HDTV技術(shù)應(yīng)用發(fā)展及挑戰(zhàn)

　　CES的會(huì)場(chǎng)到處可見強(qiáng)打“ Full HD”或“HDTV/1080p”的產(chǎn)品設(shè)備，包括上述的種種設(shè)備，HD DVD/Blu-ray、PVR播放器，以及液晶電視(LCD TV)、等離子電視(PDP)和投影機(jī)等。很顯然地，大家都已有共識(shí)要在今年內(nèi)將視頻品質(zhì)從“HD Ready”再推到更高的一個(gè)層次。 　　
何謂Full HD？
　　
今日的電視畫面已進(jìn)入HDTV的階段，而依ITU(ITU-R BT.709)的定義， HDTV又可分為720p、1080i 和1080p三種，寬屏模式比例皆為16:9；HDTV在音頻方面使用Dolby Digital(AC-3)格式，支持5.1環(huán)繞音效。在三種規(guī)格中，“i”表示交錯(cuò)掃描(interlace)，“p”表示循序掃描(Progressive)，以60Hz的視框速率來(lái)說(shuō)，1080i的HDTV每秒會(huì)顯示30個(gè)完整畫面，1080p則每秒顯示60個(gè)完整畫面，所以1080p的畫面顯示會(huì)比1080i更流暢、穩(wěn)定、不閃爍。

　　圖1??各種顯示器分辨率比較

　　
在過(guò)去幾年中，能做到HD Ready的產(chǎn)品已算得上是高級(jí)產(chǎn)品了。所謂HD Ready是指LCD、PDP等顯示器產(chǎn)品至少能支持1280x720的分辨率；在視頻接口上則要能支持模擬YpbPr及DVI或HDMI的接口，同時(shí)也要支持HDCP的版權(quán)保護(hù)措施。這些規(guī)格已愈來(lái)愈普遍，如今在家庭娛樂(lè)的境界要進(jìn)一步走到Full HD的階段了。
　　
所謂的Full HD的影像分辨率為1920×1080，也就是垂直線為1920，水平掃描線數(shù)則達(dá)到1080條，組成16：9的黃金視覺(jué)比例。一般映像管電視(CRT)的掃描線數(shù)480條，市面液晶電視最常見的規(guī)格掃描條數(shù)為768條(1366×768)，而Full HD(1920×1080)掃描條數(shù)為1080條，畫素達(dá)2,073,600，這是720級(jí)(1,049,088)的2倍，畫質(zhì)當(dāng)然更為細(xì)膩，展現(xiàn)的細(xì)節(jié)層次自然也更為豐富。目前包括HD DVD、Blue-ray、X box或PS3等的格式均可以達(dá)到1080i，1080p則是新一代產(chǎn)品的支持目標(biāo)。
　　
LCD TV朝倍頻發(fā)展
　　
Full HD會(huì)受到注目的原因，一方面是HDTV、HD DVD、Blu-ray Disc、HDV、Xbox或PS3等設(shè)備或應(yīng)用逐漸發(fā)展成熟，另一方面則來(lái)自于平面顯示技術(shù)的進(jìn)步與價(jià)格的平民化，尤其是LCD TV的迅速普及。在今年CES中，包括Samsung、Panasonic、Sharp、Philips、LG等大廠紛紛展示其新一代的LCD TV，其中由Sharp所展出的108英寸產(chǎn)品，更是讓全場(chǎng)驚艷。這款產(chǎn)品的推出不但創(chuàng)下全球最大尺寸LCD TV的紀(jì)錄，而且也打破了LCD TV在尺寸上與等離子電視(PDP)的差距，讓LCD TV站穩(wěn)了在大尺寸電視的主流地位。
　　
LCD TV能在眾多顯示技術(shù)中脫穎而出，其原因在于其具有高畫質(zhì)、薄型化和量產(chǎn)成本下降空間大等利基。不過(guò)，進(jìn)入高畫質(zhì)的時(shí)代，LCD TV在亮度、對(duì)比、反應(yīng)時(shí)間、色彩飽和度、視角等技術(shù)上所面對(duì)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)仍然不小。以今日LCD TV的市場(chǎng)趨勢(shì)來(lái)看，要達(dá)到Full HD的品質(zhì)，在畫面更新的速率上必須從原先的60Hz提升到120Hz的倍頻(Double Frame Rate)速率，以讓快速的移動(dòng)呈現(xiàn)更為順暢。
　　
此外，在畫質(zhì)的調(diào)校與改善上，牽涉到許多因素，以階調(diào)的呈現(xiàn)來(lái)說(shuō)，采用更高的位數(shù)能獲得更寬廣的灰階度，進(jìn)而能提供更細(xì)膩的色彩深度，為了要達(dá)到此目標(biāo)，LCD TV的驅(qū)動(dòng)IC已開始采用10-bit以上的技術(shù)。與畫質(zhì)提升相關(guān)的因素還包括亮度(brightness)、對(duì)比(contrast)、色調(diào)調(diào)整(Hue & Saturation)、噪聲消除、黑階延伸(black-level extension)、銳利度調(diào)整(peaking/sharpness)及Gamma修正等等。

