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2010-12-30 新一代AV介面標準HDMI

新一代AV介面標準HDMI
作者:消費電子世界
我們都知道各類家庭影院設備之間的連接是必不可少的,而不同介面之間的差異也是相當大的。對於音頻和視頻界面都經歷了由類比到數位的變化,相對於音頻的數位介面,視頻的數位介面來得晚了些。目前最普遍的數位視頻界面就是DVI介面,但是DVI僅僅是視頻界面而且體積較大,不適合越來越小的影音產品。這時一種小型化而且功能更加強大介面規格HDMI誕生了。


圖1

HDMI的發展
HDMI(High Definition Multimedia Interface)是高清晰多媒體介面的縮寫。2002年4月,日立、松下、飛利浦、索尼、湯姆遜、東芝和Silicon Image七家公司聯合組成HDMI組織。HDMI工作小組(HDMI Working Group)負責HDMI規格的制定和研發,HDMI Licensing, LLC是許可代理商,負責管理HDMI的授權、規格的許可發佈、推廣HDMI標準並為零售商和消費者提供關於HDMI的培訓。2002年12月上述七家公司共同發佈了HDMI 1.0規格,2003年7月HDMI相容性測試規格1.0公佈,9月第一台商用HDMI系統在CEDIA展出,10月HDMI被DVD官方機構核定為標準訊號傳送制式之一。2004年1月在CES展會上有超過100項HDMI產品展出,2004年5月HDMI 1.1規格發佈。到2005年3月已有189家公司成為HDMI的許可採納者(adopter),只要付15000美元年費,就可免費下載取得HDMI規格書,開發HDMI IC。HDMI已經獲得所有主要的消費電子產品製造商的採用。
HDMI的特點
HDMI是基於DVI(Digital Visual Interface)制定的,可以看作是DVI的強化與延伸,兩者可以相容。HDMI在保持高品質的情況下能夠以數碼形式傳輸未經壓縮的高解析度視頻和多聲道音頻資料,最高資料傳輸速度為5Gbps。HDMI能夠支援所有的ATSC HDTV標準,不僅可以滿足目前最高畫質1080p的解析度,還能支援DVD Audio等最先進的數位音頻格式,支援八聲道96kHz或身歷聲192kHz數碼音頻傳送,而且只用一條HDMI線連接,免除數碼音頻接線。同時HDMI標準所具備的額外空間可以應用在日後升級的音視頻格式中。與DVI相比HDMI介面的體積更小而且可同時傳輸音頻及視頻信號。DVI的線纜長度不能超過8米否則將影響畫面質量,而HDMI基本沒有線纜的長度限制。只要一條HDMI纜線,就可以取代最多13條類比傳輸線,能有效解決家庭娛樂系統背後連線雜亂糾結的問題。HDMI可搭配寬帶數位內容保護(High-bandwidth Digital Content Protection;HDCP),以防止具著作權的影音內容遭到未經授權的複製。正是由於HDMI內嵌HDCP內容保護機制,所以對好萊塢具有特別的吸引力。HDMI規格包含針對消費電子用的Type A連接器和PC用的Type B連接器兩種,相信不久HDMI將會被PC業界採用。
HDMI的現狀及前景
HDMI這個標準具備多種用途,能成功解決許多困擾消費電子產業的問題。HDMI標準採用TMDS (Transition-Minimized Differential Signaling)技術,具有每秒數千兆的影音內容傳輸帶寬,再加上Intel的HDCP內容保護技術,對消費電子產業鏈的每一份子而言,HDMI標準都提供了理想的解決方案,所帶來的結果是整齊美觀的線纜與接頭組裝,而一般的消費者也覺得便於使用。
另一方面,DVD拷貝管制協會(CCA)規定,所有播放CSS保護內容且畫質高於480p/576p的DVD機,必須具備HDMI-HDCP或DVI-HDCP輸出端子。美國的FCC也規定在2005年7月1日後販售的所有“具數位有線功能”(digital cable-ready)的電視,均必須具有HDMI-HDCP或DVI-HDCP輸入端子。此外,CableLabs也在其OpenCable計劃中,規定所有高畫質數字電視盒(HD-STBs)必須具備HDMI-HDCP或DVI-HDCP輸出端子。代表歐洲資訊通信技術與消費電子產業的組織EICTA,也於2005年1月19日在布魯塞爾宣佈,任何貼有“HD Ready”的顯示設備,必須通過HDMI或DVI數位介面接收高解析度內容的傳輸,而且其HDMI或DVI輸入端子必須要支援HDCP。所有這些規定更加強化了HDMI在市場上的地位。
2003年,HDMI消費類電子產品的銷售量只有25萬台,但在2004年便成長至600萬台以上。市場分析師認為應用HDMI的趨勢將持續快速成長,並預期配備HDMI的產品的銷量在2007年將增加至1.25億台。根據IDC與Silicon Image的估計,在2005年年底,全球將會有超過1500萬台HDMI功能的數位電視,並在2007年年底成長至將近5000萬台。
隨著高清晰電視、高清DVD以及各國政府對於數位電視與數位內容產業的大力推動與扶植,數位影音產業已成為全球資訊技術產業新一波的成長動力。作為一個數位顯示設備與數位影音設備之間的橋梁,HDMI必將成為新一代數位影音設備的介面標準並在日後取代DVI。

2010-12-13 何謂 H.264

何謂H.264
 H.264,或稱MPEG-4第十部分,是由ITU-T視訊編碼專家組(VCEG)和ISO/IEC動態圖像專家組(MPEG)聯合組成的聯合視訊組(JVT,Joint Video Team)提出的高度壓縮數位視訊編解碼器標準。
 標準
ITU-T的H.264標準和ISO/IEC MPEG-4第10部分(正式名稱是ISO/IEC 14496-10)在編解碼技術上是相同的,這種編解碼技術也被稱為AVC,即進階視訊編碼(Advanced Video Coding)。該標準第一版的最終草案已於2003年5月完成。
H.264是ITU-T以H.26x系列為名稱命名的標準之一,同時AVC是ISO/IEC MPEG一方的稱呼。這個標準通常被稱之為H.264/AVC(或者AVC/H.264或者H.264/MPEG-4 AVC或MPEG-4/H.264 AVC)而明確的說明它兩方面的開發者。該標準最早來自於ITU-T的稱之為H.26L的項目的開發。H.26L這個名稱雖然不太常見,但是一直被使用著。
 有時候該標準也被稱之為「JVT編解碼器」,這是由於該標準是由JVT組織並開發的(作為兩個機構合作開發同一個標準的事情並非空前,之前的視訊編碼標準MPEG-2也是由MPEG和ITU-T兩方合作開發的,因此MPEG-2在ITU-T的命名規範中被稱之為H.262)。
H.264/AVC項目最初的目標是希望新的編解碼器能夠在比相對以前的視訊標準(比如MPEG-2或者H.263)低很多的位元率下(比如說,一半或者更少)提供很好的視訊質量;同時,並不增加很多複雜的編碼工具,使得硬體難以實現。另外一個目標是可適應性,即該編解碼器能夠在一個很廣的範圍內使用(比如說,即包含高碼率也包含低碼率,以及不同的視訊解析度),並且能在各種網路和系統上(比如組播、DVD存儲、RTP/IP包網路、ITU-T多媒體電話系統)工作。
JVT最近完成了一個對原標準的拓展,該拓展被稱為高精度拓展(Fidelity Range Extensions,FRExt)。該拓展通過支援更高的像素精度(包括10位元和12位元像素精度)和支援更高的色度抽樣率(包括YUV 4:2:2和YUV 4:4:4)來支援更高精度的視訊編碼。該拓展加入了一些新的特性(比如自適應的4x4和8x8的整數變換,用戶自定義量化加權矩陣,高效的幀間無失真編碼,支援新增的色度空間和色度參差變換)。該拓展的設計於2004年7月完成,草案也於2004年9月完成。由於該標準的最早版本於2003年5月完成,JVT已經完成了一輪對標準的勘誤工作,新一輪的勘誤也已於最近完成並且得到了ITU-T的批准,不久也將被MPEG批准。
 光碟儲存
 現時競爭下一代光碟格式的兩種主要技術,都已經計劃在2005年下半年,將H.264/MPEG-4 AVC作為必需的編碼格式,包括:
DVD論壇制訂的HD DVD格式
 藍光光碟聯盟(BDA)制訂的藍光光碟Blu-ray Disc格式


