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電視影片格式,影片格式、音頻、數位電視、HDTV 知識介紹

互联网 2021-04-12 02:59:07
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影片格式、音頻、數位電視、HDTV 知識介紹作者:Cyclone│2010-06-25 22:44:42│贊助:8│人氣:6969影片格式和音頻介紹AVI格式: 它的英文全稱為Audio Video Interleaved,即音頻視頻交錯格式。它於1992年被Microsoft公司推出,隨Windows3.1一起被人們所認識和熟知。所謂「音頻視頻交錯」,就是可以將視頻和音頻交織在一起進行同步播放。這種視頻格式的優點是圖像質量好,可以跨多個平台使用,其缺點是體積過於龐大,而且更加糟糕的是壓縮標準不統一,最普遍的現象就是高版本Windows媒體播放器播放不了採用早期編碼編輯的AVI格式視頻,而低版本Windows媒體播放器又播放不了採用最新編碼編輯的AVI格式視頻,所以我們在進行一些AVI格式的視頻播放時常會出現由於視頻編碼問題而造成的視頻不能播放或即使能夠播放,但存在不能調節播放進度和播放時只有聲音沒有圖像等一些莫名其妙的問題,如果用戶在進行AVI格式的視頻播放時遇到了這些問題,可以通過下載相應的解碼器來解決。MKV格式:MKV是Matroska的一種媒體文件, Matroska是一種新的多媒體封裝格式,它可將多種不同編碼的視頻及16條以上不同格式的音頻和不同語言的字幕流封裝到一個Matroska Media文件當中。多媒體封裝格式,也稱多媒體容器 (Multimedia Container),它不同於DivX、 MP3這類編碼格式,它只是為多媒體編碼提供了一個「外殼」,常見的AVl、VOB、 MPEG格式都是屬於這種類型。但這些封裝格式要麼結構陳舊,要麼不夠開放,正因為如此,才促成了Matroska這類新的多媒體封裝格式的誕生。 Matroska媒體定義了三種類型的文件:MKV是視頻文件,它裡面可能還包含有音頻和字幕;MKA是單一的音頻文件,但可能有多條及多種類型的音軌;MKS是字幕文件。這三種文件以MKV最為常見。nAVI格式: nAVI是newAVI的縮寫,是一個名為ShadowRealm的地下組織發展起來的一種新視頻格式(與我們上面所說的AVI格式沒有大聯繫)。它是由Microsoft ASF壓縮算法的修改而來的,但是又與下面介紹的網路影像視頻中的ASF視頻格式有所區別,它以犧牲原有ASF視頻文件視頻「流」特性為代價而通過增加幀率來大幅提高ASF視頻文件的清晰度。 DV-AVI格式: DV的英文全稱是Digital Video Format,是由索尼、松下、JVC等多家廠商聯合提出的一種家用數位視頻格式。目前非常流行的數位攝影機就是使用這種格式記錄視頻數據的。它可以通過電腦的IEEE 1394端口傳輸視頻數據到電腦,也可以將電腦中編輯好的的視頻數據回錄到數位攝影機中。這種視頻格式的文件副檔名一般是.avi,所以也叫DV-AVI格式。MPEG格式:它的英文全稱為Moving Picture Expert Group,即運動圖像專家組格式,家裡常看的VCD、SVCD、DVD就是這種格式。MPEG文件格式是運動圖像壓縮算法的國際標準,它採用了有損壓縮方法減少運動圖像中的冗余信息,說的更加明白一點就是MPEG的壓縮方法依據是相鄰兩幅畫面絕大多數是相同的,把後續圖像中和前面圖像有冗余的部分去除,從而達到壓縮的目的(其最大壓縮比可達到200:1)。目前MPEG格式有三個壓縮標準,分別是MPEG-1、MPEG-2、和MPEG-4,另外,MPEG-7與MPEG-21仍處在研發階段。MPEG-1:制定於1992年,它是針對1.5Mbps以下數據傳輸率的數位存儲媒體運動圖像及其伴音編碼而設計的國際標準。也就是我們通常所見到的VCD製作格式。使用MPEG-1的壓縮算法,可以把一部120分鐘長的電影壓縮到1.2GB左右大小。這種視頻格式的文件副檔名包括.mpg、.mlv、.mpe、.mpeg及VCD光中的.dat文件等。 MPEG-2: 制定於1994年,設計目標為高級工業標準的圖像質量以及更高的傳輸率。這種格式主要應用在DVD/SVCD的製作(壓縮)方面,同時在一些HDTV(高清晰電視廣播)和一些高要求視頻編輯、處理上面也有相當的應用。使用MPEG-2的壓縮算法,可以把一部120分鐘長的電影壓縮到4到8GB的大小。這種視頻格式的文件副檔名括.mpg、.mpe、.mpeg、.m2v及DVD光上的.vob文件等。MPEG-4:制定於1998年,MPEG-4是為了播放流式媒體的高質量視頻而專門設計的,它可利用很窄的帶度,通過幀重建技術,壓縮和傳輸數據,以求使用最少的數據獲得最佳的圖像質量。目前MPEG-4最有吸引力的地方在於它能夠保存接近於DVD畫質的小體積視頻文件。另外,這種文件格式還包含了以前MPEG壓縮標準所不具備的比特率的可伸縮性、動畫精靈、交互性甚至版權保護等一些特殊功能。這種視頻格式的文件副檔名包括.asf、.mov和DivX AVI等。 DivX格式: 這是由MPEG-4衍生出的另一種視頻編碼(壓縮)標準,也即我們通常所說的DVDrip格式,它採用了MPEG4的壓縮算法同時又綜合了MPEG-4與MP3各方面的技術,說白了就是使用DivX壓縮技術對DVD碟片的視頻圖像進行高質量壓縮,同時用MP3或AC3對音頻進行壓縮,然後再將視頻與音頻合成並加上相應的外掛字幕文件而形成的視頻格式。其畫質直逼DVD並且體積只有DVD的數分之一。這種編碼對機器的要求也不高,所以DivX視頻編碼技術可以說是一種對DVD造成威脅最大的新生視頻壓縮格式,號稱DVD殺手或DVD終結者。 MOV格式: 美國Apple公司開發的一種視頻格式,默認的播放器是蘋果的QuickTimePlayer。具有較高的壓縮比率和較完美的視頻清晰度等特點,但是其最大的特點還是跨平台性,即不僅能支持MacOS,同樣也能支持Windows系列。 ASF格式: 它的英文全稱為Advanced Streaming format,它是微軟為了和現在的Real Player競爭而推出的一種視頻格式,用戶可以直接使用Windows自帶的Windows Media Player對其進行播放。由於它使用了MPEG-4的壓縮算法,所以壓縮率和圖像的質量都很不錯(高壓縮率有利於視頻流的傳輸,但圖像質量肯定會的損失,所以有時候ASF格式的畫面質量不如VCD是正常的)。WMV格式:它的英文全稱為Windows Media Video,也是微軟推出的一種採用獨立編碼方式並且可以直接在網上實時觀看視頻節目的文件壓縮格式。WMV格式的主要優點包括:本地或網路回放、可擴充的媒體類型、部件下載、可伸縮的媒體類型、流的優先級化、多語言支持、環境獨立性、豐富的流間關係以及擴展性等。 RM格式: Real Networks公司所制定的音頻視頻壓縮規範稱為Real Media,用戶可以使用RealPlayer或RealOne Player對符合RealMedia技術規範的網路音頻/視頻資源進行實況轉播並且RealMedia可以根據不同的網路傳輸速率制定出不同的壓縮比率,從而實現在低速率的網路上進行影像數據實時傳送和播放。這種格式的另一個特點是用戶使用RealPlayer或RealOne Player播放器可以在不下載音頻/視頻內容的條件下實現在線播放。另外,RM作為目前主流網路視頻格式,它還可以通過其Real Server服務器將其它格式的視頻轉換成RM視頻並由Real Server服務器負責對外發佈和播放。RM和ASF格式可以說各有千秋,通常RM視頻更柔和一些,而ASF視頻則相對清晰一些。 RMVB格式: 這是一種由RM視頻格式升級延伸出的新視頻格式,它的先進之處在於RMVB視頻格式打破了原先RM格式那種平均壓縮採樣的方式,在保證平均壓縮比的基礎上合理利用比特率資源,就是說靜止和動作場面少的畫面場景採用較低的編碼速率,這樣可以留出更多的帶寬空間,而這些帶寬會在出現快速運動的畫面場景時被利用。這樣在保證了靜止畫面質量的前提下,大幅地提高了運動圖像的畫面質量,從而圖像質量和文件大小之間就達到了微妙的平衡。另外,相對於DVDrip格式,RMVB視頻也是有著較明顯的優勢,一部大小為700MB左右的DVD影片,如果將其轉錄成同樣視聽品質的RMVB格式,其個頭最多也就400MB左右。不僅如此,這種視頻格式還具有內置字幕和無需外掛插件支持等獨特優點。要想播放這種視頻格式,可以使用RealOne Player2.0或RealPlayer8.0加RealVideo9.0以上版本的解碼器形式進行播放。 CAM和TS: cam通常是用數位攝影機從電影院盜錄。有時會使用小三角架,但大多數時候不可能使用,所以攝影機會抖動。同時由於放攝影機的座位並非總是空的,使得有時拍攝不是水平的。如果後期剪裁很好,這很難看出,除非屏幕下方有字幕。由於聲音是從攝影機自帶的話筒錄製,所以經常會錄到觀眾的笑聲等聲音,尤其是喜劇片。因為這些因素,圖像和聲音質量通常都很差。但有時很幸運電影院相當空,這樣會錄到好一些的聲音。 telesync (ts):除了使用外置的音源(一般是影院座椅上為聽力不好的人設的耳機孔),telesysnc(ts) 和cam的標準是相同的。這個直接的音源並不能保證是好的音源,這是它因為受到很多背景噪音的干擾。很多時候ts是在空的影院錄製,或是用專業攝影機在投影室錄製,所以圖像質量可能比cam好。質量的起伏可能很大,在下載前最好查看sample。以上就是我們常說的「槍版」,並且很大比例的ts是從cam錯誤標記成,現在很少有人使用cam標記,大部分使用攝影機從螢幕上拍攝的影片都標以ts標記,這種版本畫面質量比較差,並且有很大的背景雜音。 Telecine (TC): 使用電視電影機從膠片直接數位拷貝,其圖像和聲音質量應該很好,往往採用ac3聲音編碼,你需要ac3聲音解碼器才能觀看。通常會使用正確的高寬比(2.35:1),但有時也有4:3的tc。這就是被大家經常誤會成dvdrip的膠片版,這種版本往往出現在影片公映一個月左右,畫面效果比ts版好,聲音效果和真正的dvdrip無異,是推薦大家欣賞的版本。但是由於仍使用轉錄的方式,畫面清晰度、畫面髮色數、對比度以及幀數方面都不如dvdrip版。DVDRIP的概念 DVDrip是以其接近DVD的畫質和音質,深受廣大電影愛好者的喜愛。那麼,什麼是DVDrip呢?簡單地說,所有用DVD做為片源進行重新壓縮編碼的文件都統稱為DVDRip,可用的壓縮編碼目前有很多,現在比較流行的有DivX、XviD以及最近的X264等等。因為編碼的不同,所以畫質也相差很大。但是,採用DivX或者XviD編碼的文件格式並不一定都是用DVD作為片源,槍版的影片或者VCD也可以轉DVDRip。經過DivX、XviD或者X264技術壓縮的DVDrip,只有原來DVD文件大小的幾分之一左右。DVDRip核心技術分為三部分:用Mpeg4來進行視頻壓縮,用MP3或AC3等壓縮音頻,同時結合字幕播放軟件來外掛字幕。其中字幕文件可以從DVD上用專門的軟件截取或者自己進行後期翻譯,並將其保存為諸如.sub、.ssa和.srt等格式的字幕文件。 在播放AVI文件時,外掛的字幕播放軟件會配合播放文件自動工作,同時觀看者還可以在外掛字幕軟件中進行語言選擇等多種操作。我們只要安裝好相關的軟件,在網路上獲得DVDrip文件和相關字幕以後,就可以在硬碟上連續播放有DVD效果的影片。播放這種編碼,對機器要求也不高,CPU只要300MHz以上,內存64MB,顯存8MB就可以流暢地播放了。HDTV的概念 HDTV即High-Definition TV ,高清晰數位電視。這個概念其實可以非常簡單地表達出來。所謂「數位」,是相對於原來的「模擬」而言,是指拍攝、編輯、製作、傳輸、接收等全過程都使用數位技術的電視系統。所謂「高清晰」,則是相對於「標清」(標準清晰度,SDTV)而言。什麼才算「高清晰」呢,目前就是三種模式:1280×720(非交錯式,場頻為24、30或60),也即我們平常說的720P。1920×1080(交錯式,場頻60),也即我們平常說的1080I。1920×1080(非交錯式,場頻為24或30),也即我們平常說的1080P。HDTV的視頻信號採用MPEG2進行壓縮,音頻信號則採用AC3壓縮。CHD提供的HDTV精加工作品,通常會用效果更好的DTS等音軌替代原始的AC3音軌,以求得更出色的效果;或者添加不同語言的音軌,製作成雙音軌或多音軌版本。DVD也是採用MPEG2進行視頻壓縮的,但這並不意味著能播放DVD的軟件就可以播放HDTV。因為DVD採用的MPEG2-PS格式,即MPEG2 Program Stream,主要用來存儲固定時長的節目。而HDTV採用的是MPEG2-TS格式,即MPEG2 Transport Stream,是一種視頻流格式,主要用於實時傳送節目。因此,要播放HDTV視頻源,不僅需要播放器有MPEG2-TS解碼器,而且還必須有專門的HDTV分離器。從網上下載的HDTV文件,許多是帶.tp或.ts副檔名的,要播放它們,首先必須有一個支持MPEG2-TS格式的分離器(Splitter Filter)。分離器的作用就是識別文件真正的格式,將其中的視頻流、音頻流數據分離出來,並發送給解碼器進行解碼處理。儘管DirectX裡提供了MPEG2格式分離器,但DirectX8以上的版本已取消了對TS流的支持,因此必須另外安裝HDTV格式分離器方可。  傳輸格式通常用以下的標號來解釋的:

