跟电视有关的概念要点

发布时间:2018-10-05 21:05:30   来源:文档文库   
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☆像素比

像素比是指图像中的一个像素的宽度与高度之比,而帧纵横比则是指图像的一帧的宽度与高度之比。

图像中的一个像素的宽度与高度之比,而帧纵横比则是指图像的一帧的宽度与高度之比。如某些D1/DV NTSC图像的帧纵横比是43,但使用方形像素(1.0像素比)的是640×480,使用矩形像素(0.9像素比)的是720×480DV基本上使用矩形像素,在NTSC视频中是纵向排列的,而在PAL制视频中是横向排列的。使用计算机图形软件制作生成的图像大多使用方形像素。

由于计算机产生的图像的像素比永远是1:1,而由于电视设备所产生的视频图像,就不一定是1:1,如我国的PAL制像素比就是16:15=1.07。同时,PAL制规定画面宽高比为4:3。根据宽高比的定义来推算, PAL制图像分辨率应为768*576,这是在像素为1:1的情况下,可PAL制的分辨率为720*576。因此,实际PAL制图像的像素比是768:720=16:15=1.07。也就是通过把正方形像素拉长的方法,保证了画面的4:3的宽高比例。


☆视频码率

码率介绍 通俗一点的理解就是取样率,单位时间内取样率越大,精度就越高,处理出来的文件就越接近原始文件,但是文件体积与取样率是成正比的,所以几乎所有的编码格式重视的都是如何用最低的码率达到最少的失真,围绕这个核心衍生出来的cbr(固定码率)与vbr(可变码率),都是在这方面做的文章,不过事情总不是绝对的,举例来看,对于一个音频,其码率越高,被压缩的比例越小,音质损失越小,与音源的音质越接近。

计算公式 基本的算法是:【码率】(kbps)=【文件大小】x8 x 1024/【时间】(),举例,D5的碟,容量4.3G,其中考虑到音频的不同格式,姑且算为600M,(故剩余容量为4.3*1024-600=3803.2M),所以视频文件应不大于3.7G,本例中取视频文件的容量为3.446G,视频长度100分钟(6000秒),计算结果:码率约等于4933kbps

码率几点原则:

1、码率和质量成正比,但是文件体积也和码率成正比。这是要牢记的。

2、码率超过一定数值,对图像的质量没有多大影响。

3DVD的容量有限,无论是标准的4.3G,还是超刻,或是D9,都有极限。视频码率 计算机中的信息都是二进制的01来表示,其中每一个01被称作一个位,用小写b表示,即bit(位);大写B表示byte,即字节,一个字节=八个位,即1B=8b;前面的大写K表示1024的意思,即1024个位(Kb)1024个字节(KB)。表示文件的大小单位,一般都使用字节KB)来表示文件的大小。

Kbps:首先要了解的是,ps指的是/s,即每秒。Kbps指的是网络速度,也就是每秒钟传送多少个千位的信息(K表示千位,Kb表示的是多少千个位),为了在直观上显得网络的传输速度较快,一般公司都使用kb(千位)来表示。1KB/S=8KbpsADSL上网时的网速512Kbps,如果转换成字节,就是512/8=64KB/S(64千字节每秒)。

4、一般来说,如果是1M的宽带,在网上只能看不超过1024kbps的视频,超过1024kbps的视频只能等视频缓冲才能顺利观看。

☆帧数

人眼视觉残留
【说法1】是因为人眼的视觉残留特性:是光对视网膜所产生的视觉在光停止作用后,仍保留一段时间的现象,其具体应用是电影的拍摄和放映。原因是由视神经元的反应速度造成的。其时值是二十四分之一秒。是动画、电影等视觉媒体形成和传播的根据。

【说法2】当物体在快速运动时, 当人眼所看到的影像消失后,人眼仍能继续保留其影像1/24秒左右的图像,这种现象被称为视觉暂留现象。是人眼具有的一种性质。人眼观看物体时,成像于视网膜上,并由视神经输入人脑,感觉到物体的像。但当物体移去时,视神经对物体的印象不会立即消失,而要延续1/24秒左右的时间,人眼的这种性质被称为“眼睛的视觉暂留”。

录制视频
对于手机来说,因为涉及机器处理图片能力和存储能力的影响,大多数手机的视频拍摄能力无论是720P还是1080P都只有30帧一秒。

但是随着手机的硬件不断刷新,现在市面上也出现很多能够高速录像的手机,例如:

iPhone 5s在使用720P格式拍摄下,甚至可以使用120帧每秒的超高速拍摄功能。

Find5 也因其高强的硬件,在通过降低到480P之后甚至可以录制120帧每秒的视频。

当然,其实在手机上使用的高速录像并不成熟,因为受限于硬件和储存设备写入速度等等,拍摄效果总是不够理想。不过这是个好的开始,起码厂商开始重视人们对高速录像的需求,虽然这个需求量不是很大,但起码有……

