走进高清大门！HDTV知识普及之入门篇

    近两年来，随着人们对数字视听的要求越来越高，高清电视信号、BD/HD片源开始出炉，HDTV开始逐渐成为人们关注的焦点。不可怀疑的是，目前国内还有很多朋友对HDTV的认识并不高。今天，笔者就要正式带领大家走入“高清”的世界。

    首先，欢迎大家随笔者来到了HDTV的世界，我们首先来看一下HDTV的定义：

● 什么是HDTV

    HDTV，（High Definition Television)，直译为高清晰度电视，又称高清电视、高解像电视和高画质电视，是一种电视业务下的新型产品，原ITU-R给高清晰度电视下的定义是：“高清晰度电视应是一个透明系统，一个正常视力的观众在距该系统显示屏高度的三倍距离上所看到的图像质量应具有观看原始景物或表演时所得到的印象”。其水平和垂直清晰度是常规电视的两倍左右，配有多路环绕声。

    高清电视是指传送一种电视信号，这种电视信号所能达到的分辩率高于传统电视信号（NTSC，SECAM，PAL）所允许的范围。除了早期在欧洲和日本的模拟格式之外，高清电视是传送数字信号的，因此介绍的时候也会一并介绍数字电视。

高清电视开始普及，目前大部分新款电视机都能够支持HDTV输入

    历史上，“高清电视”这个词曾被用作1930年开发的电视标准，代替早期的试验系统。虽然在此之后Philo T. Farnsworth，John Logie Baird和Vladimir Zworkin各自研发出不同的电视系统，但是分辨率并不是区分他们技术的主要指标。在20，30年代后期给喧嚣的市场带来的只是专利纠纷和诉讼。大多数专利到二战之后基本上都已过期，整个世界没有统一的电视标准，市场一片空白，PAL，NTSC，SECAM和其他一些模拟标准使用了大半个世纪。

    “HD-Ready” (已设有高清晰度电视功能) 和“HDTV-compatible”(兼容高清晰度电视讯号) 这两个词语，被广泛的电子厂商使用；它们表示该电视或者显示设备可以通过一种新设计的HDMI讯号接口来接收视频；而它的目的是在保护版权之下，确保数码信号只是通过这单一接口进行传输。HD-Ready的电视并不是一定要能够显示1080线的视频，或者是没有经过插补的720线全分辨率高清晰度标准。相反，兼容高清晰度的电视，通常只是一个带有HDMI接口的标准解像度的电视，因此在使用HD-Ready的高清晰度电视，以及使用HDTV-compatible的高清晰度兼容的电视时，往往很容易使人混淆。

●1080i/1080P/720P到底是什么意思

    目前，所谓HDTV的视频分辨率都必须得满足1080i/1080P/720P这三种模式。那么，这三种模式到底指什么意思呢？它们的优点又在哪儿呢？在回答这个问题之前，我们必须要先了解一下“高清”的一种低级版本——“标清”。

数字电视的五种规格图示

    实际上，我们可以这样来描述。HDTV一定是通过数字方式传输的，但是数字电视不一定是HDTV。虽然这句话读起来有点拗口，但只要仔细一分析相信也不难明白。目前，从电视显示的分辨率来看，大约有以下几种：

    D1为480i格式，和NTSC模拟电视清晰度相同,行频为15.25KHz

    D2为480P格式，和逐行扫描DVD规格相同，行频为31.5KHz

    D3为1080i格式，分辨率为1920×1080 i/60Hz，场频为33.75KHz

    D4为720p格式，分辨率为1280×720 p/60Hz，场频为45KHz

    D5为1080p格式，分辨率为1920×1080逐行扫描，专业格式

    上面的五种规格都是目前数字电视机的视频规格，但是其中D1与D2都只能算得上是高清信号，因为它们不具备HDTV最低1080i的分辨率输出；但无可厚非的是，它们确实属于数字电视的一种。相反，只有D3、D4、D5才能算是真正的HDTV格式。那么，什么样的视频才是720P/1080P/1080i呢，这个问题我们稍后回答！因为，我们必须要先了解逐行与隔行的意思。

●隔行扫描与逐行扫描对比

    为了让大家更加容易了解1080i与1080P的区别，在这里我们来看看所谓的逐行与隔行：

    当出现带有阴极射线管（CRTs）的电视机时，隔行扫描的视频就已经存在了。所有的模拟信号电视机标准都是基于隔行扫描视频的。我们已经对它非常习惯了，以至于如果我们现在来思考这个问题，反而不正常了。