 資料來源:維基百科  

2010-12-13 何謂 MKV

Matroska
Matroska,很多人把它當作為MKV,其實MKV只是Matroska媒體系列的其中一種檔案。
Matroska是一種新的多媒體封裝格式,這個封裝格式可把多種不同編碼的視頻及16條或以上不同格式的音頻和語言不同的字幕封裝到一個Matroska Media檔內。它也是其中一種開放原始碼的多媒體封裝格式。
Matroska媒體定義了三種類型的檔:
1. MKV (Matroska Video File) :視訊檔,2. 可以包含音訊和字幕;
3. MKA (Matroska Audio File) :單一的音訊檔,4. 可以有多條及多種類型的音軌;
5. MKS (Matroska Subtitles) :字幕文件。

 這三種文件中以MKV最為常見


特點
Matroska最大的特點就是能容納多種不同類型的視頻編碼、音頻編碼及字幕流,並且它能把非常高密的RealMedia及QuickTime檔案也容納在内,同時將它們的音頻和視頻重新組織起來,從而達到一個更好和鮮明的效果。
Matroska的開發是對多種傳統媒體格式的一次大挑戰,雖則如此,Matroska也被開發成一個多功能的多媒體容器。
 此外,根據網上資料的研究顯示,MKV與普通的視頻格式如AVI較為優異的。

以下列表是MKV與AVI的研究列表:
 
格式  錯誤檢測     可變幀率          內建多組可選字幕         多音軌         串流傳輸              選單                非微軟作業系統    
MKV              有          支援                           支援             支援           即將支援           即將支援                 支援    
AVI            沒有      不支援                        不支援           不支援            不支援             不支援                   不夠支援 


播放
現時播放Matroska這類格式並不需要專用的播放器,基本上任何播放器都可以播放MKV檔。 在微軟作業系統下,一般解碼方法,是通過DirectShow分流器(DirectShow Filters),「直接地」把視訊流及/或音訊流以DirectX輸出至硬件的驅動程序

資料來源:資料來源:維基百科  


2008-07-09 藍光基礎:在你的個人電腦上採用高清晰度DVD格式

藍光基礎:在你的個人電腦上採用高清晰度DVD格式
上網時間: 2008年03月24日 

目前,HD-DVD與藍光之戰已告結束,個人電腦製造商正在新的系統中把藍光作為一種常規選項,人們要問:藍光到底贏在哪兒?

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Cyberlink BD/HD顧問評估是否具備藍光使用條件

顯然,它被迫成為你安裝高清晰度娛樂設備的下一個重要選擇。然而,它還存在一系列版權保護問題,從而可能使這一成果難以應用到個人電腦市場。此外,儘管藍光碟每張擁有50GB的容量(且可能超過它),但是,容量越大意味著成本越高。

為了説明回答你的問題,下面回顧了藍光在個人電腦市場中形成的兩個主要應用領域:1. 內容傳遞;2. 作為資料存儲媒介。

視頻播放和版權保護

當然,與藍光有關的大多數常見應用就是高清晰度視頻。為了可靠地傳遞高清晰度視頻,藍光(也稱為BD)需要一個完整的元器件生態系統,包括:光碟機、播放軟體、光碟、視頻卡以及支援某種標準的顯示器。

簡而言之,當購買全新系統時,若要獲得最佳的性能,那可能是投資的事情,因為一些部件(如視頻卡)需要採用盡可能最新的硬體。Cyberlink是應用最廣泛的高清內容播放程式—PowerDVD—的供應商,它提供一種可以輪詢你的系統的顧問應用程式,從而確定哪些符合標準而哪些需要替換?

對於傳統的DVD來說,你需要單獨的軟體(通常不包含在你的作業系統中)來播放個人電腦上的高清晰度視頻。大多數藍光光碟機將捆綁這樣一個程式,儘管通過該軟體獲得的功能集差異很大。

我的戴爾XPS個人電腦配備了PowerDVD的OEM版本的,稱為PowerDVD DX,它跟PowerDVD本身毫無類似之處,但是,它符合稱為“Profile”的播放機標準(在這一情形下為Profile 1.1)。

所有的程式均缺失的一個功能就是執行藍光播放,這聽起來有點怪異,但是,卻能夠防止內容受保護的電影被抓屏。這一功能被有意取消了,以防通過逐幀拷貝電影而私自出售藍光播放機所播放的內容。這樣的一種措施讓人們把怒火對準了藍光的數字版權管理問題。

這些保護層由藍光內容的作者以及播放它的硬體和軟體的設備製造商所提供,因此,在許多陣線上招致了強烈的抨擊,不僅僅是因為(以批評家的眼光來看)這些保護措施被攻破只是時間,而且因為它們它們引起的問題跟它們解決的問題一樣多。許多人完全可能不運行它的數位版權管理軟體就在個人電腦上觀看藍光電影,但是,值得說清楚的是在什麼環境下禁止觀看。

通過藍光可以實現兩種保護:版權保護以及內容保護。前者使之難以複製物理媒介本身;後者使之難以複製或從媒介上轉移視頻內容。

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PowerDVD能夠播放藍光(以及HD-DVD)的字幕

 藍光上的版權保護採取若干不同的形式,實際上,它的一個賣點就是電影院採用這些版權保護措施。遺憾的是,其第一道防線AACS—號稱取代被大肆刪改的CSS系統的一種內容擾亂方法—已經被攻破且受到了危害。另一種內容保護系統—BD+需要播放機能夠在虛擬機上運行代碼—可能證明非常難以受到危害,因為理論上每一幅字幕均可能受到單獨的保護(儘管尚不清楚那如何才切實可行)。第三種保護系統—BD-ROM Mark—使之難以對光碟進行逐個比特的拷貝。這並沒有阻止人們創建像AnyDVD這樣的軟體來旁路這樣的版權保護系統,即使這樣的程式在許多許可權中是非法的。

