高清电视HDTV概述
高清電視HDTV概述
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一、概念
數字電視，是指從演播室到發射、傳輸、接收過程中的所有環節均使用數字電視信號，或對該系統所有的信號傳播均通過由二進制數字所構成的數字流來完成。
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高清電視HDTV是DTV標準中最高的一種，即High Definition Television，
HDTV規定：視頻必須具備720線逐行掃描（即720p）或1080線隔行（即1080i）掃描，屏幕縱橫比為16:9。音頻輸出為5.1聲道（杜比數字格式），同時能兼容接收其它較低格式的信號并對其進行數字化處理重放。
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HDTV有三種顯示格式，分別是：720P（逐行掃描，分辨率為1280×720P），1080 i（隔行掃描，分辨率為1920×1080i），1080P（逐行掃描，分辨率為1920×1080P）。
二、HDTV來源
當今的HDTV源于日本廣播協會NHK的Fujio博士的研究成果。HDTV最初構想是讓傳統電視能接收兩倍的垂直解析度和兩倍的水平解析度，畫面的水平垂直比例為5:3（后來才發展到16:9），和至少兩個通道的CD音質的音頻。
Fujio博士設想幀率為23.976Hz或更高，且HDTV的每幅圖至少達到75萬像素，隔行掃描。然而，目前HDTV系統已發展到逐行掃描。
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WMV-HD。事實上，網絡流傳的高清視頻主要以兩類文件的方式存在：一類是經過MPEG-2標準壓縮，以tp和ts為后綴的視頻流文件；一類是經過WMV-HD（Windows Media Video High Definition）標準壓縮過的wmv文件，還有少數文件后綴為avi或mpg，其性質與wmv是一樣的。
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(1) H.264編碼
H.264是由國際電信聯盟（iTU-T）所制定的新一代的視頻壓縮格式。H.264最具價值的部分是更高的數據壓縮比，在同等的圖像質量，H.264的數據壓縮比能比當前DVD系統中使用的 MPEG-2高2～3倍，比MPEG-4高1.5～2倍。正因為如此，經過H.264壓縮的視頻數據，在網絡傳輸過程中所需要的帶寬更少，也更加經濟。在MPEG-2需要6Mbps的傳輸速率匹配時，H.264只需要1Mbps～2Mbps的傳輸速率，目前H.264已經獲得DVD Forum與Blu-ray Disc Association采納，成為新一代HD DVD的標準，不過H.264解碼算法更復雜，計算要求比WMV-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H.264硬解碼的支持。與MPEG-4一樣，經過H.264壓縮的視頻文件一般也是采用avi 作為其后綴名，同樣不容易辨認，只能通過解碼器來自己識別。
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(2) MPEG-4編碼
MPEG-4是網絡上常見的一種視頻壓縮格式，在用于網絡流媒體傳輸方面效果相當不錯。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，同時畫面效果不差于DVD效果，以此來尋求一個畫面效果和文件尺寸的平衡。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，無法直解區分二者，只能通過解碼器來識別。相對于高清視頻來說，MPEG-4格式 還顯得有點不夠用，因此它也不是主流的高清視頻信號來源。
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(3) MPEG-2 TS編碼
高清視頻采用的是MPEG-2 TS格式，這是一種視頻流格式，主要用于實時傳送節目。MPEG-2 TS格式的高清視頻文件在網上很常見，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也比較麻煩，因為文件中分別包含有AC’3音頻信息和MPEG-2視頻信息，需要使用專門的軟件來進行播放。
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(4) WMV-HD編碼
WMV-HD則是由軟件業巨頭微軟公司所創立的一種視頻壓縮格式，壓縮率甚至高于MPEG-2標準，同樣是2小時的高清視頻節目，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是微軟的獨有標準，但因其在操作系統中大力支持WMV系列版本，從而在電腦系統得以迅速普及。
縱上所述，從系統要求來看，MPEG-2 TS因為壓縮比率最低，文件容量最大，所以對于系統要求也最低；而微軟WMV格式的高清視頻的播放就需要更高的系統要求，H.264對系統的要求最高。
目前我們無法僅從文件名稱、大小上來判定一個高清視頻文件的顯示格式是720p還是1080i，或是1080p，但是有不少軟件可以在播放時顯示影片的圖像信息，在軟件的控制面板中選擇對應的選項就可以看到詳細的信息。
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四、HDTV相關參數
(1) 攝影棚HDTV采樣率為74.25MHz，是SDTV Rec.601標準的5.5倍。HDTV的像素率為每秒鐘60兆像素。其它的參數與SDTV標準基本相同。1920×1080圖像格式有兩種幀率，30Hz和60Hz，分別對應隔行掃描和逐行掃描，這種圖像格式能分別以24Hz和25Hz的幀率傳輸。