你们可能以为高速录像除了让视频看上去更顺畅之外就没有作用了。其实现在我们看到很多的慢速播放视频都是由高速录像拍摄下来,然后再通过软件调慢帧数播放,就能表现出慢动作视频了。

上面XDA科技说过肉眼在看超过24帧每秒的静态图片就会认为是连续动态视频,所以你能拍摄到60帧每秒的视频,然后通过软件把每秒帧数调节到24帧左右,那么你在一秒钟内拍摄到的图像就能通过慢速播放成两秒钟,而且是连续的、不会卡顿的。如果你能拍摄90帧每秒的视频,那么你起码能把一秒钟拖慢到三秒的慢动作播放,以此类推。高速录像能拍摄到很多我们容易忽略的细节和精采的瞬间,通过慢动作播放视频,也会让视频更好玩有趣,这就是为什么越来越多厂商开始注重高速录像这个功能的原因。

☆数字电视标准

首先给大家介绍一下什么是D1,大家都以为D1硬盘录像机显示、录像、回放的分辨率,实际上不是的,D1数字电视系统显示格式的标准,共分为以下5种规格:

D1480i格式(525i):720×480(水平480线,隔行扫描),和NTSC模拟电视清晰度相同,行频为15.25kHz,相当于我们所说的4CIF704×576

D2480P格式(525p):720×480(水平480线,逐行扫描),较D1隔行扫描要清晰不少,和逐行扫描DVD规格相同,行频为31.5kHz

D31080i格式(1125i):1920×1080(水平1080线,隔行扫描),高清放松采用最多的一种分辨率,分辨率为1920×1080i/60Hz,行频为33.75kHz

D4720p 格式(750p):1280×720(水平720线,逐行扫描),虽然分辨率较D3要低,但是因为逐行扫描,市面上更多人感觉相对于 1080I(实际逐次540线)视觉效果更加清晰。不过个人感觉来说,在最大分辨率达到1920×1080的情况下,D3要比D4感觉更加清晰,尤其是文 字表现力上,分辨率为1280×720p/60Hz,行频为45kHz

D51080p格式(1125p):1920×1080(水平1080线,逐行扫描),目前民用高清视频的最高标准,分辨率为1920×1080P/60Hz,行频为67.5KHZ

D1 D2标准是我们一般模拟电视的最高标准,并不能称的上高清晰,D31080i标准是高清晰电视的基本标准,它可以兼容720p格式,而D5 1080P只是专业上的标准,并不是民用级别的,上面所给出的60HZ只是理想状态下的场频,而它的行频为67.5KHZ,还没有如此高行频的电视问 世,实际在专业领域里1080P的场频只有24HZ25HZ30HZ

需要指出的一点是,D端子是日本独有的特殊接口,国内电视几乎没有带这种接口的,最多的是色差接口,而色差接口最多支持到D4,理论上肯定没有HDMI(纯数字信号,支持到1080P)的最高清晰度高,但在19201080以下分辨率的电视机上,一般也没有很大差别。

国内主流的硬盘录像机(DVRDigital Video Recording)采用什么分辨率?怎样计算硬盘容量

国内主流的硬盘录像机采用两种分辨率:CIF4CIFD1),分为两种型号。

盘录像机常见的路数有1路、2路、4路、8路、9路、12路和16路。最大可以连接8200GB的硬盘,总容量可高达1.6T(目前市面上最大的硬盘 1000GB左右),如果采用CIF分辨率,通常每1路的硬盘容量为180MB~250MB/小时,通常情况下取值200MB/小时;如果是D1的分辨 率每小时录像需要的硬盘容量为720MB~1000MB/小时,通常情况下为了减少硬盘的容量可以按照500MB/小时计算,帧率智能设置比25fps 少一些,码流也要少一些!相信大家可以计算出一台装满8500GB16路硬盘录像机可以录像多长时间了吧?

计算举例:8CIF格式24小时不间断录像30天所需硬盘容量?