1. 顯示器解析度的線數 (即係解像度如 1920x1080 / 1280x720等)2. 逐行的幀數(p)或者交織的場數(i) 3. 每秒的幀數或者交織的場數舉例來說,720p60就是1280×720象素,以每秒60幀的速度逐行編碼(60赫茲)。1080i50就是1920×1080象素,每秒50個場的速度交織編碼(25幀)。通常幀和場的速率是不考慮的,通常來說不是50就是60,除了1080p例外,一般的高清電視支援1080p24,1080p25或者1080p30。 幀和場的頻率也可以沒有解析度來表示,舉例來說24p就是每秒24個逐行幀,50i就是每秒25個交織的幀。

標準解析度(圖解)

  

而市面上好多標明 「HD-Ready」或 「HDTV-compatible」的電視, 表示該電視或者顯示設備可以通過一種新設計的HDMI訊號介面來接收HD視頻, 而並非真正的高清!

所以要買真正的高清電視就要認明是 Full HD 1920x1080p , 當然價錢亦會貴一截啦 !

HDRIP的概念 HDRip 是HDTVRip的縮寫,是用DivX/XviD/x264等MPEG4壓縮技術對HDTV的視頻圖像進行高質量壓縮,然後將視頻、音頻部分封裝成一個.avi或.mkv文件,最後再加上外掛的字幕文件而形成的視頻格式。實際上是對HDTV的2次壓縮,將原來的MPEG2編碼重編碼為MPEG4編碼。製作的HDRIP遵循嚴格的製作標準,盡力在文件大小和畫質之間取得最佳平衡點(通常控制在一部電影4.2GB左右,正好相當於一張DVD-R的容量,以便保存)。HALFCD的概念 HALFCD是TLF論壇提出的一種新的視頻封裝方法的名稱,也可縮寫為HFCD。 一部通常的電影的文件總大小約為350M,即半張CD的容量,所以稱為HALFCD. 視頻採用先進的X264編碼技術,音頻採用先進的HE-AAC+PS編碼技術,某些較長的影片如超過2小時,會採用500M容量;超過3小時,採用 700M容量,以保證畫面質量。 在極低的碼率下可以得到非常優秀的畫面。BDRIP的概念 BD是Blue Disk的簡稱,翻譯成中文是「藍光影碟」的意思。DVD的激光頭現在用的是橙紅色,蘭光的波長更小,也就是在碟片上的聚焦點更小,這樣就能把更多的數據儲存在同樣大小的碟片上,這就是藍光的基本原理了,一張碟片好像是能儲存50G的內容。 藍光影碟機是用藍色激光讀取碟上的文件。因藍光波長較短,可以讀取密度更大的光。那麼藍光為什麼可以讀寫密度更大的光呢?這要 從激光談起:讀寫用的激光,是一種十分精確的光,精確到極限,就是光波長的一般,由於紅光波長有700納米,而藍光只有400納米,所以藍激光實際上可以更精確一點,能夠讀寫一個只有200nm的點,而相比之下,紅色激光只能讀寫350nm的點,所以同樣的一張光,點多了,記錄的信息自然也就多了。 Blue-Ray Disk是藍光,是DVD的下一代的標準之一,主導者為索尼與東芝,以索尼、松下、飛利浦為核心,又得到先鋒、日立、三星、LG等巨頭的鼎力支持。存儲原理為溝槽記錄方式,採用傳統的溝槽進行記錄,然而通過更加先進的抖顫尋址實現了對更大容量的存儲與數據管理,目前已經達到驚世駭俗的100GB。與傳統的CD或是DVD存儲形式相比,BD光顯然帶來更好的反射率與存儲密度,這是其實現容量突破的關鍵。 與藍光相對的是HD-DVD陣營,原本東芝已經加入藍光陣營,然而利益的分配以及相關技術特性誘使東芝斷然退出該組織,轉而聯合NEC開發 Advanced Optical Disk,並且得到DVD-Forum的鼎力支持,改名為HD DVD。由於藍光DVD和當前的DVD格式不兼容,直接加大了廠商過渡到藍光DVD生產環境的成本投入,因此大大延遲了藍光成為下一代DVD標準的進程。不過另外一位DVD論壇的主要成員東芝則帶來了一款和藍光完全不兼容的新技術AOD(Advanced Optical Disk)光。由東芝和NEC聯合推出的AOD技術相比於藍色激光最大的優勢就在於能夠兼容當前的DVD,並且在生產難度方面也要比藍光DVD的生產難度低得多。藍光光碟碟的直徑為12cm,和普通光(CD)及數位光(DVD)的尺寸一樣。這種光利用405n藍色激光在單面單層光上可以錄製、播放長達27GB的視頻數據,比現有的DVD的容量大5倍以上(DVD的容量一般為4.7GB),可錄製13小時普通電視節目或2小時高清晰度電視節目。藍光光碟採用MPEG-2壓縮技術。相關概念MPEG-2MPEG的全稱是運動圖像專家組(Moving Picture Experts Group)。MPEG壓縮標準是針對運動圖像而設計的、基本方法是——在單位時間內採集並保存第一幀信息,然後就只存儲其餘幀相對第一幀發生變化的部分,以達到壓縮的目的。 MPEG壓縮標準可實現幀之間的壓縮,其平均壓縮比可達50:1,壓縮率比較高,且又有統一的格式,兼容性好。MPEG-2標準是在繼以VCD和MP3為代表的MPEG-1產品成功受到到肯定後,於1994年所推出壓縮標準,以實現視/音頻服務與應用互操作的可能性。MPEG-2標準是針對標準數位電視和高清晰度電視在各種應用下的壓縮方桉和系統層的詳細規定,編碼碼率從每秒3兆比特~100兆比特,標準的正式規範在ISO/IEC13818中。MPEG-2不是MPEG -1的簡單升級,MPEG-2在系統和傳送方面作了更加詳細的規定和進一步的完善。MPEG-2特別適用於廣播級的數位電視的編碼和傳送,被認定為SDTV和HDTV的編碼標準。DVD影碟就是採用MPEG-2壓縮標準。一般採用.mpg、.tp和.ts為後綴的HDTV文件就是採用的MPEG-2壓縮的。 MPEG-4近年來,MPEG-4悄悄地在市場上嶄露頭角,在最新出品的DV(數位攝影機)、PDA、手機,以至於視頻點播、卡拉OK、監控系統等產品說明上,都陸續出現「MPEG-4」字眼,一場取代MPEG-2的市場大戰似乎即將打響。MPEG-4於2000年經國際標準組織ITU和ISO審核後,成為國際視頻壓縮標準之一。MPEG-4壓縮採用了MPEG-4的視頻壓縮方式,配上 MPEG-1的音頻壓縮方式(MP3),生成了圖像質量接近DVD,聲音質量接近CD,卻有著更高的壓縮比。與以往的「老前輩」MPEG-2相比,MPEG- 4除了具有驚人的數據壓縮比,經過MPEG-4的壓縮的文件尺寸可以達到MPEG-2的1/3,而仍然保有極佳的音質和畫質。可以用最少的數據獲得最佳的圖像質量,因此滿足了低碼率應用的需求。但是由於MPEG-4標準派生出各種規格,例如DivX、XviD等等,代表著不同規格利益的商業集團和一些支持免費共享資源的技術團體相互爭鬥的結果,導致各種MPEG-4規格的兼容性很差。在播放MPEG-4壓縮的視頻文件時,往往讓人們不知道如何選擇。採用MPEG-4壓縮的視頻文件的視頻文件一般後綴名為.avi,很容易與微軟的AVI格式溷淆,不容易直接從後綴名辨認,只能通過解碼器來識別。 WMV-HDWMV-HD是由軟件業的巨頭微軟公司所創立的一種視頻壓縮格式。其壓縮率甚至高於MPEG-2標準,同樣是2小時的HDTV節目,如果使用MPEG-2最多只能壓縮至30GB,而使用WMV-HD這樣的高壓縮率編碼器,在畫質絲毫不降的前提下都可壓縮到15GB以下。WMV-HD,基於WMV9標準,是微軟開發的視頻壓縮技術系列中的最新版本,儘管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,從而在桌面系統得以迅速普及。在性能上,WMV-HD的數據壓縮率與H.264一樣,兩者的應用領域也極其相似,因此在新一代主流視頻編碼標準霸主地位的爭奪之中,雙方展開了針鋒相對的鬥爭,而鬥爭的焦點集中在下一代光碟規格「HD DVD」和數位微波廣播電視等領域。一般採用.wmv為後綴的HDTV文件就是採用的WMV-HD壓縮的。目前DVD論壇已經初步批准將微軟的MPEG-2、H.264和WMA-HD作為下一代DVD即HD-DVD技術的強制執行標準。 H.264H.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最具價值的部分無疑是更高的數據壓縮比。在同等的圖像質量條件下,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,在網路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。與MPEG-4一樣,經過H.264壓縮的視頻文件一般也是採用.avi 作為其後綴名,同樣不容易辨認,只能通過解碼器來自己識別。 x264x264是一個基於h.264的免費開源的視頻Codec,屬於後起之秀,已經受到眾多Riper的青睞,但是與Xvid相比,其在解碼時對硬件的要求更高。 DivXDivX 是一項由 DivXNetworks公司發明的,類似於MP3的數位多媒體壓縮技術。DivX基於MPEG-4標準,可以把MPEG-2格式的多媒體文件壓縮至原來的10%,更可把VHS格式錄影帶格式的文件壓至原來的1%。通過 DSL或cable Moden等寬帶設備,它可以讓你欣賞全屏的高質量數位電影。無論是聲音還是畫質都可以和DVD相媲美。同時它還允許在其他設備(如安有機頂盒的電視、PocketPC)上觀看。由於Divx後來轉為了商業軟件,其發展受到了很大限制,表現相對欠佳,在競爭中處於了劣勢。今年6月,DivXNetworks公司推出了最新的Divx6,有一定提高。CHD新近製作的一部分HDrip就採用了這一最新的編碼技術。 XvidXviD是一個開放源碼的MPEG-4 多媒體解碼器,它是基於OpenDivX而編寫的。XviD是由一群原OpenDivX義務開發者在OpenDivX於2001年7月停止開發後自行開發的。XviD支持多種編碼模式,量化 (Quantization) 方式和範圍控,運動偵測 (Motion Search) 和曲線平衡分配 (Curve),動態關鍵幀距 (I-frame interval),心理視覺亮度修正,演職員表選項,外部自定義控制,運動向量加速 (Hinted Me) 編碼,畫面優化解碼等眾多編碼技術,對用戶來說功能十分強大。這也是目前被Riper使用最為廣泛的編碼技術。有損壓縮:簡稱YSYS,意思是將經過解密的原汁原味的數位信號進行壓縮,以便裝入容量較小的碟面裡。有損壓縮所產生出來的DVD碟片,無論圖像還是聲音質量都會有所下降。 AC3音質:1994年,日本先鋒公司宣佈與美國杜比實驗室合作研製成功一種嶄新的環繞聲制式,並命名為「杜比AC-3」(Dolby Surround Audio Coding-3)。1997年初,杜比實驗室正式將「杜比AC-3環繞聲」改為「杜比數位環繞聲」(Dolby Surround Digital),我們常稱為Dolby Digital。 杜比AC-3提供的環繞聲系統由5個全頻域聲道和1個超低音聲道組成,被稱為5.1聲道。5個聲道包括左前、中央、右前、左後、右後。低音聲道主要提供一些額外的低音信息,使一些場景,如爆炸、撞擊等聲音效果更好。除了超重低音部分外,其餘皆是全頻段Stereo聲道,48KHz,16bit,且現場拍攝時每個聲道皆是獨立麥克風來錄製,所以AC-3的後環繞聲道擁有完整的定位能力。 AC-3發展當初是為了應用在電影院上的,AC-3音效因為膠卷的空間實在有限,所以AC-3音效的數據是存放在膠捲上,齒孔與齒孔的中間,這部分的空間實在太小了,所以杜比的工程師只好將他們認為人耳聽不到的地方加以刪除,藉以節省空間,這種破壞性的壓縮還是會造成失真的,但是為了遷就原有器材上的限制,這也是逼不得已的做法。 AC-3數據的流量,兩聲道是192Kbps,大約是未壓縮數據的8分之一大小,5.1聲道的流量是384Kbps~448Kbps,最高可提升到640Kbps,越大的數據流量代表越小的壓縮比例,音質相對的會更好,可聽到的細節也會多,但Dolby AC-3將S/N比控制的很好,所以影響的重點就是可聽到的細節多寡與否了。 mp3 VBR:VBR和rmvb裡的vb是一個意思,就是可變碼率(Variable Bit Rate)。mp3音軌是製作DVDrip的時候將AC3音軌經過處理後得到的,一般大小在AC3的1/2到1/3。這個解碼一般不需要另外裝就可以播放了。 ogg:ogg是類似mp3的一種音樂壓縮格式,有些製作者認為ogg比mp3表現的更加優越,因為採用了ogg的音軌,不過從現在看來,主流還是mp3。 DTS音軌:為 Digital Theatre System 的縮寫,即數位影院系統。它是1996年底推出的一種源自劇院模式開發的數位環繞聲系統。DTS 系統不僅具有 AC-3 相似功能,更加強了其縱深定位交叉效果。DTS 芯片容量為 1536kbps,壓縮傳輸比為 4:1;而 AC-3 芯片容量為 448kbps,壓縮比為 10:1。正是由於DTS 信息容量的增加,音色更加優美,不但可以聆聽 Hi-Fi 音樂,同時也可以欣賞爆棚影視軟體。 由於DTS 以 20bit 在 48kHz 的頻率中工作,提供 6 聲道信息,它所創造出的音域環繞聲效果,能滿足眾多AV 發燒友最挑剔的要求。聽音者完全被這種氣勢所包圍,真正體驗360 度數位環繞音響效果。 DTS 和杜比數位在音質上有著明顯的不同,前者聲音力度強勁,聲音的上升和切入都很尖銳,音場的透明感清晰可聞,尤其是豐富的低音效果表現得更加激烈火爆。後者在低音方面缺少豐富的力度,聲音的上升和切入就顯得有些曖昧。也就是說DTS 在某些細節和分辨力方面比AC-3還略勝一籌。它的另一個特點是能重放發燒友追求的HDCD,這就意味著DTS的聲音表現能顯著地超越目前任何最好的CD 錄音。目前市面上已經有不少DTS格式的CD出品了。從技術上講,DTS與包括Dolby Digital在內的其它聲音處理系統是完全不同的。Dolby Digital是將音效數據存儲在電影膠片的齒孔之間,因為空間的限制而必須採用大量的壓縮的模式,這樣就不得不犧牲部分音質。DTS公司用一種簡單的辦法解決了這個問題,即把音效數據存儲到另外的CD-ROM中,使其與影像數據同步。這樣不但空間得到增加,而且數據流量也可以相對變大,更可以將存儲音效數據的CD更換,來播放不同的語言版本。 DVDscrDVD-SCREENER (DVDscr)DVDscr 和 SCREENER 相似,但是從 DVD 轉制。通常是 1.85:1 寬銀幕,但是不包括零售版會有的花絮。TICKER經常不在黑邊裡,所以會影響觀看。如果轉制者稍有技術,DVDScr應該很好。通常被轉製成 SVCD 或 DivX/XviD。 SCREENER (SCR)是在電影發行 VHS 錄影帶之前送到錄影出租店及其他地方用做促銷目的。SCREENER 使用 VHS 錄影帶,通常使用 4:3(全屏)的高寬比,但有時也會有LETTERBOXED(1.85:1寬銀幕) SCREENER. 主要的缺點是有「TICKER」(在屏幕下方滾動的消息,包含版權和反盜版電話號碼)。同時,如果錄影帶包含任何序列號或可以導致查出錄影帶來源的記號,這些記號必須被遮掉,通常使用一個黑斑遮住上述部位。有時這些記號只出現幾秒鐘,有時也可能不幸在怎個電影中出現,而且有時會很大。根據使用的設備,SCREENER的質量可能是極好,如果是從原版拷貝;也可能很差,如果是從翻錄的拷貝錄製,同時又使用很爛的捕捉設備和錄影機。大多數的 SCREENER被轉製成VCD,現在也出現了SVCD;有些看起來比另一些好。----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------什麼是藍光?藍光,也被稱為藍光光碟(BD)是一種下一代光碟格式的名字。這個格式是為了能夠在光碟上錄製,複寫和播放高清晰度視頻(HD),以及存儲大量的數據而開發的。藍光格式可以提供傳統DVD5倍以上的存儲容量,可在一張單層藍光光碟上存儲多達25GB數據。而這一數字在雙層光碟上更達到了驚人的50GB

