高標清會議電視系統兼容技術分析與實現

袁富芳?

摘 ?要：隨著科技發展，高清會議電視設備越來越多的應用于新建工程中，標清會議電視設備逐步被替代，在設備更新換代期間，同一會議電視系統必須兼容兩種標準，才能完成正常會議功能。兼容系統的關鍵技術是完成高標清信號的相互轉換。本文首先介紹高清與標清會議電視系統的標準和特點，然后進行高清轉換標清技術分析，最后介紹高清與標清兼容會議電視系統實例。

關鍵詞：高清與標清兼容;會議電視系統;技術分析與實現

中圖分類號：TN948.1 ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-8122（2015）12-0123-03

隨著高清視頻技術的發展，高清晰度的攝像機、顯示器設備性價比日趨合理，新建的電視會議系統紛紛采用高清標準，高清會議電視系統呈高速發展的趨勢。由于資金限制或投資主體不同，原來建設的省級、市、縣標清電視會議系統，不可能同時改造成為高清系統，還要繼續使用。這樣，在國家、省、市、縣幾級同一個會議電視系統中既有標清信號，還有高清信號，那么這個系統必須是高清與標清兼容的會議電視系統，才能保證會議正常召開，實現此兼容系統的關鍵技術是高清信號與標清信號的相互轉換。

一、高清、標清會議電視系統技術標準與特點

會議電視系統由三部分組成，第一部分是通過攝像機采集的視音頻信號，第二部分是經編解碼器編碼傳輸，第三部分是通過顯示器和音箱設備播放。系統集成時采集、編碼、播放三部分都采用高清設備的叫高清會議電視系統。三部分中有任何一部分采用標清設備，都不是高清會議電視系統。

（一）高標清采集和顯示設備技術標準特點

標清和高清顯示器和攝像機，主要從分辨率、寬高比兩個指標來確定。

國際電信聯盟-無線電標準部制定的ITU—R BT.601標準，規定的標準清晰度數字電視SDTV是：分辨率720X576、總有效象素41萬、畫幅寬高比4︰3、場頻50Hz、隔行掃描。簡稱576/50i。ITU—R BT.709-3標準，規定高清晰度數字電視HDTV是：分辨率1920X1080、總有效像素207萬、畫幅寬高比16︰9、場頻50Hz、隔行掃描。簡稱1080/50i[1]。

美國電影電視工程師協會，制定SMPTE相關標準，高清分普通高清和全高清。全高清的有兩種，隔行掃描方式用i表示，逐行掃描方式用P表示。分辨率是水平1920個像素數，垂直是1080個像素數，記為1920*1080，簡寫為“1080/50i”或“1080/50P”。普通高清的分辨率是水平1280個像素數，垂直720個像素數，記為1280*720，采用逐行掃描方式，簡寫為720/60p”。

對應國家廣播電影電視總局2000年8月公布GY/T155—2000行業標準分辨率為1920*1080i、1920*1080p、1280*720p，寬高比為16：9稱為高清。分辨率低于1280*720p，寬高比為4：3稱為標清。具體指分辨率為480i、576i、625i視頻格式。例如VCD的CIF（分辨率為352*288）、DVD的4CIF（分辨率為704*576）圖像[2]。

標清攝像機像素在40～50萬之間，成像器件為1/4CCD或者CMOS。而對于高清攝像機，像素在100～200萬之間，成像器件為3*1/3CCD或者CMOS。

（二）高標清編解碼器的主要技術標準及特點

會議電視編解碼設備的作用是將開會地點（主會場）視音頻信號通過編碼器按照圖像編碼標準，變換成不同碼率的傳輸信號，傳送到收看會議地點（分會場），通過解碼器變換成高標清信號在顯示器播放。

1.高標清圖像編碼標準。通信網中會議電視使用的圖像編碼標準，滿足ITU-T國際電信聯盟-電信標準部制定的H.261、H.262、H.263、H.264協議。常使用的標清視頻會議圖像編碼標準是H.261、H.263，高清視頻會議圖像編碼標準是H.264。各標準使用范圍和特點如下：

H.261標準支持QCIF（176*144）和CIF（352*288）圖像輸入格式，采用衡定碼流可變質量編碼，通過2M傳輸碼率的PCM傳輸標清會議電視信號。也適用于P*64kbps速率的綜合業務數字網（ISDN）傳輸電視電話。H.261傳送運動圖像比傳送靜止圖像差。