8×200M×24小时×30÷1024M = 1125G (注:1G = 1024M)

☆扫描线

电视的画面清晰度是以水平清晰度作为单位。通俗地说,我们可以把电视上的画面以水平方向分割成很多很多扫描线,分得越细,这些画面就越清楚,而水平线数的扫描线数量也就越多。清晰度的单位是“电视行(TVLine)”也称线。意思是从水平方向上看,相当于将每行扫描线竖立起来,然后乘上43或者169的宽高比,构成竖直方向的总线数。

电视扫描格式
D1480i格式,和NTSC模拟电视清晰度相同,525条垂直扫描线,483条可见垂直扫描线,43 169,隔行/60Hz行频15.75KHz

D2480P格式,和逐行扫描DVD规格相同,525条垂直扫描线,480条可见垂直扫描线,43 169分辨率640×480,逐行/60Hz行频31.5KHz

D31080i格式,是标准数字电视显示模式,1125条垂直扫描线,1080条可见垂直扫描线,169分辨率1920×1080,隔行/60Hz行频33.75KHz

D4 720p格式,是标准数字电视显示模式,750条垂直扫描线,720条可见垂直扫描线,169分辨率1280×720,逐行/60Hz行频45KHz

D51080p格式,是标准数字电视显示模式,1125条垂直扫描线,1080条可见垂直扫描线,169分辨率1920×1080逐行扫描,专业格式。

此外还有576i,是标准的PAL电视显示模式,625条垂直扫描线,576条可见垂直扫描线,43169,隔行/50Hz,记为576i625i

标准
以上标准中“i”表示隔行,“P”表示逐行。HDTV标准是高品质视频信号标准,包括1080i720p1080p,也就是说D3D4D5属于HDTV标准,但目前支持480p也大概称为支持HDTV。要注意的是,对于电视机处理能力(例如带宽)的要求则是480i<480p<1080i<720p。所以目前很少有支持色差输入720p的电视机,但是支持1080i或者1080i Ready的就不少。

数字高清电视的720p1080i1080p是由美国电影电视工程师协会确定的高清标准格式,其中1080p被称为目前数字电视的顶级显示格式,这种格式的电视在逐行扫描下能够达到1920×1080分辨率。目前世界上绝大多数彩电产品已能支持1080P播放格式,随着液晶显示器和电视机的技术成熟和大量生产价格将会明显降低

隔行扫描

隔行扫描就是每一被分割为两场,每一场包含了一帧中所有的奇数扫描行或者偶数扫描行,通常是先扫描奇数行得到第一场,然后扫描偶数行得到第二场。

1概论

无论是逐行扫描还是隔行扫描,都有视频文件、传输和显像三个概念,这三个概念相通但不相同。最早出现

的是隔行扫描显像,同时就配套产生了隔行传输,而隔行扫描视频文件是到数字视频时代才出现的,其目的是为了兼容原有的隔行扫描体系(隔行扫描就是还依然在广泛应用)

通常显示器分隔行扫描和逐行扫描两种扫描方式。逐行扫描相对于隔行扫描是一种先进的扫描方式,它是指显示屏显示图像进行扫描时,从屏幕左上角的第一行开始逐行进行,整个图像扫描一次完成。因此图像显示画面闪烁小,显示效果好。先进的显示器大都采用逐行扫描方式。

由于视觉暂留效应,人眼将会看到平滑的运动而不是闪动的半帧半帧的图像。但是这种方法造成了两幅图像显示的时间间隔比较大,从而导致图像画面闪烁较大。 因此该种扫描方式较为落后,通常用在早期的显示产品中。

由来

先说隔行扫描显示。众所周知,帧率只要达到24fps就达到流畅,电影就是按这个标准执行的。但是考虑到交流电频率5060Hz,电视标准制订者确定了2530fps的帧率。如果电视机采用逐行扫描,每秒扫描2530帧行不行呢?理论上可以,但实际不行。原因在于,在电子束的照射下,CRT的荧光粉会立即发光,但只要电子束一离开,几乎瞬间就会暗下来。人眼虽然看不到这么明显的变化,但仍然会有亮度衰减的感觉。可以想象,如果采用30p扫描方式显示,当电子束从屏幕的上半部分移到下半部时,屏幕上半部分的亮度就有了可以观察到的衰减,于是画面下半部分显得更亮。这只是一个瞬间,事实上最亮的部分(当然就是电子束刚经过的区域)会不断移动,从而产生闪烁现象。这种现象你也见过,就是在电视上看见CRT电脑显示器那种感觉。

为了解决这个问题,最佳的办法是加倍刷新率,改成60p扫描,将每幅画面扫描2次,因为在60分之一秒内,人眼能感觉到的亮度衰减就很小了。可是这样做,单位时间内扫描的总行数会加倍,那么水平扫描的速度就要加快。如此一来技术要求就会过高,以当时的条件做不到。于是标准制订者想到了一个折衷的办法,先花60分之一秒扫描奇数(上场),然后再用后60分之一秒扫描偶数行(下场),两者互补成完整的画面。虽然扫描下场时,上场的亮度衰减了,但是由于亮暗的部分交织在一起,反而不易察觉。

(:后来都实现了,几年前的CRT显示器刷新率普遍达到85Hz,有的甚至达到120Hz,某些电视机也能进行逐行显示。)

