你了解高清吗？由潜入深解析影音视频

产品：GDR-8164B LG 光驱

高清的相关名词解释（一）

　　也许两三年前我们很难想象能够在家中体验电影院的感觉，而这一切都随着新一代高清技术的普及开始改变着我们的生活。首先进军民用领域的高清应用非高清电视莫属，毕竟电视已渗透到数亿个中国家庭，成为社会存在的基本内容之一。甚至和衣食住行一样，成为人们不可或缺的生活要素。电视是第一个涉及高清的范围，也是高清主要涉及的领域。但高清的范围可远远不只是一个HDTV就能解释得清楚的，它分别包括了高清DV、高清电脑、高清投影机、高清视频、高清影碟机(BD和HD DVD播放器)乃至PS3、Xbox 360等高清游戏机。不过对于国内用户来说，目前高清DV、高清投影仪、高清影碟机等设备还比较昂贵，XBOX 360和PS3也无法从正规渠道获得，于是电脑就成为了享受高清的捷径。正是因为PC拥有通用处理器，只要性能够强，有输入端(网络片源)，有输出端(HDTV，大尺寸显示器)，就可以进行高清播放。

●高清的相关名词解释

　　很多朋友可能对于高清还没有一个准确的认识，只知道叫做HD。其实所谓H D就是英文High Definition的缩写，目前主要的分辨率为1280×720和1920×1080，细化还能够分为720p、1080i以及1080p。其中720和1080分别指的是分辨率的纵向像素点数量，而i是Interlace(隔行扫描)的首字母，p是(progressive)逐行扫描的首字母。720p与1080i的带宽是一样的，从清晰度来说自然是1080i高一些，但720 p的动态画面表现更为流畅。而1080p则兼顾了清晰度以及动态表现的要求，也就是我们平时所说的Full HD。它也是对码率、存储空间、解码性能要求最高的格式。

　　既然提到了码率，顺便也对其进行以下解释。我们知道每一段视频都是由一定容量的，也会有固定的时间长度，把前者除以后者就会得到码率。它表示的是单位时间播放视频的大小。码率以及时间决定了一部片的总容量，同时码率对编解码处理器也会提相应的要求。一般来说，码率越高，画面就越清晰锐利，也越流畅，但是对存储容量以及编/解码的要求更加苛刻。

　　高清视频除了码率这个重要指标以外还有另外一个重要技术指标—编码格式。目前主流的视频格式主要有MPEG2、MPEG4、H.264(MPEG 4AV C)、VC-1(AVC-1)/ WMV9 HD等，现今网上常见的仅有三种：MPEG2、H.264和V C-1。在此我们打一个简单的比方，就好比我们常见的ZIP和RAR压缩格式，由于采用了不同的压缩算法，因此压缩和解压所需的性能也不同。例如RAR压缩大文件要比ZIP格式更耗时，但是体积也会更小一些，高清视频的编码也是类似的道理。

　　这些视频是怎么来到PC里的呢？相信购买BD和HD DVD光盘肯定不是主要途径，通过网络下载才是目前国内用户获得高清视频的主流，因此这些视频都是重新封装过的，其目的是为了更好地存储以及传输。这个步骤有点类似我们把游戏光盘做成光盘镜像一样。那自然和光盘镜像有I SO、BIN、CCD等格式一样，这些高清视频也有不同的封装格式。现在网上常见的封装格式有AVI、TS和MKV，其中TS是最为主流的。

　　在了解这些基本名词之后，我们就可以开始进一步了解新一代高清视频技术了。

产品：DRU-860S 索尼 光驱

高清的相关名词解释（二）

●不可不知的高清编码标准

　　我们先来解释一下为什么需要压缩吧。拿标准清晰度NTSC数字化视频节目为例，它一般是每秒30帧速率、采用4:2:2 YcrCb、720分辨率的视频。保存90分钟的视频节目需要110GB空间，或者说超过标准DVD-R存储容量的25倍！想像一下，播放一部电影需要我们更换24次换光盘是一件多么可怕的事情，亦或者三部电影就可以让新买的320G B硬盘撑爆。你能接受一部电影拥有如此大的体积么？别忘了我们这里仅考虑视频还没有考虑其中包括的5.1甚至7.1声道的高清晰度音频。还有最后一点，我们的宽带接入带宽是多少？如果使用2M b(理论峰值下载速度为256K B/s)的ADSL下载100GB文件，如果能做到时时刻刻保持全速且24小时不间断下载，那么我们总共需要114个小时，也就是近五天的时间！

