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高清視訊會議與數(shù)字高清應(yīng)用1

中國視聽網(wǎng)資訊 更新時間:2009-7-29 13:37:48  編輯:白云  [ ]     手機訪問

前言: 當(dāng)前,視訊會議的應(yīng)用已經(jīng)很成熟,并逐漸由標(biāo)準(zhǔn)清晰度圖像(標(biāo)清)向高清晰度圖像過渡,這樣在原先在標(biāo)清應(yīng)用中的許多經(jīng)驗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)字信號在實際應(yīng)用中常遇到的問題,以前,也曾寫過許多數(shù)字信號應(yīng)用的介紹文章,但當(dāng)時偏重原理性介紹,經(jīng)過近幾年的實際應(yīng)用,遇到的實際問題也較多,正好作一些補充。



  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)展中引用過來的,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電視信號所能代表的清晰度,從模擬角度衡量時,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應(yīng)關(guān)系,每1MHZ帶寬能對應(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,如廣播級的攝像設(shè)備等,至少要求能達到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,由于廣電的標(biāo)準(zhǔn)是8bit.4:2:2,對應(yīng)每一行正程的信號,用13.5MHZ采樣,其有效的像素點可采集到704點左右(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)中的分辨率對應(yīng)上了。因此,對圖像信號而言,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、在視頻會議應(yīng)用領(lǐng)域,由于原來的技術(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,也就能達到VCD一級的水平,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,圖像可達到8~9CIF,至少能達到720p的標(biāo)準(zhǔn),從設(shè)備本身而言,能達到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,以為視訊會議的高清是與廣電行業(yè)的高清一致的,這多少是個誤區(qū),以目前看,視訊行業(yè)能達到720p就已經(jīng)不錯了,實際上576p就已經(jīng)算是高清了,因此在與客戶溝通中和方案設(shè)計時要心中有數(shù),不過所幸的是,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)時經(jīng)過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,因此要對圖像進行壓縮。壓縮從簡單理解的角度上看,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的“白”的真實數(shù)值,周圍的“白”只要顯示有多少點“白”點,每個點的“白”與基點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,比如一個人在講演,除了人在運動之外,其它的背景是基本不動的,因此很大一部分?jǐn)?shù)據(jù)在相當(dāng)長的時間內(nèi)是不變化的,如果我們只給出不變化的時間,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“動態(tài)”的不是實時的,利用運動圖畫的幀間相關(guān)進行壓縮的算法稱為“動態(tài)壓縮”(MPEG),動態(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,只要不過于強調(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,近一兩年來新出現(xiàn)的設(shè)備以H、264標(biāo)準(zhǔn)為主,并且國內(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,如原有的許多國外產(chǎn)品支持512Kb/s的H、264水平時,國內(nèi)的水平已經(jīng)達到760Kb/sH、264水平。隨后又能達到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MCU的視訊終端設(shè)備。有一個經(jīng)驗數(shù)據(jù),據(jù)說在384 Kb/s左右時,一般的圖像就可以連續(xù)地,主觀上沒有什么大缺陷地實時傳遞了,或者也就是說,在保證384 Kb/s的帶寬時,應(yīng)該能達到實時的高清(576p)的圖像質(zhì)量了。

  作為一套高清的視訊會議系統(tǒng),壓縮算法和網(wǎng)速是最主要的指標(biāo),但要達到高清的效果,周邊設(shè)備如攝像機、顯示設(shè)備以及信號通道傳輸設(shè)備等都要求達到高清的水平,如果選用標(biāo)準(zhǔn)的(廣電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))的攝像機,其分辨率能達到576i的水平,那么想達到高清(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,而攝像機的輸出如果采用復(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、投影機都不是難的,信號通道設(shè)備中,切換、分配、傳輸設(shè)備達到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的大致情況以及應(yīng)用中的問題。

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文章來源:中國投影網(wǎng)


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