浅析高清视频的技术原理

【摘 要】高清视频现在已经完全进入人们的生活，我们的数字电视、手机、计算机都已经支持高清视频。本文从高清视频的概念、高清视频的规格以及高清视频的编码等方面，探讨了高清视频的技术实现原理。

【关键词】视频 高清 视频编码 数字电视

“高清”目前是一个非常火热的词语，到商店里购买电视机或者去一些电脑卖场的时候都会听到这个名词，不过很多人可能对高清视频的概念并不是很了解。本文将通过专业层面来详细解释什么是高清视频，帮助大家真正了解高清视频。

一、高清视频的概念

High Definition Television，即“高清晰度电视”，它采用了数字信号传输，即从电视节目的采集、制作到传输，以及到用户终端的接收全部实现数字化，因此高清视频给我们带来了更高的清晰度。

要解释高清视频，我们首先要了解DTV。DTV是一种数字电视技术，是目前传统模拟电视技术的接班人。所谓的数字电视，是指从演播室到发射、传输、接收过程中的所有环节都是使用数字信号，或对该系统所有的信号传播都是通过由二进制数字所构成的数字流来完成的。数字信号的传播速率为19.39MB/s，如此大的数据流传输速度保证了数字电视的高清晰度，克服了模拟电视的先天不足。同时，由于数字电视可以允许几种制式信号同时存在，因此每个数字频道下又可分为若干个子频道，能够满足以后频道不断增多的要求。高清视频是DTV标准中最高的一种，即High Definition TV，故而称为高清晰度电视。只有两个DTV图像扫描率1080（1080i/1080p）和720逐行（720p）被认为是符合高清视频规格的，1920×1080、1280×720这些都是指高清电视机的分辨率规格，一般简称为1080i、1080p和720p（i=interlace，即隔行扫描；p=progressive，即逐行扫描）。高清视频目前支持1280×720逐行扫描、1920×1080隔行扫描，1920×1080逐行扫描三种显示模式。而传统DVD视频的解析度是480线，高清视频效果相当于传统DVD视频的二至三倍。其中在高清视频标准中，1080p无疑是图像质量最好的，但在实际生活中1080i或720p更常见。

二、1080i和720p两个规格的对比

隔行扫描的方式在显示静止画面时存在缺陷，有轻微的闪烁和爬行现象，720p的逐行扫描解决了闪烁现象，但是720p的图像有效利用率低，因为它在行场消隐期间消耗了过多的像素，而1080i则有更多像素用来表现图像。在表现普通电视节目、电影等慢速运行的视频时，1080i优势明显；而在表现体育节目等快速运动的视频时，720p则更适合。除此之外，高清视频的视角也由原先的4：3变成了16：9宽屏。在声音系统上，高清视频更是支持Dolby Digital（杜比数码）5.1影院级的多声道，带给人更真实的听觉享受。

三、高清视频四种编码

高清视频的编码格式有四种，即H.264、MPEG-4、MPEG-2以及WMA-HD。事实上，现在网络上流传的高清视频主要以两类文件的方式存在：一类是经过MPEG-2标准压缩，以tp和ts为后缀的视频流文件；一类是经过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是一样的。

（一）H.264编码

H.264是由国际电信联盟（iTU-T）所制定的新一代的视频压缩格式。H.264最具价值的部分是更高的数据压缩比，在同等的图像质量，H.264的数据压缩比能比当前DVD系统中使用的MPEG-2高2～3倍，比MPEG-4高1.5～2倍。正因为如此，经过H.264压缩的视频数据，在网络传输过程中所需要的带宽更少，也更加经济。在MPEG-2需要6Mbps的传输速率匹配时，H.264只需要1Mbps～2Mbps的传输速率，目前H.264已经获得DVD Forum与Blu-ray Disc Association采纳，成为新一代HD DVD的标准，不过H.264解码算法更复杂，计算要求比WMA-HD还要高。我们知道ATI目前的Radeon X1000系列显卡、NVIDIA的GeForce 6/7系列均加入对H.264硬解码的支持。

（二）MPEG-4编码

MPEG-4是网络上常见的一种视频压缩格式，在用于网络流媒体传输方面效果相当不错。这种编码方式多用于HDTV-Rip上，它把原有的高清视频文件按照比例缩小到一定的尺寸，以减少文件的大小。采用MPEG-4压缩的视频文件一般后缀名为avi，与微软的avi格式很容易混淆，从后缀名来看，无法直解区分二者，只能通过解码器来识别。相对于高清视频来说，MPEG-4格式 还显得有点不够用，因此它也不是主流的高清视频信号来源。

（三）MPEG-2 TS编码

和DVD视频采用的MPEG-2格式不同的是，高清视频采用的是MPEG-2 TS格式，这是一种视频流格式，主要用于实时传送节目。MPEG-2 TS格式的高清视频文件在网上非常常见，一般采用mpg、tp和ts为后缀。采用MPEG-2 TS格式压缩后的高清视频文件通常都相当大，以一部90分钟的电影为例，文件大小通常都在8GB以上，有的甚至超过15GB。在播放以tp和ts为后缀的高清视频文件时也比较麻烦，因为文件中分别包含有AC3音频信息和MPEG-2视频信息，需要使用专门的软件来进行播放。

（四）WMV-HD编码

WMV-HD则是由软件业的巨头微软公司所创立的一种视频压缩格式，压缩率甚至高于MPEG-2标准，同样是2小时的高清视频节目，如果使用MPEG-2能压缩至30GB，而使用WMV-HD这样的高压缩率编码器，在画质丝毫不损失的前提下可压缩到15GB左右。尽管WMV-HD是微软的独有标准，但因其在操作系统中大力支持WMV系列版本，从而在电脑系统得以迅速普及。

通过本文，相信大家对高清视频已经有了一个全面的了解，有些感兴趣的读者想跃跃欲试了。你已经知道了高清视频的基础知识，同时也了解了高清视频对电脑配件性能的要求和一些基本的播放知识，这就使你可以享受高清视频了。