Q:藍光是由誰開發的?

A:藍光光碟格式是由藍光光碟協會(BDA)開發的,藍光光碟協會是一個由消費電子產品公司,電腦公司及媒體發行商巨頭組成的組織,成立於2004年5月22日。目前擁有來自世界各地的超過170家會員公司。

其董事局目前的構成如下:

Apple Computer, Inc.(蘋果電腦公司)Dell Inc.(戴爾)Hewlett Packard Company(惠普公司) Hitachi, Ltd.(日立有限公司)LG Electronics Inc. (LG電子公司)Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.(松下電器產業株式會社) Mitsubishi Electric Corporation(三菱電氣公司) Pioneer Corporation(先鋒公司)Royal Philips Electronics(皇家飛利浦電子公司) Samsung Electronics Co., Ltd.(三星電子有限公司) Sharp Corporation(夏普公司)Sony Corporation(SONY公司)Sun Microsystems, Inc. (太陽微系統公司)TDK Corporation (TDK公司) Thomson Multimedia(湯姆遜多媒體) Twentieth Century Fox(二十世紀福克斯電影公司) Walt Disney Pictures(沃爾特迪士尼影業)Warner Bros. Entertainment(華納兄弟娛樂公司)

Q  :一張藍光光碟能存儲多少數據?

A:單層光碟能存儲25GB數據。 雙層光碟能存儲50GB數據。

為了確保藍光格式具有高更好的可擴展性(升級性),它還支持多層光碟。在未來,只需要簡單地為藍光光碟添加更多的層數就可以使其存儲容量增加到100GB - 200 GB(25GB/層)。

Q :藍光光碟在讀/寫數據時能達到多快的速度?

A :據藍光光碟標準,1倍速的讀/寫速度被定義為36Mbps。不過,由於藍光電影需要至少54Mbps的數據傳輸率,目前使用最廣泛的是2倍速(72Mbps)。當然,藍光可以達到更高的速度。如果我們假設光碟的最高轉速為10000rpm時,在光碟的外圈達到12倍速是有可能的(約400Mbps)。這就是為什麼藍光光碟協會(BDA)已經計劃在將來把速度提高到8倍速(288Mbps)或者更高。

Q: 藍光支持什麼視頻編解碼格式?

A: MPEG-2 - MPEG-2的HD增強版,也可用於播放DVD或者錄製高清晰度電視。 MPEG-4 AVC - MPEG-4標準的一部份,也稱為H.264標準(MPEG-4的最高也是主要的編碼格式)。 SMPTE VC-1 - 標準基於微軟的WindowsMediaVideo(WMV)技術。SMPTE即美國電影和電視工程師協會縮寫。

Q: 藍光支持什麼音頻編解碼格式?

A: Linear PCM(LPCM) - 支持多達8個聲道的無損音頻。Dolby Digital(DD) - 在DVD上被稱為AC3格式,支持5 .1聲道環繞音效。 Dolby Digital Plus(DD+) - Dolby Digital格式的增強版,支持更高的比特率和7.1聲道環繞音效。 Dolby TrueHD - MLP無損壓縮技術的增強版,支持多達8個聲道的無損編碼音頻。 DTS Digital Surround – 目前在DVD上使用的格式,支持5.1聲道環繞音效。 DTS-HD - DTS的增強版,提供了更高的比特率和多達8個聲道的音頻。

請注意,支持以上的音視頻編碼格式只是意味著所有的藍光影碟機和藍光錄像機都可以正常播放這些視頻及音頻編解碼格式,但具體使用哪種編碼格式來發行影片是由電影公司決定的。

Q: 藍光和HD-DVD是一回事嗎?

A: 不,HD-DVD(以前曾被稱作AOD)是由東芝和NEC公司主導開發的下一代光碟格式的名字。這種格式和藍光是頗為不同的,但也是使用藍色激光技術來實現更高的存儲容量。HD-DVD格式是在DVD論壇的支持下作為當前DVD技術的可能繼承者之一開發的。

XviDXviD是最新的MPEG-4 codec,而且是第一個真正開放源代碼的,一旦完成就會通過GPL協議發佈。在最近的codec比較中,我發現XviD的表現令人驚奇的好,儘管在alpha版本中不盡人意。若作為一個beta版的測試者不會嚇到你的話,XviD也許正是你所需要的。

DivX 跟 XviD 採用不定時設立關鍵畫面來改善原先固定時間關鍵畫面所造成的動態畫面畫質不佳的情形, 而 2 PASS 的壓縮模式使畫質更加滑順, 基本上兩種編碼的效果差別不大, 不過就同畫質的檔案大小來說 XviD 更省容量, 這也就是網絡上流傳的影片, DivX 編碼的大多為兩片 CD, 而 XviD 編碼的大多僅需一片 CD 容量即可!