 內容保護或HDCP,涉及確保被用於解碼和顯示高清晰度內容的每一台設備彼此信任對方是安全的,換言之,不可能通過篡改內容而把它重新導向一台未受保護的設備(因此會被私自出售)。例如,一台採用HDCP的顯示器通過—像視頻卡一樣—交換證明可以向其他設備展示它的授信。未授信的硬體要麼被完全閉塞,要麼發送一個速率被降低的視頻信號(如960x540清晰度)。並不是最新的視頻卡均支援HDCP,或者說,買主須自行當心。

此外,另一個問題在於圖像約束記號(ICT)的形式,這是一種可以被設置在給定的媒介片段上標記,它告知播放硬體是否把輸出的速率降低。通過這種實現方式,就能夠在將來有選擇地使這種保護成為可能,從而便於跟較老的、不支持HDCP的高清晰度顯示器後向相容。

Arstechnica.com已經報導說,ICT至少在2010年前後不會被大規模地採用,但是,長期的路線圖是清楚的,藍光播放機需要專門研製的端對端的HDCP支援功能。那將讓購買或組裝了新系統的人立即就能夠使用藍光播放機功能,包括顯示器在內,但是,那些向現有系統中加入藍光功能的人可能要等待更長時間才能使用。

採用藍光光碟做資料存儲嗎

以前人們質疑是藍光還是HD-DVD作為首選的高清晰度內容的光碟傳輸媒介,現在顯然藍光光碟就有可能作為個人電腦的存儲媒介。現在的主要問題在於:價格上值得嗎?如何實現它?

當然,第一和最重要的費用就是光碟機本身,現在最便宜的藍光燒錄光碟機的成本大約為400美元。NewEgg.com就有一款價格大體相當的Lite-On型號;索尼公司自己的藍光光碟燒錄機售價為600美元。

問題是這些光碟機的價格是否會下來,當然它們會降價,但是,它們是否會適時地降價,且降低至足夠的價格點?如果以更為優惠的價格就能獲得相同的存儲空間,那麼,購買一隻或更多光碟機就完全是不經濟的。

那麼,問題在於空白媒介的成本。在NewEgg.com上,空白的單層(25GB)藍光光碟的成本大約為10-14美元,取決於你選擇的製造商。雙層50GB光碟的成本僅僅約為16美元,因此,如果你的光碟機能夠刻錄雙層媒介,就沒有必要購買單層光碟,因為你僅僅花幾個美金就能夠把容量加倍。

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免費程式ImgBurn可以利用藍光光碟機作為讀/寫設備

這相當於大約0.32美元/GB(注意:所有的光碟機均燒錄雙層藍光光碟,那是另一個問題)。此外,將來有可能出現包含兩層以上的可寫藍光存儲媒介(索尼公司一直不斷地強調200GB光碟有可能實現),但是,不保證這樣的光碟會相容現有的播放機。

至於現行市場價,假設雙層光碟機為600美元,每一張50GB空白光碟的價格為16美元。相比之下,Western Digital的500GB SATA硬碟的零售價為100美元,每GB的成本為0.2美元。為了獲得藍光光碟相同的每GB價格,你必須把光碟機的成本完全打折(例如,如果你購買它作為系統的組成部分)且讓雙層空白光碟的價格跌至10美元。

從好的方面來看,藍光光碟意味著能夠在不購買全新光碟機的情況下增加25GB-50GB的存儲容量。這在許多方面跟DVD和CD光碟機剛剛出現時突然遭遇的情況一樣,要做出選擇不容易。

相容藍光的燒錄軟體

當提到用於把資料燒錄至藍光光碟的軟體時,去年大多數流行的CD/DVD燒錄套裝軟體均已支援藍光光碟燒錄,這是好消息。新的藍光光碟機通常與寫入藍光光碟的軟體一道付運,但是,許多免費程式現在均支援燒錄藍光光碟。例如,流行的燒錄軟體套件是Nero,它具有燒錄藍光光碟的固有功能,而免費應用程式ImgBurn(我的最愛)也支援藍光光碟燒錄。Linux用戶也不寂寞,Nero的Linux版本支援藍光光碟燒錄,而現存的一些開放源工具也具有相同的功能(許多流行的套件還支援在高清晰度內容導入過程中實現視頻授權)。

存儲媒介的壽命和可靠性

在許多人的心目中,有一個尚未解開的問題就是存儲媒介的壽命和可靠性。因為藍光仍然是新的且相對未經過測試的,並且因為對刻錄CD和DVD的壽命問題,人們一直就存在擔心,他們可能對擔保不可替換的資料這一點難以理解。我曾經閱讀過關於“BD-R/RE在理想情況下能夠使用30-50年”的說法,但是,不論其格式有多麼新,那聽起來就像在黑暗中沒有目標地放槍。為了實現那一目的,不要僅僅把一切均拷貝在一張藍光光碟上,這可能也是適合於任何備份媒介的一個經驗法則。

此外,人們一直關心的另一個問題是:在帶寬日益增加的情況下,還值得把光碟作為內容傳遞的方法嗎?簡單的回答就是“是的”。與下載的內容相比,經製造出來的光碟可能更為經久耐用和穩固,如果出現什麼故障的話,你可以從備份中恢復,而不必等待漫長的重新下載。此外,儘管可能有更大的帶寬可用,跟從互聯網上—不論是否大量資料—下載相比,從50GB的光碟上拷貝內容一般來說是不那麼費力的,對於大多數人來說,這種情況在最近不會有什麼變化。

本文小結

相對于它的直接競爭對手來說,儘管藍光的大規模普及已經姍姍來遲,但是,它在許多方面仍然是一種利基格式。它不會取代傳統的DVD,也不會迅速作為內容承載者或資料存儲媒介,這個過程可能要幾年而不是數月時間的完善。

除非你決定僅僅在個人電腦上觀看藍光,否則,它就是一種奢華的選件,而不是必需的配備。傳統的DVD可能仍將存在下去,直至藍光播放機的銷售數量上佔據絕對優勢,但是,據說這仍然有很長的路要走。


此文章源自《家庭娛樂系統》網站

2008-07-09 什麼是數位電視

什麼是數位電視
上網時間: 2006年11月22日 

數位電視最早誕生在德國,上個世紀90年代初,德國的ITT公司推出了世界上第一台數字彩色電視機,一時驚動很大,但這台數字彩色電視機沒有多大優勢,因為它成本很高。成本高的原因是它使用了幀記憶體,當時積體電路的生產技術與今天相比還很落後,電路密度很低,所以成本很高。這台數位彩色電視機在功能上雖然很簡單,但在技術上已達到了非常高的水準,如,用數位濾波技術進行Y/C分離和場閃爍處理。ITT公司大約只生產了3000台這樣的電視機後,就再也沒有生產。由於當時人們都想像不到,電視技術能發展到今天這麼快,由類比信號一下子轉變成全數位信號,因此人們都稱它是世界上第一台數字電視機。

在此基礎上,後來人們發明了畫中畫電視,爾後又發明了插行電視機,或叫改善清晰度電視機IDTV(Improved-Definition Television),也就是現在的倍行、倍場等電視機之類。這些電視機都是只對視頻信號做一些很簡單的數位技術處理,圖像品質並沒有明顯提高,但當時人們都認為是一種很了不起的數位電視技術,我們國家也把這種電視機定義為數字電視機,並制訂了數字電視機標準,這個標準一直沿用到2000年。因此,國內很多電視機廠家都把自己的插行電視機說成是數字電視機——DIGITAL TV。