    高清晰度视频是既可以是隔行扫描的，也可以是逐行扫描的。了解这些术语是非常重要的，而且，了解起来也并不太难。

   
逐行扫描与隔行扫描的图像质量对比

    逐行扫描是从右往左、至上而下进行扫描：线1，线2，线3，等等，直到该帧的底端为止，就是这么简单。事实上，如果你不知道有更好的，这确实是你所期待的非常好的扫描方式。

    隔行扫描视频使用与逐行扫描一样的方式，从右往左，至上而下扫描视频。然而，不同的是，隔行扫描每隔五十分之一秒（在NTSC制式下为每六十分之一秒）隔行扫描一次整个帧中隔开的行。在下一五十分之一秒，已经被扫描到的两线间的线将被扫描。事实上，视频画面垂直分辨率的一半将有效地在第一个五十分之一秒中被送出，后面一半将在后一个五十分之一秒被送出。当播放视频时，整个过程反过来进行，从而为你呈现一个完整的视频帧。每个这样的半个帧被称为“场”。

 
逐行与隔行播放效果对比，放大后非常明显

    首先，画面不会像一个每秒只有30帧的逐行扫描那样闪烁。这是因为，对于观众来说，看上去好像是在观看每秒60帧的视频。事实上，他们看到的是每秒60场的视频。除了减少闪烁，效果同看60帧的是一样的。

    如果你想看一下六十分之一秒的逐行扫描图像，你只能看到一半的垂直分辨率。但是，因为我们的眼睛有一个“暂留”效应，当你认为在“正常”地看着屏幕时，而你真正所看到的只是一些接近全分辨率的画面，因为我们能够从两个不同的视场积聚可视化的数据，使它们看起来像一个完整的帧。

    确切地说，隔行扫描是一种压缩方式。用帧周期一半的时间，通过偏置两个视场来做组建一帧，减少了一半需要传输或储存的信息量。未被压缩的隔行高清晰度视频每秒大约产生一个吉位的数据量。如果没有隔行扫描，这个数据产生速度大约是前面的两倍。

逐行扫描和隔行扫描的缺点

    与逐行扫描相比，隔行扫描的确有一些缺点。它易于产生“假象”，看上去像“梳子”一样的效果，特别是在慢速移动或者从移动的视频到静止的画面的时候。他们是由组成一个单一帧的两个视场间的相对位移造成的。事实上，虽然对于高清晰度视频来说1080p(1920×1080分辨率的逐行扫描)可能是较为完美的格式，但是对于当前的用户技术来说，它产生了过多的数据，所以我们不得不为此而等候。接着我们能够保证，如果出现一种新格式，能够解决这个问题，Canopus技术将提供独立且完善的解决方案，来处理这种新格式。

    好！现在逐行与隔行的定义以及实现原理相信大家都比较了解了，那么关于前面我们提到的问题相信也就非常容易理解了。在这里“P”代表逐行，“i”代表隔行，720P的意思也就是在每帧尺寸为1280×720上每行都扫描一次，反之亦然。

● 高清视频的编码格式

    高清视频最常用的编码格式是MPEG2-TS、WMV-HD、H.264和VC-1这四种算法，其中MPEG2由于压缩比例较小，视频所占空间太大，目前已经基本被淘汰。而以微软主推的WMV-HD目前已经渐渐被VC-1这种新标准所取代，在最新的高清片源中也很少有采用这种算法的视频。所以，目前最流行的只有H.264与VC-1这两种编码方式。

H.264

    H.264是由ITU-T视频编码专家组（VCEG）和ISO/IEC运动图像专家组（MPEG）联合组成的联合视频组（JVT，Joint Video Team）提出的高度压缩数字视频编解码器标准。ITU-T的H.264标准和ISO/IECMPEG-4第10部分（正式名称是ISO/IEC 14496-10）在编解码技术上是相同的，这种编解码技术也被称为AVC,即高级视频编码（Advanced Video Coding）。

H.264编码方式的视频效果明显优于MPEG-2

    H.264是ITU-T以H.26x系列为名称命名的标准之一，同时AVC是ISO/IEC MPEG一方的称呼。这个标准通常被称之为H.264/AVC (或者 AVC/H.264 或者 H.264/MPEG-4 AVC or MPEG-4/H.264 AVC)而明确的说明它两方面的开发者。该标准最早来自于ITU-T的称之为H.26L的项目的开发。H.26L这个名称虽然不太常见，但是一直被使用着。有时候该标准也被称之为"JVT 编解码器"，这是由于该标准是由JVT组织并开发的（作为两个机构合作开发同一个标准的事情并非空前，之前的视频编码标准MPEG-2也是由MPEG和ITU-T两方合作开发的--因此MPEG-2在ITU-T的命名规范中被称之为H.262）。一般来说，H.264格式以“.avi”、“.mkv”以及“.ts”后缀比较常见。