发展到固定像素设备(如液晶、等离子等),因为所有的点都是同时发光,且亮度始终固定,不存在CRT遇到的相关问题,所以一些平板电视能支持24p显示,而以前CRT是不可以的。

扫描区别

每一帧图像由电子束顺序地一行接着一行连续扫描而成,这种扫描方式称为逐行扫描。把每一帧图像通过两场扫描完成则是隔行扫描,两场扫描中,第一场(奇数)只扫描奇数行,依次扫描135…行,而第二场(偶数场)只扫描偶数行,依次扫描246…行。隔行扫描技术在传送信号带宽不够的情况下起了很大作用,逐行扫描和隔行扫描的显示效果主要区别在稳定性上面,隔行扫描的行间闪烁比较明显,逐行扫描克服了隔行扫描的缺点,画面平滑自然无闪烁。在电视的标准显示模式中,i表示隔行扫描,p表示逐行扫描

说隔行显示不如逐行,这又是为什么?这就要看这两种模式在显像时的具体过程。

我们有一部30p的视频用作测试。假设有一台高速摄影机,对着平板电视拍摄(CRT存在扫描过程,解释起来稍微有些复杂,所以以平板电视为例)。接着我们用慢镜头重新观看电视机的工作状况,就会看到下列景象。

1080p:每秒显示30个画面(实际上是60个场,由于第一个1/60秒和第二个1/60秒内显示的画面是一样的,所以看不到区别)

1080i:

(每秒显示60个场,我们用第一场第二场第三场等表示在第一个、第二个、第三个1/60秒内发生的事。)

如图:

第一场:显示上场的画面,下场还没出来,所以是空的

第二场:下场显示出来了,而上场依然存在,所以我们看到了一张完整的画面。

第三场:上场刷新成第2帧的内容,而下场没动

第四场:下场跟进刷新,于是我们就看到完整的第2帧了

第五场:上场变成了第3帧,而下场仍然还是第2帧中的内容

第六场:下场继续跟进,我们又看到了完整的第3

……

可以看到1080p1080i在显示上根本的不同了。由于单位时间内总会有一半时间看到交错的画面,所1080i的显示会略有模糊。

2传输概念

模拟电视是靠连续变化的电流传输信号,只要接收到信号,CRT就会随着信号电流开始扫描。先扫描上场,信号线就要先传输上场信号,等上场传输完成后才开始传输下场信号。每秒传输60个场,即所谓的60i传输模式。后来又出现了逐行扫描显像,也就跟着有了逐行传输。例如60p的显示要求每秒传输60个完整帧,换算一下就是每秒要传输120个场。所以60p传输需要60i所需的两倍带宽,这对接口的要求就比较高,模拟接口中只有色差(专指YPbPrYCbCr是隔行信号)VGA可以实现。

如果你有一个30p的片源,你应该用1080p规格传输。那么1080i是不是就一定不行呢?那还真不是。理论上只要你的电视机足够聪明,对于30p的片源,使用60i传输也能完全达到60p的水平,没有差异。理论基础是:每秒传输60个场,和每秒传输30个帧可以等效,每秒传输60个场相对于每秒传输30个帧来说并没有什么损失。

平板电视属于固定像素设备,所有点同时发光。不同于CRT的接到信号即时扫描显像,平板电视必须接到那一帧或那一场的全部信号后才可以显示。常规情况下会相对于信号发出时刻,平板电视会延迟1/60播出。我们可以想见,既然可以等到上场信号全部传过来后,立即显示奇数行,为什么不能继续等,等到下场信号也全部传输过来后再一并显示全帧?这样不就能达到逐行扫描画质了?事实上这是完全可以的。

3视频文件

摄像机的采像,从一开始其实不存在扫描,因为无论是胶片还是电子原件都是同时受光的。但是,要读取感光器上的信息(其核心任务将画面采样为YUV/RGB电信号),还是要靠扫描,于是读取每个像素的顺序就必须考虑。可以采取按顺序依次读取(逐行方式),也可以每行按顺序读取,但是先读完所有奇数行再读偶数行(隔行方式)。为了兼容电视机的隔行扫描体系,过带机(将胶片上的画面采样为YUV/RGB电信号并保存在磁带上的机器)和有些摄像机是隔行扫描制式的。当然也有逐行制式的产品。

当人们学会用电子原件感光和用数字化的计算机文件保存视频时,数字摄像机就实用化了。事实上用数字信息保存的依然是YUV/RGB电信号,只是变换了个介质,本质上没什么区别(这里指的是未压缩的视频,经过压缩后就大不一样了)