H.262是為異步傳輸模式ATM制定的會議電視標準，支持各種分辨率圖像格式，通過4M帶寬傳輸視頻信號，壓縮比低，數據量大，不便傳輸，適用于通過寬帶綜合業務數字網（B-ISDN）信道傳輸。

H.263標準支持4CIF和16CIF等5種圖像輸入格式，傳輸帶寬20K-24Kbps，提供更好圖像質量，節省帶寬和存儲空間，安裝方便，可二次開發，與H.261比較采用半像素運動補償，增加了4種有效編碼模式。不僅適用于通過公共交換電話網和電路交換網絡傳輸，也適用于流媒體和英特網傳輸。

H.264標準，結合前幾個標準的優點，使用了整數變換、空域內的幀內預測等很多先進的技術，提高了算法的復雜度，具有較高的壓縮比，傳輸帶寬1M。適用不同碼率和分辨率范圍視頻輸入。適用于電路交換網、互聯網、移動網等各種網絡傳輸。是ITU-T和ISO/IEC制定的目前使用范圍較廣的視頻壓縮編碼標準，H.264技術非常適合視頻會議，主要特點如下：（1）高壓縮比。比其他編碼標準減小一半以上碼率;（2）網絡和時延適應性更強。既可用于會議電視等實時業務，又可用于視頻存儲等無時延限制的業務;（3）適用不同碼率和分辨率，范圍更廣;（4）質量和編解碼復雜度分級設計，高質量運動圖像處理能力;（5）不同廠家生產的視頻會議設備容易集成，互通性好[3]。

2.高標清會議電視音頻標準。對于標清視頻會議音頻編碼協議，通常使用G.711/G.722/G.728等標準，頻響范圍300HZ-3400HZ，采樣率8KHZ，每路聲音占用帶寬為8K-64K，單聲道。高清視頻會議音頻編解碼協議，國際電聯推出了G.722.1Annexc/MPEG4-AAC系列。頻響范圍14KHZ/20HZ- 20KHZ，雙聲道，不但有處理44KHz立體聲效果的音頻編碼能力，也必須能處理立體聲回聲抑制。

3.高標清會議電視常用接口。常用的標清視頻接口有RF射頻接口、RCA蓮花端子、S端子，常用高清視頻接口有DVI、HDMI、HD-SDI、displayport。高標清混合使用的VGA、YPbPr、BNC。接口主要特點如下：

（1）RF射頻接口。標清顯示設備最常見的視頻接口，接口傳輸視頻、音頻混合編碼信號，缺點是容易互相干擾，畫面輸出質量較差[4]。

（2）RCA蓮花接口，也叫復合視頻。通常用黃色接頭，同一信道傳輸亮度和色度模擬信號，缺點是分離不好時會出現虛影。

（3）S端子，也叫S-Video，英文Separate Video。常用視頻輸出接口，亮度和色度分離輸出，S端子是五芯接口，一路公共屏蔽地線，兩路亮度視頻信號、兩路色度視頻信號組成。因為分別傳送亮度和色度信號，S端子效果要好于蓮花接口，圖像的清晰度有所提高。缺點是抗干擾弱，傳輸距離不超過7米。

（4）YPbPr接口。也叫色差分量接口，不是數字接口，是模擬視頻接口，將亮度、色度（Pb、Pr兩個）分成3路傳輸，用綠色傳輸亮度信號，紅色和藍色傳輸顏色差別信號。傳輸速率較低30MHZ，傳輸距離較長50米，YPbPr的接頭可以使用同軸電纜和BNC接頭，也可用普通蓮花頭，傳輸線價格便宜，傳輸質量效果比S端子好。

（5）BNC接口，英文“Bayonet Nut Connector”，同軸電纜卡環形接口。視頻信號輸入線分別接收紅、綠、藍、垂直、水平同步信號，這種接頭能把是視頻中三基色分開，由于同軸電纜屏蔽功能，使其具有傳輸視頻信號距離長，互相間干擾少的特點，而且由于接口設計獨特連接非常緊，不宜松動。常用專業級監視器，PCM傳輸設備E1接口。

（6）VGA接口。廣泛用于顯卡，是顯示器主要接口，所傳輸的模擬信號輸出到顯示器上，VGA共有15針空，2根不接信號、3根顯示數據總線和5個GND信號，3根RGB彩色分量信號和2根掃描同步信號。傳輸損耗小，不失真、不重影。

