视讯的高清与标清分析_Johnny Zhao 共享空间_百度空间
一、 高清与标清的区别

    1、所谓标清与高清是由广播电视行业发展中引用过来的,在广播电视行业中,标清的概念是原有的NTSC制、PAL制和SECAM电视信号所能代表的清晰度,从模拟角度衡量时,视频的带宽在5MHZ左右(PAL制和SECAM制),NTSC制的模拟宽带在4MHZ左右。按照带宽与扫描线能分辨的对应关系,每1MHZ带宽能对应80条扫描线左右,所在广电行业也有一种标准,是按扫描线分清晰度,如广播级的摄像设备等,至少要求能达到350线到400线,这是按模拟方式分的,当转入数字视频时,由于广电的标准是8bit.4:2:2,对应每一行正程的信号,用13.5MHZ采样,其有效的像素点可采集到704点左右(52.2μs×13.5MHZ=704.7),因此,按数字视频的分类方式,PAL制与SECAM制的分辨率能达到704×576,而NTSC制的分辨率为704×476,这就和我们一般的IT行业中的分辨率对应上了。因此,对图像信号而言,我们认为704×576(或704×476)隔行扫描是标清的标准。随着电视行业的发展,出现了高清电视,其采用的是按数字的分辨率方式表现,如720p指的是1280×720逐行扫描,1080i指的是1920×1080隔行扫描,1080p指的是1920×1080逐行扫描。当然,对应CRT显示方式,576p(704×576)(或476p)也算是高清,但我们一般不去理会它。

    结论1:电视行业的标清是704×576(或704×476隔行扫描),而高清的标准是720p,1080i和1080p等。

    2、在视频会议应用领域,由于原来的技术发展和网络条件的限制,按通讯行业的标准,只能提供1CIF的图像通道,其对应的分辨率是352×288(704×576的1/4左右),逐行扫描,这种分辨率比较低,也就能达到VCD一级的水平,现在随着压缩技术的发展,网络的建设也提供了高带宽的通讯的基础,因此出现了高清视讯的概念,其标准是至少4CIF。其分辨率能达到704×576,就是电视行业中的标清的标准,但是逐行扫描的,清晰度能达到DVD的标准,这是高清视讯当初的水平,目前的状态是,图像可达到8~9CIF,至少能达到720p的标准,从设备本身而言,能达到1080i和1080p,但在应用中要看网络能提供多少带宽了,当前有些用户,包括工程人员,以为视讯会议的高清是与广电行业的高清一致的,这多少是个误区,以目前看,视讯行业能达到720p就已经不错了,实际上576p就已经算是高清了,因此在与客户沟通中和方案设计时要心中有数,不过所幸的是,目前各种设备的指标都在向1080p靠拢,只要带宽能保障,提高分辨率是可行的。

    结论2:视讯的高清标准与广电的不同,其清晰度一方面取决于设备,更重要的是取决于网络。

    二、各种压缩算法介绍

    视频图像变成数字化的图像后,在标清的情况下,码流能达到270Mb/s(10bit4:2:2格式,其中10bit是由于8bit并行数据转换为串行数据时经过的最小非归零编码方式的8bit 到10bit的转换,因此为13.5M×10bit×2=270 Mb/s,对应广电的1/2D1格式),在网络中输入,不可能占用如此的带宽,因此要对图像进行压缩。压缩从简单理解的角度上看,就是将图像中一些有规律的像素用最小的数据量代表,如一张“白”纸中,大面积都是“白”,只是“白”的程度上有一定的区别,因此我们可以传一像素点的“白”的真实数值,周围的“白”只要显示有多少点“白”点,每个点的“白”与基点相比差了多少就可以了,这样可以大量地节省数据量,如果单用一幅画的内容相关进行压缩,称为“静态压缩(JPEG)”,但图像是连续的,连续帧之间的图像相关也很大,比如一个人在讲演,除了人在运动之外,其它的背景是基本不动的,因此很大一部分数据在相当长的时间内是不变化的,如果我们只给出不变化的时间,那这一部分的数据大体上为“0”了,这将极大地压缩数据量当然也可以将某些帧的数据不传,即每秒不是25帧而是比如20帧或更少,这种图像是“动态”的不是实时的,利用运动图画的帧间相关进行压缩的算法称为“动态压缩”(MPEG),动态压缩经历了十几年的发展,由最早的MPEG到MPEG2、MPEG4等发展,另外,考虑到数据的通讯传输,针对邮电行业也推出了一系列的压缩算法,如H、32×系列,H、26×系列,几年前,大量的视讯终端所采用的压缩标准H、263标准,目前,H、264标准是较新的应用标准,压缩算法越好,在同样带宽的情况下,图像的质量就越好,如MPEG4,基本上就是DVD中有一种所谓DVD9的格式相似,(能在一张DVD盘中装几部到十几部电影),而且图像质量大致看上去没有太大问题,只要不过于强调细节的话,是xx可以应用的,MPEG4和H、263的水平基本相当。因此,一、二年前出的许多视讯终端产品采用的往往是MPEG4或H、263的标准,大家可以适当留心一下,目前采用的算法是H、264,它能在同样分辨率和图像效果的情况下,将占用带宽压缩一半(与H、263和MPEG4相比)或者在同样带宽情况下,H、264的图像清晰度比H、263和MPEG4好一倍。

    三、视讯设备当前的状态

    几年前的设备以H、263压缩标准为主,在同等带宽的情况下,图像质量略差,近一两年来新出现的设备以H、264标准为主,并且国内厂家的产品采用H、264标准的居多,发展上也比国外产品感觉上要好一些,至少应该是同等档次,如原有的许多国外产品支持512Kb/s的H、264水平时,国内的水平已经达到760Kb/sH、264水平。随后又能达到2Mb/s H、264的水平,当然现在又出现了支持8Mb/S H、264水平,内置有多点MCU的视讯终端设备。有一个经验数据,据说在384 Kb/s左右时,一般的图像就可以连续地,主观上没有什么大缺陷地实时传递了,或者也就是说,在保证384 Kb/s的带宽时,应该能达到实时的高清(576p)的图像质量了。

    作为一套高清的视讯会议系统,压缩算法和网速是最主要的指标,但要达到高清的效果,周边设备如摄像机、显示设备以及信号通道传输设备等都要求达到高清的水平,如果选用标准的(广电行业标准)的摄像机,其分辨率能达到576i的水平,那么想达到高清(视讯行业标准)576p或更高的水平就显得不够了,应该选用高清的摄像机,而摄像机的输出如果采用复合视频方式,其模拟带宽也就是5MHz(PAL、SECAM制)左右,不能满足高清的要求,因此应采用HD—SDI、DVI或HDMI等方式输出,至少应是YPbPr方式,这给后续应用造成了许多不便,我们后续的文章中将继续介绍。显示设备目前没有大问题了,想找到支持720p以上甚至1080p的平板电视、投影机都不是难的,信号通道设备中,切换、分配、传输设备达到1080p已经没有问题,图像处理器也能支持甚至1080p的图像输入,因此高清视讯系统的应用在设备层面的障碍不存在。

    但高清信号由于历史的变化,存在许多种格式,后续我们将介绍各种格式和信号的大致情况以及应用中的问题。


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