其實,那時候國外的全數位信號電視機早已誕生,並且於上個世紀90年代就已開始進行數位信號廣播,如早期的MAC,MUSE,和爾後的DVB-S,DVB-C,DVB-T,HDTV等。由於國內新的數位電視機標準遲遲未定,而舊的又不作廢,因此國內的各種DIGITAL TV概念滿天飛,如,某些公司的數碼電視等。

數位電視的發展是一步一步走過來的,如果追索起源頭,要追索到60多年前的付立葉先生,他的付立葉變換理論奠定了數位電視技術的基礎,繼他之後,還有一大堆應用科學家在默默地耕耘了五十多年。MPEG信源編碼技術標準的誕生,標誌著數位電視技術已經基本成熟。而MPEG信源編碼技術中的17個重要專利技術,就有兩個發生在1950年,分別為:哈夫曼編碼(Huffmancoging),差動脈衝編碼調製(DPCM)。後面的15個重要技術基本上也都是按均勻密度分佈在時間軸上,可見工作之艱辛,並不是某人靈感一來就能發明成功的。這些技術的應用都是為了一個目的,就是使數位信號能夠在各種線路中進行傳輸。

數位電視的技術基礎是模數轉換ADC(Analog-to-Digital Converter)和編碼(Coding)技術。編碼技術現在已經成為一門很熱門的科學技術,它是數學和物理學及其它科學交融在一起的,一個嶄新領域中的應用技術。在全數位電視技術中,有兩個很關鍵的編碼技術——信源編碼和通道編碼。信源編碼的主要任務是解決圖像信號的壓縮和保存問題;通道編碼的主要任務是解決圖像信號的傳輸問題。

ADC與二進位編碼

ADC模數轉換也叫取樣,是把類比信號轉換成數位信號的必要過程。我們知道類比信號是由無數個連續的點來組成,任何電路都無法對無數個點的資訊進行如:插行、壓縮等處理,因此只能從無數個點中抽出一些有代表性的點進行處理,這種方法就叫取樣,或叫A/D(類比/數位)轉換。取樣可以比喻成把圖片通過一個絲網後再印到報紙上(這叫絲網印刷),報紙上的圖片就變成由很多小點點組成,這些小點點就是從圖片中無數個點取樣後得來的。經過取樣得到的點,越密和越細,圖像就越逼真。

對視頻信號取樣也存在這樣的道理,取樣頻率越高,相當於抽樣的點越多,資料就越真實,但資料占的記憶體也多。除了點的密度對圖像品質有影響外,每個點所表示數值的精度也會影響圖像品質,這個叫量化,即分層。層分得越多,精度就越高,量化精度單位用bit(二進位的位元)表示,即多少bit編碼,或叫二進位編碼。

目前對視頻信號進行取樣時,一般取樣脈衝頻率都是取視頻最高頻率的3倍,和用8bit進行量化編碼,即把視頻信號分成256層(也叫階梯)。圖1是對視頻信號進行取樣與二進位編碼的原理圖。

如果用上述方法對PAL製圖像信號進行處理,那麼對於6MHz的亮度信號取樣脈衝頻率應為18MHz,但為了減少干擾,一般都取彩色副載波頻率的4倍,即17.72MHz為取樣頻率。為此求得傳送亮度信號的碼率為142Mbit/S,另外還有兩個色差信號R-Y和B-Y也要傳送,如果按3MHz帶寬來計算,兩個色差信號的碼率為144Mbit/S,這樣全電視信號的碼率為286Mbit/S,這個還沒有把傳輸過程中的幀同步脈衝計算進去,如果把幀同步脈衝計算進去,碼率還需要提高2-10%,即超過300Mbit/S。這麼高的碼率在一般線路中根本就無法傳送,況且還有伴音信號也要傳送呢。

對於HDTV高清晰度電視機,我國的HDTV高清晰度電視機視頻最高帶寬是64MHz,約為PAL制視頻帶寬的11倍,如果把它換算成碼率就是3200Mbit/S,這麼高的碼率,任何線路都無法傳輸,目前用有線電視線路傳輸數位信號,最高碼率只能達到30Mbit/S左右。因此,為了能夠傳輸數位電視信號,數位電視信號本身也要進行壓縮,要麼數位電視節目廣播就無法實現。

信源編碼

字、符號、圖形、圖像、音頻、視頻、動畫等各種資料本身的編碼通常稱為信源編碼,信源編碼標準是資訊領域的基礎性標準。無論是數位電視、影音光碟機,還是多媒體通信和各種視聽消費電子產品,都需要音視頻信源編碼這個基礎性標準。

大家用電腦打字一定很熟悉,當你用WORD編輯軟體把文章(DOC檔)寫完,存好盤後,再用PCTOOLS工具軟體把你的DOC檔打開,你一定能看到你想像不到的東西,內容全是一些16進制的數位,這些數位叫代碼,它與文章中的字元一一對應。現在我們換一種方法,用小畫板軟體來寫同樣內容的文章。你又會發現,用小畫板軟體寫出來的BMP檔,占的記憶體(檔容量)是DOC檔的好幾十倍,你知道這是為什麼?原來WORD編輯軟體使用的是字形檔和代碼技術,而小畫板軟體使用的是點陣技術,即文字是由一些與座標位置決定的點來組成,沒有使用字形檔,因此,兩者在工作效率上相差幾十倍。

目前類比信號電視機圖像信號處理技術就很類似小畫板軟體使用的點陣技術,而全數位電視機的圖像信號處理技術就很類似WORD編輯軟體使用的字形檔和代碼技術。實際上這種代碼傳輸技術在電傳視訊中很早就已用過,在電傳視訊機中一般都安裝有一個帶有圖文字形檔的解碼器,對方發送圖文信號的時候只需發送圖文代碼資訊,這樣可以大大地提高資料傳輸效率。

對於電視機,顯示內容是活動圖像資訊,它哪來的“字形檔”或“圖庫”呢?這個就是電視圖像特有的“相關性”技術問題。原來在電視圖像信號中,90%以上的圖像資訊是互相相關的,我們在模擬電視機中使用的Y/C(亮度信號/彩色信號)分離技術,就是利用兩行圖像信號的相關性,來進行Y/C分離。如果它們之間內容不相關,Y/C信號則無法進行分離。全數位信號電視也一樣,如果圖像內容不相關,則圖像信號壓縮也就要免談。如果圖像內容有相關性,那麼上一幅圖像的內容就相當於下一幅圖像的“圖形庫”,或一幅圖像中的某部分就是另一部分的“圖形庫”,因此,下一幅圖像或圖像中某一個與另一個相關的部分,在發送信號時,只需發送一個“代碼”,而傳送一個“代碼”要比送一個“圖形庫”效率高很多,顯示時也只需把內容從“圖形庫”中取出即可,這就是MPEG圖像壓縮的原理。

