2D影视处理的先驱 PureVideo HD技术评测

　　迎接高清时代，MPEG影音格式大阅兵

　　高清视频HDTV的理念随着数字家庭的推广而广为人知，不过很多人对HDTV的理解仅是在于视频源本身，实际上HDTV涉及到显示设备、压缩格式、HD DVD存储、HDCP等一整套系统，绝非单纯的一个环节。从目前市场的现实来看，环绕HDTV的这一整套系统中多个环节，特别是存储环节的HD DVD、Blue-Ray都远没达到实用标准，现在来谈HDTV的普及还为时尚早，不过我们都必须注意的是:目前IT整个行业的发展都在使HDTV各个环节趋于成熟，HDTV时代的来临势不可避免。

　　HDTV所涉及的林林种种

　　目前我们常听到H.264，WMV-9等多种格式的视频源，而这些不同格式之间的差距相信有很多读者还是云里雾里分不清楚，因此在介绍HDTV之前系统的介绍一遍目前MPEG影音格式还是非常有必要的。

　　通常我们在谈论影音格式的时候都会看到有MPEG的字眼，多数人都认为这是文件名字的一部分，很少人会去了解其意义。其实MPEG是一个负责影像与音频压缩小组的简称，这个小组是隶属于ISO(国际标准化组织)下面的一个单位，MPEG是Moving Picture Experts Group的缩写，直接翻译就是移动图片专家小组。虽说是小组，但其现在已经有将近400个会员，其会员包括工业界、产业界、学术界以及研究机构的代表。该小组成立以来定制了多项的业界标准，我们目前所讨论的影音格式大多与其相关，下面来一起看看。

　　兼容性最高的MPEG_1

　　MPEG1格式是MPEG小组在1990年定制的，主要用来处理声音跟影像的压缩。MPEG1主要应用在影音光盘VCD上面。MPEG1标准内容主要包括几个部分:同步与多工处理声音跟影像、使用非交错技术压缩影像信号、感知编码的声音压缩技术、相关测试的标准与软件。

　　MPEG1最早发表的数据流是1.5M，分辨率是352x240。随后码率提高到4M，在分辨率不变的情况下拥有更好的画质。虽然现在看来MPEG1有着诸多的缺点，但到目前为止它还是兼容性最高的标准，几乎所有的播放器都能支持这种格式文件的播放。

　　MPEG2以及开放式开发标准的MPEG-4

　　MPEG2登场

　　因为MPEG1有着这样那样的不足，与及后来DVD光存储设备发展的需要，MPEG小组与1994年又定制出了MPEG2格式，同样也是解决声音跟影像的压缩问题，MPEG1的应用主要是针对VCD，而MPEG2主要是针对卫星电视、广播信号、有线电视等，同时也是DVD的标准。

　　MPEG2隶属于ISO/IEC 13818的白皮书，包含了系统、影像、声音、测试兼容性流程、软件模拟、DSM-CC的定义、高级声音编码、及时接口延伸、DSM-CC延伸等多部分内容。针对影像的编码部分，MPEG2主要是在一串流内使用三种架构的数据。这些架构在影像中形成的特殊排列方式我们称之为GOP(Group of pictures)。

　　MPEG2支持交错式与渐进式扫描技术，在画面输出上，MPEG2的输出资料量可以是固定或可变的，只要在最大的规定范围之内就可以，比如DVD的最大值是10.4M，远比VCD的4M大的多。解码的原理是将一堆模糊的影像或是边缘非连续的影像，使其更清晰，借此减低数据流。声音的取样上，大致就与MPEG1的三层标准相同(MP3就是其中一种)，加上多声道标准(最高到5.1声道)与AAC。MPEG2有多达640项专利，分别属于各个公司与一所大学(哥伦比亚大学)所有。

　　开放式开发标准的MPEG-4

　　MPEG4的标准是于1998年年底推出，主要的应用是网络流媒体、线上音乐、影像电话与广播电视。不过MPEG-4最大的特色就是开放性的开发标准，让开发者决定如何去实做文件内容。因为这个原因，没有一个真正标准的格式，为了解决这个问题，于是便在文件中加入标志，说明其规格和属性。让应用程序根据相关的规范，播放或处理MPEG-4文件。