但在计算机中,不管接到的是逐行还是隔行信号,都会按顺序逐一写入文件,不特别区分。如此一来,计算机上的视频,以逐行和隔行信号为讯源的文件肯定有区别,它们分别称为逐行扫描和隔行扫描视频。

4交错视频

文件有自己的结构规范,视频文件中的是个重要概念。这个概念在电影胶片中非常重要,在模拟视频中概念相对弱化,而在数字视频中又强起来了。

隔行扫描视频文件中的帧就是一张照片。如果转换视频时想提高帧率,就需要加插几张相同的图片。但是这种方法在帧率低的时候有问题,易造成视频不流畅。实际生活中并没有真正超过30fps的视频,而平板电视在低刷新率下也不会像CRT那出现亮度衰减现象,为什么还需要50p60p的规格呢,25p30p不就行了吗?不行。事实上这么做就是为了解决插帧后流畅度下降的问题。电视机并不能以任意刷新率工作,但视频文件的帧率有太多可能,为了保证流畅度,使用高的刷新率就很有用。比如,如果一个24fps视频想要转换成30fps,每4帧必须要加插一个重复帧。假设原视频为

A B C D E F G H I J …

现在就会变成

A B C D (D) E F G H (H) I J K…

每一组的前三帧是加快了速度,而第四帧的播放速又减慢了每帧时间占用很不均匀,流畅度成问题

但是插帧到60fps

A A A B B C C C D D E E E F F G G G H H I I I J J…

相邻两幅画面的时间比是3:2,情况就好多了

时间再倒回到以前。作为观众,会认为电视上播放电影的能力是必须要有的,但NTSC规范是30fps,播放24p的电影时,如果简单插帧,会造成不流畅,而已经成熟电影的24fps规范不可能专门为了电视而修改。所以电视工程师想到了一个折衷的办法。既然已经有了隔行扫描系统,何不好好利用一下?

让电影的第一帧占用3场,也就是在上场、下场都显示出来后再扫描一次上场,以占用时间。很明显,多出来的这一场对第一帧的显像完全不会影响——事实上对第二帧也不会影响。这是由于隔行扫描的特性:在某帧的一个场已经出来的情况下,只要接下来的1/60秒继续把与它互补的场显示出来,人就能看到完整的画面。第一帧是在第一、二、三场时显示的,第二帧则是在第四、五场显示的,满足要求,较好地实现了升帧。

我们用tFn,bFn分别表示原电影中第n帧的上场和下场的,用Gn表示转换后视频的第n帧,那么G1=tF1+bF1

G2=tF1+bF2

G3=tF2+bF3

G4=tF3+bF3

G5=tF4+bF4(这里以上场优先为例)

这种模式,使每相邻的两帧占用的时间比为3:2,类似于上述第二种插帧方案。像这种将24fps的逐行视频转换成30fps的隔行视频的方案叫做3:2pulldown,亦称Film24p(注意该说法只在做反交错的场合下才是这个意思).

话题再回到帧与交错上来。对于逐行扫描,帧指的是一幅完整画面,而隔行扫描是以场为基础的,帧只是将两个相邻场硬性合成的一个小组,不去管画面是不是完整(只因视频文件的结构是以帧为单位,没有帧就不行)。如上面所示,只有G1G5是由同一个帧的上下场组合而成的完整画面,G2G3G4都是由原属于不同帧的上下场凑合而成,不是完整画面。一个帧的上下场分属于两个画面,这种现象叫做交错,有这种现象的帧称为交错帧,而G1G5这样的为非交错帧。3:2pulldown的特点就是,连续出现3个交错帧(G2G4)2个非交错帧(G5G6)。对于PAL规范,帧率定义为25fps,由于和24fps相差不大,大多数情况都不插帧,而是进行加速播放。少数PAL规格的视频是每24(即每秒)加插一个重复帧。大多数PAL视频都是隔行扫描但无交错。

(这里注意了,隔行扫描和交错的概念要分开,不是所有隔行视频都有交错哦)

交错现象原本是在升高帧率时产生的,但后来又出现了一些种类的隔行制式摄像机,它们以2530fps拍摄,采样后不将同一帧的上下场配对,而总是将某帧的上场与上一帧或下一帧的下场组合,即

Gm=tFm+bFn

Gn=tFn+bFm (其中m=n+1)