DivX 的版本從 2,3,4 一直跳到 5, 本來是非營利提供網友使用, 後來自 DivX 後開始當成商業軟件, 其中有一部份就離開再行開發出非營利的譯碼程序, 那就是XViD。(大概這也就是為何要把 DivX 倒過來寫的原因!)

幾經波折的誕生記

4 年以前, 在 PC 上能用的唯一 MPEG-4 編碼器就是由微軟所開發的, 包括 MS MPEG4 V1、MS MPEG4 V2、MS MPEG4 V3 的系列編碼核心。其中前面兩種都可以用來製作 AVI 檔案, 至今都作為 Windows 的默認組件。不過 V1 和 V2 的編碼質量都還不太好, 直到 MS MPEG4 V3 開始, 畫面質量有了顯著的進步。不過微軟卻決定僅將這個 MS MPEG4 V3 的視頻編碼核心封閉在 Windows Media 流媒體技術, 也就是我們熟知的 ASF 檔案之中, 不再能用於 AVI 檔案。ASF 檔案當然有一些好處, 但是過於封閉甚至不能被編輯, 惹惱了天不怕地不怕的電影駭客。很快便有小組修改了微軟的 MS MPEG4 V3, 解除了不能用於 AVI 檔案的限制, 並開放了其中一些壓縮參數,由此, 也就誕生了我們今天所熟悉的 MPEG4 編碼器 DivX 3.11。

DivX廣泛流行, 成為 DVDRip 的標準, 問題是, 它的基礎技術是非法盜用微軟的,只能在地下裡流傳卻上不了檯面, 無法進行更廣泛的產品化, 更無法生產硬件播放機。在這種情況下, 一些精通視頻編碼的工程師 (包括原 DivX 3.11 的開發者) 成立了一家名為 DivX Networks Inc. 的公司, 簡稱 DXN。DXN 發起一個開放原始碼項目 Project Mayo, 目標是開發一套全新的、開放原始碼的 MPEG4 編碼軟件。特別是完全符合 ISO MPEG4 標準的 Open DivX CODEC 吸引了許多軟件高手參與, 並很快開發出Open DivX 編碼器和譯碼器原型, 之後又開發出更高性能的編碼器 Encore 2 等等。這一時期, 主要編碼工作是 DXN 的人在做, 而許多技術難關的解決得力於來自開放原始碼社會的幫助。

就在一切都看起來進展順利的時候, 好戲上演了。Project Mayo 當然是開放原始碼, 但不是依據 GPL (通用公共許可證, 一種開放原始碼項目中常用的保障自由使用和修改的軟件或原始碼的協議) 。DXN 在設計授權協議時留了一手, 2001 年 7 月, 就在 Encore 2 基本成型, 差不多可以產品化的時候, DXN 另搞了一個 DIVX.COM 網站, 封閉了原始碼, 發佈了他們自己的 DivX 4。DivX 4 的基礎就是 Open DivX中的 Encore 2, 但利用了 DivX 的牌號, 可以說出乎意料的擺了所有人一道。由於DXN 不再參與, Project Mayo 陷於停頓, Encore 2 的原始碼也被 DXN 從服務器上撤下。經過激烈的爭論, DXN 當然承認 Encore 2 在法律上是開放的, 但仍然拒絕把它放回服務器。開放原始碼社會就這樣被狠狠地涮了一回。

Open DivX 尚不能實際使用, 而 DivX 4 (以及後續的收費版本 - DivX 5) 等等都成了私有財產, 許多人為打破微軟壟斷而無償付出的智能和勞動僅僅是幫助了 DXN發財, 這種結果當然是不能被接受的。為此, 整個 0dayz 組織永遠的拒絕了 DXN 公司的 DivX45, 而原 Open DivX 開發組中的倖存者, 逐漸重新聚攏開發力量, 在最後一個 Open DivX 版本的基礎上, 發展出了 XviD。

劫後餘生的 XviD 到線在又度過了近 1 年時間, 它繼承並發展了 Open DivX Encore 2, 性能得到極大提高, 被認為目前世界上速度最快的 MPEG4 CODEC。XviD重寫了所有代碼, 並吸取前車之鑒依照 GPL 發佈 (注意不再是 LGPL, 所以誰要是想用它做成產品而不開放原始碼是非法的) 。不過, 因為 MPEG4 還存在專利權的問題, 所以 XviD 只能仿照 LAME 的做法, 僅僅作為對如何實現 ISO MPEG-4 標準的一種研究交流, 網站上只提供原始碼, 如果要使用就要自己編譯原始碼或者到第三方網站下載編譯好的可運行版本。

想當初 Gaj 之流的幾個傢伙搞 Open DivX 的時候, 一開始是很像一個像模像樣的開放原始碼項目, 很多人都被吸引過去一起開發, 測試。直到後來, 那幾個傢伙一夜之間露出騙子的本來面目了, 把 Open DivX 的成果一股腦帶走, 變成了封閉原始碼的 DivX4, 而後進一步變成現在的收費的 DivX 5 了。本來很好的 Open DivX 被逼流產, 不過也就促成了今天 XviD 的誕生、發展和壯大。現在的 XviD 更可以說超越了 DivX 5, 以更好的質量, 更強的功能挑戰著新一代的 MPEG4 應用戰場。

豐富多彩的技術特性

不僅 XviD 的出線本身就是開放原始碼社會中典型的一部教科書, 它在技術上的各種新特性也都是貨真價實、童叟無欺的。對於一個第二代的 MPEG4 視頻編碼核心來說, XviD 的各種算法設計都有代表性的先進意義。

多種編碼模式:

除了最原始單重估定碼流壓縮 (1-pass CBR) 之外, XviD 提供了包括 : 單重質量模式動態碼流壓縮、單重量化 (Quantization) 模式動態碼流壓縮、和包括外部控制和內部控制的兩種雙重 (2-pass) 動態碼流壓縮模式。XviD 顯然是目前 PC 上的MPEG4 編碼核心中, 可選模式最多的視頻編碼。

其中特別是雙重 (2-pass) 動態碼流壓縮模式, 通過檢測畫面運動幅度以最優化的方式曲線分配畫面量化幅度, 使充滿活性元素的視頻影片可以在佔用空間和畫面質量之間獲得最佳的平衡。而單重量化Quantization) 模式動態碼流壓縮, 可以高速地一次性生成可控畫面細節的動態碼流視頻檔案, 在較少的壓縮時間代價之下, 可以獲得較穩定的畫面細節質量, 這都是單純的 DivX 3.11 所不具有的優秀功能。

量化 (Quantization) 方式和範圍控制

量化 (Quantization) , 簡單的說就是在編碼時通過對時間或空間上相鄰的畫面單元進行同化、模糊細節的程度, 是對畫面質量最基本的控制因素。XviD 不僅提供了標準的 MPEG 量化方式, 還特地提供了更適合低碼流壓縮的 .h263 量化方式。並且XviD 還可以在雙重 (2-pass) 運算時, 根據對畫面信息的綜合分析, 動態的決定某段場景的畫面量化方式, 真可以說是為網絡媒體檔案傳播中, 空間與畫質的平衡而考慮, 設計貼心得到家了。

除了量化方式選擇, XviD 還提供了強大的對壓縮過程中的量化幅度的範圍控制。用戶可以選定壓縮時允許使用的量化幅度範圍。例如設定一個量化的上限, 就可以避免可能出線的畫質大幅下降的情況。

運動偵測 (Motion Search) 和曲線平衡分配 (Curve)

對畫面逐幀進行運動偵測, 以及對全片段的運動偵測結果進行分析後, 重新以曲線平衡分配每一幀的量化幅度, 以做到 : 需要高碼流的運動畫面可以分配更多空間、更高的碼流、更低的量化幅度來保持畫面的細節; 而對於不包含太多運動信息的靜態畫面, 則消減分配預算。這種把好鋼用在刀刃上的做法, 是 XviD 做為第二代MPEG4 編碼的核心內容。

XviD提供了多極運動偵測精度, 包括半像素插值 (half pixel interpolation) 的技術以 16x16 像素的微區塊為單元標示上運動向量; 以及 4 分運動向量 (inter4v motion vectors) 的方式, 以 8x8 的像素區塊為單元更細緻的紀錄運動向量以供二重分析。

動態關鍵幀距 (I-frame interval)

動態關鍵幀距是另一個 XviD 所具有的, 在空間和畫面之間獲得最大平衡的技術。我們知道在視頻壓縮中不是每一幀都記錄著全部的畫面信息, 事實上只有關鍵幀記錄著完整的畫面信息, 而後續的 P 幀 (P-Frame) 僅僅是紀錄下與之前一幀的差值。如果關鍵幀之間的畫面變化很大, 則會浪費寶貴的空間在 P-Frame 上; 而加入把變化很大的那一幀記錄在關鍵幀裡, 那么由於後續的幀不再有更大的變化, 就可以節省P 幀所需的空間。因此, 根據畫面鏡頭切換和運動幅度來變換關鍵幀的位置, 對於視頻壓縮下的畫面質量提高, 就有著事半功倍的效果。

心理視覺亮度修正

除了基本的 MPEG4 編碼外, XviD 還提供了不少附加功能。其中典型的就是心理視覺亮度修正。這個功能可能通過去除肉眼不能分辨的亮度信號和亮度差異, 來提高壓縮效率。遺憾的儘管這個設計非常的有創意, 但是目前的實際應用中卻會導致肉眼可見的畫面質量下降, 還期待在日後的版本中可以有所改進。

演職員表選項

另外一個貼心的設計是電影專用的"演職員表選項"。這個功能可以在用戶指定的某些不必要保留細節的段落處 (例如電影的演職員表) , 設定下極低的碼流。甚至壓縮到正片碼流的10%以下, 可以節省不少空間, 設計的也非常的貼心。

外部自定義控制

除了 XivD 自己的內部曲線分配控制方式外, XviD 也提供了外部的開放接口。允許使用者略過 XviD 本身的編碼分析核心, 利用第三方提供的外部分析工具, 例如Gordian Knot, 生成的分配好的控制檔案, 再交還 XviD 做最終的二重運算壓縮。這種方式擴展了 XviD 的可用性和用戶控制程度, 因為像 Gordian Knot 這種軟件甚至可以做到由用戶控制每一幀的量化幅度和碼流分配額度, 可以為高級應用提供更多的可能性。

運動向量加速 (Hinted Me) 編碼

XviD 還有專為提高編碼效率而開發的設計, 就是紀錄下畫面的運動向量信息至一個 Log 檔案中。再在二重運算壓縮時通過直接讀取該檔案中的信息, 節省下對運動向量信息的重複運算, 大幅提高編碼速度。

畫面優化譯碼

不僅在編碼上 XivD 擁有強大的功能, 在譯碼時的畫面優化方面, XviD 也有很多新的建樹。例如 "Horizontal deblock (Y)" 可以柔化水平方向的亮度馬賽克; "Horizontal deblock (C)" 可以柔化水平相的色度馬賽克; "Deringing(Y)" 可以柔化環狀亮度色斑; "Deinging (C)" 可以柔化環狀色度色斑; "mosquito" 可以減少畫面中的蚊狀噪斑。並且, 這些 XviD 的畫面優化手段都是可選的, 因此只要關閉

幾個不是那么必要的選項, 就可以在低配置的PC機上播放。

正在開發的 B 影格

另一個 XviD 中引人注目的技術發展, 就是 B 影格。我們知道 I 影格就是關鍵影格, P 影格在關鍵影格之間, 只儲存與之前一幅已解壓畫面的差值。B 影格與 P 影格的原理一樣, 但除了三者之前解壓了的畫面外, 亦會參考後面一影格中的畫面信息。因此 B 影格解壓出來的畫面比P影格就要來的好。

