1080p和3Gb/s探讨

    当前在电视技术领域越来越多地听到这两个话题：“1080p”和“3Gb/s”。它们到底是指什么？原因又何在?
    扫描格式1920×1080逐行扫描实际上以1080p/24fps的形式已伴随我们一段时间了。市面上已出现有1080p显示器，但其中许多不能接受1080p输入信号的所谓“1080p电视机”，令消费者对1080p的认识大增。再加上1080p蓝光DVD（它们也是1080p/24fps）和1080p视频游戏素材，消费者就有了两种1080p素材。

电影帧和视频帧
    若干年以前，适应激增的各种视频应用的发展，视频母带后期处理和基于胶片的素材存档转换到1080p/24（实际为1080p/23.98）。这是一件好事，原因有好几个。24p视频建立电影帧和视频帧之间的一对一关系，而其水平每行1920像素乘1080垂直行提供视频领域***大的空间分辨率（相对于文件领域）。事实上它接近于2K分辨率。此外，通过增加适当的下拉（60Hz世界2/3，或50Hz世界2/2）；视需要时的子取样；以及对50Hz电视世界加速到25fps，可以容易地转换到任何要求的输出格式，且结果的质量极高。除了24p视频采集之外，24p编辑和24fps电影来源的素材的后期制作为行业标准也有了一段时间。 
    至少在理论上可以用ATSC地面数字电视广播系统播出1080p/24素材。30fps的1080i和24、30或60fps的720p，以及24和30fps帧频及它们的1/1.001变体的1080p，都一起列入ATSC格式。因此，播出1080p/24（或23.98）fps和720p/24（23.98）fps技术上是可行的，而工作于电影模式的ATSC接收机理论上至少应能***它，增加2/3下拉，并在60（59.94）fps显示它。附带说明的是，这对1080p/30fps和720p/30fps同样适用。
    不过现在我们知道，对于所有曾经备受讨论的18（36或360？）种可能的ATSC扫描格式，美国的HDTV只以1080i/29.97fps或720p/59.94fps播出过。而对于所有关于百万像素等的讨论，实际被使用的3种HD扫描格式：1920×1080i/29.97、1280×720p/59.94和1920×1080p/23.98的未压缩数据率有意设计为相当。
    这些扫描格式在4:2:2色差分量形式（Y，R-Y，B-Y），10比特的比特深度时的数据率如下：对于1080i/29.97:1920水平像素×1080行×2分量（R-Y和B-Y各1/2 Y）×29.97fps×10比特=约1.243Gb/s。对于720p/59.94：1280水平像素×720行×2分量×59.94fps×10比特=约1.105Gb/s。对于1080p/23.98：1920水平像素×1080行×2分量×23.98fps×10比特=约0.995Gb/s。这些信号每种都非常符合***PTE 292M HD-SDI，它们加上额外开销，标称数据率为1.485Gb/s。对于地面传输，这些数据率通常通过被子取样为4:2:0（一般在8比特）而降低，并经过相当大的压缩以适合ATSC传输流的要求，但我们观察到它们开始的数据率全都相当类似。

为何不转换？
    考虑到1080p/23.98fps在视频帧和电影帧之间具有一对一关系，许多黄金时间***源自24fps影片，而且进一步地说，传输1080p/23.98而非1080i/29.97或720p/59.94，可以实现一些小程度的带宽节省，自然就会有这样的疑问：可行时为何不播出1080p/23.98？
    正如我们刚刚看到的，1080p/23.98数据率只比另两种HDTV格式低一点点，而包含2/3下拉的视频内的冗余度是如此大，以至于压缩数据率节省比期望值低很多。不过，***重要的理由是电视网和***并非仅仅传输原先在24fps电影上获得的素材。影片或24p视频源素材占黄金时间节目相当大的分量。
    不过，黄金时间及其它时段节目以及广告、预告片、体育节目、***节目、从SD上变换的节目、源自胶片的30fps广告和大量其它节目的主要部分起源为29.97或59.94fps视频。混杂24fps素材与60Hz视频素材因而会要求电视网或***不断在扫描格式之间热转换，而这是从来无法做到的。以这种方式动态转换扫描格式只不过产生大量的转换差错。
    鉴于这一切，不难看出尽管1080p/23.98是一种***的电影源和24p视频源素材的母带后期处理和存档格式，但它本质上在电视广播中的确没有前途。产生的另一问题是关于近来推测的1080p/59.94视频的使用。当前从地面广播这种视频是办不到的，从地面广播它可能要求ATSC标准作出某种根本的改变，而这种改变有可能使当前在用ATSC电视机黑屏。
    在欧洲则是不同的景象。由于欧洲实际上刚刚在播出HDTV，他们根本不用拴在MPEG-2高清视频编码上，而是选择MPEG-4 ***C编码。我们知道MPEG-4 ***C编码能以低至MPEG-2所需的一半的压缩数据率产生媲美MPEG-2的视频质量。因此1080p/50fps似乎是欧洲HDTV广播可行的一种格式。

建议的解决方案
    在美国，如果没有某种向后兼容方案，太多的MPEG-2 HDTV电视机存在根本无法考虑转向MPEG-4广播。开发这样一个方案当然是可能的，但目前不现实。已经提议的可能的解决方案包括重叠的平行服务，即同播1080i/30和1080p/60。这种方案由于某些原因似不可取。
另一建议被称为“可分级的视频编码”或SVC。SVC包括一个基本级播出（1080i/30或720p/60）以及一个增强级播出。当这两级混合时，结果是完整的1080p/60信号（对那些在HDTV进程的模拟早期从事相关工作的人士，这听起来是否有点熟悉？）。
    此构想的两个重大阻碍立即出现。首先，这两级必须采用相同的编码方案：MPEG-2基本级不能与MPEG-4增强级混合。其次，从隔行基本级转换到逐行增强级非常困难。毫不夸张地说，这种方式即使理论上做得到，也是非常困难的。
    1080p/59.94还有某些制作和后期制作方面的严重后果，其一是它产生的数据率是当前HDTV扫描格式数据率的一倍，或约2.5Gb/s，要求一个有两倍于当前HD-SDI的带宽的接口。使用双HD-SDI链路或实施***PTE 424M（它规定一个实际上是在两倍数据率的修改的***PTE 292M的3Gb/s），这可以实现。这说起来容易做起来难，对电视技术人员、系统设计师和工程师都有某些重大挑战。