高清視頻HDTV技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

MPEG 4
近年來，MPEG-4悄悄地在市場(chǎng)上嶄露頭角，在最新出品的DV（數(shù)碼攝像機(jī)）、PDA、手機(jī)，以至于視頻點(diǎn)播、卡拉OK、監(jiān)控系統(tǒng)等產(chǎn)品說明上，都陸續(xù)出現(xiàn)“MPEG-4”字眼，一場(chǎng)取代MPEG-2的市場(chǎng)大戰(zhàn)似乎即將打響。
MPEG-4于2000年經(jīng)國際標(biāo)準(zhǔn)組織ITU和ISO審核后，成為國際視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)之一。MPEG-4壓縮采用了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(zhì)量接近DVD，聲音質(zhì)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(shù)據(jù)壓縮比，經(jīng)過MPEG-4的壓縮的文件尺寸可以達(dá)到MPEG-2的1/3，而仍然保有極佳的音質(zhì)和畫質(zhì)?？梢杂米钌俚臄?shù)據(jù)獲得最佳的圖像質(zhì)量，因此滿足了低碼率應(yīng)用的需求。
但是由于MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)派生出各種規(guī)格，例如DivXDivX、XviD等等，代表著不同規(guī)格利益的商業(yè)集團(tuán)和一些支持免費(fèi)共享資源的技術(shù)團(tuán)體相互爭(zhēng)斗的結(jié)果，導(dǎo)致各種MPEG-4規(guī)格的兼容性很差。在播放MPEG-4壓縮的視頻文件時(shí)，往往讓人們不知道如何選擇。
采用MPEG-4壓縮的視頻文件的視頻文件一般后綴名為.avi，很容易與微軟的AVI格式混淆，不容易直接從后綴名辨認(rèn)，只能通過解碼器來識(shí)別。

H.264
H.264是由國際電信聯(lián)盟（ITU-T）所制定的新一代的視頻壓縮格式。H.264最具價(jià)值的部分無疑是更高的數(shù)據(jù)壓縮比。在同等的圖像質(zhì)量條件下，H.264的數(shù)據(jù)壓縮比能比當(dāng)前DVD系統(tǒng)中使用的 MPEG-2高2-3倍，比MPEG-4高1.5-2倍。正因?yàn)槿绱?，?jīng)過H.264壓縮的視頻數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中所需要的帶寬更少，也更加經(jīng)濟(jì)。在 MPEG-2需要6Mbps的傳輸速率匹配時(shí)，H.264只需要1Mbps-2Mbps的傳輸速率。
與MPEG-4一樣，經(jīng)過H.264壓縮的視頻文件一般也是采用.avi 作為其后綴名，同樣不容易辨認(rèn)，只能通過解碼器來自己識(shí)別。

WMV-HD
WMV-HD是由軟件業(yè)的巨頭微軟公司所創(chuàng)立的一種視頻壓縮格式。其壓縮率甚至高于MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)，同樣是2小時(shí)的HDTV節(jié)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(zhì)絲毫不降的前提下都可壓縮到15GB以下。
WMV-HD，基于WMV9標(biāo)準(zhǔn)，是微軟開發(fā)的視頻壓縮技術(shù)系列中的最新版本，盡管WMV-HD是微軟的獨(dú)有標(biāo)準(zhǔn)，但因其在操作系統(tǒng)中大力支持WMV系列版本，從而在桌面系統(tǒng)得以迅速普及。在性能上，WMV-HD的數(shù)據(jù)壓縮率與H.264一樣，兩者的應(yīng)用領(lǐng)域也極其相似，因此在新一代主流視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)霸主地位的爭(zhēng)奪之中，雙方展開了針鋒相對(duì)的斗爭(zhēng)，而斗爭(zhēng)的焦點(diǎn)集中在下一代光盤規(guī)格“HD DVD”和數(shù)字微波廣播電視等領(lǐng)域。
一般采用.wmv為后綴的HDTV文件就是采用的WMV-HD壓縮的。
目前DVD論壇已經(jīng)初步批準(zhǔn)將微軟的MPEG-2、H.264和WMA-HD作為下一代DVD即HD－DVD技術(shù)的強(qiáng)制執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

三、HDTV解碼補(bǔ)償：WMV-HD催生新格局

　　視頻解碼以往一直是顯卡的發(fā)展方向之一，當(dāng)年VCD和DVD解壓甚至都曾依賴專業(yè)解壓卡來實(shí)現(xiàn)。不過隨后編碼技術(shù)發(fā)展的滯后讓顯卡迅速減負(fù)，顯卡的這些相關(guān)技術(shù)特性也逐漸淡出視野。然而不得不指出的是，即便有了強(qiáng)大的CPU，MPEG2解碼依然會(huì)占用大量系統(tǒng)資源，此時(shí)顯卡進(jìn)行解碼加速將顯得十分有必要。更為重要的是，應(yīng)用MPEG2的不僅僅是現(xiàn)有的DVD-Video。以索尼的HDV標(biāo)準(zhǔn)以及部分HDTV為例，同樣是MPEG2編碼，由于分辨率大幅度提高，因此對(duì)于解碼環(huán)境的要求也相應(yīng)提升。此外，當(dāng)3D游戲運(yùn)用MPEG2編碼視頻的時(shí)候，這種硬件解碼技術(shù)有助于通過減小CPU占用率而帶來更好的性能，同時(shí)也非常適合那些需要多頭顯示并且一邊看HDTV一邊上網(wǎng)或是工作的用戶。