編譯碼規(guī)格向上升級(jí)
　　想看HDTV節(jié)目，不外乎兩大管道，一是通過(guò)外部的廣播或網(wǎng)絡(luò)來(lái)接收HDTV內(nèi)容，一是通過(guò)光盤媒介來(lái)儲(chǔ)存播放。這兩種方式都會(huì)遭遇一個(gè)主要的問(wèn)題，那就是HDTV的原始內(nèi)容太過(guò)龐大，很難有足夠的頻寬來(lái)傳送，或有足夠的空間來(lái)做儲(chǔ)存。這時(shí)唯一的解決方式就是采用壓縮編譯碼技術(shù)來(lái)降低檔案的內(nèi)容。
　　
目前HDTV的制作及廣播格式，仍以MPEG-2為主要選擇，但已有越來(lái)越多的電視及廣播公司開始采用或試用H.264/MPEG-4 AVC的先進(jìn)壓縮技術(shù)。以MPEG-2和H.264來(lái)比較，在傳輸HDTV內(nèi)容時(shí)，前者需要20Mbps頻寬，后者只需8Mbps頻寬就能提供相同的畫質(zhì)，兩者差了2.5至3倍，而更大的壓縮比意味著能儲(chǔ)存更多的容量；此外，新的規(guī)格也提供了對(duì)象導(dǎo)向的互動(dòng)功能，以及子母分割畫面等加值功能。
　　
市場(chǎng)上的視頻壓縮技術(shù)包括MPEG-2、MPEG-4、H.264/MPEG-4 AVC和VC-1等，機(jī)頂盒(STB)或數(shù)字媒體適配器(DMA)等視頻譯碼器若要提供Full HD的播放能力，就得在譯碼規(guī)格上做到進(jìn)一步的提升，例如H.264的支持格式需升級(jí)到HP@L4.1，VC-1為AP@L3，MPEG-4為ASP@L5，MPEG-2則為MP@ ;HL。其中在@符號(hào)之前的是各種格式的Profile，后者為L(zhǎng)evel，不同的Profile和Level規(guī)格適合不同的視頻內(nèi)容類型。以H.264來(lái)說(shuō)，不同profile的特性請(qǐng)參考(表1)。
　　
HDMI的更新版本
　　
在不久前，數(shù)字廣播電視在接收后還得轉(zhuǎn)換成模擬訊號(hào)，才能播放。為了解決此問(wèn)題，高分辨率多媒體接口(High-Definition Multimedia Interface；HDMI)因應(yīng)而出。提供全面數(shù)字化接口的HDMI，能通過(guò)單一纜線來(lái)傳輸未壓縮的高畫質(zhì)視頻與未壓縮的多軌音頻。在進(jìn)入Full HD的階段，HDMI更是HDTV不可或缺的一項(xiàng)接口。
　　
以720p的HDTV內(nèi)容傳輸來(lái)說(shuō)，至少需要1.485 Gbps的傳輸率才能收看未經(jīng)壓縮的影音內(nèi)容，這是一般接口無(wú)法做得到的。但通過(guò)HDMI連接，就能以每秒165 Mpixels的速度傳輸高達(dá)24位的影音內(nèi)容，所提供的頻寬可以高達(dá)將近4 Gbps，不僅可以滿足1080p分辨率的HDTV，還能支持DVD Audio等最先進(jìn)的數(shù)字音頻格式，以192kHz取樣頻率傳輸高達(dá)8軌的24位音頻。
　　
目前HDMI已進(jìn)入1.3的版本，其傳輸率從原先的4.96 Gbps倍增到10.2 Gbps，能夠以一條纜線來(lái)完整容納未壓縮的高畫質(zhì)視頻與多軌音頻，因此可減少整個(gè)家庭劇院系統(tǒng)所須要的纜線數(shù)量。此外，新一代的HDMI將色深支持從24-bit提升到30-bit、36-bit以及48-bit(RGB或YCbCr)，具有輸出一億色以上的能力，并大幅增加對(duì)比的階層。
　　
1394-over-coax 打造家庭影音網(wǎng)絡(luò)
　　
在HDTV的視頻接口上，另一個(gè)值得注意的技術(shù)則是1394-over-coax。目前美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)(FCC)強(qiáng)制規(guī)定未來(lái)的HDTV、STB必須支持1394-over-coax的技術(shù)規(guī)格，也就是通過(guò)在同軸電纜上發(fā)送1394 基頻信號(hào)，進(jìn)而能將各個(gè)房間的設(shè)備整合連接到1394總線上，如此一來(lái)，就能利用1394的網(wǎng)絡(luò)功能來(lái)建立一套能共享HD影音節(jié)目的家庭網(wǎng)絡(luò)。此外，1394也能提供內(nèi)容保護(hù)的功能。
　　
為了推動(dòng)這一發(fā)展，由三星電子(Samsung Electronics)發(fā)起成立了HANA(High Definition Audio-Video Network Alliance)聯(lián)盟，其目標(biāo)在于制定出AV家電間傳送HDTV影像的網(wǎng)絡(luò)規(guī)格。在今年的CES中，HANA主席兼三星執(zhí)行副總裁Heemin Kwon指出，HANA對(duì)高畫質(zhì)內(nèi)容的傳輸接口，將不只基于1394，而會(huì)進(jìn)一步延伸支持同軸電纜、無(wú)線和電源線等。HANA發(fā)展藍(lán)圖請(qǐng)見圖2。
　　

