起來有點拗口，但只要仔細(xì)一分析相信也不難明白。目前，從電視顯示的分辨率來看，大約有以下幾種：字串9

    D1為480i格式，和NTSC模擬電視清晰度相同,行頻為15.25KHz

    D2為480P格式，和逐行掃描DVD規(guī)格相同，行頻為31.5KHz

    D3為1080i格式，分辨率為1920×1080 i/60Hz，場頻為33.75KHz

    D4為720p格式，分辨率為1280×720 p/60Hz，場頻為45KHz

    D5為1080p格式，分辨率為1920×1080逐行掃描，專業(yè)格式

    上面的五種規(guī)格都是目前數(shù)字電視機的視頻規(guī)格，但是其中D1與D2都只能算得上是高清信號，因為它們不具備HDTV最低1080i的分辨率輸出；但無可厚非的是，它們確實屬于數(shù)字電視的一種。相反，只有D3、D4、D5才能算是真正的HDTV格式。那么，什么樣的視頻才是720P/1080P/1080i呢，這個問題我們稍后回答！因為，我們必須要先了解逐行與隔行的意思。

隔行掃描與逐行掃描對比

    為了讓大家更加容易了解1080i與1080P的區(qū)別，在這里我們來看看所謂的逐行與隔行： 字串9

    當(dāng)出現(xiàn)帶有陰極射線管（CRTs）的電視機時，隔行掃描的視頻就已經(jīng)存在了。所有的模擬信號電視機標(biāo)準(zhǔn)都是基于隔行掃描視頻的。我們已經(jīng)對它非常習(xí)慣了，以至于如果我們現(xiàn)在來思考這個問題，反而不正常了。

    高清晰度視頻是既可以是隔行掃描的，也可以是逐行掃描的。了解這些術(shù)語是非常重要的，而且，了解起來也并不太難。

逐行掃描與隔行掃描的圖像質(zhì)量對比

    逐行掃描是從右往左、至上而下進(jìn)行掃描：線1，線2，線3，等等，直到該幀的底端為止，就是這么簡單。事實上，如果你不知道有更好的，這確實是你所期待的最佳掃描方式。

    隔行掃描視頻使用與逐行掃描一樣的方式，從右往左，至上而下掃描視頻。然而，不同的是，隔行掃描每隔五十分之一秒（在NTSC制式下為每六十分之一秒）隔行掃描一次整個幀中隔開的行。在下一五十分之一秒，已經(jīng)被掃描到的兩線間的線將被掃描。事實上，視頻畫面垂直分辨率的一半將有效地在第一個五十分之一秒中被送出，后面一半將在后一個五十分之一秒被送出。當(dāng)播放視頻時，整個過程反過來進(jìn)行，從而為你呈現(xiàn)一個完整的視頻幀。每個這樣的半個幀被稱為“場”。 字串4

逐行與隔行播放效果對比，放大后非常明顯

    首先，畫面不會像一個每秒只有30幀的逐行掃描那樣閃爍。這是因為，對于觀眾來說，看上去好像是在觀看每秒60幀的視頻。事實上，他們看到的是每秒60場的視頻。除了減少閃爍，效果同看60幀的是一樣的。

    如果你想看一下六十分之一秒的逐行掃描圖像，你只能看到一半的垂直分辨率。但是，因為我們的眼睛有一個“暫留”效應(yīng)，當(dāng)你認(rèn)為在“正常”地看著屏幕時，而你真正所看到的只是一些接近全分辨率的畫面，因為我們能夠從兩個不同的視場積聚可視化的數(shù)據(jù)，使它們看起來像一個完整的幀。

    確切地說，隔行掃描是一種壓縮方式。用幀周期一半的時間，通過偏置兩個視場來做組建一幀，減少了一半需要傳輸或儲存的信息量。未被壓縮的隔行高清晰度視頻每秒大約產(chǎn)生一個吉位的數(shù)據(jù)量。如果沒有隔行掃描，這個數(shù)據(jù)產(chǎn)生速度大約是前面的兩倍。

