高标清会议电视系统兼容技术分析与实现

袁富芳?

摘  要：随着科技发展，高清会议电视设备越来越多的应用于新建工程中，标清会议电视设备逐步被替代，在设备更新换代期间，同一会议电视系统必须兼容两种标准，才能完成正常会议功能。兼容系统的关键技术是完成高标清信号的相互转换。本文首先介绍高清与标清会议电视系统的标准和特点，然后进行高清转换标清技术分析，最后介绍高清与标清兼容会议电视系统实例。

关键词：高清与标清兼容;会议电视系统;技术分析与实现

中图分类号：TN948.1       文献标识码：A              文章编号：1672-8122（2015）12-0123-03

随着高清视频技术的发展，高清晰度的摄像机、显示器设备性价比日趋合理，新建的电视会议系统纷纷采用高清标准，高清会议电视系统呈高速发展的趋势。由于资金限制或投资主体不同，原来建设的省级、市、县标清电视会议系统，不可能同时改造成为高清系统，还要继续使用。这样，在国家、省、市、县几级同一个会议电视系统中既有标清信号，还有高清信号，那么这个系统必须是高清与标清兼容的会议电视系统，才能保证会议正常召开，实现此兼容系统的关键技术是高清信号与标清信号的相互转换。

一、高清、标清会议电视系统技术标准与特点

会议电视系统由三部分组成，第一部分是通过摄像机采集的视音频信号，第二部分是经编解码器编码传输，第三部分是通过显示器和音箱设备播放。系统集成时采集、编码、播放三部分都采用高清设备的叫高清会议电视系统。三部分中有任何一部分采用标清设备，都不是高清会议电视系统。

（一）高标清采集和显示设备技术标准特点

标清和高清显示器和摄像机，主要从分辨率、宽高比两个指标来确定。

国际电信联盟-无线电标准部制定的ITU—R BT.601标准，规定的标准清晰度数字电视SDTV是：分辨率720X576、总有效象素41万、画幅宽高比4︰3、场频50Hz、隔行扫描。简称576/50i。ITU—R BT.709-3标准，规定高清晰度数字电视HDTV是：分辨率1920X1080、总有效像素207万、画幅宽高比16︰9、场频50Hz、隔行扫描。简称1080/50i[1]。

美国电影电视工程师协会，制定SMPTE相关标准，高清分普通高清和全高清。全高清的有两种，隔行扫描方式用i表示，逐行扫描方式用P表示。分辨率是水平1920个像素数，垂直是1080个像素数，记为1920*1080，简写为“1080/50i”或“1080/50P”。普通高清的分辨率是水平1280个像素数，垂直720个像素数，记为1280*720，采用逐行扫描方式，简写为720/60p”。

对应国家广播电影电视总局2000年8月公布GY/T155—2000行业标准分辨率为1920*1080i、1920*1080p、1280*720p，宽高比为16：9称为高清。分辨率低于1280*720p，宽高比为4：3称为标清。具体指分辨率為480i、576i、625i视频格式。例如VCD的CIF（分辨率为352*288）、DVD的4CIF（分辨率为704*576）图像[2]。

标清摄像机像素在40～50万之间，成像器件为1/4CCD或者CMOS。而对于高清摄像机，像素在100～200万之间，成像器件为3*1/3CCD或者CMOS。

（二）高标清编解码器的主要技术标准及特点

会议电视编解码设备的作用是将开会地点（主会场）视音频信号通过编码器按照图像编码标准，变换成不同码率的传输信号，传送到收看会议地点（分会场），通过解码器变换成高标清信号在显示器播放。

1.高标清图像编码标准。通信网中会议电视使用的图像编码标准，满足ITU-T国际电信联盟-电信标准部制定的H.261、H.262、H.263、H.264协议。常使用的标清视频会议图像编码标准是H.261、H.263，高清视频会议图像编码标准是H.264。各标准使用范围和特点如下：

H.261标准支持QCIF（176*144）和CIF（352*288）图像输入格式，采用衡定码流可变质量编码，通过2M传输码率的PCM传输标清会议电视信号。也适用于P*64kbps速率的综合业务数字网（ISDN）传输电视电话。H.261传送运动图像比传送静止图像差。

