家庭影院基本技术与标准大全之视频

中国视听网资讯更新时间：2009-8-5 13:31:34　编辑：温情　[ 大中小 ]

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影院视频编码国际标准及多功能测试软件

无论是HQV还是isf，它们都是规范显示器材的标准和认证，这是相对硬件而言的，而对于软件的规范，世界上就有一个完整的视频标准格式记录的体系。同时分为两大标准板块，首先是国际电信联盟(ITU-T)里面的VCEG，它主要制定了H.26x标准的低比特流的视频技术，还有就是国际标准化组织(ISO)内的活动图像专家组（IEC），它定义了一系列的MPEG图像压缩标准。我们在这里介绍目前高清视频所使用的视频编码格式，它们包括：MPEG-2、MPEG-4、MPEG-4 AVC/H.264、VC-1。

●家庭影院系统视频编码的相关国际标准

• ITU-T(国际电信联盟)

ITU-T VCEG是Video Coding Experts Group的简称，也可直接称为VCEG，中文可以翻译成视频编码专家组。VCEG的官方头衔为ITU-T SG16 Q.6。VCEG开发制定了一系列视频通信协议和标准，包括H.261视频会议标准，和其后续版本H.263等，当然还有目前最受重视的H.264视频编码格式。

•ISO(国际标准化组织)

国际标准化组织(International Organization for Standardization)简称ISO，是一个全球性的非政府组织，是国际标准化领域中一个十分重要的组织。而IEC是国际电工委员会（International Electro Technical Commission）的缩写。它也是非政府性国际组织，是联合国社会经济理事会的甲级咨询机构。ISO与IEC同时定义和开发了一系列的视频编码标准，分述如下：

•MPEG-2

MPEG-2开发于90年代初期，目前市场上所销售的DVD影碟在视频记录上面都是统一使用MPEG-2编码格式的（也就是DVD碟片内文件扩展名为vob的文件），MPEG-2同时也在一些HDTV高清晰电视广播和一些高要求视频编辑、处理中得到应用。使用MPEG-2这种编码格式，并且使用720×480的分辨率压缩制作一部 120 分钟长的电影（原始视频文件），可以把文件的占用空间控制在4GB到8GB大小左右。进入全高清影碟时代，由于MPEG-2对于播放硬件的要求不高，而且授权费用也比较低，所以早期的蓝光影碟都是使用MPEG-2格式进行视频制作的。

•MPEG-4

MPEG-4是由国际标准化组织（ISO）的活动图像专家组（IEC）制定的，第一版在1998年10月通过，第二版在1999年12月通过。MPEG-4格式的主要用途在于网上（串流媒体）及光碟分发、语音传送（视像电话）以及电视广播。MPEG-4包含了MPEG-1及MPEG-2的绝大部份功能及其他格式的长处，并加入及扩充了对虚拟现实模型语言(VRML for Virtual Reality Modeling Language)的支援，面向对象的合成档案（包括音效、视讯及VRML物件），以及数码权限管理及其他互动功能。

•H.264/AVC

MPEG-4 AVC/ H.264是国际电信联盟(ITU-T)和国际标准化组织(ISO/IEC)共同开发的视频处理标准，国际电信联盟把这种编码格式称作H.264，而国际标准化组织(ISO /IEC)将其定义为14496-10（MPEG-4 第10部分）高级视频编码（MPEG-4 AVC，简称AVC）。这种格式不仅比H.263和MPEG-4节约了50％的码率，而且对网络传输具有更好的支持功能。它引入了面向IP包的编码机制，有利于网络中的分组传输，支持网络中视频的流媒体传输。H.264具有较强的抗误码特性，可适应丢包率高、干扰严重的无线信道中的视频传输。

•VC-1

与H.264并称为两大高清视频压缩技术，VC-1是最后被认可的高清编码格式，是由微软公司主导提出、基于Windows Media Video 9 (WMV9)格式而开发出来的。相对于MPEG-2，VC-1的压缩比更大，对播放硬件的要求更高。目前华纳和环球等影业公司最新推出的蓝光影碟大部分都是使用VC-1作为视频编码格式。另外，它也是提供网上音乐与视频预订服务与视频流的主要格式。

