高清技术分析及应用现状

高清技术分析及应用现状

2005年中国西部电视技术协会第十七届年会技术论文三等奖

摘要：本文首先介绍了高清技术标准；接着从高清的系统流程角度阐述了诸环节中支持高清实现的技术；然后分析了在从标清过渡到高清的实际操作中，高清晰度电视系统所要面对的各种问题及设备的使用状况；最后阐述了高清技术的应用，包括作为胶片的数字载体在电影领域的应用，低成本的高清技术HDV在ENG领域的应用。

人们期待电视呈现更真实逼真的画面，如同在电影院欣赏电影一般的收视效果。高清电视标准中提高了分辨率，采用了逐行扫描和提高帧频的技术，更符合人们的观看16:9的宽画幅，提高了电视的收看效果。

高清电视不等于数字电视，日本早在1990年左右就搞模拟HDTV,并于1992年试播,当数字HDTV出来后,日本才停止其模拟HDTV并改为数字的。

一、高清技术标准

当前电视制式的主要技术特征是行频、场频、扫描方式、宽高比。制式决定了电视所携带的信息量和显示质量。数字高清是多种制式并存，针对不同的需求采用不同的制式。

HDTV有清晰度等级不同的图像三种显示格式，分别是：720P（1280×720P），1080/60i/50i（1920×1080i），1080/24p/25p/30p（1920×1080p）(p:逐行扫描; i: 隔行扫描)

1920×1080/i是清晰度指标最高的，广电总局于2000年8月发布了GY/T 155-2000高清晰度电视节目制作及交换用视频参数标准，将1080/50i确定为中国的高清晰度电视信号源标准，采用1080/50i作为高清信号源标准的一个突出优点是1080/50i与我国现行的标清信号源576/50i (PAL)可以非常容易地实现上/下变换，为顺利从标清向高清过渡提供了良好的条件。

1080/24P(简称24P或24F)是一种专门用于后期制作的高清晰度电视格式，它采用的24帧逐行扫描方式与每秒24幅画面的电影胶片具有每帧电视图像与每幅画面一一对应的关系，因此在进行胶片与磁带的相互转换时不会产生因帧频变换而带来的图像质量损失。1080/24P是电影与电视结合的最佳桥梁，已经被美国的节目制作行业，特别是采用胶片作为前期拍摄的节目制作公司接受为后期制作的标准，正在成为国际间高清晰度电视节目的交换标准。

码率显著的提高

我们这里计算下HDTV的基带码流。根据SMPTE 274M数字电视标准中，采用10比特量化时，HD数字电视信号的基带码率是1485Mbps（亮度信号的取样频率×量化比特数+2个色差信号的取样频率×量化比特数= 74.25（MHz）×10 （Bit）+2×37.125（MHz）×10（Bit）），其中有效码率为829.44Mbps。而根据ITU-R601数字电视标准，采用10比特量化时，SD数字电视信号的基带码率是270Mbps，其有效码率为165.888Mbps。因此，HDTV的绝对码率是旧的PAL制SDTV的5.5倍，有效码率是SDTV的5倍。高码率成为高清节目的最大特点，是制作与传输环节所要解决的首要问题。

二、高清的实现包括HD制作、节目传输和接收显示诸多环节

（一）节目制作

由于高清节目所包含的信息量更大，码率更高，给节目制作带来诸多课题。如节目存储、制作网络环境的建立、硬件运算速度的提高等。

以下技术使得高清节目的制作与传输得以实现，促进了高清的发展:CPU运算速度的提高。高速的运算能力满足了对较高压缩比，较复杂算法的编码的解码工作。随着蓝光盘存储技术，半导体存储技术及硬盘存储技术的发展，存储大尺寸的高清媒体文件成为现实。压缩编码技术的发展,如WMV9、H.264等编码压缩技术，使高清节目文件放下庞大的身躯，更适合存储和传输。传输技术的发展提高了带宽，不仅能够建立高清节目编辑制作的网络环境，也促进了广域网络高清节目的传播和发布。

众多非线性编辑软件厂商和硬件设备厂商积极推出支持高清的产品，让高清节目制作触手可及并更为普遍。例如sony公司开发的Xpri 高清非线性节目制作系统，可协助实现从采集到播出全程高画质，实时的进行高清编辑，并且它与XDCAM专业光盘系统无缝兼容，可实现有效的高清存储。同时如Apple公司，Discreet公司等都纷纷推出支持高清节目编辑的Final Cut Pro HD, Avid HD等软件系统。

此外高清在移动现场编辑方面也有较大的发展。目前火线传输已可以支持高清。这大大降低了高清系统设备的成本。2004年，苹果公司和松下公司合作实现了在IEEE 1392火线以100Mbps传输DV-HD(松下DVCPRO高清系统的视频压缩标准)。苹果把自己定位于专业移动编辑系统供应商。它提供功能强大的膝上型电脑，如PowerBook系列高端的Titanium，以及带Final Cut Pro的专业编辑系统。Final Cut Pro HD通过FireWire电缆提供捕获、编辑和输出广播质量HD视频的能力，无需使用其它硬件。

这些技术的发展提高了工作效率，革新工作流程。

（二）高清信号的传输

高清信号的传输方式既可以是模拟的也可以是数字的，不过从目前的技术发展来看即将播出的高清电视不可能采用模拟传输方式。数字信号的传播速率达每秒19.39兆字节，如此大的数据流传输速度保证了数字电视的高清晰度。所以，高清电视的播出就牵涉到了数字电视的传输问题。

在中国，卫星数字电视的传输，国家采用DVB-S标准；广电总局推荐使用DVB-C作为中国有线数字电视传输的行业标准。地面播出数字传输技术标准还没有确定，但同时根据目前的技术，数字电视的地面传输还不能支持高清节目。

在传输过程中使用的压缩编码

HD的基带码流高达1.5Gb/s。与标清服务相比，分发高质量HD节目需要5倍的带宽。传输高清信号首先要对其进行压缩。采取有效的压缩办法，从质量和效率上去平衡，从而保证基于目前IT技术的网络能够满足高清节目所要求的带宽和存储量。

目前的HDTV传输压缩标准DVC-S,DVB-C使用的是MPEG-2压缩编码。后来发展起来的WMV9，H.264等编码压缩技术与MPEG-2相比，能节省一半多的带宽，这将对HD节目的分发产生巨大的影响。

论文高清技术分析及应用现状来自

在下一代HDTV传输压缩标准中，MPEG-4和微软的编解码方案（正从Windows Media 9变体为Video Codec-1/VC-1）竞争激烈。在欧洲，MPEG-4占上风。

Premiere World将把MPEG-4用于其下一代压缩。去年推出HD业务的法国广播机构也在考虑MPEG-4。????但目前MPEG-4要求相当高的许可费用。