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(2) 要以25Hz的幀率傳輸1920×1080圖像，有兩種標準化的方法。第一種是SMPTE274M：屏幕上保留1125行，STL增加到2640。稱為1080p25格式，使用1125/25光柵。掃描可以是逐行或隔行。
一些歐洲視頻工程師不喜歡1125行，他們對此略作修改，形成標準SMPTE295M：1920×1080圖像，1250/25/2：1光柵，2376STL。
總體來說，1125是主流。
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(3) 對于24Hz，1125行仍然保留，STL增加到2750以實現25Hz的幀率。這稱為1080p24格式，在1125/24光柵。此系統用于數字影院（D-cinema）產品。推薦其變種23.976Hz。
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(4) 1035i系統
SMPTE240M代表1125/60.00/2:1 HDTV，1988年采納。1125/60系統，現在稱為1035i30，有1920×1035圖像格式。目前逐步被1920×1080所取代。
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一、Rec.709 HDTV彩色編碼
Rec.709定義了YCbCr彩色編碼。不幸的是，與SDTV的范圍因子定義不同，故YCbCr編碼分成了兩種。一種是用于小圖像（SDTV）的編碼，另一種是用于大圖像（HDTV）的編碼。
二、視頻壓縮
直接存儲或傳輸YCbCr數字視頻需要大量數據吞吐——對于SDTV來說大約每秒20兆字節，而對于HDTV來說大約每秒120兆字節。從第一代的攝影棚數字錄象機到今天的超高質量攝影棚錄象機，均存儲未壓縮的數據。
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(1) 數據壓縮
數據壓縮減少了存儲文本、數字、二進制、圖像、聲音或其它數據所需的大量位。但是，數據壓縮同時也帶來壓縮和解壓縮所需的大量計算。
從定義來說，數據壓縮應該是無損的，解壓縮后能精確恢復，位對應位（或字節對應字節）。
最主要的數據壓縮算法包括：RLE算法和LZW算法。
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(2) 圖像壓縮
圖像數據通常具有較強的縱向和橫向像素之間的相關性。RLE和LZW算法適用于存儲兩層（bilevel）或偽彩色（pseudocolor）圖像數據。，他通常利用一定程序的掃描線順序、水平像素之間的相關性進行壓縮，這是一種適度的壓縮，或許是2:1。
圖像數據算法還可利用圖像數據的統計結果進行壓縮，與任意二進制數據不同，改進壓縮比是可能的。ITU-T的傳真標準就利用圖像數據的水平和垂直相關性實現了幣RLE或LZW更高的壓縮比。
轉換技術對于連續色調（灰度或真彩色）圖像數據的壓縮很有效。離散余弦變換DCT就很適合連續色調的圖像數據的壓縮。
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(3) 有損壓縮
總體來說，無損壓縮只能實現連續色調的適度壓縮。然而，人類的感官能力有限，一些超過范圍的數據無法被人感知。因此，這些數據可以舍去，以實現更大的壓縮率。這就是有損壓縮。
有損壓縮并不適合雙層或偽彩色圖像，但它非常適合灰度級或真彩色圖像。
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(3.1) JPEG
JPEG就是一種圖像的有損壓縮方法。它的變種M-JPEG專用于運動圖像序列。數字攝像機就使用了M-JPEG算法。
MPEG也是一種視頻序列的有損壓縮算法標準。MPEG-2被用于數字電視和DVD的發布。
說到JPEG也比較搞笑，最初JPEG委員會開發此標準，目的是想用于彩色傳真，但迅速就被廣泛使用和部署到桌面圖形和數字照片等領域。
JPEG壓縮器一般會吧R'G'B'轉換為Y'CbCr，然后應用4:2:0的色度二次采樣實現2:1壓縮。
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(3.2) Motion-JPEG
Motion-JPEG簡單地壓縮視頻序列的每個域或幀作為自包含的壓縮圖像，每個域或幀是“內編碼”（intra coded）。由于每幅圖像都是單獨壓縮的，故M-JPEG視頻序列可以直接編輯，其不利的一點是采用臨時的連貫性。
M-JPEG技術和實現了壓縮比從2:1提高到大約20:1。20MB/S的數字視頻數據率能被壓縮成20Mb/S，適合消費電子數字錄像帶的記錄。
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(3.3) MPEG
ISO和IEC的Moving Picture Experts Group開發了MPEG標準。在MPEG的初時，自包含圖像提供了一個基值——它形成一個錨圖像（anchor picture）。后續的圖像能根據與錨圖像不同的像素進行編碼，此方法稱為幀間編碼（interframe coding）。
一旦解碼器接收了錨圖像，它就能提供后續圖像的基本預測。此預測能在編碼器傳輸后改進預測錯誤。
運動能導致屏幕元素的位置改變，一個快速移動的元素能在一幀時間內移動10個像素。在連續的運動，某一位置的像素在連續的圖像中有不同的值。故運動能導致預測錯誤數據的增加。
像間編碼（Interpicture coding）利用了類似技術。不再贅述。
MPEG克服了活動圖像的問題，采用了編碼器計算活動矢量（motion vector）。編碼器通過預測運動取代了錨圖像的像素值——此過程稱為運動補償（motion compensation）。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的高清电视HDTV概述的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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