●两种主流格式H.264/AVC与VC-1在细节上的不同之处：

1、动作补偿技术

在动作补偿(motion composition)技术上的差异，H.264具有7种不同的动作补偿模式，而VC-1只有4种，动作补偿的区块越小，就越能找到误差值越小的参考点，进而节省纪录误差值所需的位元数，不过区块也不可能无限制地缩小切割下去，因为区块越小，同一画面中所需纪录的矢量也越多，例如以1个16×16大小的区块来说，只需要纪录一个矢量；如果区块切割的大小缩为4×4，那么矢量将会增加为16个。虽然动作矢量也可以透过预测的方式来进行压缩，但是过小的区块将会使得压缩的效益变得不明显。另外，编码器必须在压缩过程中随时对画面进行侦测与判断，从多种模式中选用最佳的方式来进行压缩。

2、不同的量化方式

H.264中的Base Profile以及Main Profile具有多个量化质量切割方式，但是并不具有量化矩阵，这与VC-1采用类似MPEG-2的量化矩阵的方式不同，但是H.264在之后的FRExt中，重新采用了可选择的量化矩阵方式，不过由于H.264设计方式的特殊，可以非常高的压缩比达到几近于无损压缩的高质量表现，这点要明显比VC-1优秀，不过换来的是非常久的压缩时间，如果没有特殊的加速芯片或强大的硬件支持，有不少人可能会改而选择压缩时间较短但是质量仍在可接受范围的VC-1。

3、区块滤波器

H.264具有区块滤波器，而VC-1 没有区块滤波器。VC-1采用不同的滤波方式，称为重迭平滑(Overlap Smoothing)，虽然H.264的区块滤波可以有效降低区块效应，但是区块滤波是在解压缩还原之后才会进行的步骤，而不是在压缩阶段就会进行的过程，因此经过区块滤波处理之后，就已经不是原本的影像信息，有可能会导致影像中的细节丢失。而区块滤波器的演算复杂度相当高，除了考虑到播放装置的性能以外，在某些简单应用中也不适合使用。VC-1对以内部模式压缩的区块则提供了另一种重迭转换技术，用来弥补没有区块滤波器所可能产生的区块问题。重迭转换是在进行压缩时利用在空间领域作前处理，并且在解压缩时搭配进行后处理来达成。基本上，重迭平滑方式需要搭配前置与后置处理，在理论上，可以兼顾去除区块以及保持最大量的原始影片信息两方面的需求，不过重迭平滑的步骤仅在区块的型态为I时才执行，无法应用到所有的区块型态中。

4、其它差异

H.264的画面间参考帧最多可由31张的之前重建画面所组成，而VC-1画面间参考帧仅可由前一张的之前重建画面所组成。而在针对亮度的同画面预测方面，H.264采用内部4×4与内部16×16两种方式，VC-1则是使用传统MPEG的作法，使用DC与AC方式的预测。虽然H.264与VC-1都采用了可变长度编码设计，但是其余的技术差异仍然相当大，如果要实做到支持多规格播放的硬件电路中，所要考虑的层面相当的多。

●多功能测试软件

《FPD Benchmark》

FPD是Flat Panel Display（平板显示设备）的缩写，其测试内容包括解像度、对比度、色阶过渡、色彩还原等部分。全片影像部分共有43段。同时还收录了作曲家山下康介最新编写的THE EARTH交响序曲Overture，格式包含有96kHz/24bit LPCM 7.1ch、Dolby TrueHD、DTS-HD Master Audio。
左边的是FPD Benchmark软件早期官方赠送片，是不对外销售的版本，只可以通过特殊渠道取得。
中间的是FPD Benchmark软件与日本AV REVIEWS杂志在今年1月随书赠送的版本。
右边的是最新版本的FPD Benchmark 软件，这是FULL HD的测试软件，增加了更多影像的测试图片，还加上了LPCM 7.1、DTS-HD Master Audio、DOLBY TrueHD、无损压缩的音乐测试。更重要的这是公开发售的版本。

《HD HQV Benchmark》

作为面向标清视频的HQV Benchmark的升级版，HD HQV Benchmark可以测试各种高清设备上的视频播放质量，诸如高清电视、显示器、蓝光影碟机、HD DVD影碟机、A/V功放接收机、投影仪、PC显卡等等。主要测试项目有四个部分，包括噪点处理、平滑反锯齿、视频分辨率损失、影片分辨率损失等。