H.262是为异步传输模式ATM制定的会议电视标准，支持各种分辨率图像格式，通过4M带宽传输视频信号，压缩比低，数据量大，不便传输，适用于通过宽带综合业务数字网（B-ISDN）信道传输。

H.263标准支持4CIF和16CIF等5种图像输入格式，传输带宽20K-24Kbps，提供更好图像质量，节省带宽和存储空间，安装方便，可二次开发，与H.261比较采用半像素运动补偿，增加了4种有效编码模式。不仅适用于通过公共交换电话网和电路交换网络传输，也适用于流媒体和英特网传输。

H.264标准，结合前几个标准的优点，使用了整数变换、空域内的帧内预测等很多先进的技术，提高了算法的复杂度，具有较高的压缩比，传输带宽1M。适用不同码率和分辨率范围视频输入。适用于电路交换网、互联网、移动网等各种网络传输。是ITU-T和ISO/IEC制定的目前使用范围较广的视频压缩编码标准，H.264技术非常适合视频会议，主要特点如下：（1）高压缩比。比其他编码标准减小一半以上码率;（2）网络和时延适应性更强。既可用于会议电视等实时业务，又可用于视频存储等无时延限制的业务;（3）适用不同码率和分辨率，范围更广;（4）质量和编解码复杂度分级设计，高质量运动图像处理能力;（5）不同厂家生产的视频会议设备容易集成，互通性好[3]。

2.高标清会议电视音频标准。对于标清视频会议音频编码协议，通常使用G.711/G.722/G.728等标准，频响范围300HZ-3400HZ，采样率8KHZ，每路声音占用带宽为8K-64K，单声道。高清视频会议音频编解码协议，国际电联推出了G.722.1Annexc/MPEG4-AAC系列。频响范围14KHZ/20HZ- 20KHZ，双声道，不但有处理44KHz立体声效果的音频编码能力，也必须能处理立体声回声抑制。

3.高标清会议电视常用接口。常用的标清视频接口有RF射频接口、RCA莲花端子、S端子，常用高清视频接口有DVI、HDMI、HD-SDI、displayport。高标清混合使用的VGA、YPbPr、BNC。接口主要特点如下：

（1）RF射频接口。标清显示设备最常见的视频接口，接口传输视频、音频混合编码信号，缺点是容易互相干扰，画面输出质量较差[4]。

（2）RCA莲花接口，也叫复合视频。通常用黄色接头，同一信道传输亮度和色度模拟信号，缺点是分离不好时会出现虚影。

（3）S端子，也叫S-Video，英文Separate Video。常用视频输出接口，亮度和色度分离输出，S端子是五芯接口，一路公共屏蔽地线，两路亮度视频信号、两路色度视频信号组成。因为分别传送亮度和色度信号，S端子效果要好于莲花接口，图像的清晰度有所提高。缺点是抗干扰弱，传输距离不超过7米。

（4）YPbPr接口。也叫色差分量接口，不是数字接口，是模拟视频接口，将亮度、色度（Pb、Pr两个）分成3路传输，用绿色传输亮度信号，红色和蓝色传输颜色差别信号。传输速率较低30MHZ，传输距离较长50米，YPbPr的接头可以使用同轴电缆和BNC接头，也可用普通莲花头，传输线价格便宜，传输质量效果比S端子好。

（5）BNC接口，英文“Bayonet Nut Connector”，同轴电缆卡环形接口。视频信号输入线分别接收红、绿、蓝、垂直、水平同步信号，这种接头能把是视频中三基色分开，由于同轴电缆屏蔽功能，使其具有传输视频信号距离长，互相间干扰少的特点，而且由于接口设计独特连接非常紧，不宜松动。常用专业级监视器，PCM传输设备E1接口。

（6）VGA接口。广泛用于显卡，是显示器主要接口，所传输的模拟信号输出到显示器上，VGA共有15针空，2根不接信号、3根显示数据总线和5个GND信号，3根RGB彩色分量信号和2根扫描同步信号。传输损耗小，不失真、不重影。

