劉力：高級工程師；畢業于清華大學無線電系，后進入中國科學院自動化研究所工作；曾參加國家重點科技項目的研發，現任北京利國電子公司總經理。作者:liguo@liguo.com.cn
當前，視訊會議的應用已經很成熟，并逐漸由標準清晰度圖像(標清)向高清晰度圖像過渡，這樣在原先在標清應用中的許多經驗與用法并不一定適應高清的應用，尤其是高清應用中又存在著模擬高清與數字高清的不同，因此有必要介紹一些高清，尤其是數字高清的應用以及數字信號在實際應用中常遇到的問題，以前也曾寫過許多數字信號應用的介紹文章，但當時偏重原理性介紹，經過近幾年的實際應用，遇到的實際問題也較多，正好作一些補充。
一、高清與標清的區別
1、所謂標清與高清是由廣播電視行業發展中引用過來的，在廣播電視行業中，標清的概念是原有的NTSC制、PAL制和SECAM電視信號所能代表的清晰度，從模擬角度衡量時，視頻的帶寬在5MHZ左右(PAL制和SECAM制)，NTSC制的模擬寬帶在4MHZ左右。按照帶寬與掃描線能分辨的對應關系，每1MHZ帶寬能對應80條掃描線左右，所在廣電行業也有一種標準，是按掃描線分清晰度，如廣播級的攝像設備等，至少要求能達到350線到400線，這是按模擬方式分的，當轉入數字視頻時，由于廣電的標準是8bit.4:2:2，對應每一行正程的信號，用13.5MHZ采樣，其有效的像素點可采集到704點左右(52.2μs×13.5MHZ=704.7)，因此，按數字視頻的分類方式，PAL制與SECAM制的分辨率能達到704×576，而NTSC制的分辨率為704×476，這就和我們一般的IT行業中的分辨率對應上了。因此，對圖像信號而言，我們認為704×576(或704×476)隔行掃描是標清的標準。隨著電視行業的發展，出現了高清電視，其采用的是按數字的分辨率方式表現，如720p指的是1280×720逐行掃描，1080i指的是1920×1080隔行掃描，1080p指的是1920×1080逐行掃描。當然，對應CRT顯示方式，576p(704×576)(或476p)也算是高清，但我們一般不去理會它。
結論1：電視行業的標清是704×576(或704×476隔行掃描)，而高清的標準是720p，1080i和1080p等。
2、在視頻會議應用領域，由于原來的技術發展和網絡條件的限制，按通訊行業的標準，只能提供1CIF的圖像通道，其對應的分辨率是352×288(704×576的1/4左右)，逐行掃描，這種分辨率比較低，也就能達到VCD一級的水平，現在隨著壓縮技術的發展，網絡的建設也提供了高帶寬的通訊的基礎，因此出現了高清視訊的概念，其標準是至少4CIF。其分辨率能達到704×576，就是電視行業中的標清的標準，但是逐行掃描的，清晰度能達到DVD的標準，這是高清視訊當初的水平，目前的狀態是，圖像可達到8-9CIF，至少能達到720p的標準，從設備本身而言，能達到1080i和1080p，但在應用中要看網絡能提供多少帶寬了，當前有些用戶，包括工程人員，以為視訊會議的高清是與廣電行業的高清一致的，這多少是個誤區，以目前看，視訊行業能達到720p就已經不錯了，實際上576p就已經算是高清了，因此在與客戶溝通中和方案設計時要心中有數，不過所幸的是，目前各種設備的指標都在向1080p靠攏，只要帶寬能保障，提高分辨率是可行的。
結論2：視訊的高清標準與廣電的不同，其清晰度一方面取決于設備，更重要的是取決于網絡。
二、各種壓縮算法介紹