这样产生的视频,每一帧都是交错,称为25i30i,亦称video型。

交错的视频在隔行扫描电视机上播放都是正常的,但是不能直接在逐行扫描显示设备上放,因为对逐行系统来说,它会按帧序依次播放,其中就包含了让原本不属于同一幅画面的上下场——即所谓的”——共同显示1/30的时间,这样人们就很容易看到奇偶数行画面的明显差异,也就是横纹。正是因为交错视频的存在,隔行扫描才一直没有被废除,如果想使用逐行扫描设备播放隔行视频,就必须先进行反交错处理,用专用播放软件,或者进行一次转换,在转换过程中进行反交错。计算机尚且有这个能力,而DVD机、电视机就难说了,所以还不如保留隔行体系来得容易。倍线DVD机之所以输出1080i信号而非1080p,原因并不是机内带宽不够,而是因为这样的话就要增加一个反交错模块,成本将会产生劣势。

5反交错

有交错就有反交错,这里提及一下。并非所有隔行扫描视频都要进行反交错处理,只有那些存在交错的视频才需要这么做。所以大多数PAL DVDRip工作理论上是可以直接跳过反交错步骤(实际仍然需要修正意外的交错帧)

反交错主要分为场匹配反交错(IVTC)Deinterlace。场匹配反交错,如果是上场优先,先指定本帧的上场,通过对比它与前一帧、本帧和下一帧的下场的耦合度,力求能把原本属于同一幅画面的上下场找到并重新组合到一起。而Deinterlace是基于单个的帧,将其处理成你看不出交错的程度,并非还原,跟原画面还是有不一样的。对于3:2pulldown的视频,采取的一般为IVTC,具体过程如下

H1=tG1+bG1=tF1+bF1

H2=tG2+bG1=tF1+bF1

H3=tG3+bG2=tF2+bF2

H4=tG4+bG3=tF3+bF3

H5=tG5+bG5=tF4+bF4这样一来,H1H2重复了,采用删帧程序删掉其中一个即可。这样就把3:2pulldown还原成24fps逐行扫描视频,可以在计算机上播放了。(25i/30i的视频则通常使用Deinterlace处理)

☆逐行扫描

通常显示器分隔行扫描和逐行扫描两种扫描方式。逐行扫描相对于隔行扫描是一种先进的扫描方式,它是指显示屏显示图像进行扫描时,从屏幕左上角的第一行开始逐行进行,整个图像扫描一次完成。因此图像显示画面闪烁小,显示效果好。目前先进的显示器大都采用逐行扫描方式。

1概论

逐行扫描电视比隔行扫描电视诞生时间早很多,世界上最早进行电视广播的时候都是采用逐行扫描电视制式,因为当时电视的清晰度非常低,并且只能广播黑白图像节目,节目内容也不丰富,大部分是文字广告和音乐之类内容。后来人们想把电影节目也搬到电视节目之中,此时才强烈感到电视机的清晰度不够,为此,电视台想出了一个新办法,只需在312扫描线的后面加上半根扫描线,而电视机什么也不用动,图像清晰度就提高了一倍。为什么?这就是隔行扫描电视机的工作原理。

隔行扫描电视是从电影的工作原理中学来的,电影进行图像播放时每秒只播放24个图片,即24帧。但为什么人们都感不到图像闪烁呢,这里有一些猫腻的东西并不是人人皆知,原来电影在放映的时候每个镜头都要重复多放一次,即每秒48次。对比一下,这不是很像隔行扫描电视吗?

但为什么电影的帧频24,而电视是25,并且就因为差这么一帧,使得每次要在电视上放电影时,都得要进行格式转换(多插一帧,即对某帧进行重播),而不把它们统一为2524呢?电影不愿换成25帧的理由是,人们对每秒24帧已很满意,换成25帧会增加成本;电视不愿换成24的原因是电网交流电的频率为50Hz,如果换成其它场频,当受到如荧光灯之类的灯光调制的时候会出现差拍。由于大家都不愿意妥协,所以无法达成协议,只能和平共处。因此我们在看电视电影的时候,总能看到多插的那一帧在闪烁。

2对比

逐行扫描与隔行扫描

每一图像由电子束顺序地一行接着一行连续扫描而成,这种扫描方式称为逐行扫描。把每一帧图像通过两场扫描完成则是隔行扫描,两场扫描中,第一场(奇数场)只扫描奇数行,依次扫描135…行,而第二场(偶数场)只扫描偶数行,依次扫描246…行。隔行扫描技术在传送信号带宽不够的情况下起了很大作用,逐行扫描和隔行扫描的显示效果主要区别在稳定性上面,隔行扫描的行间闪烁比较明显,逐行扫描克服了隔行扫描的缺点,画面平滑自然无闪烁。在电视的标准显示模式中,i表示隔行扫描p表示逐行扫描。

隔行扫描电视有个缺点,就是当图像上下两行的对比度差别很大时产生行间闪烁,针对这个缺点,人们又回过头来把早已抛弃几十年的逐行扫描电视机捡了回来。实际上这个是跟电脑学的,早期的电脑显示器(如:单显、CGAEGA)也是用隔行扫描,后来发明了VGA显示器才改成逐行扫描。显示器把隔行扫描改成逐行扫描,显示并没增加,但行扫描频率须提高一倍或好几倍,视频带宽也需增加了好几倍。