（7）DVI接口。英文“Digital Visual Interface”，中文数字视频接口。用于传输速率高，传输距离不远的控制中心机房到高清监视器、大屏之间的接口。传输速率为8Gbps，传输有效距离为5米左右。与VGA的区别是DVI传输的是数字信号，因此减少了数字到模拟转换过程，数字图像信息直接被传送到显示设备上。图像质量高，传输速率高。DVI接口分为两种，一个是DVI-D接口，只能接收数字信号，接口上只有3排8列共24个针脚，其中右上角的一个针脚为空。不兼容模拟信号。另外一种则是DVI-I接口，可同时兼容模拟和数字信号[5]。

（8）DisplayPort接口。是DVI接口升级，同时支持外置和内置显示，内置的可用于笔记本电脑。与DVI接口的区别是，它在传输视频信号的同时传输高清音频信号，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体接口。DVI的强化和延伸，两者可兼容，无需在信号传送前进行数/模或者模/数转换，与DVI一样是矩阵到高清监视器、大屏拼接墙之间常用接口。不同的是，HDMI可以同时传送无压缩高清视频信号和音视频信号，HDMI接口传输速率5Gbps，可自动协商输出格式，只需要一条HDMI线，便可以替代多条模拟传输线同时传送视频、音频信号，传输质量高。最远可传输15米[6]。

（10）HD-SDI接口。高清串行数据接口，高清会议电视摄像机、光端机、矩阵等常用接口。HD-SDI是根据SMPTE292M协议，规定传输速率为1.485Gb/s或1.485/1.001 Gb /s，还规定数据格式、信道编码方式，连接光缆、电缆、接头的类型。优点是未压缩、低时延、易安装、低成本，传输距离长，有效距离为100M，超过100M必须使用中继器。

二、高标清转换技术分析

要实现高标清会议电视的兼容，关键是如何完成高标清会议电视信号的相互转换。高清信号转换为标清信号通常称为下变换，标清信号转换为高清信号通常称为上变换。上、下变换就是分辨率和宽高比变换。上面我们对高清和标清信号进行了对比，下面我们来看看高标清信号如何相互转换（如图1所示）。

图1  高标清变换的信号处理流程[7]

第一个步骤是去隔行。输入高标清视频信号有隔行扫描、逐行扫描，通过不同的去隔行算法，完成高标清逐行扫描与隔行扫描变换。上、下变换器去隔行算法很多，常用的去隔行算法有两大类，线性滤波和非线性滤波。线性滤波算法有空间线性滤波、时间线性滤波、时空线性滤波。比较简单，占用资源少，但变换质量差;非线性滤波算法有运动自适应算法、運动补偿算法。比较复杂，算法精度高，占用的存储和计算资源多，变换质量好。

第二个步骤是重采样。SD 视频与HD视频的上下变换，需要一个分辨率进行处理过程。上变换是通过信号内插提高数字信号的取样频率，可分别在垂直方向和水平方向上插值，改变输出分辨率，图像下变换时，通过滤波器抽取原有信号的取样点值，增大采样的点空间距离，从而降低每行的水平行和垂直行有效像素，实现图像格式的转换。

第三步骤是彩色空间转换处理。由于不同制式的SD信号和HD信号其色域不同，进行如上、下转换等格式变换时，需考虑彩色空间转换。即从YCrCb域到XYZ域，然后又从XYZ域回到YCrCb域。常用的彩色空间转换方法有两种，一种方法是简单线性转换，但有转换误差20%，另一种技术，即在进行彩色矩阵处理之前，把信号源先还原，这种处理精度高，增加了复杂性，用于高端格式转换器。

第四个步骤是宽高比转换。上、下变换中宽高比转换是必须进行的。SD素材的宽度与高度之比为4︰3，HD素材的宽高比为16︰9。主要是通过对图像进行裁剪、拉伸、挤压处理，调整图像形状，完成宽高比变换。SD上变换采用模式有扩展、信箱、加边三种变换模式。HD下变换采用模式有压缩、信箱、切边三种变换模式。4︰3 变换到16︰9我们通常使用加边模式，16︰9变换到4︰3 通常使用切边模式[8]。