（7）DVI接口。英文“Digital Visual Interface”，中文數字視頻接口。用于傳輸速率高，傳輸距離不遠的控制中心機房到高清監視器、大屏之間的接口。傳輸速率為8Gbps，傳輸有效距離為5米左右。與VGA的區別是DVI傳輸的是數字信號，因此減少了數字到模擬轉換過程，數字圖像信息直接被傳送到顯示設備上。圖像質量高，傳輸速率高。DVI接口分為兩種，一個是DVI-D接口，只能接收數字信號，接口上只有3排8列共24個針腳，其中右上角的一個針腳為空。不兼容模擬信號。另外一種則是DVI-I接口，可同時兼容模擬和數字信號[5]。

（8）DisplayPort接口。是DVI接口升級，同時支持外置和內置顯示，內置的可用于筆記本電腦。與DVI接口的區別是，它在傳輸視頻信號的同時傳輸高清音頻信號，支持更高的分辨率和刷新率。

（9）HDMI接口。英文是“High Definition Multimedia”，中文的意思是高清晰度多媒體接口。DVI的強化和延伸，兩者可兼容，無需在信號傳送前進行數/模或者模/數轉換，與DVI一樣是矩陣到高清監視器、大屏拼接墻之間常用接口。不同的是，HDMI可以同時傳送無壓縮高清視頻信號和音視頻信號，HDMI接口傳輸速率5Gbps，可自動協商輸出格式，只需要一條HDMI線，便可以替代多條模擬傳輸線同時傳送視頻、音頻信號，傳輸質量高。最遠可傳輸15米[6]。

（10）HD-SDI接口。高清串行數據接口，高清會議電視攝像機、光端機、矩陣等常用接口。HD-SDI是根據SMPTE292M協議，規定傳輸速率為1.485Gb/s或1.485/1.001 Gb /s，還規定數據格式、信道編碼方式，連接光纜、電纜、接頭的類型。優點是未壓縮、低時延、易安裝、低成本，傳輸距離長，有效距離為100M，超過100M必須使用中繼器。

二、高標清轉換技術分析

要實現高標清會議電視的兼容，關鍵是如何完成高標清會議電視信號的相互轉換。高清信號轉換為標清信號通常稱為下變換，標清信號轉換為高清信號通常稱為上變換。上、下變換就是分辨率和寬高比變換。上面我們對高清和標清信號進行了對比，下面我們來看看高標清信號如何相互轉換（如圖1所示）。

圖1 ?高標清變換的信號處理流程[7]

第一個步驟是去隔行。輸入高標清視頻信號有隔行掃描、逐行掃描，通過不同的去隔行算法，完成高標清逐行掃描與隔行掃描變換。上、下變換器去隔行算法很多，常用的去隔行算法有兩大類，線性濾波和非線性濾波。線性濾波算法有空間線性濾波、時間線性濾波、時空線性濾波。比較簡單，占用資源少，但變換質量差;非線性濾波算法有運動自適應算法、運動補償算法。比較復雜，算法精度高，占用的存儲和計算資源多，變換質量好。

第二個步驟是重采樣。SD 視頻與HD視頻的上下變換，需要一個分辨率進行處理過程。上變換是通過信號內插提高數字信號的取樣頻率，可分別在垂直方向和水平方向上插值，改變輸出分辨率，圖像下變換時，通過濾波器抽取原有信號的取樣點值，增大采樣的點空間距離，從而降低每行的水平行和垂直行有效像素，實現圖像格式的轉換。

第三步驟是彩色空間轉換處理。由于不同制式的SD信號和HD信號其色域不同，進行如上、下轉換等格式變換時，需考慮彩色空間轉換。即從YCrCb域到XYZ域，然后又從XYZ域回到YCrCb域。常用的彩色空間轉換方法有兩種，一種方法是簡單線性轉換，但有轉換誤差20%，另一種技術，即在進行彩色矩陣處理之前，把信號源先還原，這種處理精度高，增加了復雜性，用于高端格式轉換器。

第四個步驟是寬高比轉換。上、下變換中寬高比轉換是必須進行的。SD素材的寬度與高度之比為4︰3，HD素材的寬高比為16︰9。主要是通過對圖像進行裁剪、拉伸、擠壓處理，調整圖像形狀，完成寬高比變換。SD上變換采用模式有擴展、信箱、加邊三種變換模式。HD下變換采用模式有壓縮、信箱、切邊三種變換模式。4︰3 變換到16︰9我們通常使用加邊模式，16︰9變換到4︰3 通常使用切邊模式[8]。