圖2??HANA規(guī)格推動(dòng)發(fā)展藍(lán)圖

HD 無(wú)線影音的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)

另一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)，則是HD影音內(nèi)容的無(wú)線化傳輸應(yīng)用。在這類的應(yīng)用上，訴求的是實(shí)時(shí)連結(jié)的可靠性(reliability)和可用性(AVailability)，這要從頻寬保證、降低封包錯(cuò)誤率，以及提升電波干擾的穩(wěn)定性上來(lái)達(dá)成。
　　
目前有兩項(xiàng)競(jìng)爭(zhēng)中的技術(shù)，一是 Wi-Fi，一是 UWB。目前Wi-Fi已被普遍使用在家庭當(dāng)中，主要的用途是用來(lái)傳遞非實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)檔案，雖然有許多廠商標(biāo)榜利用802.11g來(lái)傳送串流視頻節(jié)目，但影像的傳輸品質(zhì)仍然受到相當(dāng)?shù)脑嵅?。Wi-Fi雖然已制定了802.11e的服務(wù)品質(zhì)保證(QoS)標(biāo)準(zhǔn)，但其應(yīng)用上的評(píng)價(jià)仍不是很被肯定，尤其是用在大量且實(shí)時(shí)的視頻傳送上。不過(guò)，802.11n能將傳輸速度大幅提升，在影音方面的應(yīng)用已被賦與很大的期待，例如蘋果計(jì)算機(jī)新出的Apple TV即采用了802.11n 草案的技術(shù)。
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UWB則在短距離內(nèi)能提供高達(dá)480Mbps以上的速度，如果能克服傳輸穩(wěn)定性的議題，就能成為HD無(wú)線影音的極佳解決方案。目前市場(chǎng)上有Tzero、WiQuest、Pulse~LINK、Focus和Sigma Design等公司鎖定這個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，分別以獨(dú)到的技術(shù)來(lái)達(dá)到高穩(wěn)定性(Tzero)、高頻寬(WiQuest)、遠(yuǎn)距離及低功耗(Focus)的HD無(wú)線影音傳輸需求。

圖3??WiQuest提出WiDV技術(shù)，以更高無(wú)線頻寬來(lái)提供更佳影像傳輸表現(xiàn)

　　
結(jié)語(yǔ)
　　
數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展腳步仍在大步的向前邁進(jìn)。在電視的領(lǐng)域上，數(shù)字電視即將全面取代模擬電視，加上顯示技術(shù)的突飛猛進(jìn)，設(shè)備價(jià)格也不斷下滑，讓HDTV成為家庭中越來(lái)越普及的產(chǎn)品。據(jù)CEA(Consumer Electronics Association)在今年CES中指出，在美國(guó)市場(chǎng)中，到2006年為止全美已有三分之一的家庭擁有HDTV，另有55%表示將會(huì)在今年添購(gòu)HDTV。Sharp公司總裁Toshihiko Fujimoto也對(duì)媒體指出，預(yù)計(jì)今年LCD TV的出貨將可達(dá)6千9百萬(wàn)臺(tái)，到了2009年時(shí)更可望超過(guò)1億臺(tái)的出貨量。
　　
其實(shí)人們對(duì)于電視畫質(zhì)的追求永無(wú)止境，今日的HDTV能顯示1080p的畫質(zhì)，再下來(lái)還會(huì)挑戰(zhàn)下一代的2540p和4320p的UHDV。在此情況下，包括顯示、有線/無(wú)線傳輸、壓縮及儲(chǔ)存等技術(shù)，都得持續(xù)向上提升才行。有一天，我們將會(huì)發(fā)現(xiàn)，眼前的影像終于會(huì)達(dá)到虛擬實(shí)境的境界。