　　由此可见视频压缩的重要性，不过视频压缩技术的种类也是非常多。如何选择视频压缩技术，成为内容提供商以及终端用户的最大难题。因为这里面涉及的问题比较多，不管是内容提供商还是终端用户，都会关心画面质量/码率的压缩比。当然还要考虑到解码器的成本，对于用户来说就是系统内存的耗费、CPU占用率、系统功耗等硬指标，最终用户都是要为这些买单的。

　　前几年就流行一句话：三流企业卖产品，二流企业卖技术，一流企业卖标准。高清编码标准之争，作为高清技术推广的急先锋自然成为了抢手的香饽饽。在视频编解码技术定义方面有两大标准机构。国际电信联盟(ITU)致力于电信应用，已经开发了用于低比特率视频电话的H.26x标准，其中包括H.261、H.262、H.263和H.264；国际标准化组织(ISO)主要针对消费类应用，已经针对运动图像压缩定义了MPEG标准。MPEG标准包括MPEG1、MPEG2与MPEG4。

ITU与MPEG标准的发展历程

　　除了ITU 与ISO 开发的行业标准以外，还出现了几种专用于因特网流媒体应用、广受欢迎的专有解决方案，其中包括Real Networks Real Video(RV10)、Microsoft Windows Media Video9(WMV9)系列、ON2VP6以及Nancy。由于这些格式在内容中得到了广泛应用，因此专有编解码技术可以成为业界标准。2003年9月，微软公司向电影与电视工程师学会(SMPTE)提议在该机构的支持下实现WMV9位流与语法的标准化。该提议得到了采纳，现在WMV9已经被SMPTE作为VC-1实现标准化。

产品：金将军TS-H352C（白金版） 三星 光驱

两大编码方式H.264和VC-1分庭抗礼

两大编码方式—H.264和VC-1分庭抗礼

　　H.264和VC-1的争端可以简单用一句话来概括—微软强行挑战现有行业标准。为了进行深入了解我们先分别了解一下它们各自的特点。

H.264

　　我们经常会看到在有些解码器和播放器设置中H.264 被称为MPEG-4AVC。出现这种情况是一次合作的产物。MPEG系列的标准归属于ISO/IEC，但另一方面以制订国际通讯标准为主的机构：ITU-T，在完成H.263(针对视频会议之用的串流视频标准)后展开了更先进的H.264制订，且新制订是与ISO/IEC机构连手合作，由两机构共同成立一个名为JVT(Joint Video Team)的联合工作小组，以MPEG-4技术为基础进行更适于视频会议(Video Conference)运用的衍生发展，也因为是联合制订，因此在ITU-T方面称为H.264，在ISO/IEC的MPEG方面就称为MPEG-4Part 10(第10部分，也叫ISO/IEC 14496-10)，MPEG-4 Part 10的另一个代称是MPEG-4 AVC(Adva nced Video Coding，先进视频编码)，多个名称其实是一个意思，即H.264＝MPEG-4 Part 10＝ISO/IEC 14496-10＝MPEG-4 AVC。

MPEG-4各部分规范

　　那么MPEG4(MPEG-4 Part2)和H.264(MPEG-4 Part 10)到底有什么区别呢？更早发布的MPEG4原本就是针对网络传送而设计的，提供了比更早的MPEG-2更高的视频压缩效率，更灵活与弹性变化的播放取样率，但是在实际应用中其压缩率仍然不能让人满意，因此才催生出了H.264。

　　为了说明这一点我们只要简单比较一下MPEG2、MPEG4和H.264三者进行分辨率表现与所用带宽就可以得出答案。以三者都能达到的1920×1080i(非交错)的高清、24fps(每秒更新24幅画面)的视频画质为例，在传输带宽上MPEG2需要18～20Mbps，MPEG4需要11～12Mbps，而H.264只需要7～8Mbps。如果把MPEG2所需带宽作为基准看作100 %，MPEG-4要达相同效果只需要60%带宽，H.264更是低至40%，约为原MPEG-2的1/2～1/3。这样的进步对于视频压缩来说是十分明显的。也就是说原本10Mb局域网不能播放的视频在采用H.264压缩之后就可以流畅播放了。