第五步骤是图像增强。在上变换之后，变换后的图像，无法达到期望的HD清晰度，如果提升信号高频部分来增加清晰度，又产生噪音，因此在图像增强之前一般会通过滤波器采取降噪处理。滤波器对整体图像质量起增强了作用，但同时也使图像部分细节产生模糊。对图像轮廓锐度进行增强校正可以增强图像的亮度细节和彩色细节。对细节增强通常是通过数学方法提升高频成分来提高图像的对比度，以达到提高图像清晰度的效果。

上下变换的关键技术，是通过去隔行、重采样、彩色空间转换改变分辨率，再进行宽高比转换和细节增强，实现高标清信号的变换。

三、高清和标清会议电视兼容系统的实现

我们在实际工作中，通过添加上、下变换器（高清转标清和标清转高清设备）实现了新建高清省级控制中心与原有的标清分会场、市县会议电视系统兼容，经过 200多场会议检验，达到会议电视系统的验收规范的要求，声音和图像均符合标准。

如图2所示，新建的省级高清控制中心，将高清信号通过下变换器变为标清信号，经编解码后转换成光信号，通过光纤传送到分会场矩阵和调音台召开会议。分会场标清信号通过上变换器变成高清信号，送到控制中心矩阵和调音台使用。各市的标清信号通过4*E1先送到多点会议控制设备MCU，再上变换为高清信号与高清矩阵和调音台使用。

上转换器，将标清视频转换为高清数字视频，同时具有音频加嵌功能。输出分辨率可手动调节，符合SMPTE424M，SMPTE292M，SMPTE259M，SMPTE297M，SMPTE305M，SMPTE310M标准。自动适应143M，177M，270M，360M，540M，1483.5M，1485M，2970Mbps速率。

下转换器，将高清数字视频信号，转换为标清信号。自动识别输入高清信号，无须手动选择。符合SMPTE424M，SMPTE292M，SMPTE259M，SMPTE297M，SMPTE305M，SMPTE310M标准。自动适应143M，177M，270M，360M，540M，1483.5M，1485M，2970Mbps速率，信号输入具有自动电缆均衡功能。

图2  高清和标清会议电视兼容系统图

四、结 语

近几年，高清视频及技术的应用呈现爆发趋势，无论是互联网络、移动网络、高清电视都逐步向越来越清晰发展，新建的电视会议系统也纷纷采用高清标准。随着高清设备使用越来越多，标清电视会议系统将逐步被高清系统替代，在标清与高清会议电视系统长期共存过程中。会议电视控制中心必须兼容高清会议电视系统与标清会议电视的系统，才能保证会议系统运行正常。本文首先介绍高清与标清会议电视技术的标准和特点，并对高清转换标清进行技术分析，通过在控制中心增加上、下转换器，从而实现高清会议电视系统与标清会议电视系统兼容，既保证了会议正常召开，又为会议电视系统逐步实现高清化探索一条可行之路。

参考文献：

[1] 李伯中.高清晰视频会议系统中主要技术标准的分析[J].电力系统通信，2006（10）.

[2] 李春涛，刘昱，李桂苓.HDTV到SDTV转换编码技术研究[J].电视技术，2005（2）.

[3] 彭林，賈伟.简析高清视频会议系统[J].城市建设理论研究（电子版），2013（13）.

[4] 张伟，王浩.常用视频信号格式及接口分析[J].有线电视技术，2013（3）.

[5] 百度文库.视频会议接口类型知识[EB/OL].http：//wenku.baidu. com/view/cae532dead51f01dc281f18e.html.

[6] 百度文库.视频及音频接口[EB/OL].http：//wenku.baidu.com/ view/743c90738e9951e79b892751.html.

[7] 陈文飞.上下变化器的关键技术[J].现代电视技术，2007（11）.

[8] 赵圣杰.上下变换器在高清中的应用[J].广播与电视技术，2009（5）.

[责任编辑：艾涓]