利用電視信號的相關性,可以進行圖像信號壓縮,這個原理大家已經明白,但要找出圖像相關性的內容來,那就不是一件很容易的事情,這個技術真的是太複雜了。為了容易理解電視圖像的相關性,我們不妨設想做一些試驗,把圖像平均分成幾大塊,然後每一塊,每一塊的進行比較,如果有相同的,我們就定義它們有相關性;如果沒有相同的,我們繼續細分下去,把每大塊又分成幾小塊,一直比較下去,最後會發現,塊分得越細,相同塊的數目就越多,但分得太細需要的代碼也增多,所以並不是分得越細越好。我們在看VCD的時候經常發現,如果VCD讀光碟資料出錯,就會在圖像中看到“馬賽克”,這些“馬賽克”就是圖像分區時的最小單位,或把數碼相片進行放大,也可以看到類似“馬賽克”的社區,這就是數碼圖像的最小“圖形庫”,每個小“圖形庫”都要對應一個“代碼”。

在單幅圖像中找出相關性的幾率並不是很大的,所以對單幅圖像的壓縮率並不很大,這個通過觀察數碼相片的容量就很容易明白,如果把尋找相關性的範圍擴大到兩幅圖像,你就會發現,具有相關性的內容太多了,這是因為運動物體對於人的眼睛感覺器官來說,是很慢的,如果很快,人的眼睛就看不清楚,看不清楚的東西就不能算成圖像。電視機每秒鐘向人們演示圖像是50次或以上(PAL為50次,NTSC為60次),如果你的眼睛是個攝影機,你也無法感覺到圖像的微小變化,這就表明相鄰兩幅圖像的相關性非常大,而圖像之間相隔距離較遠時,其圖像的相關性才逐步減小,並且這種相關性很強的圖像變化時,一般都是有規律的,也就是說每一幅圖像的變化是可以預測的。實際上在上一幅圖像的基礎上乘以一個帶有方向的係數,即左、右、上、下移動,就可以得到一幅運動圖像的新圖像。這裏順便指出,上面說到的一幅圖像,並不是特指人們從電視機顯示幕上看到的整幅畫面,而是可大可小的一部分。

利用圖像的可預測性,可以大大的提高“圖形庫”的利用律,即很多幅圖像都可以公用一個“圖形庫”。MPEG在傳送圖像時就是這樣,對於高速變化的圖像,如果時間來得及(即碼率不是很高時),就傳送新的內容來顯示,如果來不及(即碼率很高時)就用“圖形庫”中的內容來頂替(即預測),反正高速運動的圖像人們也看不清。例如:MPEG在傳送5幅圖像時,可能只傳其中的3幅(時間來得及時),也可能只傳兩幅(時間來不及時),具體過程是,先傳第1和第5幅,然後時間來得及就傳第3幅,時間來不及就插第3幅(根據1和5預測3),最後再插第2幅(根據1和3預測2),和第4幅(根據3和5預測4)。

上面我們只是從感性上和很膚淺的對圖像壓縮的原理進行了分析,如果我們把上面的分析內容移到數學領域,那麼我們將要面對非常多的西格瑪“∑”(求和)和矩陣符號。順便介紹一下,對數位電視圖像壓縮處理最出名的理論是:DCT(Discrete Cosine Transform)離散余弦變換(付立葉變換),和DPCM差動脈衝編碼調製,還有哈夫曼編碼(Huffmancoging)。

圖像信號的壓縮過程也是數位電路(或電腦)對數位信號的處理過程,電腦雖然很聰明,但它只會做加法運算。其他的減法、乘法、除法還有函數運算,電腦都是把它們轉換成加法進行運算。付立葉先生60年前可能就預見到了我們要對數位信號進行處理,所以他發明了付立葉變換。其原理是:一個週期函數可以展開成無數個正弦或余弦函數之和,函數的週期越短其(級數)收斂就越快,週期越長其收斂就越慢。對於上面我們分析的圖像信號,全部都可以看成是週期函數信號。相關性很強的圖像信號可看成是短週期信號,相關性很弱的圖像信號可看成是長週期信號。因此,經過付立葉變換後的信號,只需對展開成級數的各項係數(一般只取前幾項)進行處理和傳送。

DPCM差動脈衝編碼調製也有人叫預測編碼,它的定義是:在線性預測編碼中,首先用過去的若干圖元值對當前圖元值進行線性預測,然後將其差值進行PCM編碼傳送,接收端將此差值積分而再生圖像;哈夫曼編碼也叫可變長編碼,它對出現概率大的差值信號編以短碼,對概率小的差值信號編以長碼,哈夫曼編碼可獲得最小的平均碼長。

在數位電視技術中,除了圖像需要壓縮以外,聲音也要壓縮,但聲音壓縮要比圖像壓縮簡單很多,因為聲音的信息量比起圖像的信息量來,少得可憐。人的耳朵能聽到聲音的頻率範圍是20Hz到20kHz,如果我們把20Hz到20kHz按照一定的頻帶寬度分成很多個頻率通道,用來對聲音進行過濾和處理,就能對聲音信號進行壓縮。這個頻率通道就相當於,歌曲中的諧音:多、來、米、發、梭、拉、妻、多(12345671)。

聲音壓縮的原理也是利用“字形檔”的概念,在信號的解碼端,安裝有很多個與信號發送編碼端對應的頻率發生器(如12345671諧音器)。另外聲音還有一個遮罩效應,就是,人的耳朵對某個頻率範圍的聲音靈敏度特別高(600Hz附近),對一些頻率卻很低(低頻和高頻);還有,如果有幾種聲音同時存在,聲音大的內容很容易聽到,而聲音很小的東西要非常注意才能聽到(對數特性)。利用這些特點,在編碼的時候就可以分長碼和短碼來對不同的內容進行編碼,對主要聲音內容用長碼,對次要內容用短碼——這叫有所為和有所不為。經過多種方法對聲音信號壓縮處理後,聲音信號傳送的碼率可變得非常低,即壓縮比非常大。

聲音信號壓縮的原理可以比喻成,某人想聽某鋼琴家彈鋼琴,一種方法是把鋼琴家連同鋼琴都請到家來;另一種方法是,只請鋼琴家而用自己的鋼琴進行演奏;再有一種方法是,只需對方把曲譜寄過來,而用自己的鋼琴和家人來演奏,顯然是最後一種方法最簡便。

在全數位信號電視系統中,圖像信號和音頻號之所以能壓縮,並不完全是信源編碼端的功勞,接收端解碼器的功勞也非常大,沒有解碼器強大的資料處理功能,圖像信號和音頻信號的壓縮是不可能的。其實從信源端發送給接收端,真正屬於圖像內容的資訊並不多,大部分都是“補丁”(差值),和“指令”(代碼),解碼器通過對這些資料進行加工,不斷地更新自己的“資料庫”(圖形庫),然後重新編碼輸出,最後進行D/A轉換,輸出音視頻。

目前圖像壓縮標準有MPEG1、MPEG2、MPEG4、MPEG7,根據用途的不同壓縮方法和碼率也不一樣。MPEG1用於VCD,清晰度很低,但碼率也很低;MPEG2用於SDTV或HDTV,清晰度很高,但碼率也很高;MPEG4本來準備用於可視電話,它壓縮比很高,碼率也很低,活動圖像品質比MPEG2差,但它可以在電腦上進行標清節目顯示,所以有人準備把它進行升級來替代MPEG2或更高版本(JVT);MPEG7用於圖書館檔案查詢,壓縮比非常高,碼率很低。聲音壓縮標準現在較常用的有杜比和AC3兩種。 