之前的 MPEG4 編碼核心都僅僅使用了 I 影格和 P 影格存儲畫面。如果能在此基礎上使用 B 影格技術, 自然可以在畫質和壓縮比上更上一層樓。目前 XviD 已經為開發人員提供了測試性質 B 影格體驗版的 XviD 編碼核心, 相信不久的將來, XviD 就可以把 MPEG4 編碼的優勢發揮到極致, 成為網上視頻記錄格式的盟主。

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視頻壓縮和MPEG降噪技術  理論上,數位電視(DTV)畫面品質優於傳統的模擬電視,沒有鬼影、雪花、顫動和色彩失真等等問題。而且,模擬電視信號正如可以論證的那樣,最大的缺陷就是畫面斑點甚多,且因為對高頻信號響應不足而導致畫面不夠細膩,簡單地說,就是帶寬不夠。圖像越細緻,分辨率就越高,所需要的帶寬就越大。

        很久以前,美國官方就把可用頻譜中的每6MHz帶寬分配給美國廣播公司的每一個頻道以提供模擬電視信號,這種對視頻帶寬的限制及其對應的顯示標準(NTSC色彩空間),就決定了傳統電視機的特徵,並在幾十年時間裡決定了電視畫面的質量。

        隨著數位電視的出現,廣播公司看到了能更充分地利用其分配的帶寬的機會。的確,從他們的角度來看,數位電視最突出的優點莫過於容許在同樣的帶寬內傳輸更多的頻道,並且同樣能支持後續的高清晰度電視節目(HDTV)。

冗長的數據

         HDTV對技術的要求非常高。傳統傳播模擬信號的NTSC信號在一個頻道6MHz帶寬內最低要使用4.2MHz的帶寬,並以29.97Hz的場頻掃瞄525線。經過數位量化和編碼壓縮之後,該信號可以被記錄在DVD上,其位傳輸bit率從2Mbits/s到10Mbits/s(支持自適應),平均為4Mbits/s。比較而言,典型的HDTV具有5倍於模擬TV的分辨率。因此在同樣條件下,傳輸數據率應該是模擬信號的5倍才能達到同樣的性能。

        無論是傳統的空中廣播(OTA)、有線電視公司的機頂盒,還是衛星電視,他們都在傳輸信號時受到帶寬的制約,在受限的帶寬上他們還要附加佔用帶寬的服務,包括互動廣播、收費頻道和電視節目表等等。

      那麼,怎樣才能解決問題呢?採用壓縮技術是一種辦法。

數位視頻壓縮引起失真

        目前最常用的數位視頻壓縮算法是MPEG-2。從現有的衛星電視傳輸、有線數位電視傳輸到空中數位廣播,MPEG-2在各種應用中已經被國際上廣為採用。

        MPEG-2首先通過運動補償去除時間冗余,然後將一幀圖像分割成一個個8x8的相素點陣,在每個點陣內使用DCT(離散餘弦變換)去除空間冗余。DCT完成後通過量化和重組後壓縮就完成了,然後進行可變長編碼,最後進行霍夫曼編碼。整個壓縮過程極大的減少了比特率(>10:1壓縮比)。

        然而,比特率的減少也帶來了問題,因為編碼損失了一些原始的視頻信息,有可能引起嚴重的負作用,所以,MPEG-2被稱為有損編碼。它丟棄了被認為視覺上較為次要的圖像信息。壓縮得越大,編碼後的圖像與原始圖像的差異就越大。圖像質量和逼真度現在取決於所選擇的(或通常是施加的)壓縮級別。因為它直接與可用帶寬相關,我們必須問問自己,什麼時候才不出現過度的視頻壓縮呢?看得見的失真

        在數位信號傳輸中的帶寬限制以及過分的圖像壓縮,使壓縮後的圖像完全不同於模擬世界看到的圖像。

        通常,模擬圖像變差(或噪聲)經常是以高斯噪聲的形式出現,該噪聲的優點是它會保留基本的內容並且因為人眼視覺缺陷而不易被發覺。我們常常會看到那些有些模糊而讓人不那麼舒服的模擬圖像,但是,這並不會讓人覺得明顯的反感。

       數位噪聲遵循的是一種不同的分佈模式,更重要的是,其特殊的形態讓人的視覺感到很不自然。當將MPEG-2編碼(或任何基於DCT模塊的編解碼)用到極限,失真就主要有兩種方式:蚊式噪聲(Mosquito noise)和方塊效應(Blocking artifacts)。

蚊式噪聲和a.k.a. Gibbs效應

蚊式噪聲

        在清晰的彩色背景上,圍繞突出物體、電腦仿真物體或滾動的字符周圍的蚊式噪聲最為明顯。它看起來像某種圍繞物體與背景之間高頻分界(在前景物體與背景之間形成的尖銳跳變)的朦朧的東西或閃光體,甚至有時它被誤認為是環繞物。不幸的是,這種細小的效應在人身體之類更接近自然的形狀上也能看到。VIRIS項目組(視頻參考損傷系統)將蚊式噪聲定義為「伴隨著運動物體邊緣的失真,表現為圍繞著物體四周有一層象飛行物體和/或模糊的氣泡的物質(就像蚊子圍繞著人頭部和肩膀飛)」。

        當重建圖像並因為使用用反餘弦變換丟棄一些數據時,就會出現蚊式噪聲。

        「蚊子」在一張圖像的其它部分也可以找到,例如,在特定的紋理分界處或顆粒狀物體處也會出現蚊式噪聲。結果就有點類似隨機噪聲了,噪聲看起來似乎與紋理或顆粒物混合在了一起,看起來就像畫面的原始特徵。

方塊效應

方塊效應

        方塊效應,名副其實,在圖像中表現出令人討厭和不自然的方塊。有時侯表現為一大塊,它是一種圖像的失真,且是由分塊編碼結構造成的。

        當編碼達到最大化的時候,每個像素點陣就會被相當粗糙地取平均,使之看上去像一個大像素。每一個像素點陣的計算都不一樣,這樣就造成了各個點陣之間像是有明顯的邊界一樣。

        當物體或攝像機快速運動的時候該效應更為明顯。最佳的例子是在NFL(美國國家足球聯盟)廣播過程中,抱球飛奔的運動員看起來就像老式任天堂遊戲機裡的馬利奧兄弟似的。

預平滑

         儘管預平滑不是圖像壓縮處理算法中的一種,但它已經被用於消除這種數位失真。

        廣播公司和內容提供商已經越來越意識到其傳播系統的缺陷,他們中的一些針對已有的帶寬限制採用了相當有爭議的解決方案:預平滑。

        通過在信號輸入信道之前消除其圖像中的高頻部分,編碼器有更多的時間處理其任務,所產生的圖像受到方塊效應和蚊式噪聲的影響就更小。另一方面,這種一定程度上的過度濾波也損失了原始圖像中的所有微細變化和紋理。

        例如,一個蓄須達一周的足球運動員現在看來像是鬍鬚剃得很乾淨(即使他處於靜止狀態),而體育場則看起來像一片綠色的大地毯。

        可以證明,儘管有人會覺得預平滑也不錯,但這完全是一個不可逆的算法。一旦處理掉了細節,人們就不能再重建它們了。

        然而,方塊效應和蚊式噪聲確實消失了。

MNR: Algolith公司的解決方案

        從學術的觀點看,人們已經對圖像的壓縮和校正進行了廣泛的研究,但是,至今為止,尚沒有多少針對最終用戶的切實可行的解決方案。

MNR的圖像分析

        Algolith公司是最先提供實時解決蚊式噪聲和方塊效應的解決方案的公司之一,Algolith的產品是MNR(MPEG Noise Reducer-MPEG消噪器)。

        MNR實現了4種獨特的圖像處理技術:

      1 - 每個像素實時回歸進行降噪       2 - 採用巧妙的分組技術降低蚊式噪聲

      3 - 通過檢測、混合及逐步縮小基於DCT壓縮的點陣來減弱方塊效應

      4 - 採用非線性濾波實現圖像體調整

        MNR的本質在於其空間圖像分析模塊。每個像素被定義在不同的區域,比如邊緣,紋理,平面或者交叉區域。MNR同樣關注運動圖像的瞬時狀態。考慮了所有這些因素後MNR會在多種濾鏡中選擇一種加以應用。

        MNR獨特的適用性使其成為一種先進的圖像處理系統。MNR能在出問題的特殊區域運行而不會影響到畫面的剩下部分。要知道何時何地使用濾鏡同何時何地不使用濾鏡是同等重要的。正是基於這種理念MNR被設計了出來。因此,MNR僅用來增強觀看體驗而且特別適用於大屏幕顯示器和投影顯示器。

        其高度自適應特性還容許在不改造已經建立的廣播基礎設施的條件下改善圖像質量。MNR的設計一直考慮了實時實現和硬件可行性,因而可以被無縫地植入到終端用戶現有的家庭影院設備之中。

顯示技術的發展

        曾經,NTSC標準代表了顯示領域的標準。模擬電視多年來一直都保持不變的分辨率,視覺質量的改善並無實質進展。目前,由於政府主管部門沒有強制執行新的數位電視標準,無論好壞怎麼樣,都使普通電視的標準得到了不斷的進步。

        分辨率標準的提高是沒有盡頭的。隨著新興顯示技術的快速發展(LCOS,DLP等等),一些新型顯示器現在可以超過信號能表現的最大分辨率。更重要的是,新的顯示具有更高的對比度,還達到了幾年前難以想像的大尺寸屏幕。

        所有這一切都給提高圖像質量提出了更高的要求,因為對於那些干擾和失真它們表現出了放大鏡的作用。

        隨著顯示技術的不斷進步,像Algolith公司專有的MNR技術那樣的對原始圖像信號的修正方案,將更具有吸引力。

最大限度地沿用SD DVD直到HD塵埃落定

        向數位世界的轉移不僅僅表現在廣播電視工業,老式的家用錄像帶系統在全數位的DVD視頻(數位通用碟)面前也將加速走向滅亡(如果還算沒有全部滅亡的話)。但是,即使這種技術在壓縮的要求下也顯得不安全。

        的確,增加新的內容,加長的影片時間,多聲道的音軌會使本已經包含有大量內容的碟片播放起來不那麼清楚了。因為更多內容的加入,會使碟片空間顯得不夠而導致不得不提高壓縮率。這樣的結果是,消費者開始抱怨效果不清楚,這促使了「超級內容」DVD的出現,這種DVD關注於如何使碟片能裝下的電影內容最大化。

        這種發自DVD出版行業的行動不僅證實了壓縮可能帶來的缺點,而且還表明了公眾對其的認識。因此,正常的DVD媒介可能會從進一步的視頻處理中獲益,如Algolith公司的MNR解決方案,NHR容許現有這一代媒介沿用下去,直到我們等來藍光、HD DVD和HVD之戰的勝者。

未來展望

        新格式之戰的勝者關注的是提供具有最高視覺品質的高清晰內容,這當然是採用現有的DVD技術不可能做到的事情。此外,這些新格式除了包含現有編解碼技術外還將包括下一代編解碼技術:

        MPEG-2, 常用的高清方案

      VC-1, MPTE標準421M的非正式草案,基於微軟的Windows媒體播放器(WMV)技術。

      MPEG-4/AVC a.k.a. H.264, 是最有發展前景的編解碼方案。

        然而,這些牽涉到版權問題的不同標準有可能導致象DTV啟動時那樣的混亂狀態。最終圖像質量會受到何種影響,尚需拭目以待。

編解碼器越優秀,用戶的需求就越高

        數位電視和高清電視為圖像質量最初帶來的彷彿是「聖盃」,儘管如此,現實卻是我們的圖像質量要做到脫胎換骨還為時過早。對壓縮的需求本身已經帶來了若干問題,隨著更好的顯示技術的出現,這些問題對一般電視觀眾會變得更為明顯。

        整個行業都認識到有限視頻帶寬的嚴峻現實,作為下一代解決方案的編解碼效率的提高展示出改善圖像質量的潛力。然而,由於未來似乎被對帶寬日益增長的需求所主導(IPTV增加了互動性和內容定制),人們可能要問,如果僅僅在壓縮技術上創新還能滿足消費者的期望嗎?