新版的HD HQV Benchmark分为Blu-ray、HD DVD两个版本，分别针对当前高清两大播放平台。

《HIVI CAST》

HIVI CAST是多功能的影音测试碟片，我们可以通过播放里面的视频片段以及图像细节调节的教程对设备进行调校设定。播放开始之后，菜单上会出现画面调节、音频调节、测试信号、示范片段、制作人员这5个选择项目。而这里我们测试所需要的只有前面4个部分，通过这4个部分，我们可以对系统的每个部分进行细致的调校，然后通过实际观看和收听来感受影院调试之后的效果。

《Avia》

主要针对整套家庭影院系统的各个组成部分(Component)、器材连接(Connection)、调校与使用环境等方面进行介绍，采用图文并茂的生动形式进行了详尽的解说。碟片的主题菜单（Title Menu）包括“基本家庭影院”（Basic Home Theater）、“主菜单”（Main Menu）、“高级的”（Advanced）和“制作人员简介”（Credits）四大项。主菜单呈现了上述六个章节的标题和一个附加章节，它们分别是“怎样使用Avia”（How　to　use　Avia）、“家庭影院组件”（Home　Theater　Components）、“音响说明”（Sound　Advice）、“家庭影院使用环境”（Home Theater Environment）、“正确连接”（the Right Connections）、“声压计的使用”（Using a Sound Level Meter），再加上精彩的附加章节“音频与视频调校”（Audio & Video Calibrations）。

HDTV高清电视的标准

HDTV（高清晰数字电视）是高清视频发展的产物，是视频数码化的具体表现，相对于旧式的模拟显示技术，HDTV可以实现更高的显示分辨率和更大的显示尺寸，同时也可以显示更多的色彩。在这里我们会详细介绍一下HDTV的一些基本资料以及传输与播放的标准。

•逐行扫描与隔行扫描

高清平板电视从发明的那一天起就使用了逐行扫描与隔行扫描两种扫描方式。以前使用逐行扫描来进行拍摄和制作的原因是因为拍摄和显示器材都是逐行化的。最近几年，显示屏的尺寸正在慢慢扩大，显像管类的显示设备正在慢慢被等离子（PDP）和液晶（LCD）显示器所代替，这种自由的扫描寻址方式并不需要对每个像素进行驱动，因此既适用于隔行扫描也适用于逐行扫描的显示方式。

逐行扫描是一种在显示设备方面表示运动图像的方法，这种方法将每帧的所有像素同时显示。和逐行扫描对应的是隔行扫描，它常用于传统的电视系统中(逐行扫描有时候被称为非隔行扫描)。逐行扫描常被用在计算机显示器上。通常的显示器的扫描方法都是从左到右从上到下，每秒钟扫描固定的帧数。扫描设备交换扫描偶数行和奇数行。在PAL制式和NTSC制式中，都是先扫描偶数行的，即是偶数场。

图注：为了更细致地说明问题，我们来考虑一下标准电视机的扫描方式。通常，电视机的扫描方式被称为隔行扫描，也就是说每一帧被分割为两场，每一场包含了一帧中所有的奇数扫描行或者偶数扫描行。通常是先扫描奇数行得到第一场，然后扫描偶数行得到第二场。

奇数场图

偶数场图

和隔行扫描相对的逐行扫描每次显示整个扫描帧图

对NTSC制式的电视机来说，每1/60秒完成一场的扫描和显示，即我们所说的60 Hz，对PAL制式的电视来说这一时间是1/50秒，即我们所说的50 Hz。由于视觉效应，人眼将会看到平滑的运动而不是闪动的半帧半帧的图像。这时就不容易注意到闪烁的出现，也不会使人眼容易产生疲劳。

如果逐行扫描的帧率和隔行扫描的场率相同，在本例中即逐行扫描每秒扫描60帧图像，人眼将看到比隔行扫描更平滑的图像，相对于隔行扫描来说闪烁更小，在目前新推出的大部分电视机中也带有了将隔行扫描转化为逐行扫描来输出的功能。

PDP、LCD、DLP的图像显示原理与显像管完全不同，他们是有限像素的面阵列显示器件，这种采用XY寻址的显示方式需要逐一驱动每个像素单元，不论输入信号是何种扫描方式也不论它们的清晰度高低都要被转换成与显示面板物理像素数量相同的清晰度显示，因此这类新型的平板显示器件可以很好地显示逐行扫描信号。实际上，采用PDP、LCD、DLP等显示设备都是逐行扫描图像，即使输入的是隔行扫描信号也会在显示驱动电路中转换成逐行扫描。因此，也可以把PDP、LCD、DLP等称为逐行扫描显示器件。如果在拍摄、制作和显示等环节都采用逐行扫描方式，就可以避免信号的隔行、逐行转换带来的图像质量损失。