　　如今主流顯卡都實(shí)現(xiàn)了MPEG2解碼補(bǔ)償，即以GPU來實(shí)現(xiàn)部分解碼過程。但是此時(shí)僅僅是數(shù)據(jù)流的渲染處理，并未在算法上取代CPU，因此更多的貢獻(xiàn)在于提高畫質(zhì)而并非降低CPU占用率。為了改變這一現(xiàn)狀，顯示核心巨頭nVIDIA和ATi分別在最新的顯卡中采用補(bǔ)償技術(shù)，做到了MPEG2硬件加速解碼，此時(shí)CPU的負(fù)荷可以更大幅度地下降。而與MPEG2硬件加速解碼相比，或許實(shí)現(xiàn)WMV9以及WMV-HD硬件解碼補(bǔ)償更為重要。WMV本身就是MPEG4的一種分支，微軟甚至已經(jīng)推出高分辨率版本的WMV-HD。如果大家體驗(yàn)過1600×1200分辨率的WMV-HD格式的話，肯定會(huì)為其驚人的效果所折服。但是WMV-HD對(duì)于硬件的要求實(shí)在很高，至少需要2GHz以上的Pentium4處理器配合64MB獨(dú)立顯存的顯卡，而如果需要達(dá)到最佳效果的話，CPU頻率和內(nèi)存以及顯卡都必須全面提高。不過在GPU的視頻優(yōu)化技術(shù)的幫助下，WMV-HD只需要P3與512MB內(nèi)存環(huán)境即可做到流暢播放，同時(shí)也有效緩解了多任務(wù)處理用戶的壓力。

　　高分辨率硬件加速解碼技術(shù)已經(jīng)在nVIDIA PureVideo和S3 Chromotion中得到實(shí)現(xiàn)，而ATi最新的顯卡也具備了AVIVO技術(shù)加以優(yōu)化，可以降低解碼時(shí)CPU的資源占用率。從這一層面來看，我們已經(jīng)無需為顯卡的解碼能力而擔(dān)憂，而且今后的CPU發(fā)展勢(shì)頭完全可以跟上得HDTV的普及速度。

　　不過，剛才我們已經(jīng)提到，主流HDTV分為MPEG2-TS、WMV-HD和H.264這三種算法，而大多數(shù)顯卡只能支持MPEG2-TS和WMV-HD解碼技術(shù)，無法支持H.264。目前只有nVIDIA GeForce7系列以及ATi X1000系列能夠支持H.264解碼，這意味著目前H.264的解碼資源還并不怎么豐富，一般在制片過程中并不會(huì)貿(mào)然采用這種方式。但是從今后的發(fā)展趨勢(shì)來看，H.264將至少與WMV-HD平起平坐，甚至在技術(shù)上更有優(yōu)勢(shì)。

四、什么樣的顯卡適合HDTV應(yīng)用

　　 如今很多顯卡都號(hào)稱具備HDTV功能，那么究竟哪一種顯卡的性能更加出色呢？在回答這個(gè)問題之前，我們很有必要先了解一下顯卡的工作原理。GPU顯示芯片處理完的資料會(huì)全部傳送到顯存，然后進(jìn)入極為關(guān)鍵的RAMDAC單元（Digital Analog Converter）。RAMDAC單元所需要完成的任務(wù)便是數(shù)模轉(zhuǎn)換，如果你是自動(dòng)化專業(yè)的朋友那么對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換原理肯定會(huì)非常熟悉，因?yàn)轱@卡芯片處理的是數(shù)字信息，而CRT顯示器和大多數(shù)經(jīng)濟(jì)型LCD接收的都是模擬信息，所以這一步是必不可少的。RAMDAC的轉(zhuǎn)換速率以MHz表示，它還決定了刷新頻率的高低，其工作速度越高，頻帶越寬，高分辨率時(shí)的畫面質(zhì)量越好。該數(shù)值決定了在足夠的顯存下，顯卡最高支持的分辨率和刷新率。如果要在1024×768的分辨率下達(dá)到85Hz的分辨率，RAMDAC的速率至少是1024×768×85×1.344（折算系數(shù)）/106＝90MHz。雖說如今顯卡的RAMDAC很容易就達(dá)到400MHz，但是這在幾年前卻是一個(gè)可望而不可即的數(shù)字。

　　事實(shí)上，顯卡技術(shù)發(fā)展初期的焦點(diǎn)并非是顯示芯片，也不是RAMDAC，而是像夾心餅干一樣的顯存。顯示芯片與RAMDAC是兩個(gè)非常忙碌的高速設(shè)備，而顯存必須隨時(shí)受它們兩個(gè)差遣。每一次當(dāng)顯示屏畫面改變，顯示芯片就必須更改顯存里面的資料，而且這一動(dòng)作是連續(xù)進(jìn)行的。同樣的，RAMDAC 也必須不斷地讀取顯存上的資料，以維持畫面的刷新。分辨率越高，從芯片傳到顯存的資料也就越多，而RAMDAC從顯存讀取資料的速度就要更快才行，為此顯存必須在容量以及速度方面達(dá)到一定的要求，對(duì)畫質(zhì)而言，其中前者更加重要。

　　對(duì)于3D游戲，我們幾乎都知道顯存的容量并非十分重要，對(duì)于顯存帶寬的需求更加迫切。而在HDTV應(yīng)用時(shí)，由于畫面的分辨率實(shí)在太高，因此顯存容量變得十分有用。如今解碼高分辨率的WMV-HD以及H.264時(shí)，128MB顯存幾乎是必須的，推薦使用256MB以獲得更好效果。