如何分辨

电视机屏幕上的图像是由一条一条的扫描线组成,一幅电视画面,扫描线数越多,垂直方向的信号清晰度就越高。电视机即使没有收到信号,也存在扫描线,形成光栅或图案。扫描分行扫描与场扫描,电子束从左到右水平方向的运动称为行扫描,而自上而下作垂直方向的运动称为场,按照我国的电视标准即(PAL-D制式)规定,我国电视的行频15625Hz,而每幅电视画面有625扫描线,而我国供电频率为50Hz,即场频为每秒50场,但由于是隔行扫描,每帧画面被分为奇数场和偶数场,即每扫描两次才形成一帧画面,故而帧频为每秒25帧(25i),即每秒钟连续变化25帧电视图像

3扫描方式

一幅图像如果分两次扫描,即分两场,第一场扫135……(单数行),称为奇数场,第二场扫246……(双数行),称为偶数场。奇数场和偶数场组合起来,就构成一幅完整的图像,这种扫描方式,通常叫隔行扫描

下面介绍数字化彩电的几种扫描方式,使读者在选购时参考。

变频逐行扫描

为了提高电视图像的清晰度,如今生产的彩色电视机,均采用数字化处理技术,进行变频逐行扫描,它通过机内芯片将隔行扫描转化成逐行扫描,同时完成将场频50Hz转换成60Hz,这样可改善图像大面积闪烁,扫描行间闪烁及行结构线,使画面稳定无闪烁

最新一些高端彩色,采用75Hz逐行扫描技术,将场扫描过度提升到最符合人眼视觉标准的每秒75图像,从而使画面更加稳定舒适、异常清晰。还有采用3元次逐行扫描技术,这种扫描方式将使用的隔行扫描信号转换成逐行扫描信号,它通过计算机测算3个场(现在的场和之前、之后的场)之间的10扫描线最大相关的影象数据,求出内插的像素数据。这样实现了清晰、自然的活动画面。

只有变频扫描

一些变频彩电只将场频50Hz变到60Hz75Hz100Hz三种,而没有进行逐行转换,这类彩电只克服了图像大面积闪烁,而不能克服扫描行间闪烁和行结构线过于明显的缺陷。

扫描分开

还有一些彩电采用改良的100Hz技术,机内有100Hz隔行和50Hz逐行两个选项,但100Hz和逐行扫描无法同时实现。这种彩电中逐行扫描的场频仍然是50Hz,与人眼对闪烁的敏感频率比较接近,所以观看PAL制彩色电视节目时会感觉到大面积闪烁,屏幕上出现亮色画面时闪烁尤其明显,100Hz隔行扫描同样存在扫描行间闪烁和行结构线过于明显的缺陷。

4优点

逐行扫描独有非线性信号处理技术将普通隔行扫描电视信号转换成480扫描格式帧频由普通模拟电视的每秒25帧提高到6075帧,实现了精确的运动检测和运动补偿,从而克服了传统扫描方式的三大缺陷。我们可以来做个比较,在50分之一秒的时间内,隔行扫描方式先扫描奇数行,在紧跟着的50分之一秒内再扫描偶数行,然而逐行扫描则是在50分之一秒内完成整幅图像的扫描。经逐行扫描出来的画面清晰无闪烁,动态失真较小。若与逐行扫描电视、数字高清晰度电视配合使用则完全可以获得胜似电影的美妙画质。

5改装

要想把电视机由隔行扫描转换成逐行扫描,并不象电脑显示器那么简单,只需改一改行扫描频率和视频带宽就可以了,电脑显示器由隔行扫描改成逐行扫描的时候,显示卡也是要改动的,对于逐行扫描电视来说,这相当于要电视台也跟着改动才行,这个恐怕不是那么容易了吧。因此,只能电视机自己想办法解决。

电视机由隔行扫描改成逐行扫描,图像信号必须要经过A/D转换、存储、处理及D/A转换,这里顺便提一下什么是A/D转换。A/D转换也叫取样,是把模拟信号转换成数字信号的必要过程。我们知道模拟信号是由无数个连续的点来组成,任何电路都无法对无数个点的信息进行如:插行、压缩等处理,因此只能从无数个点中抽出一些有代表性的点进行处理,这种方法就叫取样,或叫A/D(模拟/数字)转换。取样可以比喻成把图片通过一个丝网后再印到报纸上(这叫丝网印刷),报纸上的图片就变成由很多小点点组成,这些小点点就是从图片中无数个点取样后得来的。经过取样得到的点,越密和越细,图像就越逼真。对视频信号取样也存在这样的道理,取样频率越高,相当于抽样的点越多,数据就越真实,但数据占的内存也多。除了点的密度对图像质量有影响外,每个点所表示数值的精度也会影响图像质量,这个叫量化,即分层。层分得越多,精度就越高,量化精度单位用bit表示,即多少bit编码。

