數字高清技術發展淺析

[摘 要]本文介紹了高清技術的發展與現況，高清電視概念的解釋，數字解碼的相關問題，DVD的發展與未來趨勢，及最終的存儲硬件等。

[關鍵詞]高清 DVD 存儲

[中圖分類號]TP [文獻標識碼]A [文章編號]1009-5489(2010)01-0156-02

一、高清發展歷史與現狀

電視已滲透到數億個中國家庭，成為社會存在的基本內容之一。甚至和衣食住行一樣，成為人們不可或缺的生活要素。

數字傳輸/存儲的最大優勢并非可以做得更清晰，存儲內容更大，事實上傳統模擬現有的高端技術仍然是現在數字無法超載的;而是在傳輸中，存儲中可以做到無損——這一點可以從PC上的文件復制上看出，如果沒有特殊情況，文件不論copy過多少次，都和最原始的文件是一模一樣的。而模擬信號，哪怕再清晰，在采用失真小的翻錄10次之后，結果也是慘不忍睹的。也就是數字信號的最大的優勢，就是可以做到無失真。

因為有無失真的基礎下出現，高清才得以誕生和延續-HDTV(High Definition Television)的定義是高清晰數字電視輸出技術。

盡管高清是現在最IN的名詞，可要追尋起來要到1970年。高清的發展歷史也是一部“三國”史，經歷了日本，歐洲以及美國的紛亂之爭。

日本以及歐洲盡管高清的研究得最早，但是當時的計算機發展以及周邊發展還處于起步階段，所以只能使用模擬技術。這也是他們的高清技術的致命弱點。

直到美國意識到了高清技術在未來的長遠戰略價值，在1996年利用其自身的高科技技術和數字基礎，美國FFC通過ATSC數字電視標準成為美國國家標準，1998年播出的第一個數字式HDTV節目，則代表HDTV的真正意義的誕生，也奠定美國的HDTV領頭羊的地位。在美國確定了數字化的道路之后，對于日本的高清幾乎是毀滅性的打擊。不過所幸的是日本也意識了數字的優勢，在于之后的研究方向也調轉到了數字，至此，高清標準在數字的基礎下建立了。

我國全面進行高清時代是在CCTV開設高清頻道為代表。

二、高清概念淺析

HDTV(High Definition Television)是高清晰數字電視輸出技術，中文簡稱高清，可提供相對于傳統模擬電視技術更高清晰度圖象質量。HDTV的高清晰主要表現在它支持1280×720，1920×1080，分別有720p，1080I/1080P之分。720/1080指的是分辨率1280×720與1920×1080，I代表interlace，是隔行掃描，P代表Progressive，是逐行掃描。720P與1080I的帶寬是一樣的，在靜態清晰度表現自然是1080I高一些，但在動態畫面表現得更流暢的則是720P。而1080P則兼顧了清晰度以及動態表現的要求，也就是大家所說的FULL HD，但它也是對碼率，存儲空間要求最高的格式。

數字，以容量來計算，每部片的時間長短不一，大小也一樣，可是如果用總容量除以時間，就得出一個可比的變量-碼率。碼率以及時間決定了一部片的總容量，同時碼率對編/解碼處理器也會提相應的要求。一般來說，碼率越高，畫面就越清晰銳利，也越流暢，但是對存儲容量以及編/解碼的要求更加苛刻。

HDTV除了有碼率上的不同之外，還有編碼格式的不同，現在主流視頻的主要有MPEG2，MPEG4，H.264(MPEG4 AVC)，VC-1(AVC-1)/WMV9HD等。

不同的格式的壓縮比以及表現都有各有差別。常見的就僅有三個，MPEG2，H.264，VC-1。音頻編碼格式主要是AC3、DTS和EAC3，最近AAC也有異軍突起的形式。

現在片源是源于網上下載，這些片源一般都是重新封裝的過的，其目的是為了更好的存儲以及傳輸，再加上許多廠商極立推廣自己的封裝格式，現在網上有非常多的封裝格式，如AVI，TS，MKV，這些封裝格式就是容器，而視頻編碼和音頻編碼就相當是于是菜和飯，如何裝下這些飯菜，用的碗和鍋也有一定要求。

三、高清的硬件存儲

現在所使用的主流光存儲DVD早在1996年就確立了標準。DVD-VIDEO的影片分辨率為720×480(NTSC制式)或720×576(PAL制式)，屬于標清視頻(Standard-Definition，SD，標準清晰度)幾年前看來或許畫質很好，但現在是高清晰視頻(High-Definition，HD，標準清晰度)和大屏幕電視的時代，一旦領教過高清晰影視的效果，沒有人會再對標清視頻感到滿意。

現在DVD的尷尬處境幾乎就像當年的CD，如圖1所示，可以看出存儲媒體的容量、視頻流數據量和視頻存儲時間三者的關系。單面單層DVD的容量上限接近5GB，從VHS視頻、低清晰度視頻到標準清晰度視頻，DVD碟片可以存儲的視頻時間從7小時，下降到2小時左右(一般DVD影片多在4Mbps-6Mbps)，再下降到了1小時(標準清晰度視頻的最高規格)，而如果用來存儲20Mbps—30Mbps的高清晰視頻，DVD碟片只能存下約20—30分鐘，加上DVD過慢的傳輸速度，如此一來，DVD已經顯現出落伍的態勢。而新一代光磁存儲體的需求日益增加，電影行業首當其沖，電影行業對下一代光磁存儲體提出了以下要求。

1.民用規格和個人電腦規格必須統一。2.必須具備完善的著作權保護技術。3.必須擁有足夠的容量，制造成本必須控制在與現有DVD相同的水平。不得使用專用盤盒。4.能實現高畫質，分辨率應達到1920×1080，具備多種長寬比等功能。5.可實現多聲道音頻等功能。6.可播放DVD影碟及以前的標準音頻格式。7.具有與互聯網的協作功能。可實現對話型操作。8.可與現行DVD共用創作工具。9.確保可靠性，如確保同一規格光盤的播放兼容性。

藍光，新一代光盤屬于藍光光盤的范疇，其核心技術，取代DVD紅色激光存儲技術的藍色激光，從而實現更高的容量。Blu-Ray Disk是藍光盤，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，采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光盤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。

HD-DVD，由東芝聯合NEC開發Advanced Optical Disk，并且得到DVD-Forum的鼎力支持，改名為HD DVD。

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，大大延遲了藍光成為下一代DVD標準的進程。東芝則帶來了一款和藍光完全不兼容的新技術AOD(Advanced Optical Disk)光盤，能夠兼容當前的DVD，并且在生產難度方面也要比藍光DVD的生產難度低得多。

最終還是藍光成為最后的標準，HD-DVD無疾而終。對最終用戶而言，繁雜的標準并沒有使得兼容更難以實現。