H.264在各种分辨率下所需的传输带宽

　　还有一点需要提到，H.264为熵编码(entropycoding)规定了两个比MPEG-4ASP更为先进的编码方式——Context-Adaptive Variable Length Coding(CAVLC，前后自适应可变长度编码)和Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding (CABAC，前后自适应二进制算术编码)。它们都属于不会损伤画面的无损编码，但是会降低编码和解码的速度。而CABAC是AVC/H.264的默认模式，与CAVLC(也叫UVLC)相比，CABAC是一个更强有力的压缩方式，可以将码率再降低10～15 %(特别是在高码率情况下)。

VC-1

　　世界上有两个企业可以做到在行业规范已经成型的基础上强推自己的标准，并且还能让别人被迫接受。一个是Intel，他的杰作就是当年
为了用双通道DDR 400内存满足新发布的800MHz FSB的Pentium4处理器，强推DDR 400标准。另一个就是微软，而代表性的杰作就是VC-1编码格式。

　　VC-1(VC指Video Codec)的诞生源于Windows Media，它是提供网上音乐与视频预订服务与视频流的主要格式。微软公司于2002年发布
Windows XP操作系统后，同期推出了Windows Media Video 9系列编解码器，使得视频压缩效率显著提高。当然，VC-1纯粹是一种视频压缩算法，并没有WMV中数字版权管理、元数据、播放列表和用户接口这些元素。

　　我们所看到的节目采用何种编码方式其实取决于“两类人”——影片发行商和最终用户。为什么这样说呢？首先要知道不管影片采用H.26 4还是VC-1的编码方式，都是需要支付授权费用的，这直接影响到了影片的发行成本、ITU与ISO为了推广H.264，取代老旧的MPEG2和MEPG4，不得不在授权费上降低定位，这样才有可能凭借较宽厚的授权方式争取尽可能多得被采用。这正对了运营商的胃口，虽然当初许多运营商对MPEG -4的授权深表反感，不过由于目前的授权费用政策大多还是热烈拥护H.264。

　　VC-1的情况有所不同，虽然其授权费用初看和H.264不相上下，但是碍于Microsoft一贯的推行策略，VC-1的授权来源仅只一家，授权价
格与方式调整，以及后续版本的改进方向，都由微软一手掌握，无人能左右。

　　最终用户的选择也会对两种编码格式的普及造成重大影响。最终用户最关心什么？哪些因素会影响到最终用户的选择呢？细细想来其实很简单：无非是需要何种性能的硬件才能负担得起编解码器流畅播放高清的需求；购买这些硬件花费多少资金；以及购买软硬件编解码器需要支出的费用。

　　从硬件需求来说，H.264是要求最为苛刻的视频技术，再加上最近越来越高的码率与1080p的结合，其对硬件性能的要求已经达到了新的颠峰。而VC-1得益于Microsoft多年来积累的功力，在略强于H.264 CALVC基本档次的画质上，对硬件资源要求却还能再降低一些。综合来看，V C-1是最有益于最终用户的编码，它在拥有非常好的画质的同时，对硬件要求相对而言比较低。仅从这一点来看，似乎V C-1略胜一筹。而越高的硬件要求就意味着更高的硬件购买成本，看来形式对于H.264很不利。

　　在软件解码方面，目前两者都有付费和免费的软件解码器。由于H.264发布较早且标准更加成熟因此兼容性很好。而P C硬件解码器也就是支持两种编码格式硬件解码的显卡设备，目前NVIDIA和AMD的新一代产品都可以支持H.264的硬件解码，但是VC-1的硬件解码只有Radeon HD 2000/3800系列和新的GeForce 8800G T可以完全硬解，并存在不同程度的软件兼容性问题。正是先有的兼容性问题导致了目前大多数高清片源采用H.264编码格式，当然我们也不能无视微软强大影响力。所以鹿死谁手或者是双雄并举，未来的形式还很难估计。

