Full HD的AV技術(shù)挑戰(zhàn) - 全文

關(guān)鍵詞： Full , HDTV , 高清

在今年的CES中，數(shù)字家庭的影音娛樂仍是本次活動的一大主軸，各大廠商仍致力于在TV和PC之間串起一套溝通網(wǎng)絡(luò)，而這套家庭網(wǎng)絡(luò)中的中間設(shè)備繁多，包括機頂盒( STB)、家庭網(wǎng)關(guān)(Residential Gateway，RG)、數(shù)字媒體適配器(Digital Media Adaptor，DMA)等等，甚至連Xbox、PS3也來插一腳，讓整個架構(gòu)顯得復雜難解。
　　
不過，在顯示端的發(fā)展態(tài)勢就相當明顯。CES的會場到處可見強打“ 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)和投影機等。很顯然地，大家都已有共識要在今年內(nèi)將視頻品質(zhì)從“HD Ready”再推到更高的一個層次。 　　
何謂Full HD？
　　
今日的電視畫面已進入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”表示交錯掃描(interlace)，“p”表示循序掃描(Progressive)，以60Hz的視框速率來說，1080i的HDTV每秒會顯示30個完整畫面，1080p則每秒顯示60個完整畫面，所以1080p的畫面顯示會比1080i更流暢、穩(wěn)定、不閃爍。

　　圖1  各種顯示器分辨率比較

　　
在過去幾年中，能做到HD Ready的產(chǎn)品已算得上是高級產(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，同時也要支持HDCP的版權(quán)保護措施。這些規(guī)格已愈來愈普遍，如今在家庭娛樂的境界要進一步走到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)則達到1080條，組成16：9的黃金視覺比例。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2,073,600，這是720級(1,049,088)的2倍，畫質(zhì)當然更為細膩，展現(xiàn)的細節(jié)層次自然也更為豐富。目前包括HD DVD、Blue-ray、X box或PS3等的格式均可以達到1080i，1080p則是新一代產(chǎn)品的支持目標。
　　
LCD TV朝倍頻發(fā)展
　　
Full HD會受到注目的原因，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，另一方面則來自于平面顯示技術(shù)的進步與價格的平民化，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，進入高畫質(zhì)的時代，LCD TV在亮度、對比、反應(yīng)時間、色彩飽和度、視角等技術(shù)上所面對的設(shè)計挑戰(zhàn)仍然不小。以今日LCD TV的市場趨勢來看，要達到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)來說，采用更高的位數(shù)能獲得更寬廣的灰階度，進而能提供更細膩的色彩深度，為了要達到此目標，LCD TV的驅(qū)動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
　　想看HDTV節(jié)目，不外乎兩大管道，一是通過外部的廣播或網(wǎng)絡(luò)來接收HDTV內(nèi)容，一是通過光盤媒介來儲存播放。這兩種方式都會遭遇一個主要的問題，那就是HDTV的原始內(nèi)容太過龐大，很難有足夠的頻寬來傳送，或有足夠的空間來做儲存。這時唯一的解決方式就是采用壓縮編譯碼技術(shù)來降低檔案的內(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的先進壓縮技術(shù)。以MPEG-2和H.264來比較，在傳輸HDTV內(nèi)容時，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存更多的容量；此外，新的規(guī)格也提供了對象導向的互動功能，以及子母分割畫面等加值功能。
　　
市場上的視頻壓縮技術(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)格上做到進一步的提升，例如H.264的支持格式需升級到HP@L4.1，VC-1為AP@L3，MPEG-4為ASP@L5，MPEG-2則為MP@ ;HL。其中在@符號之前的是各種格式的Profile，后者為Level，不同的Profile和Level規(guī)格適合不同的視頻內(nèi)容類型。以H.264來說，不同profile的特性請參考(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，才能播放。為了解決此問題，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，能通過單一纜線來傳輸未壓縮的高畫質(zhì)視頻與未壓縮的多軌音頻。在進入Full HD的階段，HDMI更是HDTV不可或缺的一項接口。
　　
以720p的HDTV內(nèi)容傳輸來說，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，這是一般接口無法做得到的。但通過HDMI連接，就能以每秒165 Mpixels的速度傳輸高達24位的影音內(nèi)容，所提供的頻寬可以高達將近4 Gbps，不僅可以滿足1080p分辨率的HDTV，還能支持DVD Audio等最先進的數(shù)字音頻格式，以192kHz取樣頻率傳輸高達8軌的24位音頻。
　　
目前HDMI已進入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，另一個值得注意的技術(shù)則是1394-over-coax。目前美國聯(lián)邦通訊委員會(FCC)強制規(guī)定未來的HDTV、STB必須支持1394-over-coax的技術(shù)規(guī)格，也就是通過在同軸電纜上發(fā)送1394 基頻信號，進而能將各個房間的設(shè)備整合連接到1394總線上，如此一來，就能利用1394的網(wǎng)絡(luò)功能來建立一套能共享HD影音節(jié)目的家庭網(wǎng)絡(luò)。此外，1394也能提供內(nèi)容保護的功能。
　　
為了推動這一發(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對高畫質(zhì)內(nèi)容的傳輸接口，將不只基于1394，而會進一步延伸支持同軸電纜、無線和電源線等。HANA發(fā)展藍圖請見圖2。
　　