第五步驟是圖像增強。在上變換之后，變換后的圖像，無法達到期望的HD清晰度，如果提升信號高頻部分來增加清晰度，又產生噪音，因此在圖像增強之前一般會通過濾波器采取降噪處理。濾波器對整體圖像質量起增強了作用，但同時也使圖像部分細節產生模糊。對圖像輪廓銳度進行增強校正可以增強圖像的亮度細節和彩色細節。對細節增強通常是通過數學方法提升高頻成分來提高圖像的對比度，以達到提高圖像清晰度的效果。

上下變換的關鍵技術，是通過去隔行、重采樣、彩色空間轉換改變分辨率，再進行寬高比轉換和細節增強，實現高標清信號的變換。

三、高清和標清會議電視兼容系統的實現

我們在實際工作中，通過添加上、下變換器（高清轉標清和標清轉高清設備）實現了新建高清省級控制中心與原有的標清分會場、市縣會議電視系統兼容，經過 200多場會議檢驗，達到會議電視系統的驗收規范的要求，聲音和圖像均符合標準。

如圖2所示，新建的省級高清控制中心，將高清信號通過下變換器變為標清信號，經編解碼后轉換成光信號，通過光纖傳送到分會場矩陣和調音臺召開會議。分會場標清信號通過上變換器變成高清信號，送到控制中心矩陣和調音臺使用。各市的標清信號通過4*E1先送到多點會議控制設備MCU，再上變換為高清信號與高清矩陣和調音臺使用。

上轉換器，將標清視頻轉換為高清數字視頻，同時具有音頻加嵌功能。輸出分辨率可手動調節，符合SMPTE424M，SMPTE292M，SMPTE259M，SMPTE297M，SMPTE305M，SMPTE310M標準。自動適應143M，177M，270M，360M，540M，1483.5M，1485M，2970Mbps速率。

下轉換器，將高清數字視頻信號，轉換為標清信號。自動識別輸入高清信號，無須手動選擇。符合SMPTE424M，SMPTE292M，SMPTE259M，SMPTE297M，SMPTE305M，SMPTE310M標準。自動適應143M，177M，270M，360M，540M，1483.5M，1485M，2970Mbps速率，信號輸入具有自動電纜均衡功能。

圖2 ?高清和標清會議電視兼容系統圖

四、結 語

近幾年，高清視頻及技術的應用呈現爆發趨勢，無論是互聯網絡、移動網絡、高清電視都逐步向越來越清晰發展，新建的電視會議系統也紛紛采用高清標準。隨著高清設備使用越來越多，標清電視會議系統將逐步被高清系統替代，在標清與高清會議電視系統長期共存過程中。會議電視控制中心必須兼容高清會議電視系統與標清會議電視的系統，才能保證會議系統運行正常。本文首先介紹高清與標清會議電視技術的標準和特點，并對高清轉換標清進行技術分析，通過在控制中心增加上、下轉換器，從而實現高清會議電視系統與標清會議電視系統兼容，既保證了會議正常召開，又為會議電視系統逐步實現高清化探索一條可行之路。

參考文獻：

[1] 李伯中.高清晰視頻會議系統中主要技術標準的分析[J].電力系統通信，2006（10）.

[2] 李春濤，劉昱，李桂苓.HDTV到SDTV轉換編碼技術研究[J].電視技術，2005（2）.

[3] 彭林，賈偉.簡析高清視頻會議系統[J].城市建設理論研究（電子版），2013（13）.

[4] 張偉，王浩.常用視頻信號格式及接口分析[J].有線電視技術，2013（3）.

[5] 百度文庫.視頻會議接口類型知識[EB/OL].http：//wenku.baidu. com/view/cae532dead51f01dc281f18e.html.

[6] 百度文庫.視頻及音頻接口[EB/OL].http：//wenku.baidu.com/ view/743c90738e9951e79b892751.html.

[7] 陳文飛.上下變化器的關鍵技術[J].現代電視技術，2007（11）.

[8] 趙圣杰.上下變換器在高清中的應用[J].廣播與電視技術，2009（5）.

[責任編輯：艾涓]