　　MPEG-4规格中涉及到很多Part，如针对网路传输的Part8 Carriage on IP Networks，Part9是定义硬件处理的设计，Part10是AVC的视频规格(H.264)。Part13是版权保护协定。Part17是字母格式。

　　H.264的特别说明

　　上面提到MPEG-4的Part10是AVC的视频规格，我们常叫这种规格为H.264。H.264的大致规格是在2003年定案，主要是针对低资料传输要求而提高播放品质的应用。H.264标准使用很多算法来处理动态影像，结合了许多技术来产生高效能的编码方式。与MPEG-2相比，使用相同的大小的文件，H.264能比MPEG-2有更优秀的画质表现。在应用方面，以后的HD DVD、Blue-ray Disk都确定会支持这种标准。

　　NVIIDA PureVideo HD的硬件加速技术

　　从我们上面的介绍来看，新一代的MPEG-4的各种Part都拥有更休息的算法，与MPEG-2文件相比，在相同容量下可以拥有更好的画质。不过新一代的MPEG-4普遍对播放硬件要求更高的处理能力，因此我们在处理能力不强的平台上播放新一代HDTV各种格式的文件时还需要使用到硬件辅助解码技术，在这部分提供解决方案的主要有NVIDIA的PureVideo HD、ATi的avivo两种，现在我们先来介绍NVIDIA方面的PureVideo HD技术。

　　NVIDIA的PureVideo HD技术主要作用分为两部分，其一是硬件辅助解码加速作用，其二是视频内容编辑部分。从上面的表格上可以看出，PureVideo HD技术可以针对目前主流的H.264\VC-1\WMV9格式文件进行辅助解码。在这之中H.264格式因为有了优秀的编码算法，在较低的数据流下可以提供更好的画质，因此被视为未来最重要的视频编码标准之一。

　　Spatial-Temporal De-Interlacing(空间-时间反交错)技术

　　我们从人造卫星、电缆和DVD上获取的电视视频内容都是属于交错(隔行扫描，Interlace)类型的数据，这种隔行扫描的电视视频数据是使用两幅图片去提供图像细节。这种类型视频数据的问题之一是:通过不同时间的图片通过隔行扫描视频要求编织在一起之后，会在播放移动物体时产生锯齿。NVIDIA的Pure Video技术可以利用PC业界高级的算法，来移除这些播放时让人烦恼的边缘锯齿，维持视频播放时画面细节的柔滑。

　　从上面视频截图的表现来看，在开启PureVideo HD技术之后，影像文字部分边缘锯齿已经基本消除，处理后的文字表现让人容易接受的多。

　　我们再从另一段视频表现来看，PureVideo同样拥有出色的空间-时间反交错能力，让文字边缘更加柔滑。

　　Pure Video反转电视电影处理以及相关问题

　　大多数的高清视频源例如电影在播放时是维持24帧每秒。但在广播电视及DVD则要求要每秒30帧的画面，所以我们有时候在电影视频源转换为DVD格式时就需把原来每秒24帧的视频文件转换到每秒30帧，这个转换的过程我们称之为电视电影(Telicine，3:2 or 2:2 pulldown),在电视电影转换过程中额外的6帧是通过简单的合成原始帧来进行，而这些通过转换而来的额外6帧会变的模糊。NVIDIA Pure Video技术则可以通过重新捕获原始电影视频内容提供清晰影像，并对这部分内容进行硬件加速，这部分的过程我们称之为反转电视电影(Inverse 3:2 and 2:2 pulldown)。

　　PureVideo HD反转电视电影处理过程

　　从上面的视频截图我们可以看到，左边两幅图片中是从24fps通过电视电影转换算法转换为30fps的DVD内容，因为直接合并原始帧来补偿的算法所造成的画面模糊。而通过PureVideo HD反转电视电影(Inverse 3:2 and 2:2 pulldown)重新取样后，画面的模糊效果基本上得以消除。