圖2  HANA規(guī)格推動發(fā)展藍圖

HD 無線影音的技術(shù)競爭

另一個重要的發(fā)展趨勢，則是HD影音內(nèi)容的無線化傳輸應(yīng)用。在這類的應(yīng)用上，訴求的是實時連結(jié)的可靠性(reliability)和可用性(AVailability)，這要從頻寬保證、降低封包錯誤率，以及提升電波干擾的穩(wěn)定性上來達成。
　　
目前有兩項競爭中的技術(shù)，一是 Wi-Fi，一是 UWB。目前Wi-Fi已被普遍使用在家庭當中，主要的用途是用來傳遞非實時性的數(shù)據(jù)檔案，雖然有許多廠商標榜利用802.11g來傳送串流視頻節(jié)目，但影像的傳輸品質(zhì)仍然受到相當?shù)脑嵅?。Wi-Fi雖然已制定了802.11e的服務(wù)品質(zhì)保證(QoS)標準，但其應(yīng)用上的評價仍不是很被肯定，尤其是用在大量且實時的視頻傳送上。不過，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，例如蘋果計算機新出的Apple TV即采用了802.11n 草案的技術(shù)。
        
UWB則在短距離內(nèi)能提供高達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無線影音的極佳解決方案。目前市場上有Tzero、WiQuest、Pulse~LINK、Focus和Sigma Design等公司鎖定這個應(yīng)用領(lǐng)域，分別以獨到的技術(shù)來達到高穩(wěn)定性(Tzero)、高頻寬(WiQuest)、遠距離及低功耗(Focus)的HD無線影音傳輸需求。

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

　　
結(jié)語
　　
數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展腳步仍在大步的向前邁進。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，設(shè)備價格也不斷下滑，讓HDTV成為家庭中越來越普及的產(chǎn)品。據(jù)CEA(Consumer Electronics Association)在今年CES中指出，在美國市場中，到2006年為止全美已有三分之一的家庭擁有HDTV，另有55%表示將會在今年添購HDTV。Sharp公司總裁Toshihiko Fujimoto也對媒體指出，預(yù)計今年LCD TV的出貨將可達6千9百萬臺，到了2009年時更可望超過1億臺的出貨量。
　　
其實人們對于電視畫質(zhì)的追求永無止境，今日的HDTV能顯示1080p的畫質(zhì)，再下來還會挑戰(zhàn)下一代的2540p和4320p的UHDV。在此情況下，包括顯示、有線/無線傳輸、壓縮及儲存等技術(shù)，都得持續(xù)向上提升才行。有一天，我們將會發(fā)現(xiàn)，眼前的影像終于會達到虛擬實境的境界。