•为什么称作24p

24p主要用于数字电影的拍摄、制作，通过24p拍摄的数字节目可以转换成胶片放映，还可以转为480/24p压缩成逐行扫描的DVD规格的MPEG2文件。

由于每秒24次的刷新频率太低，24p只适用于节目制作和交换而不能直接用于播出。在60Hz电源的国家和地区24p的节目可以通过3-2下拉变换和下变换得到60场的1080/60i和480/60i隔行扫描信号，这种下拉变换与把每秒24幅胶片画面转换成60场电视信号时的处理方式完全相同。实际上24p有两种版本，一种是电影行业采用的24p，另一种是用于电视制作的23.976p。24p、25p逐行扫描主要用于拍摄数字电影或可能转换成胶片放映的节目。此外，由于24p、25p已经成为国际电视节目销售和交换市场上的主要高清扫描格式，所以一些用于国际交流的高清节目也会采用24p或25p拍摄，只用于电视播出的节目采用50i或60i隔行拍摄。

(拿去年第9期蓝光机和今年2月的先锋等离子电视图)

图注：目前有为数不少的高清播放器和高清平板电视可以对应24p的视频信号接入。
•HD-SDI（高清晰度串行数字分量接口）

自从 1998 年长野冬奥会以来，HD 串行数字接口 (HD-SDI) 传输设备的使用率不断增长。高清晰度数字电视使用符合SMPTE 292M标准的串行数字分量接口传输数字分量电视信号及其内嵌的多路数字音频信号和辅助数据，其取样频率为74.25 MHz，量化电平10bit，码率1485 Mbps，可以传输的高清数字电视信号格式如下表。与符合SMPTE 259M的标清串行数字接口SDI一样，HD-SDI的通道编码也采用了对相位不敏感的不归零反相扰码（NRZI），即在接收端检测到信号电平变化时为1，信号电平不变时为0。HD-SDI使用75欧姆BNC连接器和75欧姆同轴电缆进行传输。HD-SDI能够传输的最高码率是1485 Mbps（1.5Gbps），因此1080/50p（2073.6Mbps）、1080/60p（2488.32Mbps）逐行扫描信号必须采用两条HD-SDI电缆传输，这就是SMPTE 372M标准的“双链接”传输方式。

目前，SMPTE已完成可以传输3Gbps码率的HD-SDI串行数字接口的标准化文件SMPTE 424M，但目前还没有该类型的产品面世。

图表：各种不同的视频制式在传输时的视频码率

Tips：所谓HD-SDI 信号发生器是一个复合结构，合并了标清电视 (SDTV) 系统与高清电视（HDTV）系统。因为在高清电视的发展史中，是先有SDTV再有HDTV的，所以HDTV系统最初是和SDTV分开独立开发的。随着数字电视广播的发展，节目迅速从SDTV制作转换为HDTV制作，现在的电视广播营运商在某些情况用 HDTV 设备记录 SDTV 视频材料并将其向下转换为 SDTV 进行广播。在其他情况下，也将SDTV视频材料向上转换为 HDTV播放。因此，在信号格式和设备与系统之间的物理连接方面，HDTV和SDTV系统之间的结合变得日益重要。

在这些情况下，不同的场频率会妨碍这两个系统之间的平滑结合。由于这个原因，在美国，已向HDTV标准添加了使用59.94 Hz频率和29.97 Hz频率的HDTV标准。在日本，广播卫星 (BS) 模拟高保真广播继续使用60 Hz，从2000年12月开始将59.94 Hz频率设置为广播卫星数字HDTV广播使用，而地面数字的HDTV广播是从2003年开始运营的。

关于高清与标清电视的差别我们在下面有详细的解释。

•HDTV与SDTV的区别

高清电视（HDTV）与标清电视（SDTV）的差别主要体现在宽高比、清晰度、色域以及亮度等方面。以下一系列的图片将会跟大家详细介绍它们来自不同电信组织的标准与差异。

ITU(国际电信联盟)