D/A转换正好与A/D转换相反,就是把数字信号(数据)转换成模拟信号。不管取样频率有多高,量化精度有多细,A/DD/A转换总是会对模拟信号有损伤的。因此,在对图像进行数字处理的时候,总要从图像质量和成本两方面来考虑,一般电视机对视频信号取样时,都是用3倍视频作为取样频率,量化精度为8bit(即256层)。

最简单的逐行扫描电视机,就是取3行或5隔行扫描信号进行处理,其原理是把隔行扫描图像信号(视频)经A/D转换,变成数字信号,并把它按顺序存储下来,然后在两行之间加插一行数据(一般是拷贝上一行,与放电影时每个镜头放两次一样),最后读出数据时就相当于比原来多了一行数据,即倍行,但场扫描频率不变,还是50Hz。这样的结果,虽然行间闪烁问题解决了,又会产生新的问题,就是图像会出现大面积闪烁。所谓大面积闪烁就是,正在扫描的地方图像很亮,过后慢慢的变暗,图像亮度变化很像是大海中的波浪,由上到下一直在滚动。

6闪烁原因

为什么同是逐行扫描,电脑显示器不会产生图像大面积闪烁,而电视机会产生呢?这是因为电脑显示器用的是中余辉显像管,而电视机用的是短余辉显像管,两者的用途不一样,电脑显示器主要是用来显示静止图像,而电视机则是用来显示活动图像。50Hz的逐行扫描电视从主观上看来比50Hz隔行扫描电视机的图像质量还差,因此不可能有市场。

为了解决逐行扫描电视机的大面积闪烁问题,必须提高场扫描频率,因此60Hz75Hz80Hz100Hz的逐行扫描电视机诞生了。场扫描频率越高,制造逐行扫描电视机的难度就越大,因为随着场扫描频率的提高,行扫描频率和视频带宽也需对应提高,扫描功率也要提高。

提高场扫描频率必须要对图像进行处理(插场或插帧处理),插场前需得先进行插行处理(相当于把隔行场变成逐行场或帧),插帧时虽然可以不需要进行插行处理,但一秒钟内只有25帧(两隔行场为一帧)信号,只能存一帧插一帧,这样用一个只能存一帧图像内容的帧存储器最多只能插25帧,即每秒50帧,如果帧频高过50帧,得需要一个能存两帧以上内容的帧存储器,这种方法一般很少人使用。例如,把电视机的场扫描频率提高为75Hz,这相当于在经过插行后得到的50Hz逐行扫描电视机的基础上,每秒钟再多插25图像,如25场平均插到原来的50场之中,就是每隔两场插一场,对应的行扫描频率为46875Hz300线清晰度带宽为16MHz;如果在每两场中间多插一场,就是100Hz逐行扫描电视,这种电视机的行频高达62500Hz,对应300线带宽为23Mz,因为这种电视机成本非常高,一般没人生产,而市场上现有的100Hz电视机一般都是隔行扫描的。

7消除闪烁

隔行扫描电视机改为逐行扫描电视机后,基本上消除了行间闪烁的现象,对消除眼睛疲劳有一定的好处,但对图像清晰度一般都没有明显提高,大部分产品图像清晰度反而要比原来差。实际上用另外一种方法,只需把行间闪烁的两行信号进行分别处理,就可以基本消除隔行扫描电视机的行间闪烁现象,而成本要比逐行扫描电视机低很多。这个在很多用软件生成的图像信号的产品中(如机顶盒浏览器),已基本解决。

8后记

很多人都认为逐行扫描电视机的清晰度会比隔行扫描电视机提高了一倍,因为扫描线数比原来多了一倍,视频带宽也提高了好几倍,有一段时间1200行清晰度的逐行扫描电视机广告还大行其道。大家一定会明白了吧,这种认为结果是错误的。实际上,扫描频率虽然提高了一倍,但扫描线数并没有增加。因为隔行扫描的时候,每场扫描线数是312.5线,两场合起来为一帧,即一帧为625线,而逐行扫描电视机通过插行使帧频场频相同,或把一帧信号(两个隔行场)存储下来,然后进行插帧,因此逐行扫描电视机每帧还是625线;视频带宽的提高,也难以抵消因行扫描频率提高所要求视频带宽的提高。

本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/a7765bf60129bd64783e0912a216147917117ea9.html

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