        隨著現實與需求之間差距的擴大,開發更好的視頻處理算法將成為未來追求高清顯示的另一個戰場。

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編碼方式的介紹    所謂編碼方式就是指通過特定的壓縮技術,將某個視頻格式的文件轉換成另一種視頻格式文件的方式。目前視頻流傳輸中最為重要的編解碼標準有國際電聯的H.261、H.263,運動靜止圖像專家組的M-JPEG和國際標準化組織運動圖像專家組的MPEG系列標準,此外在網際網路上被廣泛應用的還有Real-Networks的RealVideo、微軟公司的WMT以及Apple公司的QuickTime等。    MPEG是活動圖像專家組(Moving Picture Exports Group)的縮寫,於1988年成立,是為數位視/音頻制定壓縮標準的專家組,目前已擁有300多名成員,包括IBM、SUN、BBC、NEC、INTEL、AT&T等世界知名公司。MPEG組織最初得到的授權是制定用於「活動圖像」編碼的各種標準,隨後擴充為「及其伴隨的音頻」及其組合編碼。後來針對不同的應用需求,解除了「用於數位存儲媒體」的限制,成為現在制定「活動圖像和音頻編碼」標準的組織。MPEG組織制定的各個標準都有不同的目標和應用,目前已提出MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21標準。

MPEG-1標準MPEG-1標準於1993年8月公佈,用於傳輸1.5Mbps數據傳輸率的數位存儲媒體運動圖像及其伴音的編碼。該標準包括五個部分:        第一部分說明了如何根據第二部分(視頻)以及第三部分(音頻)的規定,對音頻和視頻進行復合編碼。第四部分說明了檢驗解碼器或編碼器的輸出比特流符合前三部分規定的過程。第五部分是一個用完整的C語言實現的編碼和解碼器。   MPEG-2標準MPEG組織於1994年推出MPEG-2壓縮標準,以實現視/音頻服務與應用互操作的可能性。MPEG-2標準是針對標準數位電視和高清晰度電視在各種應用下的壓縮方案和系統層的詳細規定,編碼碼率從每秒3兆比特~100兆比特,標準的正式規範在ISO/IEC13818中。MPEG-2不是MPEG-1的簡單升級,MPEG-2在系統和傳送方面作了更加詳細的規定和進一步的完善。MPEG-2特別適用於廣播級的數位電視的編碼和傳送,被認定為SDTV和HDTV的編碼標準。       MPEG-2標準在廣播電視領域中的主要應用如下:(1)視音頻資料的保存       採用MPEG-2壓縮編碼的DVD視盤,給資料保存帶來了新的希望。電視節目、音像資料等可通過MPEG-2編碼系統編碼,保存到低成本的CD-R光盤或高容量的可擦寫DVD-RAM上,也可利用DVD編著軟件(如Daikin Scenarist NT、Spruce DVDMaestro等)製作成標準的DVD視盤,既可節約開支,也可節省存放空間。 (2)電視節目的非線性編輯系統及其網絡         由於採用MPEG-2 IBP視頻壓縮技術,數據量成倍減少,降低了存儲成本,提高了數據傳輸速度,減少了對計算機總線和網絡帶寬的壓力,可採用純以太網組建非線性編輯網絡系統已成為可能,而在目前以太網是最為成熟的網絡,系統管理比較完善,價格也比較低廉。    基於MPEG-2的非線性編輯系統及非線性編輯網絡將成為未來的發展方向。 (3)衛星傳輸    MPEG-2已經通過ISO認可,並在廣播領域獲得廣泛的應用,如數位衛星視頻廣播(DVB-S)、DVD視盤和視頻會議等。目前,全球有數以千萬計的DVB-S用戶,DVB-S信號採用MPEG-2壓縮格式編碼,通過衛星或微波進行傳輸,在用戶端經MPEG-2衛星接收解碼器解碼,以供用戶觀看。此外,採用MPEG-2壓縮編碼技術,還可以進行遠程電視新聞或節目的傳輸和交流。(4)電視節目的播出    在整個電視技術中播出是一個承上啟下的環節,對播出系統進行數位化改造是非常必要的,其中最關鍵一步就是構建硬盤播出系統。MPEG-2硬盤自動播出系統因編播簡便、儲存容量大、視頻指標高等優點,而為人們所青睞。但以往MPEG-2播出設備因非常昂貴,而只有少量使用。隨著MPEG-2技術的發展和相關產品成本的下降,MPEG-2硬盤自動系統播出可望得到普及。

MPEG-3標準MPEG-3是ISO/IEC最初為HDTV(高清晰電視廣播)制定的編碼和壓縮標準,但由於MPEG-2的出色性能已能適用於HDTV,因此MPEG-3標準並未制定,我們通常所說的MP3指的是MPEG Layer 3,只是MPEG的一個音頻壓縮標準。

MPEG-4標準    運動圖像專家組MPEG 於1999年2月正式公佈了MPEG-4(ISO/IEC14496)標準第一版本。同年年底MPEG-4第二版亦告底定,且於2000年年初正式成為國際標準。      MPEG-4與MPEG-1和MPEG-2有很大的不同。MPEG-4不只是具體壓縮算法,它是針對數位電視、交互式繪圖應用(影音合成內容)、交互式多媒體(WWW、資料擷取與分散)等整合及壓縮技術的需求而制定的國際標準。MPEG-4標準將眾多的多媒體應用集成於一個完整的框架內,旨在為多媒體通信及應用環境提供標準的算法及工具,從而建立起一種能被多媒體傳輸、存儲、檢索等應用領域普遍採用的統一數據格式。     與MPEG-1、MPEG-2相比,MPEG-4具有如下獨特的優點:    (1) 基於內容的交互性    (2)高效的壓縮性   (3)通用的訪問性     這些特點無疑會加速多媒體應用的發展,從中受益的應用領域有:因特網多媒體應用;廣播電視;交互式視頻遊戲;實時可視通信;交互式存儲媒體應用;演播室技術及電視後期製作;採用面部動畫技術的虛擬會議;多媒體郵件;移動通信條件下的多媒體應用;遠程視頻監控;通過ATM網絡等進行的遠程數據庫業務等。MPEG-4主要應用如下:    (1)應用於因特網視音頻廣播    (2)應用於無線通信    (3)應用於靜止圖像壓縮    (4)應用於電視電話     (5)應用於計算機圖形、動畫與仿真    (6)應用於電子遊戲

MPEG-7標準 MPEG-7標準被稱為「多媒體內容描述接口」,為各類多媒體信息提供一種標準化的描述,這種描述將與內容本身有關,允許快速和有效的查詢用戶感興趣的資料。它將擴展現有內容識別專用解決方案的有限的能力,特別是它還包括了更多的數據類型。換而言之,MPEG-7規定一個用於描述各種不同類型多媒體信息的描述符的標準集合。該標準於1998年10月提出。      MPEG-7的目標是支持數據管理的靈活性、數據資源的全球化和互操作性。      在我們的日常生活中,日益龐大的可利用音視頻數據需要有效的多媒體系統來存取、交互。這類需求與一些重要的社會和經濟問題相關,並且在許多專業和消費應用方面都是急需的,尤其是在網絡高度發展的今天,而MPEG-7的最終目的是把網上的多媒體內容變成像現在的文本內容一樣,具有可搜索性。這使得大眾可以接觸到大量的多媒體內容,MPEG-7標準可以支持非常廣泛的應用,具體如下:    (1)音視數據庫的存儲和檢索;    (2)廣播媒體的選擇(廣播、電視節目);    (3)因特網上的個性化新聞服務;    (4)智能多媒體、多媒體編輯;    (5)教育領域的應用(如數位多媒體圖書館等);    (6)遠程購物;    (7)社會和文化服務(歷史博物館、藝術走廊等);    (8)調查服務(人的特徵的識別、辯論等);    (9)遙感;   (10)監視(交通控制、地面交通等);    (11)生物醫學應用;    (12)建築、不動產及內部設計;    (13)多媒體目錄服務(如,黃頁、旅遊信息、地理信息系統等);    (14)家庭娛樂(個人的多媒體收集管理系統等)。

MPEG-21標準      網際網路改變了物質商品交換的商業模式,這就是「電子商務」。新的市場必然帶來新的問題:如何獲取數位視頻、音頻以及合成圖形等「數位商品」,如何保護多媒體內容的知識產權,如何為用戶提供透明的媒體信息服務,如何檢索內容,如何保證服務質量等。此外,有許多數位媒體(圖片、音樂等)是由用戶個人生成、使用的。這些「內容供應者」同商業內容供應商一樣關心相同的事情:內容的管理和重定位、各種權利的保護、非授權存取和修改的保護、商業機密與個人隱私的保護等。目前雖然建立了傳輸和數位媒體消費的基礎結構並確定了與此相關的諸多要素,但這些要素、規範之間還沒有一個明確的關係描述方法,迫切需要一種結構或框架保證數位媒體消費的簡單性,很好地處理「數位類消費」中諸要素之間的關係。MPEG-21就是在這種情況下提出的。      制定MPEG-21標準的目的是:(1)將不同的協議、標準、技術等有機地融合在一起;(2)制定新的標準;(3)將這些不同的標準集成在一起。MPEG-21標準其實就是一些關鍵技術的集成,通過這種集成環境就對全球數位媒體資源進行透明和增強管理,實現內容描述、創建、發佈、使用、識別、收費管理、產權保護、用戶隱私權保護、終端和網絡資源抽取、事件報告等功能。

H.261     H.261又稱為P*64,其中P為64kb/s的取值範圍,是1到30的可變參數,它最初是針對在ISDN上實現電信會議應用特別是面對面的可視電話和視頻會議而設計的。實際的編碼算法類似於MPEG算法,但不能與後者兼容。H.261在實時編碼時比MPEG所佔用的CPU運算量少得多,此算法為了優化帶寬佔用量,引進了在圖像質量與運動幅度之間的平衡折中機制,也就是說,劇烈運動的圖像比相對靜止的圖像質量要差。因此這種方法是屬於恆定碼流可變質量編碼而非恆定質量可變碼流編碼。

H.263H.263是國際電聯ITU-T的一個標準草案,是為低碼流通信而設計的。但實際上這個標準可用在很寬的碼流範圍,而非只用於低碼流應用,它在許多應用中可以認為被用於取代H.261。H.263的編碼算法與H.261一樣,但做了一些改善和改變,以提高性能和糾錯能力。.263標準在低碼率下能夠提供比H.261更好的圖像效果。    1998年IUT-T推出的H.263+是H.263建議的第2版,它提供了12個新的可協商模式和其他特徵,進一步提高了壓縮編碼性能。如H.263只有5種視頻源格式,H.263+允許使用更多的源格式,圖像時鐘頻率也有多種選擇,拓寬應用範圍;另一重要的改進是可擴展性,它允許多顯示率、多速率及多分辨率,增強了視頻信息在易誤碼、易丟包異構網絡環境下的傳輸。另外,H.263+對H.263中的不受限運動矢量模式進行了改進,加上12個新增的可選模式,不僅提高了編碼性能,而且增強了應用的靈活性。H.263已經基本上取代了H.261。

