NVIDIA高清晰视频处理器在HDTV中的应用

高清晰数字电视技术给人们带来了全新的视听境界，但是高清晰数字电视昂贵的价格却让人望而却步。如何在现有的模拟电视和计算机监视器上实现高清晰电视接收呢？本文将介绍一种高清晰数字视频处理器NVIDIA GeForce2 GTS在高清晰数字电视中的应用，并分析这种技术如何在模拟电视和计算机上实现廉价的高清晰数字电视接收方案。

高清晰度电视(HDTV)采用一种高分辨率数字电视格式，它能实现宽高比为16:9的画面和杜比数字音响效果，能接收所有可能的18种数字电视广播制式，并能产生1080×720像素的画面分辨率(逐行扫描和隔行扫描)，同时闪烁程度降低。

如何实现低成本的数字电视接收正是GeForce2 GTS致力解决的问题。在美国，目前显示器尺寸为17至24英寸的计算机用户超过三千万，此类用户无需购买价格昂贵的HDTV装置即可在其计算机上欣赏HDTV节目，仅需要将一个低成本的DTV调谐器和用NVIDIA高清晰视频处理器进行硬件加速的HDTV处理器一起使用即可。此外，采用了NVIDIA高清晰度视频处理器技术的制式转换器能将1080i和720p的HDTV内容转换为标准清晰度电视(SDTV)，这样任何模拟电视机都能播放HDTV节目了。

HDTV视频格式基于MPEG2视频编码标准，分辨率为1920×1080或1280×720，而SDTV分辨率为720×480。此编码标准中，运动向量用来表示像素点从一个连续视频帧到下一帧的运动。通过存储像素块的运动而不是像素本身，MPEG2实现了大比例压缩。从图像集成角度看，运动补偿是指将运动变量信息(即软件解码器中输出的反离散余弦变换数据)和运动信息(运动向量)解码成视频帧的过程。MPEG2解码过程中的绝大多数CPU处理即是处理这种运动补偿过程。

NVIDIA GeForce2 GTS中优化的运动补偿(MC)引擎，能满足HDTV分辨率和带宽的要求。3D管线也加入了图像处理单元的运动补偿处理，这意味着GeForce2 GTS大的像素填充率性能允许HDTV画面随意缩放，而不影响画面质量。 NVIDIA对反离散余弦变换(IDCT)的性能进行了全面分析，认为在产品中仅仅集成进IDCT是没有意义的。若要保证反离散余弦的高效性，硬件也必须进行少量编码。在进行反离散余弦变换之前，数据格式为12位整型。如果每个像素块的数据都送到芯片内进行软件解码，其性能会大打折扣，将低于对8位像素差值数据解码的性能(这是实现运动补偿所要求的性能)。

总之，同独立但优化的位移补偿实现方法相比，反离散余弦变换还必须增加一些重要的硬件电路才能达到同等效率。但是这种新增硬件会比较复杂，所以最好是集成进一个完整的MPEG2管线，而不是仅仅增加一个硬件电路。

NVIDIA的高清晰度视频处理器中的高性能滤波器有五个水平和三个垂直抽头，使GeForce2 GTS能将1080i和720p画面降格为480p(SDTV下的分辨率)画面，从而使得HDTV节目能在任何标准模拟电视上播放。具体的性能参数请参照最近的MadOnion 视频2000基准。那些希望看到HDTV节目但又没有购买价格不菲的HDTV设备的用户就需配备GeForce2 GTS这种缩放引擎。

如要在逐行扫描显示器上显示隔行扫描内容，必须将60场/秒转换为30帧/秒逐行扫描内容。去隔行扫描最通用的方法有两种，其中一种方法是指将两个相邻的场结合起来生成一个帧，对静态图像而言，这种方法效果相当好，但是对于运动图像会产生令人讨厌的羽毛状(梳状)干扰；另外一种方法是在垂直方向上对每场放大，对偶数场调整一条扫描线的位置，然后连续显示。该方法能有效处理运动图像，但是会造成画面分辨率的损失从而产生闪烁干扰。播送图像顶部的文字和静止图像时常就是这种干扰。

采用NVIDIA高清晰视频处理器可以用后置管线生成两个附加滤波器—去隔行扫描滤器和暂态滤波器，用来处理诸如制式为1080i的隔行扫描图像。暂态滤波器对当前帧和前一帧进行混合调配，大大降低了后一种去隔行扫描导致的闪烁和抖动干扰。去隔行扫描滤波器也支持类似的处理过程，它将一个场与它相对的另一个场混合处理，进一步降低了隔行扫描产生的干扰。解码器可根据运动向量在这两个滤波器之间进行智能切换，以在显示器上实现最佳的1080i图像显示。

NVIDIA高清晰度视频处理器有专用的基于硬件的色彩增强功能以去除视频重叠效应。这些彩色属性包括亮度、对比度、色度和饱和度。NVIDIA的这些色彩增强功能提供了图像调整的灵活性，但又不影响整个系统。

NVIDIA的高清晰视频处理器还能在数字录像机中实现高清晰节目的时移播放(timeshifting playback，即可以实现暂停、快进、快退功能)。在市场上已经有采用NVIDIA的高清晰视频处理技术的数字录像机，这种录像机不仅能实现模拟和MPEG2标准清晰度(720×480，某些情况下为720×240)节目的时移播放，而且也能实现高清晰节目的时移播放。

本文小结

在美国，超过半数的电视台能提供高清晰电视业务，所以高清晰电视播放正在成为最引人注目的视频应用之一。利用一个集成有NVIDIA高清晰度视频处理器的简单、低成本数字接收卡，就能使主流的高性能处理器支持所有的18种ATSC制式(表1)。

GeForce2 GTS是第一个采用NVIDIA高清晰度视频处理器技术的图像处理单元，NVIDIA的高清晰视频处理器技术将使HDTV和高清晰数字VCR应用广为普及。欲了解更多信息，请查阅：www.nvidia.com。