　　Bad Edit Detection(3:2&2:2 Correction)

　　在电视电影转换过程中，除了要补偿额外6fps所面临画面模糊问题外，还一些更深层次的问题——转换编辑过程中会破坏原来常规24fps 3:2和2:2视频源的节奏。而标准的反转电视电影(Inverse 3:2 and 2:2 pulldown)并不能纠正这部分的异常。结果就是使得原始文件的底片无序的播放，使得每一帧的显示画面都会在边缘产生锯齿。NVIDIA的Pure Video技术可以通过使用高级的算法去修补原来在电视电影转换中被破坏的节奏，把原来画面节奏完整的重显，使播放每一帧的图像更平滑、自然。

　　因为在电视电影的转换过程中破坏了常规24fps电影内容的节奏，使得原始文件的底片无序的播放造成物件边缘的锯齿现象。

　　通过Pure Video HD Bad Edit Detection技术修复后的画面，从上面我们可以看到物件边缘的锯齿现象已经有很大的改善，整个画面的可观赏性大大提高。

　　支持硬件加速的播放器以及其相关设置(一)

　　Windows Media Player10

　　Microsoft的Windows Media Player10是一款免费的播放器，我们可以通过Microsoft的官方网站免费下载到这款软件，只不过要支持硬件加速还需要通过Windows Media Player10的在线更新功能把播放器升级到最新版本。

　　在确定您的Windows Media Player10升级到最新版本后，我们可以通过工具条的工具〉设置〉性能〉高级选项来找到Video Acceleration Setting的这个设置页面，我们只要勾选出Use video mixing renderer和Use overlays，还有点消下面的DVD Video〉Use video mixing renderer，并确保Enable full-screen mode switch是没有被选上就可以了，点击ok按钮后我们就可以使Windows Media Player10播放器支持硬件加速功能。

　　Nero ShowTime2

　　Nero的刻录软件可能是众所周知，但其实其ShowTime2媒体播放器也是一款非常优秀的软件，是为数不多的支持硬件加速的播放器之一。我们可以在Nero刻录软件的套装中找到这款产品。

　　我们可以通过点击nero软件界面上的首选项按钮来进入ShowTime2播放器的设置页面，然后通过点击设置页面下的视频选项就会在右侧出现硬件加速的选项，我们可以通过勾选上硬件加速下面的启用选项来确定使用硬件加速功能。

　　支持硬件加速的播放器以及其相关设置(二)

　　Power DVD7

　　PowerDVD是一个比较老牌的媒体播放软件了，目前其最新的版本是PowerDVD7。该工具支持的媒体文件格式非常丰富，包括Dobly AC3、DVD/VCD、WAV/MID/RMI、MPG/MPV、MP2/MP3、M1V/M2V、MOV、AVI、ASF/WM/WMA/WMV等，几乎囊括了目前Windows平台下流行的所有音频、视频格式。

　　在PowerDVD7的主界面中点击工具按钮就会出现配置的选项，我们在配置页面中选择视频选项后就会在下面的面板中出现硬件加速的选项，钩选上启用硬件加速然后点击下面的确定按钮就可以打开功能了。

　　WinDVD是一款功能强大的DVD播放器.它组合了多种标准消费型DVD播放器的功能，例如，全面支持VCD 2.0、精确解码、可选用户界面以及视频显示选项。您可以播放 DVD 光盘或 VCD - WinDVD 会自动确定DVD驱动器中的光盘类型并使用正确的播放方式。每一种 DVD(数字化视频光盘或数字化多用途光盘)均由 DVD 作者设计。 不同的作者会为特定的光盘制作不同的功能。WinDVD 可以处理当今大多数 DVD 作者使用的功能。大多数DVD光盘均有一个定位菜单。 WinDVD 会识别这些功能，并允许您通过WinDVD用户界面使用这些功能。新版本增加了对NV15的支持，并对多项显卡新技术有了完善的支持，画面也有所提高。它可以根据操作系统的语言，选择相应的字幕文字，当然如果DVD指定了特定的语言，它就无能为力了。另外WinDVD在一些操作上也有了一些改进，比如当你点击了缩小按钮后，WinDVD就会退出到全景模式;书签与时间标记和音轨号结合起来，你就可以在播放列表中使用书签了。