逐行掃描和隔行掃描的缺點

    與逐行掃描相比，隔行掃描的確有一些缺點。它易于產(chǎn)生“假象”，看上去像“梳子”一樣的效果，特別是在慢速移動或者從移動的視頻到靜止的畫面的時候。他們是由組成一個單一幀的兩個視場間的相對位移造成的。事實上，雖然對于高清晰度視頻來說1080p(1920×1080分辨率的逐行掃描)可能是較為完美的格式，但是對于當(dāng)前的用戶技術(shù)來說，它產(chǎn)生了過多的數(shù)據(jù)，所以我們不得不為此而等候。接著我們能夠保證，如果出現(xiàn)一種新格式，能夠解決這個問題，Canopus技術(shù)將提供獨立且完善的解決方案，來處理這種新格式。

    好！現(xiàn)在逐行與隔行的定義以及實現(xiàn)原理相信大家都比較了解了，那么關(guān)于前面我們提到的問題相信也就非常容易理解了。在這里“P”代表逐行，“i”代表隔行，720P的意思也就是在每幀尺寸為1280×720上每行都掃描一次，反之亦然。 

高清視頻的編碼格式

    高清視頻最常用的編碼格式是MPEG2-TS、WMV-HD、H.264和VC-1這四種算法，其中MPEG2由于壓縮比例較小，視頻所占空間太大，目前已經(jīng)基本被淘汰。而以微軟主推的WMV-HD目前已經(jīng)漸漸被VC-1這種新標(biāo)準(zhǔn)所取代，在最新的高清片源中也很少有采用這種算法的視頻。所以，目前最流行的只有H.264與VC-1這兩種編碼方式。 字串6

H.264

    H.264是由ITU-T視頻編碼專家組（VCEG）和ISO/IEC運動圖像專家組（MPEG）聯(lián)合組成的聯(lián)合視頻組（JVT，Joint Video Team）提出的高度壓縮數(shù)字視頻編解碼器標(biāo)準(zhǔn)。ITU-T的H.264標(biāo)準(zhǔn)和ISO/IECMPEG-4第10部分（正式名稱是ISO/IEC 14496-10）在編解碼技術(shù)上是相同的，這種編解碼技術(shù)也被稱為AVC,即高級視頻編碼（Advanced Video Coding）。

H.264編碼方式的視頻效果明顯優(yōu)于MPEG-2

    H.264是ITU-T以H.26x系列為名稱命名的標(biāo)準(zhǔn)之一，同時AVC是ISO/IEC MPEG一方的稱呼。這個標(biāo)準(zhǔn)通常被稱之為H.264/AVC (或者 AVC/H.264 或者 H.264/MPEG-4 AVC or MPEG-4/H.264 AVC)而明確的說明它兩方面的開發(fā)者。該標(biāo)準(zhǔn)最早來自于ITU-T的稱之為H.26L的項目的開發(fā)。H.26L這個名稱雖然不太常見，但是一直被使用著。有時候該標(biāo)準(zhǔn)也被稱之為"JVT 編解碼器"，這是由于該標(biāo)準(zhǔn)是由JVT組織并開發(fā)的（作為兩個機構(gòu)合作開發(fā)同一個標(biāo)準(zhǔn)的事情并非空前，之前的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)MPEG-2也是由MPEG和ITU-T兩方合作開發(fā)的--因此MPEG-2在ITU-T的命名規(guī)范中被稱之為H.262）。一般來說，H.264格式以“.avi”、“.mkv”以及“.ts”后綴比較常見。

VC-1

    直到去年年初，活動圖像和電視工程師協(xié)會(SMPTE)才正式頒布了由微軟提出并開發(fā)的VC-1視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，為該格式在下一代DVD中的應(yīng)用鋪平了道路，VC-1被頒布為標(biāo)準(zhǔn)后，SMPTE仍會收取授權(quán)費，微軟則可從專利中獲取一定的版稅。

    微軟是在2003年9月遞交VC-1編碼格式(開發(fā)代號Corona)的，目前已經(jīng)得到了MovieBeam、Modeo等不少公司的采納，同時也包含在HD DVD和藍(lán)光中，包括華納和環(huán)球等影業(yè)公司也有采用這種格式的意向。VC-1基于微軟Windows Media Video 9(WMV9)格式，而WMV9格式現(xiàn)在已經(jīng)成為VC-1標(biāo)準(zhǔn)的實際執(zhí)行部分。

