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高清視訊會(huì)議與數(shù)字高清應(yīng)用1

中國(guó)投影網(wǎng)行業(yè)資訊　2009-7-29 13:37:48　編輯：白云　[ 大中小 ]

前言: 當(dāng)前，視訊會(huì)議的應(yīng)用已經(jīng)很成熟，并逐漸由標(biāo)準(zhǔn)清晰度圖像（標(biāo)清）向高清晰度圖像過(guò)渡，這樣在原先在標(biāo)清應(yīng)用中的許多經(jīng)驗(yàn)與用法并不一定適應(yīng)高清的應(yīng)用，尤其是高清應(yīng)用中又存在著模擬高清與數(shù)字高清的不同，因此有必要介紹一些高清，尤其是數(shù)字高清的應(yīng)用以及數(shù)字信號(hào)在實(shí)際應(yīng)用中常遇到的問題，以前，也曾寫過(guò)許多數(shù)字信號(hào)應(yīng)用的介紹文章，但當(dāng)時(shí)偏重原理性介紹，經(jīng)過(guò)近幾年的實(shí)際應(yīng)用，遇到的實(shí)際問題也較多，正好作一些補(bǔ)充。

　　一、高清與標(biāo)清的區(qū)別

　　1、所謂標(biāo)清與高清是由廣播電視行業(yè)發(fā)展中引用過(guò)來(lái)的，在廣播電視行業(yè)中，標(biāo)清的概念是原有的NTSC制、PAL制和SECAM電視信號(hào)所能代表的清晰度，從模擬角度衡量時(shí)，視頻的帶寬在5MHZ左右（PAL制和SECAM制），NTSC制的模擬寬帶在4MHZ左右。按照帶寬與掃描線能分辨的對(duì)應(yīng)關(guān)系，每1MHZ帶寬能對(duì)應(yīng)80條掃描線左右，所在廣電行業(yè)也有一種標(biāo)準(zhǔn)，是按掃描線分清晰度，如廣播級(jí)的攝像設(shè)備等，至少要求能達(dá)到350線到400線，這是按模擬方式分的，當(dāng)轉(zhuǎn)入數(shù)字視頻時(shí)，由于廣電的標(biāo)準(zhǔn)是8bit.4:2:2,對(duì)應(yīng)每一行正程的信號(hào)，用13.5MHZ采樣，其有效的像素點(diǎn)可采集到704點(diǎn)左右（52.2μs×13.5MHZ=704.7），因此，按數(shù)字視頻的分類方式，PAL制與SECAM制的分辨率能達(dá)到704×576，而NTSC制的分辨率為704×476，這就和我們一般的IT行業(yè)中的分辨率對(duì)應(yīng)上了。因此，對(duì)圖像信號(hào)而言，我們認(rèn)為704×576（或704×476）隔行掃描是標(biāo)清的標(biāo)準(zhǔn)。隨著電視行業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了高清電視，其采用的是按數(shù)字的分辨率方式表現(xiàn)，如720p指的是1280×720逐行掃描，1080i指的是1920×1080隔行掃描，1080p指的是1920×1080逐行掃描。當(dāng)然，對(duì)應(yīng)CRT顯示方式，576p(704×576)（或476p）也算是高清，但我們一般不去理會(huì)它。

　　結(jié)論1：電視行業(yè)的標(biāo)清是704×576（或704×476隔行掃描），而高清的標(biāo)準(zhǔn)是720p，1080i和1080p等。