VC-1

    直到去年年初，活动图像和电视工程师协会(SMPTE)才正式颁布了由微软提出并开发的VC-1视频编码标准，为该格式在下一代DVD中的应用铺平了道路，VC-1被颁布为标准后，SMPTE仍会收取授权费，微软则可从专利中获取一定的版税。

    微软是在2003年9月递交VC-1编码格式(开发代号Corona)的，目前已经得到了MovieBeam、Modeo等不少公司的采纳，同时也包含在HD DVD和蓝光中，包括华纳和环球等影业公司也有采用这种格式的意向。VC-1基于微软Windows Media Video 9(WMV9)格式，而WMV9格式现在已经成为VC-1标准的实际执行部分。

H.264(上)与VC-1（下）编码视频截图对比，实在难分伯仲

    VC-1是最后被认可的高清编码格式，不过因为有微软的后台，所以这种编码格式不能小窥。相对于MPEG2，VC-1的压缩比更高，但相对于H.264而言，编码解码的计算则要稍小一些，目前来看，VC-1可能是一个比较好的平衡，辅以微软的支持，应该是一只不可忽视的力量。一般来说，VC-1多为“.wmv”后缀，但这都不是绝对的，具体的编码格式还是要通过软件来查询。

    总的来说，从压缩比上来看，H.264的压缩比率更高一些，也就是同样的视频，通过H.264编码算法压出来的视频容量要比VC-1的更小，但是VC-1格式的视频在解码计算方面则更小一些，一般通过高性能的CPU就可以很流畅的观看高清视频。相信这也是目前NVIDIA Geforce 8系列显卡不能完全解码VC-1视频的主要原因。

    好，前面我们了解了HDTV的定义、规格以及实现原理等内容，相信此时大家对HDTV都有了一定的认识了吧。下面我们就来从硬件上讲一下如何实现HDTV，这将是本文中最关键的部分，希望大家能认真阅读。

    说到实现高清，我们不得不先讲一下高清视频源。实际上，HDTV所代表的是一种电视信号标准，但是由于目前我国乃至全世界都还没有真正意义上讲高清电视信号做到人人均可普及的地步，所以目前的HDTV源大多数时候都说得是高清载体，比如说蓝光DVD、HD-DVD。

蓝光DVD驱动器与载体

      蓝光DVD和HD-DVD是目前两种最常见的高清视频载体，这两种光盘都有高容量、高密度等特点，一张光盘可以装更大容量或更高清晰的视频内容。不过由于蓝光DVD和HD-DVD片源都比较昂贵，而能够识别这两种载体的驱动器也价值不菲，所以目前的高清片源还是主要来自于互联网。

HD-DVD驱动器与载体

    随着互联网带宽的逐渐提高，网络上出现了大量的720P、1080P的高清视频，比如最新的《越狱》第三季，互联网上已经有不少720P的视频供网友下载。相信有不少朋友已经领略到了高清视频给我们带来的视觉快感，确实，在画面的很多细节方面，HDTV所表现出来的绝对要比普通DVD、VCD视频效果好得多。

    由于我们目前观看的高清视频大多数都是存放在PC硬盘里，所以在这里我们讲高清硬件组成的时候也主要针对PC以及周边设备。首先，我们肯定需要一台性能不算弱的PC一台，其中包含了性能较为强劲的中央处理器、一块能支持高清视频解码的显卡。当然，外设的话则需要一台支持HDTV高清视频显示的电视机。

   
电视机和计算机显卡上都得具备HDMI接口

    从目前支持高清视频显示的电视机来看，其中绝大多数都带有一个名叫HDMI的接口，实际上这就是目前HDTV主要采用的接口标准。HDMI的英文全称是“High Definition Multimedia”，中文的意思是高清晰度多媒体接口。HDMI接口可以提供高达5Gbps的数据传输带宽，可以传送无压缩的音频信号及高分辨率视频信号。同时无需在信号传送前进行数/模或者模/数转换，可以保证最高质量的影音信号传送。