我們國家目前也想自己搞一套音視頻壓縮編碼標準AVS(Audio Video coding Standard),AVS1.0的標準準備與新的國際音視頻標準JVT(Joint Video Team)相容,性能與MPEG4的升級版本差不多,這個AVS標準是否成功,取決於國內IC生產廠家願不願意跟進,和政府扶植的力度,但願上帝保佑中國。

通道編碼

數位信號傳輸和類比信號傳輸是不一樣的,類比信號一般通過高頻調製以後就可以通過線路進行傳輸,接收端對輸入信號進行解調後,就可以輸出類比信號;而數位信號傳輸就不同了,數位信號不但需要調製,調製之前還要進行編碼,接收端對輸入信號首先進行解調,然後再解碼。經過編碼的信號一般含有同步頭,用戶碼、資料碼、自由碼、結束碼等,這叫做一幀編碼,數位信號就是一幀,一幀地進行傳送的,如MPEG數位信號,每幀為188bit。對數位信號解碼也必須按順序,一幀,一幀地進行。

同步頭一般人都很容易理解,它表示一幀編碼信號的開始;用戶碼用來表示這幀內容的屬性,即這一幀東西是誰的,在數碼通信中一般都有多個用戶同時在進行通信,編碼時就按用戶分幀來傳輸信號,這樣對解碼比較簡單,如果只有一個用戶,可以不需要用戶碼;資料碼是需要傳輸的最主要內容,在屬性不容易出錯的情況下,它可以有多組資料碼,每組分別表示一個信號分量;自由碼一般是作為備用的,用來加密或其他用途;結束碼表示這一幀內容傳輸已經結束,告訴解碼器做好下一幀信號解碼的準備。

類比信號需要同時傳輸多路信號時(或多個信號分量),一般是採用正交調製或複合調製,如PAL電視信號:亮度信號,6MHz(標稱為6MHz,實際只有4.15MHz),對38MHz載波調幅;兩個色差Y-R和Y-B,1.5MHz,對4.43MHz付載波正交調幅;伴音,500KHz,對6.5MHz付載波調頻。它佔用的頻率資源,除了載波頻率外還要把頻率帶寬算上,因為載波是可選擇的,所以一般都只說頻率帶寬,PAL電視信號的帶寬為8MHz(6 + 1.5 + 0.5)。PAL電視信號的4個類比分量在傳輸時,屬於同時傳輸。

而數位信號需要同時傳輸多路信號時(或多個信號分量),一般是採用串列編碼,即一幀編碼中可以有多組資料碼(代表多個信號分量),如數據碼1代表亮度信號,資料碼2表示色差信號Y-R,資料碼3表示色差信號Y-B,等等,如一幀容量有限,可以加用戶碼分幀來傳輸多個信號分量。數位信號調製要比類比信號簡單很多,一般用QPSK(正交調相)或QAM(正交調相又調幅)調製,也可以用FSK(鍵控調頻)或ASK(鍵控調幅)調製,很少用AM(調幅)和FM(調頻)調製。因為前者調製效率非常高,特別是QAM調製,256QAM調製的頻譜利用率是8bit/Hz,還有一種多載波調製COFDM,其頻譜利用率更高,可達16bit/Hz。數位信號傳輸佔用的頻率資源,除了載波頻率帶寬以外,還有一個傳輸碼率。例如利用有線電視信號傳輸網路6MHz帶寬可以傳輸兩路標清電視信號,最高碼率達36Mbit/S(64QAM)。

數碼通信的好處是,可以把多路信號,或多個用戶信號同時擠在一條線路上,只要這條線路傳輸碼率足夠高。這種情況叫打包,或就信號複用,解碼時,則需要先拆包(也叫解複用)後才能解碼。打包的原理就是上面的幀編碼原理,不同傳輸系統,幀編碼的長度是不一樣的,因此在進行多種信號傳輸過程中,經常要拆包和重新打包。

數位彩色信號在傳輸過程中,一般不是按電視機的掃描順序來傳送信號的,這是因為信號在傳輸過程中可能會出錯。當信號在傳輸過程中出錯時,如果信號按順序傳送,則電視畫面上會集中在某個地方出現一大片馬賽克,使人看起來非常不爽;如果信號不是按順序傳送,而是按某種分佈規律來傳送,同樣出錯時,馬賽克會被均勻地散佈在整個畫面上,使人看起來感到還可以接受。這種錯位傳輸信號的方法稱為RS編碼或卷積,這是也是數位電視通道編碼中的一項重要技術。

SDTV和HDTV

SDTV和HDTV人們分別把它們叫標準清晰度數字電視和高清晰度數字電視,SDTV電視節目很早在歐洲就開始廣播,如,DVB-S(衛星數位視頻廣播)、DVB-C(有線數位視頻廣播)、DVB-T(地面數位視頻廣播),這些都是屬於標準清晰度數字電視,目前SDTV電視圖像解析度標準為:576×720 4:3 ,即掃描參數與現在的類比電視一樣,但水準清晰度提高了一倍多。HDTV的概念第一個提出來,和第一個進行節目廣播的是日本,但它的HDTV技術標準(MUSE)沒有人跟風。最後美國於1995年又推出一種新的HDTV標準(ATSC),並於1996年開始正式廣播。此事一時引起很大的轟動,連日本已經開始廣播了兩年的MUSE-HDTV節目也被迫停止廣播,準備跟風美國。

目前SDTV和HDTV都是採用MPEG2圖像壓縮標準,但由於MPEG-LA公司提出要對MPEG標準的使用者收費,加上HDTV的傳輸碼率要比SDTV高好幾倍,使得HDTV-T(地面廣播)在傳輸技術上遇到了較大的難度,一時人們對HDTV的熱情開始冷卻了下來。

我國政府對實現SDTV和HDTV數位電視廣播的熱情很高,並制定了未來5年和15年數位電視發展的時間表,但我國的SDTV和HDTV標準遲遲沒有定下來。

從技術上考慮,SDTV和HDTV數位電視的顯示格式一共有18種(HDTV 6種、SDTV 12種),其中14種採用逐行掃描方式。

(1) HDTV,1920象素(H)×1080象素(V),寬高比16:9,幀頻60Hz/隔行掃描,幀頻30Hz/逐行掃描,幀頻24Hz/逐行掃描。

(2) HDTV,1280×720,16:9寬高比,幀頻60Hz/逐行掃描,幀頻30Hz/逐行掃描,幀頻24Hz/逐行掃描。

(3) SDTV,704×480,16:9或4:3寬高比,幀頻60Hz/隔行掃描,幀頻60Hz/逐行掃描,幀頻30Hz/逐行掃描,幀頻24Hz/逐行掃描。

(4) SDTV,640×480,4:3寬高比,幀頻60Hz/隔行掃描,幀頻60Hz/逐行掃描,幀頻30Hz/逐行掃描,幀頻24Hz/逐行掃描。

在6種HDTV格式中,因為1920×1080格式不適合在6MHz通道內以60幀/秒進行逐行掃描,故以隔行掃描取代之。SDTV的640×480圖像格式與電腦的VGA格式相同,保證了與電腦的適用性。在12種SDTV格式中,有9種採用逐行掃描,保留3種為隔行掃描方式以適應現有的視頻系統。