　　2、在視頻會(huì)議應(yīng)用領(lǐng)域，由于原來(lái)的技術(shù)發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)條件的限制，按通訊行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，只能提供1CIF的圖像通道，其對(duì)應(yīng)的分辨率是352×288（704×576的1/4左右），逐行掃描，這種分辨率比較低，也就能達(dá)到VCD一級(jí)的水平，現(xiàn)在隨著壓縮技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)也提供了高帶寬的通訊的基礎(chǔ)，因此出現(xiàn)了高清視訊的概念，其標(biāo)準(zhǔn)是至少4CIF。其分辨率能達(dá)到704×576，就是電視行業(yè)中的標(biāo)清的標(biāo)準(zhǔn)，但是逐行掃描的，清晰度能達(dá)到DVD的標(biāo)準(zhǔn)，這是高清視訊當(dāng)初的水平，目前的狀態(tài)是，圖像可達(dá)到8～9CIF，至少能達(dá)到720p的標(biāo)準(zhǔn)，從設(shè)備本身而言，能達(dá)到1080i和1080p，但在應(yīng)用中要看網(wǎng)絡(luò)能提供多少帶寬了，當(dāng)前有些用戶，包括工程人員，以為視訊會(huì)議的高清是與廣電行業(yè)的高清一致的，這多少是個(gè)誤區(qū)，以目前看，視訊行業(yè)能達(dá)到720p就已經(jīng)不錯(cuò)了，實(shí)際上576p就已經(jīng)算是高清了，因此在與客戶溝通中和方案設(shè)計(jì)時(shí)要心中有數(shù)，不過(guò)所幸的是，目前各種設(shè)備的指標(biāo)都在向1080p靠攏，只要帶寬能保障，提高分辨率是可行的。

　　結(jié)論2：視訊的高清標(biāo)準(zhǔn)與廣電的不同，其清晰度一方面取決于設(shè)備，更重要的是取決于網(wǎng)絡(luò)。

　　二、各種壓縮算法介紹

　　視頻圖像變成數(shù)字化的圖像后，在標(biāo)清的情況下，碼流能達(dá)到270Mb/s(10bit4:2:2格式，其中10bit是由于8bit并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)時(shí)經(jīng)過(guò)的最小非歸零編碼方式的8bit 到10bit的轉(zhuǎn)換，因此為13.5M×10bit×2=270 Mb/s，對(duì)應(yīng)廣電的1/2D1格式)，在網(wǎng)絡(luò)中輸入，不可能占用如此的帶寬，因此要對(duì)圖像進(jìn)行壓縮。壓縮從簡(jiǎn)單理解的角度上看，就是將圖像中一些有規(guī)律的像素用最小的數(shù)據(jù)量代表，如一張“白”紙中，大面積都是“白”，只是“白”的程度上有一定的區(qū)別，因此我們可以傳一像素點(diǎn)的“白”的真實(shí)數(shù)值，周圍的“白”只要顯示有多少點(diǎn)“白”點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)的“白”與基點(diǎn)相比差了多少就可以了，這樣可以大量地節(jié)省數(shù)據(jù)量，如果單用一幅畫的內(nèi)容相關(guān)進(jìn)行壓縮，稱為“靜態(tài)壓縮（JPEG）”，但圖像是連續(xù)的，連續(xù)幀之間的圖像相關(guān)也很大，比如一個(gè)人在講演，除了人在運(yùn)動(dòng)之外，其它的背景是基本不動(dòng)的，因此很大一部分?jǐn)?shù)據(jù)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)是不變化的，如果我們只給出不變化的時(shí)間，那這一部分的數(shù)據(jù)大體上為“0”了，這將極大地壓縮數(shù)據(jù)量當(dāng)然也可以將某些幀的數(shù)據(jù)不傳，即每秒不是25幀而是比如20幀或更少，這種圖像是“動(dòng)態(tài)”的不是實(shí)時(shí)的，利用運(yùn)動(dòng)圖畫的幀間相關(guān)進(jìn)行壓縮的算法稱為“動(dòng)態(tài)壓縮”（MPEG），動(dòng)態(tài)壓縮經(jīng)歷了十幾年的發(fā)展，由最早的MPEG到MPEG2、MPEG4等發(fā)展，另外，考慮到數(shù)據(jù)的通訊傳輸，針對(duì)郵電行業(yè)也推出了一系列的壓縮算法，如H、32×系列，H、26×系列，幾年前，大量的視訊終端所采用的壓縮標(biāo)準(zhǔn)H、263標(biāo)準(zhǔn)，目前，H、264標(biāo)準(zhǔn)是較新的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，壓縮算法越好，在同樣帶寬的情況下，圖像的質(zhì)量就越好，如MPEG4，基本上就是DVD中有一種所謂DVD9的格式相似，（能在一張DVD盤中裝幾部到十幾部電影），而且圖像質(zhì)量大致看上去沒有太大問題，只要不過(guò)于強(qiáng)調(diào)細(xì)節(jié)的話，是完全可以應(yīng)用的，MPEG4和H、263的水平基本相當(dāng)。因此，一、二年前出的許多視訊終端產(chǎn)品采用的往往是MPEG4或H、263的標(biāo)準(zhǔn)，大家可以適當(dāng)留心一下，目前采用的算法是H、264，它能在同樣分辨率和圖像效果的情況下，將占用帶寬壓縮一半（與H、263和MPEG4相比）或者在同樣帶寬情況下，H、264的圖像清晰度比H、263和MPEG4好一倍。