H.264(上)與VC-1（下）編碼視頻截圖對比，實在難分伯仲

    VC-1是最后被認(rèn)可的高清編碼格式，不過因為有微軟的后臺，所以這種編碼格式不能小窺。相對于MPEG2，VC-1的壓縮比更高，但相對于H.264而言，編碼解碼的計算則要稍小一些，目前來看，VC-1可能是一個比較好的平衡，輔以微軟的支持，應(yīng)該是一只不可忽視的力量。一般來說，VC-1多為“.wmv”后綴，但這都不是絕對的，具體的編碼格式還是要通過軟件來查詢。

    總的來說，從壓縮比上來看，H.264的壓縮比率更高一些，也就是同樣的視頻，通過H.264編碼算法壓出來的視頻容量要比VC-1的更小，但是VC-1格式的視頻在解碼計算方面則更小一些，一般通過高性能的CPU就可以很流暢的觀看高清視頻。相信這也是目前NVIDIA Geforce 8系列顯卡不能完全解碼VC-1視頻的主要原因。

如何實現(xiàn)HDTV？

    前面我們了解了HDTV的定義、規(guī)格以及實現(xiàn)原理等內(nèi)容，相信此時大家對HDTV都有了一定的認(rèn)識了吧。下面我們就來從硬件上講一下如何實現(xiàn)HDTV，這將是本文中最關(guān)鍵的部分，希望大家能認(rèn)真閱讀。 字串9

    說到實現(xiàn)高清，我們不得不先講一下高清視頻源。實際上，HDTV所代表的是一種電視信號標(biāo)準(zhǔn)，但是由于目前我國乃至全世界都還沒有真正意義上講高清電視信號做到人人均可普及的地步，所以目前的HDTV源大多數(shù)時候都說得是高清載體，比如說藍(lán)光DVD、HD-DVD。 字

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藍(lán)光DVD驅(qū)動器與載體

      藍(lán)光DVD和HD-DVD是目前兩種最常見的高清視頻載體，這兩種光盤都有高容量、高密度等特點，一張光盤可以裝更大容量或更高清晰的視頻內(nèi)容。不過由于藍(lán)光DVD和HD-DVD片源都比較昂貴，而能夠識別這兩種載體的驅(qū)動器也價值不菲，所以目前的高清片源還是主要來自于互聯(lián)網(wǎng)。

HD-DVD驅(qū)動器與載體

    隨著互聯(lián)網(wǎng)帶寬的逐漸提高，網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)了大量的720P、1080P的高清視頻，比如最新的《越獄》第三季，互聯(lián)網(wǎng)上已經(jīng)有不少720P的視頻供網(wǎng)友下載。相信有不少朋友已經(jīng)領(lǐng)略到了高清視頻給我們帶來的視覺快感，確實，在畫面的很多細(xì)節(jié)方面，HDTV所表現(xiàn)出來的絕對要比普通DVD、VCD視頻效果好得多。

PC以及周邊設(shè)備

    由于我們目前觀看的高清視頻大多數(shù)都是存放在PC硬盤里，所以在這里我們講高清硬件組成的時候也主要針對PC以及周邊設(shè)備。首先，我們肯定需要一臺性能不算弱的PC一臺，其中包含了性能較為強勁的中央處理器、一塊能支持高清視頻解碼的顯卡。當(dāng)然，外設(shè)的話則需要一臺支持HDTV高清視頻顯示的電視機。

電視機和計算機顯卡上都得具備HDMI接口

    從目前支持高清視頻顯示的電視機來看，其中絕大多數(shù)都帶有一個名叫HDMI的接口，實際上這就是目前HDTV主要采用的接口標(biāo)準(zhǔn)。HDMI的英文全稱是“High Definition Multimedia”，中文的意思是高清晰度多媒體接口。HDMI接口可以提供高達(dá)5Gbps的數(shù)據(jù)傳輸帶寬，可以傳送無壓縮的音頻信號及高分辨率視頻信號。同時無需在信號傳送前進(jìn)行數(shù)/�；蛘吣�/數(shù)轉(zhuǎn)換，可以保證最高質(zhì)量的影音信號傳送。

    在這里，筆者覺得還是有必要解釋一下數(shù)/模轉(zhuǎn)換這個概念。大家知道，任何數(shù)據(jù)在計算機里處理的都是以二進(jìn)制編碼的數(shù)字信號，比如0、1等。但是普通的電視機或顯示器則只能接收模擬的信號，這時候就存在一個數(shù)字信號與模擬信號轉(zhuǎn)換的問題。但是模擬信號存在著受干擾較大、帶寬低等缺點（帶寬越高，干擾則越大），所以現(xiàn)在電視機大多數(shù)都開始向數(shù)字電視過渡。也就是能直接接收從計算機傳過來的數(shù)字信號，這和我們前面所說的HDTV Ready就是一回事。

