MPEG-4 Part 10

   

   随着视觉娱乐的发展，高清、HDTV、H.264、PureVideo HD这些专业词汇频繁的出现在大众的视界当中。它们到底说的是什么呢？它们能给我们的科技娱乐生活带来哪些改变呢？今天我们将带着广大网友对高清视频技术做个清晰、深入的了解。
    高清技术的发展
    早在90年代，VCD（基于MPEG-1编码）视频格式出现时，市场上已经有Sigma Design公司推出的VCD加速卡。当时的显示卡由一个二维图形用户界面加速器和一个帧缓存控制器组成，不具备视频加速功能，因此在电脑上观看视频节目普遍依赖于CPU。那个时代的x86 CPU时钟频率最高也就是133MHz左右，缺乏多媒体指令集扩展，这也就是当时市场上出现的VCD加速卡原因。
随着技术的不断进步，DVD视频格式推出的时候，CPU指令集的扩展和频率有了大幅度的提升，再加上不少显示卡已经具备硬件Overlay、运动补偿、色彩转换等功能，在电脑上播放分辨率比VCD高一倍的DVD已经不再需要外加独立的DVD加速卡了。当然市场上也有这样的产品销售，但是基本上是无人问津，而且就算购买也只是看重其视频输出能力，后来这样的功能也都被集成到显示卡上了。
    时过不久，DVD还未彻底普及的时候，HDTV悄然走入了人们的视野。虽然HDTV这个词进入国内的时间比较晚，但是其流行速度是非常可怕的，一旦接触过HDTV的人，很快就会被其近乎完美的画面质量所征服，不仅如此，往往HDTV影片都拥有很高的声音质量，如杜比AC3、DTS等，可以说是将大型影院搬回了家。
时下，HDTV这个词在各种广告中出现的频率很高，也就是人们常说的高清。
    实际上HDTV就是DTV（数字电视）的一个部分，DTV提供了很多种分辨率，而目前的HDTV则主要有三种显示模式，那就是720p、1080i和1080p。720p的字母p代表英文单词progressive（进步），而1080i中的i则是interlaced（交错）的意思，1080p中的P代表非交错。
    这三种显示模式，每秒钟都提供了60帧的图像，其中720p每一秒钟都提供了60幅图像，而1080i则采用了隔行扫描的方式，每秒钟在奇数行和偶数行交错提供30幅画面，所以1080i模式下的画面会感觉有些闪烁，而1080P在1080I显示模式的基础上提供逐行扫描的方式，在所有显示模式中1080p的显示效果是最为出众的，但是对系统负荷要求也最高。
在显示分辨率上，720p的分辨率达到了1280x720，其像素达到了92.16万；1080i的分辨率达到了1920x1080，其像素达到了207.3万；1080P的分辨率与1080i是相同的。
    目前在为1920x1080，拥有207.3万像素。在网络上可以下载到的HDTV影片的显示格式为：720p（1280x720，非交错式），1080i（1920x1080，交错式），1080p（1920x1080，非交错式），这其中又以720p和1080i最为常见。
    在音频方面，HDTV影片一般具备两种标准AC3和DTS，其实这两种音频标准并不是什么新鲜技术，早在DVD时代这两种技术就广泛的使用了，这其中AC3应用的比较多，而DTS由于推出的时间较晚，没有形成“主流”，而在声音质量上，两者各有所长，很难说出到底谁强谁劣，这也可能是由于每个人对声音的理解不同造成的。
    杜比AC3，该技术通过不同介质提供多声道环绕声：在影院中通过35毫米胶片给观众带来多声道环绕声体验；该技术可以传输和存储5个全频带声道，以及一个低频效果声道（LFE），而所占用的存储空间比CD上一路线性PCM编码的声道所占用的空间还要少。杜比数字的特点还包括：传输元数据，通过这些数据，可以控制回放参数等。
    DTS的全称是数字影院系统（digital theater systems.inc），简称DTS，它录音采取了特殊的声画分离的数字立体声，数字声录在光盘上，由专用的光驱读取，另外在拷贝的模拟声与画面之间录有时间同步码，用来控制光驱还音与画面的同步。
    光盘的数字声按apt-x10编码，分左、中、右、左环绕、右环绕和次低频6条声道（5.1声道），这一点和杜比数字相同，但dts的数字压缩比为4：1，仅为杜比ac-3压缩比的1/4。数据压缩比越低，占用的记录空间越大，但其重放音质量就有可能越好，加之dts采取高比特、高取样率等措施，使之对原音重现的追求上就更进了一步。
    就当前而言，HDTV影片无论是图像质量还是声音质量都是相当出色的，与DVD相比的话，DVD的画面质量只能算作入门级。
由于HDTV采用了DVD四倍的高分辨率，HD视频能提供细致入微的画面，但是随之而来的问题也相当突出，那就是视频中包含的信息量也随之增加到DVD的四倍甚至更高。如果完全基于目前的恒码率MPEG2技术，1080p电影的码率起码要23Mbps以上，两个小时需要的空间不下20GB。这里带来了两个问题：存储空间以及网络传输带宽需求。
    目前的ADSL下载带宽上限为8~12Mbps，但是实际应用中也不过是2Mbps，而且能达到2Mbps的用户是非常少见的。下一代的宽带技术应该是ADSL2+，下行带宽上限是24Mbps，不过从目前的ADSL实际应用看，24Mbps恐怕没有多少用户能享受到，能有1/3就很不错了。所以对于HDTV视频来说，必须采用比恒码率MPEG2更高效的压缩编码技术，才能在未来的网络应用中让用户真真正正地享受到流畅的高清视频体验。