視頻圖像變成數字化的圖像后，在標清的情況下，碼流能達到270Mb/s(10bit4:2:2格式，其中10bit是由于8bit并行數據轉換為串行數據時經過的最小非歸零編碼方式的8bit到10bit的轉換，因此為13.5M×10bit×2=270 Mb/s，對應廣電的1/2D1格式)，在網絡中輸入，不可能占用如此的帶寬，因此要對圖像進行壓縮。壓縮從簡單理解的角度上看，就是將圖像中一些有規律的像素用最小的數據量代表，如一張“白”紙中，大面積都是“白”，只是“白”的程度上有一定的區別，因此我們可以傳一像素點的“白”的真實數值，周圍的“白”只要顯示有多少點“白”點，每個點的“白”與基點相比差了多少就可以了，這樣可以大量地節省數據量，如果單用一幅畫的內容相關進行壓縮，稱為“靜態壓縮(JPEG)”，但圖像是連續的，連續幀之間的圖像相關也很大，比如一個人在講演，除了人在運動之外，其它的背景是基本不動的，因此很大一部分數據在相當長的時間內是不變化的，如果我們只給出不變化的時間，那這一部分的數據大體上為“0”了，這將極大地壓縮數據量當然也可以將某些幀的數據不傳，即每秒不是25幀而是比如20幀或更少，這種圖像是“動態”的不是實時的，利用運動圖畫的幀間相關進行壓縮的算法稱為“動態壓縮”(MPEG)，動態壓縮經歷了十幾年的發展，由最早的MPEG到MPEG2、MPEG4等發展，另外，考慮到數據的通訊傳輸，針對郵電行業也推出了一系列的壓縮算法，如H.32X系列，H.26X系列，幾年前，大量的視訊終端所采用的壓縮標準H.263標準，目前，H.264標準是較新的應用標準，壓縮算法越好，在同樣帶寬的情況下，圖像的質量就越好，如MPEG4，基本上就是DVD中有一種所謂DVD9的格式相似，(能在一張DVD盤中裝幾部到十幾部電影)，而且圖像質量大致看上去沒有太大問題，只要不過于強調細節的話，是完全可以應用的，MPEG4和H.263的水平基本相當。因此，一、二年前出的許多視訊終端產品采用的往往是MPEG4或H.263的標準，大家可以適當留心一下，目前采用的算法是H.264，它能在同樣分辨率和圖像效果的情況下，將占用帶寬壓縮一半(與H.263和MPEG4相比)或者在同樣帶寬情況下，H.264的圖像清晰度比H.263和MPEG4好一倍。
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三、視訊設備當前的狀態
幾年前的設備以H.263壓縮標準為主，在同等帶寬的情況下，圖像質量略差，近一兩年來新出現的設備以H.264標準為主，并且國內廠家的產品采用H.264標準的居多，發展上也比國外產品感覺上要好一些，至少應該是同等檔次，如原有的許多國外產品支持512Kbit/s的H.264水平時，國內的水平已經達到760Kb/s H.264水平。隨后又能達到2Mb/s H.264的水平，當然現在又出現了支持8Mb/s H.264水平，內置有多點MCU的視訊終端設備。有一個經驗數據，據說在384 Kb/s左右時，一般的圖像就可以連續地，主觀上沒有什么大缺陷地實時傳遞了，或者也就是說，在保證384 Kb/s的帶寬時，應該能達到實時的高清(576p)的圖像質量了。
作為一套高清的視訊會議系統，壓縮算法和網速是最主要的指標，但要達到高清的效果，周邊設備如攝像機、顯示設備以及信號通道傳輸設備等都要求達到高清的水平，如果選用標準的(廣電行業標準)的攝像機，其分辨率能達到576i的水平，那么想達到高清(視訊行業標準)576p或更高的水平就顯得不夠了，應該選用高清的攝像機，而攝像機的輸出如果采用復合視頻方式，其模擬帶寬也就是5MHz(PAL、SECAM制)左右，不能滿足高清的要求，因此應采用HD—SDI、DVI或HDMI等方式輸出，至少應是YPbPr方式，這給后續應用造成了許多不便，我們后續的文章中將繼續介紹。顯示設備目前沒有大問題了，想找到支持720p以上甚至1080p的平板電視、投影機都不是難的，信號通道設備中，切換、分配、傳輸設備達到1080p已經沒有問題，圖像處理器也能支持甚至1080p的圖像輸入，因此高清視訊系統的應用在設備層面的障礙不存在。
但高清信號由于歷史的變化，存在許多種格式，后續我們將介紹各種格式和信號的大致情況以及應用中的問題。