　　WinDVD的硬件加速功能与上面几款软件差不多，是在设置页面下视频的选项中钩选启用硬件加速功能，不过WinDVD有关于硬件加速方面的设置比较详细，除了启用硬件加速选项外还多出一个使用硬件色彩加速的选项。

　　CPU占用率测试(H.264,720p,1080p)

　　测试中我们使用了NVIDIA最新版本的NVIDIA PureVideo Decoder Retail Kit Version: 1.02-223，而在H.264解码部分，我们使用目前比较认可的CoreAVC。

　　在H.264片源方面，我们选择了The Greatest Game的720p，1080p两种规格的片源测试

　　从我们选择的这段the greatest game的H.264格式视频来看，PureVideo HD在其中两种分辨率加速作用还是非常明显的，尤其是在1080p的规格下，加速非常明显。1080p情况下在没有使用硬件加速时CPU占用率高达60%,而装上NVIDIA PureVideo Decoder Retail Kit Version: 1.02-223后，是用PureVideo HD加速CPU占用率则下降到28%，其中作用非常明显。

　　CPU占用率测试(WMV HD,720p,1080p)

　　我们WMV HD视频负载测试的测试平台与上面H.264文件的测试平台保持一致，WMV HD视频源为Microsoft官方网站上提供下载的WMV HD720p,1080p格式，下面是负载测试的具体情况。

　　整体上来看，普通的平台在应付WMV HD格式的720p格式文件播放问题不大，不过在1080p的规格下还是会显得吃力，这时PureVideo HD的加速作用才会真正的显现出来。在1080p的相同条件下，PureVideo HD可以提供设备高出一倍的性能。

　　HDTV为时尚早，PureVideo HD为未来准备

　　虽然H.264这些MPEG-4开放性的开发标准拥有着很优秀的压缩编码算法，但从国内目前的现况来看，大部分的高清视频源还是从网路一些论坛上下载的MPEG2-TS比较多，因此针对这方面的测试我们当然不会忽略。从我们上面的测试结果来看，MPEG2格式的视频源解码基本上对系统不会造成太大的负担。PureVideo HD针对这部分的算法同样是比较成熟，可以把处理器占用率从40%下降到10%，效果令人满意。

　　HDTV面临的一些问题

　　视频源存储问题可以说是目前HDTV普及的最大障碍，其中的原因就是HD DVD与Blue-ray的标准之争，目前最终那方会胜出规格之争尚不明朗，但可以确定是长期的僵持不下无论是对HDTV的普及、对消费者、对视频内容提供商都不是一件好事。

　　输出接口也是HDTV所面临的问题，作为伴随着数字家庭成长起来的一个概念，HDTV不可能仅是在电脑显示器上播放，还需要通过HTPC连接到家电，这就涉及到家电与显卡之间接口统一问题，目前流行的HDMI接口虽然是个很好的解决方案，但其成本与认证费用都太高，短时间内还没有办法普及。

　　HDCP同样是以后HDTV的重要一环，为了杜绝盗版，出版商都会在以后的视频内容中加入验证的key，只有显示卡与显示器同时支持HDCP的情况下，才可以以高清的格式观看影片内容，如果其中有一个环节不能支持HDCP的key验证，那么高清的视频内容只能以标准清晰度SD来播放。但目前支持HDCP的显示器还是寥寥无几。

　　总结:

　　从我们上面的介绍来看，HDTV目前还是面临着很多的问题，短时间内谈论HDTV的普及是不现实、也是不负责任的。但我们在这篇文章的开头也说过:目前IT整个行业的发展都在使HDTV各个环节趋于成熟，HDTV时代的来临势不可避免。NVIDIA PureVideo HD技术所给我们带来的优势，不管是HDTV中的任何环节，H.264文件解码、HDCP、HDMI等种种因素，PureVideo HD技术均已经具备成熟，为未来做好准备。