    网络中流传的HDTV主要以三类文件的方式存在，第一类是经过MPEG-2标准压缩，以.tp和.ts为后缀的视频流文件；第二类是经过WMV-HD（Windows Media Video High Definition）标准压缩过的.wmv文件，还有少数文件后缀为.avi或.mpg，其性质与.wmv是完全一样的；最后一类就是目前看来最有应用前景的H264压缩格式。
    TS、WMV、XVID、DIVX、MKV、H.264等编码，它们各有长处，也各有缺点，其中H.264由于得到了NVIDIA和Ati两家公司的支持所以最近比较火爆，相对于其他编码方式来说，H.264拥有了很多新特性，这些特性决定了H.264前途更为光明。
H.264高清压缩格式
    H.264（ITU-T命名）或称之为MPEG-4 AVC（ISO/IEC命名），是一种由ITU-T与ISO/IEC正在联合进行开发的视频编解码方案，即将成为MPEG-4标准的第10部分（ISO MPEG-4 Part 10）。关于该技术的视频编码方案，现在正式命名为ITU-T H.264或“JVT/AVC草案”。H.264/MPEG-4 AVC作为MPEG-4标准的扩展（MPEG-4 Part 10），充分利用了现有MPEG-4标准中的各个环节。H.264/MPEG-4 AVC就在现有MPEG-4 Advanced Simple Profile的基础之上进行发展的。
    H.264/MPEG-4 AVC的编解码方案流程主要包括如下5个部分：精密运动估计与帧内估计（Estimation）、变换（Transform）及逆变换、量化（Quantization）及逆量化、环路滤波器（Loop Filter）、熵编码（Entropy Coding）。
    尽管H.264/MPEG-4 AVC这项技术虽然还没有得到正式批准，但是其可以降低50%或更多带宽的能力，能以少于1Mbps的数据率传输基于互联网协议(IP)的广播质量级的视频内容，这是目前正式颁布的ISO MPEG-4及MPEG-2编解码方案根本所不能比拟的。因此，H.264/MPEG-4 AVC将对所有要求高压缩率、高质量的应用领域产生深远的影响。
    H.264之所以被看重，首先是因为它只需要MPEG2一半的码率就能提供MPEG2相当的品质，这意味着宝贵的传输带宽和存储空间成本降低了一半；其次，H.264提供了比MPEG2更丰富的品质提升特性，包括6tap过滤实现1/2像素明亮度取样、运动补偿精确到1/4像素、环路解块、支持YUV 4:2:2和4:4:4等高色彩精度、采用YCgCo色彩转换空间减少取样误差。
前面讲了很多关于HDTV的发展技术，同样这些技术也是需要硬件的发展不段支持的。因为最具有发展前途的H.264具有很高压缩比，所以这种压缩格式的文件对电脑的要求特别高。
    PureVideo HD是NVIDIA早在NV4X时代推出的一项技术，当时它还只具备一个雏形，不能完全有GPU来替代CPU来实现解码，对CPU仍然有较高的占有率。
    PureVideo HD它能够完成H.264编码4个主要环节的中Bitstream处理和InverseTransform之外的其它操作，包括对CPU能力要求不低的De-Blocking操作。
    但以H.264编码的高码率影片播放时，即使CPU被PureVideo HD从De-Blocking解放出来，Bitstream处理仍旧给CPU沉重的压力。
不过从Geforce 8600和Geforce 8500开始，NVIDIA在H.264 HDTV解码上又有了新的壮举。PureVideo HD技术升级到了加强版，能承担HDTV视频解码的全部工作量，也就是说彻底释放了CPU。播放H.264 HDTV 时CPU仅仅负担工作量微小的音频解码。
    Geforce 8600和Geforce 8500核心在内部设计上大大增强了视频解码逻辑，除了VP版本更新并加强了性能之外，还新增了针对H.264解码的BSP（Bitstream ProCESsor）引擎，解决原来G7X和G80 GPU的PureVideo HD仍需CPU进行Bitstream处理的问题，彻底接手高清视频解码的所有工作。
Geforce 8600和Geforce 8500现在基本能够不需CPU计算能力的支持，就能流畅播放高码率H.264压缩格式的高清视频，BSP支持CABAC/CAVLC两种方式的Bitstream处理，即使使用的是低速CPU，CPU占用率也可以保持在40%以下，系统响应度和播放顺畅度都能够保证。 Geforce 8600/8500的PureVideo HD对MPEG2、VC1及H.264均能提供最优的支持。VP+BSP的协同工作目前已经在Windows vista系统中使用InterVideo WinDVD的8.08版本实现，NVIDIA将在今年6月份提供Windows XP下的100% GPU解码应用软件方案。
    关于高清技术的普及知识我们已经讲得差不多了，有兴趣的朋友不妨去看看特别策划的专题《看HDTV该选什么卡——GeForce 8高清技术全攻略》，再那里你可以了解到更多相关的内容。