产品：BDR-101A(蓝光机) 先锋 光驱

高清视频文件该选谁？谈封装格式

高清视频文件该选谁——封装格式的学问

　　在文章开始我们就打了一个比方，编码格式就好比压缩包的算法，而封装格式就如同光盘镜像文件。在了解了编码格式之后，我们就要了解这些“压缩包”是怎么放进“镜像文件”里去的。视频文件通常是由视频轨道和音频轨道组成的，所谓封装格式就是将已经编码压缩好的视频轨和音频轨按照一定的格式放到一个文件中，也就是说仅仅是一个外壳，或者我们可以把它简单的理解为一个存放视频轨道和音频轨道的文件夹也可以。

AVI

　　AVI格式诞生于1992年，是当年微软为了对抗苹果Quicktime的技术而推出的一种封装格式，虽然国际学术界公认AVI已经属于被淘汰的技术，但是由于Windows的通用性，和简单易懂的开发API，还在被广泛使用。就像我们都知道IE浏览器很不安全，但是由于操作系统自带了，那么我们也就养成了随手拿来用的习惯。

　　AVI的文件结构、分为头部, 主体和索引三部分. 主体中图像数据和声音数据是交互存放的。从尾部的索引可以跳到自己想放的位置(图2)。AVI本身只是提供了这么一个框架，内部的图像数据和声音顺据格式可以是任意的编码形式。因为索引放在了文件尾部，所以在作为Inter n et流媒体播放的时候就显得力不从心。举一个很简单的例子，从网络上用BT下载一部片子，如果文件尾部没有下载完成，那么我们几乎不可能预览这部片子。

　　还有一个问题就是AVI对于高码率的VBR(Variable BitRate动态比特率)音频文件支持地不是很好。这种动态比特率的音频文件有时在于可以根据当前的需要定义不同的比特率，避免了浪费，并且提高了利用率。

　　问题是这样产生的，刚才已经讲过了A V I中图像和声音是分开的，所以播放时需要一个图像和声音的同步过程，如果是CBR音轨的话因为码率是定值，同步不成为问题，可是VBR音轨是不断在变换，而AVI没有时间戳去让VBR音轨和图像同步，这样就会产生图像声音不同步的问题。

　　不过经过努力，VirtualDub提出了一种新的方法扩充了AVI对VBR音频的兼容，但是在高码率时会产生丢失数据的问题，导致音效变差，这一点问题到现在都没有比较完美的解决方法。并且更加令人遗憾的是，对TrueHD、DTS-HD等音效更是完全不能支持。因此对于希望享受高保真音效的高清用户来说，这是完全不能接受的。因此目前网上AVI格式的高清视频数量比较稀少。

常见的编码格式比较

TS

　　TS封装格式的全称为Transport Stream(传输流)，文件的后缀名为.ts。TS格式的特点就是要求从视频流的任一片段开始都是可以独立解码的。从结构上来说，T S是由头文件和主体所组成的，扩充过的T S流还包括时间戳(图3)。这样不管是什么格式的VBR音轨，都很容易通过时间戳来同步图像，这样就不会产生AVI格式的音像同步问题，同时也方便文件中采用新的声音格式。当然，对新的声音格式来说，需要新的分离器和解码器来实现解码。TS不像AVI，从诞生那天起，就考虑到了网络播放，所以很快成为了世界标准并广泛应用于电视台数字播放、手机等各个领域。再加上目前该格式在不断改进开发中，功能也在逐步加强，因此目前网络上90%以上的高清片源都采取这种封装格式。

AVI和TS封装格式的细节对比

MKV

　　MKV是Matroska的一种媒体文件，Matroska是一种新的多媒体封装格式，它可将多种不同编码的视频(支持Real)及16条以上不同格式的音频和不同语言的字幕流封装在一起。目前高清片源中比较常见的搭配是X264编码格式(开源的H.264编码格式)。相比AVI它的优势在于可变帧率，配合解码器可以达到在回放变化比较慢(比如说静物)时以比较低的fps来代替，从而可以节省不少资源；容错和纠错能力强；内置了软字幕，不像TS和AVI格式的字幕采取外挂方式，必须保存成其他文件形式；和TS格式采用类似的流方式，通过时间戳来管理视频以及音频的同步问题，可以做到即下即看，从而实现流媒体播放；最重要的是由于它是开源的产品，所以不需要支付费用。但是它同时也有致命的缺点，主要是目前兼容性比较好的分离器还是只有Haali，再加上本属于非官方标准，因此除了PC从网络上下载的片源，MKV很少出现在像BD、HD DVD光盘上。