H.264JVT(Joint Video Team,視頻聯合工作組)於2001年12月在泰國Pattaya成立。它由ITU-T和ISO兩個國際標準化組織的有關視頻編碼的專家聯合組成。JVT的工作目標是制定一個新的視頻編碼標準,以實現視頻的高壓縮比、高圖像質量、良好的網絡適應性等目標。目前JVT的工作已被ITU-T接納,新的視頻壓縮編碼標準稱為H.264標準,該標準也被ISO接納,稱為AVC(Advanced Video Coding)標準,是MPEG-4的第10部分。H.264的數據壓縮率在MPEG2的2倍以上、MPEG4的1.5倍以上。從理論上來說,在相同畫質、相同容量的情況下,可比目前的DVD光盤多保存2倍以上時間的影像。有望作為電影與音樂會等映像內容與便攜設備的編解碼器廣泛使用。預計支持該技術的產品與服務將於2004年內問世。

M-JPEGM-JPEG(Motion- Join Photographic Experts Group)技術即運動靜止圖像(或逐幀)壓縮技術,廣泛應用於非線性編輯領域可精確到幀編輯和多層圖像處理,把運動的視頻序列作為連續的靜止圖像來處理,這種壓縮方式單獨完整地壓縮每一幀,在編輯過程中可隨機存儲每一幀,可進行精確到幀的編輯,此外M-JPEG的壓縮和解壓縮是對稱的,可由相同的硬件和軟件實現。但M-JPEG只對幀內的空間冗余進行壓縮。不對幀間的時間冗余進行壓縮,故壓縮效率不高。採用M-JPEG數位壓縮格式,當壓縮比7:1時,可提供相當於Betecam SP質量圖像的節目。      JPEG標準所根據的算法是基於DCT(離散餘弦變換)和可變長編碼。JPEG的關鍵技術有變換編碼、量化、差分編碼、運動補償、霍夫曼編碼和游程編碼等      M-JPEG的優點是:可以很容易做到精確到幀的編輯、設備比較成熟。缺點是壓縮效率不高。      此外,M-JPEG這種壓縮方式並不是一個完全統一的壓縮標準,不同廠家的編解碼器和存儲方式並沒有統一的規定格式。這也就是說,每個型號的視頻服務器或編碼板有自己的M-JPEG版本,所以在服務器之間的數據傳輸、非線性製作網絡向服務器的數據傳輸都根本是不可能的。MP3MP3是應用於MPEG-1的一項音頻壓縮技術標準,英文全稱是MPEG-1 Audio Layer3。做出這個定義的依據是:第一,MPEG官方已經明確表示,MP3和MPEG-1 Audio Layer3是指同一件事情。第二、Layer技術的發佈者Fraunhofer IIS-A〔注1〕官方技術文檔中也提到過,MP3就是MPEG-1 Audio Layer3。此外,在很多知名廠商比如SONY、Philips的一些相關技術文檔中也直接說明了MP3是MPEG-1 Audio Layer3的問題。

其它壓縮編碼標準1.Real Video    Real Video是Real Networks公司開發的在窄帶(主要的網際網路)上進行多媒體傳輸的壓縮技術。    2.WMT      WMT是微軟公司開發的在網際網路上進行媒體傳輸的視頻和音頻編碼壓縮技術,該技術已與WMT服務器與客戶機體系結構結合為一個整體,使用MPEG-4標準的一些原理。    3.QuickTime      QuickTime是一種存儲、傳輸和播放多媒體文件的文件格式和傳輸體系結構,所存儲和傳輸的多媒體通過多重壓縮模式壓縮而成,傳輸是通過RTP協議實現的。      標準化是產業化成功的前提,H.261、H.263推動了電視電話、視頻會議的發展。早期的視頻服務器產品基本都採用M——JPEG標準,開創視頻非線性編輯時代。MPEG-1成功地在中國推動了VCD產業,MPEG-2標準帶動了DVD及數位電視等多種消費電子產業,其它MPEG標準的應用也在實施或開發中,Real-Networks的Real Video、微軟公司的WMT以及Apple公司的QuickTime帶動了網絡流媒體的發展,視頻壓縮編解碼標準緊扣應用發展的脈搏,與工業和應用同步。未來是信息化的社會,各種多媒體數據的傳輸和存儲是信息處理的基本問題,因此,可以肯定視頻壓縮編碼標準將發揮越來越大的作用。

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HDTV的來源作者:知知  文章來源:HDTV信息資訊網

HDTV這個詞經常出現在電視機廣告中,也就是人們常說的高清。實際上HDTV就是DTV(數位電視)的一個部分,DTV提供了很多種分辨率,而目前的HDTV則主要有三種顯示模式,那就是720p、1080i和1080p。720p的字母p代表英文單詞progressive(進步),而1080i中的i則是interlaced(交錯)的意思,1080p中的P代表非交錯。

這三種顯示模式,每秒鐘都提供了60幀的圖像,其中720p每一秒鐘都提供了60幅圖像,而1080i則採用了隔行掃瞄的方式,每秒鐘在奇數行和偶數行交錯提供30幅畫面,所以1080i模式下的畫面會感覺有些閃爍,而1080P在1080I顯示模式的基礎上提供逐行掃瞄的方式,在所有顯示模式中1080p的顯示效果是最為出眾的,但是對系統負荷要求也最高。

在顯示分辨率上,720p提供了1280x720,也就是92.16萬像素,而1080i的分辨率為1920x1080,擁有207.3萬像素。在網絡上可以下載到的HDTV影片的顯示格式為:720p(1280x720,非交錯式),1080i(1920x1080,交錯式),1080p(1920x1080,非交錯式),這其中又以720p和1080i最為常見。在音頻方面HDTV影片一般具備兩種標準AC3和DTS,其實這兩種音頻標準並不是什麼新鮮技術,早在DVD時代這兩種技術就廣泛的使用了,這其中AC3應用的比較多,而DTS由於推出的時間較晚,沒有形成「主流」,而在聲音質量上,兩者各有所長,很難說出到底誰強誰劣,這也可能是由於每個人對聲音的理解不同造成的。杜比AC3,該技術通過不同介質提供多聲道環繞聲:在影院中通過35毫米膠片給觀眾帶來多聲道環繞聲體驗;該技術可以傳輸和存儲5個全頻帶聲道,以及一個低頻效果聲道(LFE),而所佔用的存儲空間比CD上一路線性PCM編碼的聲道所佔用的空間還要少。杜比數位的特點還包括:傳輸元數據,通過這些數據,可以控制回放參數等。

DTS的全稱是數位影院系統(digital theater systems,inc.),簡稱dts,它是1996年底推出的一種源自劇院模式開發的數碼環繞聲系統。它使用cac(coherent acoustics coding)dts的錄音採取了特殊的聲畫分離的數位立體聲,數位聲錄在光碟上,由專用的光驅讀取,另外在拷貝的模擬聲與畫面之間錄有時間同步碼,用來控制光驅還音與畫面的同步。DTS 系統不僅具有 AC-3 相似功能,更加強了其縱深定位交叉效果。DTS 芯片容量為 1536kbps,壓縮傳輸比為 4:1;而 AC-3 芯片容量為 448kbps,壓縮比為 10:1。正是由於DTS 信息容量的增加,音色更加優美,不但可以聆聽 Hi-Fi 音樂,同時也可以欣賞爆棚影視軟件。

光碟的數位聲按apt-x10編碼,分左、中、右、左環繞、右環繞和次低頻6條聲道(5.1聲道),這一點和杜比數位相同,但dts的數位壓縮比為4:1,僅為杜比ac-3壓縮比的1/4。數據壓縮比越低,佔用的記錄空間越大,但其重放音質量就有可能越好,加之dts採取高比特、高取樣率等措施,使之對原音重現的追求上就更進了一步。

HDTV影片無論是圖像質量還是聲音質量都是相當出色的,與DVD相比的話,DVD的畫面質量只能算作入門級,不過,要想隨心所欲的播放HDTV影片還是需要一定條件的,如果你還不是很瞭解,那麼就要學習學習了,不然很可能會被時代所「淘汰」。        由於採用了標清DVD 4倍的高分辨率,HD視頻能提供前所未有細緻入微的畫面,但是隨之而來的問題也相當突出,那就是視頻中包含的信息量也隨之增加到標清節目的4倍甚至更高。如果完全基於目前的恆碼率MPEG2技術,1080p電影的碼率起碼要23Mbps以上,兩個小時需要的空間不下20GB。這裡帶來了兩個問題:存儲空間以及網絡傳輸帶寬需求。

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迎接高解析的未來H.264與VC-1兩大視訊壓縮技術比較影音編碼已經成為數位家庭中,最為主要的角色之一,畢竟我們日常所收看的電視節目、播放的影音片段,無一不是採用各種手段的影音編碼所構成。如何針對各種收看環境來選用適合的編碼標準,除了要看各種編碼規格的特性,還要注意組建來作為編解碼的硬體其包含成本考量、架構設計簡易度以及編解碼晶片性能的限制等等因素。

以目前的編碼技術方面,通常影像與音效都是去隔開來的,除了少數如MPEG-4中有將音效編碼的規則納入以外,其餘大多是獨立而可與視訊編碼互相搭配的。而因應未來高解析視訊與高傳真音效並重的時代,諸多新產品中紛紛引進了新一代的影音壓縮標準,不過舊有的技術並沒有就這麼退出時代潮流,在一些特定的應用之中,舊技術仍然佔有相當重要的一席之地。

■ 視訊壓縮標準方面

這方面的競爭情況相當激烈,可以說是群雄並起,互不相讓,以應用到市場的技術而言,主流技術為MPEG-2、H.264、Divx、Xvid以及微軟的WMA、VC-1等規格。對於市場來說,目前的狀況來說,由於被下一代藍光儲存欽定為預設的影音編碼規格則是以H.264氣勢最盛,MPEG-2除了在目前DVD影片中廣泛被採用以外,Blu-Ray初期也將只支援MPEG-2編碼,雖然壓縮比輸了H.264一大截,但是由於在市場上推廣多年,目前設備大多可以沿用,應用在推廣初始Blu-Ray內容時,可收到降低成本及壓制較為簡易的優點,但是面對HD-DVD在支援眾多格式的情況下,且初始內容就採用H.264壓縮,使得MPEG-2的後勢也並不是很樂觀。

Divx與Xvid這對兄弟原本系出同門,如今處境卻大有不同,除了在掌上型影音播放裝置中取得相當大的普及率以外,在一些台面下的應用也相當熱門,但是真正的商業應用卻相當匱乏。Divx有被少數遊戲公司應用到遊戲開頭動畫中,而且也擁有一個使用Divx壓縮格式,內容類似YouTube的的影音分享網站http://stage6.divx.com/,該網站可以說是目前影音分享網站中具有最高解析度影音表現的,當然,高影音品質是要用頻寬來換的。而Xvid大多則是玩家之間互相流傳,商務上的應用更少。在微軟強勢的商業作風之下,WMV成為網路串流媒體的主流格式之一,後繼的VC-1也成為藍光影音壓縮的標準格式之一,因此WMV可以說是除了MPEG與H.264兩大格式以外,在商業推廣上最成功的視訊壓縮格式了。

H.264視訊編解碼標準-這個視訊編解碼格式是由ITU-U中的VCEG與ISO/IEC組織中的MPEG標準組成的聯合視訊團隊(JVT,Joint Video Team)所共同制定提出的。H.264也被稱為AVC(Advanced Video Coding)。由於H.264的制定目標是希望能夠在過去編碼規格的一半或以下的流量之下,就能提供良好的品質。

▲ h.264解壓縮流程。(資料來源:工研院)