我們國家可能採用的標準:

(1) SDTV標準 576×720 4:3 

(2) SDTV標準 576×1024 16:9 

(3) SDTV標準 540×720 4:3 

(4) SDTV標準 540×960 16:9 

(5) HDTV標準 1080×1920 16:9 

另外,還有三種信號傳輸標準格式:

(1) ATSC標準

ATSC數位電視標準由四個分離的層級組成,層級之間有清晰的介面。最高為圖像層,確定圖像的形式,包括象素陣列、幅型比和幀頻。接著是圖像壓縮層,採用MPEG-2壓縮標準。再下來是系統複用層,特定的資料被納入不同的壓縮包中,採用MPEG-2壓縮標準。最後是傳輸層,確定資料傳輸的調製和通道編碼方案。對於地面廣播系統,採用Zenith公司開發的8-VSB傳輸模式,在6MHz地面廣播頻道上可實現19.3Mb/s的傳輸速率。該標準也包含適合有線電視系統高資料率的16-VSB傳輸模式,可在6MHz有線電視通道中實現38.6Mb/s的傳輸速率。

(2) DVB標準

DVB傳輸系統涉及衛星、有線電視、地面、SMATV、MMDS 等所有傳輸媒體。它們對應的DVB標準為:DVB-S、DVB-C、DVB-T、DVB-SMATV、DVB-MS和DVB-MC。

DVB-S(ETS 300 421) 

為數位衛星廣播系統標準。衛星傳輸具有覆蓋面廣、節目容量大等特點。資料流程的調製採用四相相移鍵控調製(QPSK)方式,工作頻率為11/12GHz。在使用MPEG-2MP@ML格式時,用戶端若達到CCIR 601演播室品質,碼率為9Mb/s;達到PAL品質,碼率為5Mb/s。一個54MHz轉發器傳送速率可達68Mb/s,可用於多套節目的複用。DVB-S標準幾乎為所有的衛星廣播數位電視系統所採用。我國也選用了DVB-S標準。

DVB-C(ETS 300 429) 

為數位有線電視廣播系統標準。它具有16、32、64QAM(正交調幅)三種調製方式,工作頻率在10GHz以下。採用64QAM時,一個PAL通道的傳送碼率為41.34Mb/s,可用於多套節目的複用。系統前端可從衛星和地面發射獲得信號,在終端需要電纜機頂盒。

DVB-T(ETS 300 744) 

為數位地面電視廣播系統標準。這是最複雜的DVB傳輸系統。地面數位電視發射的傳輸容量,理論上與有線電視系統相當,本地區覆蓋好。採用編碼正交頻分複用(COFDM)調製方式,在8MHz帶寬內能傳送4套電視節目,傳輸品質高;但其接收費用高。

DVB-SMATV(ETS 300 473) 

為數位衛星共用天線電視(SMATV)廣播系統標準。它是在DVB-S和DVB-C基礎上制定的。

DVB-MS(ETS 300 748) 

為高於10GHz的數位廣播MMDS分配系統標準。

它基於DVB-S,使攜帶大量節目的微波信號直接入戶。用DVB-S接收機配上一個MMDS頻率變換器,就可接收DVB-MS信號。

DVB-MC(ETS 300 749) 

為低於10GHz的數位廣播MMDS分配系統標準。

它基於DVB-C,使攜帶大量節目的微波信號直接入戶。用DVB-C接收機配上一個MMDS頻率變換器,就可接收DVB-MC信號。

(3) ISDB標準

ISDB(綜合業務數位廣播)是新型的多媒體廣播業務,它系統地綜合了各項數位內容,每一項內容可以包括從LDTV到HDTV的多節目視頻、多節目音頻、圖形、文本等。如今大部分的數位內容均被編碼到MPEG-2傳輸流格式並被廣泛傳輸。由於ISDB包含了不同的業務,其傳輸系統必然要涵蓋各種業務不同的需求,例如HDTV需要一個大的傳輸容量,而資料業務需要極高的業務可靠性,諸如條件接入的鍵控傳輸,軟體下載等。為了集成這些業務需求不同的信號,要求傳輸系統提供一系列可供選擇的調製和誤碼保護方案,並且能夠靈活組合以滿足所集成業務的每一需求,特別是工作在11~12GHz衛星廣播業務(BSS)頻段、又處於高雨衰區國家的衛星ISDB系統的需求。ISDB標準首先是日本提出和使用,這個標準比前面的兩個標準複雜,但用途更廣,和更有前途。

2008-07-09 未來的全數位和高清廣播,你準備好了嗎?

未來的全數位和高清廣播,你準備好了嗎?
 上網時間: 2008年04月08日 

2009年2月17日將標誌著電視廣播 行業不可扭轉地向全數位未來的轉移。在那個日子,所有的高功率模擬發射機將被關閉,讓廣播公司再也沒有理由維持老化的模擬基礎設施。

向數位電視FCC 1977年宣佈這一數位電視時間表以前就開始了。從1990年代開始,視頻設備的數位化一直在進行之中。從那時起,絕大多數被購買的攝像機、VTR、製作交換機以及其他演播設備均採用了數位處理技術,並且可能配備了數位介面。它們還可能保留了類比介面,以便於集成進沿用下來的類比設備之中。例如,絕大多數現代的、以電腦為基礎的視頻設備的“圖像系統、伺服器以及非線性編輯系統”均為固有的數位設備,因此,實際上肯定配備數位介面。 轉移早在

然而,廣播台的基本基礎設施—包括傳輸和處理設備、核心路由器、連接面板以及佈線的情況怎麼樣?在過去幾年的新建設備或台站可能擁有的基礎設施主要或甚至100%是數位設備。然而,很可能該台站是圍繞著一個主要或甚至100%類比的核心設備構建的。

在數位電視轉換階段,類比基礎設施並不是一個嚴重的負債。這是因為標準清晰度的類比節目服務一直是廣播台站的主要盈利來源。數位電視占總數的比例不高。然而,當類比台站關閉時,各個台站100%的營業收入將依靠它們的數位服務。在2009年2月17日,數位電視將不再是科學展覽會上的試驗,而實際上成為業務部門的重要任務。

除了從類比向數位節目傳輸轉移之外,數位電視正產生一種轉換,以平衡高清晰度與標準清晰度節目和電視觀眾的總數。在許多台站,高清晰度通道已經“準備就緒”。然而,高清晰度電視機銷售量的快速成長已經產生了消費者對高清晰度節目的巨大需求。節目製作上通過製作更多的高清晰度節目而做出回應。接下來,競爭節目傳輸系統—地面廣播、有線電視以及衛星廣播—通過把更多的高清晰度內容傳輸給他們的觀眾而做出回應。

絕大多數廣播網路已經宣佈打算在2008年秋從混合標清/高清切換至全高清會員節目傳輸方式。假設這在傳輸成本上有所節省,但是,假設其他網路效仿就是合理的。從這一轉移顯然可見,高清晰度將是未來主要的節目製作和傳輸格式。如果有時在某地需要標準清晰度節目,那也將是從高清晰度節目轉化而來的。