产品：PDR001A（托盘） 松下 光驱

我们身边的硬件解码器及总结

我们身边的硬件解码器

　　刚才我们提到了硬件解码器，对于PC来说目前现有的产品就是支持硬解的显卡。两家显卡厂商NVIDIA和AMD都有相应的产品。

NVIDIA

　　从历史上看，NVIDIA是从GeForce MX440开始特别重视视频性能的，GeForce MX440引入了当时被称为VPE(视频处理引擎)的视频处理器，能够对MPEG-2视频播放多个环节作加速处理。到了NV40的时候，增加了运动预测能力，提升了MPEG-2的解码性能。从NV43开始，NVIDIA引入了PureVideo的视频解决方案，按照NVIDIA的说法，PureVideo在NV41、NV43以及以后的GPU或者硬件上除了MPEG2解码能力外，还引入了一个16路SIMD的可编程处理器，能够完成H.264、WMV9等编码方式视频播放的加速处理。

　　在G84、G86、G92中，NVIDIA引入了新版的视频处理器——VP2(图4)。和以前的VP1相比，VP2增加了画中画能力以及进一步强化iDCT(inverse Discrete Cosine Transformation，负离散余弦转换)、MC(Motion Compensation，运动补偿)等性能，不过G84、G86、G92在视频方面最值得大家关注的是引入了专门针对H.264视频的BSP引擎。BSP就是专门为H.264 CAVLC和CABAC bitstream解码而设计的处理器。在高码率的H.264视频中，尤其是采用CABAC的H.264的视频中，往往有超过一半的负载都在于对bitstream的处理上。BSP将这部分的处理从CPU转移到了GP U中，加上新设计的VP处理其余部分，整个视频解码完全由GPU来完成，从而使得CPU占用率大大降低，不过需要还是需要软件的支持。

AMD

　　AMD(当时还是ATI)原本计划在Radeon X1000系列中标榜自己是具备bitstream加速协助能力的，不过在实测中并不让人满意，特别是Radeo n X1300等中低端产品，在视频爱好者中更多的是建议采用NVIDIA的方案，毕竟后者的产品在同期提供了更多的选择。

　　不过去在今年的产品RV610/630/670中过UVD视频加速引擎来实现Avivo HD技术。UVD是Universal Video Decoder，通用视频解码器的缩写。在今年年中AMD发布Radeon HD2600/2400的时候号称世界上首款能同时支持H.264以及VC-1两种高清晰视频回放的引擎。

　　一般来说视频解码中所包含的内容有：比特流处理/信息有损解码→波形变换→像素侦测→区块重排，之后进行后期处理和显示。如果整个过程全部依靠CPU来解决，那么必然造成CPU占用率居高不下的情况。而AMD通过UVD实现了将全程交由显示核心处理(图5)，这样就可以彻底释放CPU资源。相比NVIDIA的G80/G7X核心，“比特流处理/信息有损解码→波形变换”不再需要CPU参与；而相比自家的前代AVIVO，“比特流处理/信息有损解码”也不需要CPU参与了；即使拿NVIDIA新一代G84、G86、G92，在解码VC-1编码的视频流时，“比特流处理/信息有损解码”同样由GPU接管(图6)。可惜的是这些内容目前为止还有一小部分停留在纸面，至少V C-1格式的硬解软件问题还是不少，因此也只能说是“看上去很美”。

本篇总结

　　每一次技术革新都会激发起我们学习的欲望，同时也会诞生出很多新的技术，比如当年为了流畅播放VCD，Intel在Pentium处理器中加入S SE指令集。而如今NVIDIA和AMD也加入了各自的硬件解码单元。当年VCD 普及的时候催生出一批像“豪杰解码”这样有中国特色的软件，而如今高清也让“终极解码”、“完美解码”等综合型软件如沐春风。或许大多数用户并不需要了解是什么技术改善了欣赏影片的体验，但是本文提到的这些技术却在幕后为我们服务着。而由于我们大部分人的电脑配置还没有强悍到可以通吃所有高清视频的地步，正确地选择节目源和有针对性地对电脑进行优化是相当重要的，所以只有当我们对这些技术有一定的了解之后，才能找到更适合自己的高清视频体验之路。