HDMI線纜

    而目前新款的電視機都帶有了HDMI接口，HDMI接口本來就是數(shù)字接口，當(dāng)然也就能接收數(shù)字信號。這時候，我們只要將顯卡的輸出端也做成數(shù)字信號輸出即可。于是，HDMI接口的顯卡也開始逐漸普及開來，現(xiàn)在市場上已經(jīng)有很多顯卡都具備了HDMI接口輸出。

HDMI接口實現(xiàn)音頻與視頻同時輸出，不需繁瑣的連接線纜 

    HDMI接口不僅能夠提供純數(shù)字信號的視頻輸出之外，其最大的一個特點就是還能直接提供音頻的輸出，也就是說只要一根HDMI線纜就可以直接解決音頻和視頻的同時輸出，而不需要連接其他的一大堆線纜。事實上，這才是HDMI接口能風(fēng)靡起來的主要原因。  

與HDMI應(yīng)運而生的HDCP

    既然都說到HDMI了，那我們就不得不提一下與HDMI應(yīng)運而生的HDCP，雖然這兩個概念幾乎同時被市場炒火，但是這倆其實并沒有什么聯(lián)系。這時很多人容易混淆的地方，筆者身邊就有不少朋友就以為顯卡只要支持HDMI接口輸出，那么就一定支持HDCP；或者顯卡支持HDCP，那么就一定有HDMI接口，實際上這是錯誤的說法。我們來看一下HDCP又到底是一個什么樣的定義，它和HDMI的聯(lián)系到底有多大？

軟件與硬件之一部支持HDCP，播放的視頻就將受到保護(hù) 字串7

HDCP的實現(xiàn)原理

將通過DVI與HDMI接口的資料加密以防止資料被破解；

    前面說到，HDCP需要軟硬件共同支持，凡是參與內(nèi)容傳輸?shù)脑O(shè)備缺一不可。微軟在新一代操作系統(tǒng)vista中將集成“保護(hù)性內(nèi)容輸出管理協(xié)議（OPM）”，用來在輸出內(nèi)容前確認(rèn)顯示設(shè)備的性能及HDCP支持情況。同時作為高清視頻的主要載體，藍(lán)光和HD-DVD也執(zhí)行了HDCP標(biāo)準(zhǔn)。 字串4

從此處可以看出HDCP的重要性 

    簡單來說，HDCP就是一個防止數(shù)字內(nèi)容盜版的加密技術(shù)，如果軟件和硬件其中之一不支持HDCP，那么我們就無法讀取數(shù)字內(nèi)容。藍(lán)光和HD-DVD都執(zhí)行HDCP標(biāo)準(zhǔn)。也就是說，如果你希望在1080p的分辨率下觀看電影，那么系統(tǒng)必須支持HDCP。反之，如果不支持的話，那么你只能獲得1/4的分辨率。 

    認(rèn)真的朋友可能就會注意到，HDCP僅僅是一個防止數(shù)字內(nèi)容被隨意復(fù)制的東東，那么是不是對模擬視頻就沒有用處呢？經(jīng)過我們的測試，發(fā)現(xiàn)播放1080P高清視頻的時候，只要通過顯卡的VGA（模擬接口）輸出，一樣可以實現(xiàn)高分辨率的播放，也許這是HDCP協(xié)議的一個bug，不過至今仍然未解決這個問題。

采用了HDCP保護(hù)技術(shù)的HD-DVD影片遭到成功破解 字串6

    并且，從HDCP原理上看，保護(hù)過程實在過于簡單，只是在外部傳輸過程實現(xiàn)保護(hù)，這在計算機普遍應(yīng)用的時代是相當(dāng)局限的，這不僅讓人感覺制定者有騙取高昂授權(quán)費（使用HDCP協(xié)議是收費的）的嫌疑。一旦數(shù)字信號本身被采用二進(jìn)制的方式讀入計算機，那復(fù)制過程仍然可以實現(xiàn)，例如目前網(wǎng)絡(luò)上的大量1080P高清視頻大多數(shù)都是從藍(lán)光DVI或者HD-DVD上面復(fù)制下來的，這個問題我們在此就不做討論了。