　　三、視訊設(shè)備當(dāng)前的狀態(tài)

　　幾年前的設(shè)備以H、263壓縮標(biāo)準(zhǔn)為主，在同等帶寬的情況下，圖像質(zhì)量略差，近一兩年來(lái)新出現(xiàn)的設(shè)備以H、264標(biāo)準(zhǔn)為主，并且國(guó)內(nèi)廠家的產(chǎn)品采用H、264標(biāo)準(zhǔn)的居多，發(fā)展上也比國(guó)外產(chǎn)品感覺上要好一些，至少應(yīng)該是同等檔次，如原有的許多國(guó)外產(chǎn)品支持512Kb/s的H、264水平時(shí)，國(guó)內(nèi)的水平已經(jīng)達(dá)到760Kb/sH、264水平。隨后又能達(dá)到2Mb/s H、264的水平，當(dāng)然現(xiàn)在又出現(xiàn)了支持8Mb/S H、264水平，內(nèi)置有多點(diǎn)MCU的視訊終端設(shè)備。有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，據(jù)說(shuō)在384 Kb/s左右時(shí)，一般的圖像就可以連續(xù)地，主觀上沒有什么大缺陷地實(shí)時(shí)傳遞了，或者也就是說(shuō)，在保證384 Kb/s的帶寬時(shí)，應(yīng)該能達(dá)到實(shí)時(shí)的高清（576p）的圖像質(zhì)量了。

　　作為一套高清的視訊會(huì)議系統(tǒng)，壓縮算法和網(wǎng)速是最主要的指標(biāo)，但要達(dá)到高清的效果，周邊設(shè)備如攝像機(jī)、顯示設(shè)備以及信號(hào)通道傳輸設(shè)備等都要求達(dá)到高清的水平，如果選用標(biāo)準(zhǔn)的（廣電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）的攝像機(jī)，其分辨率能達(dá)到576i的水平，那么想達(dá)到高清（視訊行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）576p或更高的水平就顯得不夠了，應(yīng)該選用高清的攝像機(jī)，而攝像機(jī)的輸出如果采用復(fù)合視頻方式，其模擬帶寬也就是5MHz（PAL、SECAM制）左右，不能滿足高清的要求，因此應(yīng)采用HD—SDI、DVI或HDMI等方式輸出，至少應(yīng)是YPbPr方式，這給后續(xù)應(yīng)用造成了許多不便，我們后續(xù)的文章中將繼續(xù)介紹。顯示設(shè)備目前沒有大問題了，想找到支持720p以上甚至1080p的平板電視、投影機(jī)都不是難的，信號(hào)通道設(shè)備中，切換、分配、傳輸設(shè)備達(dá)到1080p已經(jīng)沒有問題，圖像處理器也能支持甚至1080p的圖像輸入，因此高清視訊系統(tǒng)的應(yīng)用在設(shè)備層面的障礙不存在。

　　但高清信號(hào)由于歷史的變化，存在許多種格式，后續(xù)我們將介紹各種格式和信號(hào)的大致情況以及應(yīng)用中的問題。

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