    在这里，笔者觉得还是有必要解释一下数/模转换这个概念。大家知道，任何数据在计算机里处理的都是以二进制编码的数字信号，比如0、1等。但是普通的电视机或显示器则只能接收模拟的信号，这时候就存在一个数字信号与模拟信号转换的问题。但是模拟信号存在着受干扰较大、带宽低等缺点（带宽越高，干扰则越大），所以现在电视机大多数都开始向数字电视过渡。也就是能直接接收从计算机传过来的数字信号，这和我们前面所说的HDTV Ready就是一回事。

HDMI线缆

    而目前新款的电视机都带有了HDMI接口，HDMI接口本来就是数字接口，当然也就能接收数字信号。这时候，我们只要将显卡的输出端也做成数字信号输出即可。于是，HDMI接口的显卡也开始逐渐普及开来，现在市场上已经有很多显卡都具备了HDMI接口输出。

HDMI接口实现音频与视频同时输出，不需繁琐的连接线缆

    HDMI接口不仅能够提供纯数字信号的视频输出之外，其最大的一个特点就是还能直接提供音频的输出，也就是说只要一根HDMI线缆就可以直接解决音频和视频的同时输出，而不需要连接其他的一大堆线缆。事实上，这才是HDMI接口能风靡起来的主要原因。

    既然都说到HDMI了，那我们就不得不提一下与HDMI应运而生的HDCP，虽然这两个概念几乎同时被市场炒火，但是这俩其实并没有什么联系。这时很多人容易混淆的地方，笔者身边就有不少朋友就以为显卡只要支持HDMI接口输出，那么就一定支持HDCP；或者显卡支持HDCP，那么就一定有HDMI接口，实际上这是错误的说法。我们来看一下HDCP又到底是一个什么样的定义，它和HDMI的联系到底有多大？

    HDCP是High-bandwidth Digital Content Protection的缩写，中文名是高带宽数字内容保护。它是由Intel领头完成的一种数字多媒体内容版权加密技术，通过嵌入软硬件中对传输内容进行校验，实际上就是数字加扰/解扰，保证高清视频内容只能在经过授权的设备上播放，而不能随意非法的复制、翻录。如果系统中有不支持HDCP的设备，那高清信号将会以1/4的分辨率播出，效果无从弹起，也就是预览的水平，所以HDCP的主要用意不是防止盗版，而是对非法复制进行干扰，降低非法复制出影像的质量，从而对“高清”进行保护。

软件与硬件之一部支持HDCP，播放的视频就将受到保护

HDCP的实现原理

一个验证流程以防止未经授权的设备接收到高清视频内容；

将通过DVI与HDMI接口的资料加密以防止资料被破解；

一个密钥撤销机制,以确保任何违反HDCP协议的设备可以相对容易的被排除。

    前面说到，HDCP需要软硬件共同支持，凡是参与内容传输的设备缺一不可。微软在新一代操作系统Vista中将集成“保护性内容输出管理协议（OPM）”，用来在输出内容前确认显示设备的性能及HDCP支持情况。同时作为高清视频的主要载体，蓝光和HD-DVD也执行了HDCP标准。

从此处可以看出HDCP的重要性

    简单来说，HDCP就是一个防止数字内容盗版的加密技术，如果软件和硬件其中之一不支持HDCP，那么我们就无法读取数字内容。蓝光和HD-DVD都执行HDCP标准。也就是说，如果你希望在1080p的分辨率下观看电影，那么系统必须支持HDCP。反之，如果不支持的话，那么你只能获得1/4的分辨率。

    认真的朋友可能就会注意到，HDCP仅仅是一个防止数字内容被随意复制的东东，那么是不是对模拟视频就没有用处呢？经过我们的测试，发现播放1080P高清视频的时候，只要通过显卡的VGA（模拟接口）输出，一样可以实现高分辨率的播放，也许这是HDCP协议的一个bug，不过至今仍然未解决这个问题。

采用了HDCP保护技术的HD-DVD影片遭到成功破解

    并且，从HDCP原理上看，保护过程实在过于简单，只是在外部传输过程实现保护，这在计算机普遍应用的时代是相当局限的，这不仅让人感觉制定者有骗取高昂授权费（使用HDCP协议是收费的）的嫌疑。一旦数字信号本身被采用二进制的方式读入计算机，那复制过程仍然可以实现，例如目前网络上的大量1080P高清视频大多数都是从蓝光DVI或者HD-DVD上面复制下来的，这个问题我们在此就不做讨论了。

    好了，本期的高清知识普及就讲到这里吧，大家也好慢慢消化一下，我们将在近两天内放出下一期高清支持普及，主要从软件方面入手，手把手教会你如何玩转高清视频。大家不要走开，稍后见……<