H.264在壓縮模式上,具有7個macroblock(畫面預測區塊大小)類型,這些類型共有16×16、16×8、8×16、8×8、8×4、4×8、4×4,此外,,依照壓縮軟體設定的不同,參考畫面最多可往前31張以及往後31張,移動向量可以精確到4分之1像素,可以藉此大幅提升時間軸上的預測精準度。而在進行轉換時,最原始版本H.264的DCT處理是以4×4矩陣為轉換基本單元,而且採用整數作為轉換係數,因此在進行反轉換時,不會有採用小數運算方式還原後無法匹配的問題,解編碼的精確度可以大幅提高,而在量化技術上,H.264僅採用加法與乘法,沒有除法運算,因此對於積體電路的實現有著相當大的好處。至於在針對量化過的轉換係數資料方面,則是提供了CAVLC(Context Adaptive Variable Length Coding)與CABAC(Context Adaptive Binary Arithmetic Coding)兩種編碼方式,可自動根據編碼的內容來統計特定代碼出現的機率,進而產生最適合於目前影像的編碼表。與傳統MPEG-2/4的固定編碼方式明顯不同,可以有效提高壓縮比。基本上來說,CABAC的編碼方式要比CAVLC來得複雜。

H.264在針對壓縮方式的區別上,可根據不同的內容應用來區分為不同的組態(Profile),這些組態分別為Baseline Profile、Main Profile、Extension Profile,每個組態中還有相對應的影片尺寸與位元率等級,在定義上,則是可由Level 1區分至Level 5.1,涵蓋小畫面與HD畫面等不同解析度與流量應用範圍。

Baseline Profile主要是著眼於低位元率與低流量的應用中(如視訊電話、網路影片串流等),而由於其運算複雜度相較起其他組態為低,目前的嵌入式處理器或DSP都還能負擔,所以也適合應用於如PMP、多媒體手機等個人隨身的影音播放裝置中;Main Profile因為支援了交錯式影片(interlaced content)的編碼類型,所以也適合應用於HDTV數位電視廣播,由於其非常容易整合在傳統的MPEG-2 Transport/Program Stream上來傳送H.264/AVC位元流的特性,所以在導入難度上就顯得相對簡易。至於在IP-TV或是MOD(Multimedia On Demand)等方面的應用方面,使用具有高抗錯性編碼工具(error resilient tools)的Extension Profile即可以滿足這些需求。

然而,微軟在2003年將其開發的視訊壓縮技術向美國的電影電視工程師協會(Society of Motion Picture and Television Engineers;SMPTE)提出公開標準化的申請,並以VC-1(Video Codec 1)作為此新標準的命名,而且已經在2006年4月正式通過成為標準。由於VC-1在高解析度影片上的表現出色,導致H.264在DVD Forum與Blu-ray Disc Association的高解析度DVD影片品質測試中嚐到挫敗,甚至被Blu-Ray陣營所拒用,其主要原因是H.264使用較小尺寸的轉換公式與無法調整的量化矩陣,造成不能完整保留影像的高頻細節資訊,比如說,在1080i/p影片中常會故意使用的Film Effect效果就會被H.264所消除,因此H.264於2004年展開標準增修的討論,來納入稱之為Fidelity Range Extensions (FRExt)的新編碼工具,並以先前Main Profile為基礎來擴充增加4個新的組態類別,而成效也相當的驚人,H.264藉此成功打倒VC-1,重新取得畫質之王的稱號,並且被Blu-Ray所採用。

FRExt修正了H.264第一版支援的每像素8-bit,且僅限於4:2:0的方式,除了進一步引進先進的編碼工具,藉此提高壓縮效率以外,原始視訊每個像素的採樣值可以達到12-bit,並且增加了4:2:2以及4:4:4等採樣格式,同時也支援了更高的解析度。除此之外,還可以針對特定高傳真影像需求,對影像進行無破壞壓縮,並且支援了基於RGB格式的壓縮,同時也避免了色彩空間的誤差。

FRExt的四個新的類別分別是支援8-bit,4:2:0採樣的High Profile(HP)、支援10-bit,4:2:0採樣的High 10 Profile(H10P)、支援10-bit,4:2:2採樣的High 4:2:2 Profile(H422P)以及支援12-bit,4:4:4採樣的High 4:4:4 Profile(H444P),其中H444P是無損壓縮且具有多色彩空間(Color Space)的編碼方式。

由於前一版的H.264在DCT轉換上採用4×4整數轉換,雖然有著演算複雜度較低,並可減低區塊效應的優點以外,對於高解析度視訊的處理方面,會因為被捨棄的細節太多,而導致視訊品質在壓縮過後會與遠使版本有落差的問題,因此為了達到各方面的平衡,FRExt導入了8×8整數變換機制,且編碼工具可以在Macroblock階段自動選擇4×4或8×8轉換方式。由於8×8的正轉換以及逆轉換演算都可以通過相當具有效率的蝶形演算法來實做,對於特定位元率的視訊輸入,只要在該位元率另行加入8-bit的演算動態範圍即可,在複雜度上僅略高於4×4的方式。

不過在新的轉換方式上,也同時要求新的量化方式,由於FRExt只是原先H.264規範的延伸,與MPEG-2同樣的可以選擇量化矩陣進行量化,並藉此提高影像品質。同時也在CABAC(Context Adaptive Arithmetic Binary Coding)編碼方式上做出改進,增加了3個內容模型。至於CAVLC(Context Adaptive Variable Length Coding)則是把1組8×8的矩陣切割為4組4×4的矩陣。除了量化方式的改進以外,在偵測與預測視訊頁框亮度的技術也多加了9種不同的方式,在這些技術的相互搭配之下,追求完美的畫質表現。

VC-1視訊編解碼標準—甫於2006年4月正式成為標準的微軟VC-1格式,則是基於Windows Media Video 9壓縮技術的影像壓縮標準,由三大編解碼元件所組成,每一個編解碼元件都具有其獨自的FourCC編碼。

▲ VC-1解壓縮流程。(資料來源:工研院)

這些元件包含了以下三種:

1.WMV3:也就是過去俗稱的WMV9,WMV3可以說是VC-1的構成基礎,它支援了循序編碼方式,可用來做為電腦的顯示,也支援了電視常用的交錯方式,不過當微軟開始進行WMV Advanced Profile的研發與推廣後,WMV3的交錯編碼就不再被需要了。WMV3包含了Simple以及Main這兩種Profile,並且應用在VC-1編解碼標準中。

2.WMVA:這是最原始版本的WMV Advance Profile,被SMPTE接受納入為VC-1標準的草案,這個元件也被包含在微軟的視窗多媒體播放軟體Windows Media Player 10當中,不過在2006年正式被WVC1所取代。

3.WVC1:也就是Windows Media Video 9 Advanced Profile的正式版,成為VC-1中最主要的編碼架構,被應用在次世代藍光影音的壓縮標準中。

與H.264類似的是,VC-1包含了許多高階的編碼工具,不過在種類上有所差異?除了支援2分之1像素的Bilinear內插運算以外,VC-1還支援4分之一像素的Bicubic內插運算,傳統MPEG-2與MPEG-4皆只有使用2分之一像素Bilinear內插運算,因此最終輸出畫面將會變得模糊,再加上前後參考頁框皆是處於類似的狀況之下,畫面品質更是乏善可陳。VC-1是以16×16的MacroBLock為壓縮單位,1個MacroBlock1個MV(Motion Vector,運動向量),而在係數轉換上,則是包含了有8×8、換模式,理論上而言,轉換的區塊越小,能越能夠有效減少傳統MPEG-2壓縮後常見的ringing瑕疵。

■兩大視訊壓縮格式的技術比較

動作補償(motion composition)技術的差異—H.264具有7種不同的動作補償模式,而VC-1只有4種,動作補償的區塊越小,就越能找到誤差值越小的參考點,進而節省紀錄誤差值所需的位元數,不過區塊也不可能無限制的縮小切割下去,因為區塊越小,同一畫面中所需紀錄的向量也越多,例如以1個16×16大小的區塊來說,只需要紀錄一個向量,如果區塊切割的大小縮為4×4,那麼向量將會增加為16個,雖然動作向量也可以透過預測的方式來進行壓縮,但是過小的區塊將會使得壓縮的效益變的不明顯。加上編碼器必須在壓縮過程中,隨時對畫面進行偵測與判斷,從多種模式中選用最佳的方式來進行壓縮。一般來說,大片的單純顏色區域將會使用較大的區塊,而具有銳利邊緣的地方,將會使用小區塊來進行動作補償,在偵測與選用的過程中,會因為判斷動作的增加,而使得壓縮的時間增加,因此雖然VC-1在壓縮比方面雖然無法勝過H.264,但是在壓縮時間上,明顯比H.264短了許多的原因在此。

Sub-Pixel(次像素)動作搜尋精度差異—在H.264的草案中,具有8分之1像素以及16分之1像素的構想,不過因為這兩個精度所帶來的效益並不明顯,因此在正式版本中的3個Profle中都拿掉了,而隨後推出的FRExt也沒有再將之納入支援,不過將來若有必要,也是可以隨時再增加新的組態。而H.264的預設內插補點是採用6-tap FIR的濾波器。而VC-1則是如前所述,採用Biliner以及Bicubic方式,最小同樣可達4分之1像素。

不同的量化方式-H.264中的Base Profile以及Main Profile具有多個量化品質切割方式,但是並不具有量化矩陣,這與VC-1採用類似MPEG-2的量化矩陣的方式不同,但是H.264在之後的FRExt中,重新採用了可選擇的量化矩陣方式,不過由於H.264設計方式的特殊,可以非常高的壓縮比達到幾近於無損壓縮的高品質表現,這點要明顯比VC-1優秀,不過換來的是非常久的壓縮時間,如果沒有特殊加速晶片或強大的硬體支援,會有不少人可能會改而選擇壓縮時間較短,但是品質仍在可接受範圍的VC-1。

▲ VC-1的重疊平滑技術。(資料來源:工研院)

區塊濾波器的有無-H.264有做區塊濾波器,而VC-1 沒有做區塊濾波器。VC-1採用不同的濾波方式,稱為重疊平滑(Overlap Smoothing),雖然H.264的區塊濾波可以有效降低區塊效應,但是區塊濾波使在解壓縮還原之後才會進行的步驟,而不是在壓縮階段就會進行的過程,因此經過區塊濾波處理之後,就已經不是原本的影像資訊,有可能會導致影像中的細節丟失。而區塊濾波器的演算複雜度相當高,除了考慮到播放裝置的性能以外,在某些簡單應用中也不適合使用。VC-1對以intra模式壓縮的區塊則是提供了另1種重疊轉換技術,藉此彌補沒有區塊濾波器所可能產生的區塊問題。重疊轉換是在進行壓縮時,利用在空間領域作前處理,並且在解壓縮時搭配進行後處理來達成,基本上,重疊平滑方式必需要搭配前置與後製處理,在理論上,可以兼顧去除區塊以及保持最大量的原始影片資訊兩方面的需求,不過重疊平滑的步驟僅在區塊的型態為I時才執行,無法應用到所有的區塊型態中。

其他差異-H.264/AVC 的畫面間參考資料最多可由31張的之前重建畫面所組成,而VC-1畫面間參考資料僅可由前1張的之前重建畫面所組成。而在針對亮度的同畫面預測方面,H.264採用intra_4×4與intra_16×16兩種方式,VC-1則是使用傳統MPEG的作法,使用DC與AC方式的預測。而雖然H.264與VC-1都採用了可變長度編碼設計,但是其餘的技術差異仍然相當大,如果要實做到支援多規格播放的硬體電路中,所要考慮的層面相當的多。

■ 結論

雖然H.264擁有史上最強的影像畫質,但是VC-1強大的均衡性,在正式成為標準之後,聲勢上也不會弱於H.264,加上微軟強大的軟體入侵方式,以及同樣屬於下一代藍光內容壓縮標準,很難純粹從技術上或是從市場觀點來論定這兩個技術的優劣,所以在授權費用多寡與方式上,可能就會成為兩大視訊壓縮標準決定勝敗的關鍵。

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留言共 1 篇留言

AJL:我是被『MLP』這個詞吸引路過的~

05-14 23:56

我要留言提醒:您尚未登入,請先登入再留言4喜歡★julseven9420 可決定是否刪除您的留言,請勿發表違反站規文字。

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