電視臺站的其他節目來源—企業組合節目、本地製作的新聞、公眾事務節目以及商業節目—業已越來越多地採用高清晰度格式製作。在不太遠的將來的某一天,各台站的主要頻道將主要或完全由高清晰度內容主宰。因為這一趨勢清晰可見,不少台站最近所構建的新“綠色現場”設備100%選用高清晰度設備、

為了在將來成功地參與競爭,必須認真地考慮盡可能快地轉向全數位、具備高清晰度能力的核心基礎設施,這樣才能支持多種節目流的原創。

過去,歸因於數位電視觀眾數量有限,在系統基礎設施中,大多數設備投資均是最小限度的,以便於ATSC相容。這通常是利用小型高清晰度路由器,把本地和網路高清晰度內容直接饋入數位電視發射機。

路由系統

廣播台的路由交換機及其相關控制系統是設備的核心。核心路由器涉及廣播台工作流程的每一個方面,包括攝取、QC、節目準備、製作、後期製作以及在空中運作(廣播)。因此,極端重要的就是制定出從類比向數位轉移的策略,確保所有台站自始至終的連續運作。

如果現有的核心路由器是全模擬或主要是模擬的,那麼,要認真地考慮大規模的替換問題。嚴格地說,應該採用性能足夠強大的高清晰度數位路由器來處理廣播台現有的數位源以及目的地。要確保選擇一種能夠方便地被擴展至處理將來增長的路由器平臺。

要考慮在廣播台中隨著時間的推移,高清晰度信號的數量可能增加,而標清信號將維持不變,或逐漸減少。要選擇針對所有高清晰度運作而設計的路由系統,那台路由系統最初可以被配置為混合了標清和高清,並且能夠被靈活地擴展或重新配置以處理將來的要求。

為了使路由器真正具有高清性能,它必須被設計為具有備用附加量的100%高清工作的方式。整個交叉點核心路由器必須能夠處理資料率高達1.5Gbps以上的各種信號。幀、主板以及I/O系統必須能夠處理各種高清信號。電源系統和冷卻系統必須能夠提供高清信號處理設備所需要的額外功率和冷卻性能。

I除了高清和表情數位視頻之外,核心路由系統可能需要處理其他信號格式以及分離的AES音頻或機器控制。要仔細選擇一家路由器製造商,其產品線能夠處理你需要的所有格式。

在過去10年左右的時間裏,路由系統的複雜性已經大增。現代的路由系統可能處理多樣性的信號類型並由各種各樣的用戶控制,每一客戶均擁有獨一無二的運營要求。路由器控制系統的責任就是以友好的方式光裏實際交換硬體的複雜任務。

在選擇路由器控制系統中的主要考慮包括:它提供的靈活性的程度;它能夠被配置和動態配置的方便程度;它支援的控制面板的數量和類型;其設計的魯棒性。如果它不能根據廣播台站的需要進行裁剪的話,或者說,如果它不能被賴以實現24小時/7天無故障工作的話,路由系統就不是非常有用的。

對於路由器控制系統來說,第二個考慮就是它如何很好地支持第三方路由器。如果存在沿用下來繼續服役的路由器的話,這就是特別重要的事情。

如圖1所示為大多數現有廣播設備中常見的系統佈局圖。主要路由器/信號管理系統組成具有單聲或身歷聲音頻的類比或SDI視頻。廣播台站的主要產品就是通過主控設備向NTSC類比發射機傳輸標清信號。

主控交換機

主控交換機常常被稱為廣播台站的“現金出納機”,因為它的主要功能就是管理產生營業收入的交易(商業廣告插入)。過去,各個廣播台站一直只有單一的營業收入來源。在數位電視時代,它們將擁有多種營業收入流。

簡單的經濟學規定,人們希求在不增加成本的前提下,從單一頻道模式向多頻道模式轉移。為了實現這一目標,必須把固定設備或運營成本的增加最小化。這就轉換為設備每個頻道的成本要低,並且把任何運營成本上的增加最小化。

為了避免增加更多的操作員—服務員增加會導致運營成本增加,為此需要採用自動化的設備。目前,廣播台站並不是自動化的,如果它們要播放多個頻道的話,要麼增加操作員,要麼就要採用自動化設備。為了保持每個頻道的固定設備的成本低廉,對於傳統方法的一種替代方案就是採用主控交換機。理想的系統是一種業已構建過程中考慮了多個頻道運營的、在通用平臺上支援多個頻道的模組化系統。

交換機電子系統應該足夠靈活以支持各種各樣的運營環境。主要頻道可能需要完整的功能集:交換、混合、多水準操作、品牌標誌插入以及回溯查詢等等。次要的頻道可能僅僅需要像交換、混合以及品牌標誌插入這樣的基本功能。交換機電子系統應該具有足夠的可擴展性以分別裁剪每一個頻道的功能。

因為主控系統的宕機成本非常、非常高,冗餘和可拔插系統元件也是重要的考慮。

圖2:為了滿足即將出現的對高清晰度內容的需求,升級系統時受影響的主要領域。現有的路由器核心以及小型的高清島,將隨著模擬NTSC發射機的消失而在系統設計中交換角色。

信號處理設備

它具有不少名字,例如,終端設備、模組化產品以及膠合設備等。不論你選擇稱之為什麼,在任何設備中把系統連接起來的各種各樣的數位設備才是至關重要的。

從前,地位低下的傳輸放大器是這類設備中最為常見的單元。目前,在一個模組上很可能封包了像幀同步器、上行/下行/交叉轉換器以及多用途產品這樣的複雜功能。

當選擇處理設備時,最好是確定一家或最多兩家主要的供應商。每一家製造商有其專有的平臺、模組格式和控制系統。在同一系統中混合來自太多製造商的設備,從資產和運營成本方面考慮可能是昂貴的。

要根據供應商的產品基本技術性能、他們提供的產品範圍以及他們的產品滿足特殊系統中總要求的滿意程度,來評估哪些處理設備供應商是有希望的。

圖3:最新的數位電視設備。主要信號核是配備5.1環繞聲的HD-SDI。主控系統是能夠向數位電視發射機傳輸數位電視多播節目多個頻道。目前的主要產品就是高清配置,其下行變換/下行混合標清作為備用產品。

對3Gbps的評價

晶片製造商、設備製造商以及像SMPTE這樣的組織正在向著支援3Gbps數位視頻的方向開發元件、設備和標準。這一資料率需要支援1080P/60信號。這一工作對於製作和後期製作行業來說具有根本的利害關係。

儘管廣播公司不可能需要在他們的設備內部處理3Gbps信號,但是,這一技術的確改善了270Mbps以及1.5Gbps信號的性能並提供了更大的工作裕量。有興趣的讀者應該在www.nvision.tv網站上訪問應用指南,並閱讀題為“3Gbps技術改善性能”的白皮書。

關於作者

Jay Kuca是NVISION公司的產品管理總監。他1969年在位於俄亥俄州代頓的WKEF-TV公司開始進入電視行業。在2000年加盟NVISION以前,他在Graham-Patten Systems公司以及Grass Valley Group擔任高級產品管理職位。


此文章源自《家庭娛樂系統》

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