深入浅出讲解高清数字电视

时间:2012-11-06来源:网络


扫描频率

显然,需要一个参数对电子束扫描的速度进行衡量,以便使电视机能够达到观看动态图像流畅连续。因此,习惯上将单位时间内(一般以秒为单位)内电子枪扫描屏幕的次数称为扫描频率。由于电子枪工作特点限制,扫描频率包括了行频与场频两个概念。

场频:又称为“垂直扫描频率”或“刷新率”,是指单位时间(以秒计)之内电子枪对整个屏幕扫描的次数,通常以赫兹(Hz)表示。以60Hz刷新率为例,它表示显像管显示的内容每秒钟刷新60次。我国规定的HDTV的场频标准为50Hz。

行频:又称为“水平扫描频率”,指电子枪每秒在荧光屏上扫过的水平线的数量,单位为KHz(千赫兹)。行频值越大,显像管可以提供的分辨率越高,稳定性越好。我国规定的HDTV的行频标准为28125Hz。

清晰度

我国的HDTV行扫描频率定为28125Hz,对应扫描周期为35.6微秒,如果按有效显示时间为30微秒计算,对应于1920线的视频带宽应该为64MHz,相当于现有PAL制带宽的10倍多。但在实际应用中,当视频带宽大于32MHz时,即水平清晰度达1000线以上,此时垂直清晰度可达1080线,此时的图像质量已经相当令人满意,因此32MHz视频带宽是我国HDTV的基本要求。

然而即使是32MHz带宽,相对于以前6MHz的带宽来说,也已经是一个非常庞大的数字了。为了节省资源(卫星发射节目时使用的带宽是有限的),使用压缩技术进行HDTV信号的传输显得尤为重要。目前主要是使用了MPEG-2格式进行压缩(也就是DVD使用的压缩格式标准),这样就保证了卫星频道资源的最大利用。

而根据带宽、行频和场频的关系我们可以知道:在带宽一定的条件下,场扫描频率提高,清晰度将降低。因此,我国出台的HDTV技术标准只是选用50Hz场频(隔行)和28125Hz行频。

对于目前出现的以液晶显示技术为基础的HDTV电视机,其原理与传统的CRT有很大不同,但基本原理及清晰度水平与LCD显示器大致相同,这里不再赘述。

隔行扫描

水平和垂直扫描线是影像生成的基础,以NTSC制式为例,尽管规定每幅画面扫描525行,但在影像扫描时却分为两步走:第一个六十分之一秒内扫描262.5线,剩下一半在另外一个六十分之一秒时扫描。第一次扫描时,由上而下水平扫描奇数线,第二次扫描时扫描偶数线。这样,两次扫描所生成的图场就结合成一幅完整的图像。

由于扫描时是以奇数、偶数扫描线做交替隔行扫描,所以这种扫描方式叫隔行扫描。显然,隔行扫描容易造成图像扫描线的抖动和图像闪烁等现象。

逐行扫描

顾名思义,逐行扫描的原理是屏幕图像从第一条扫描线一直连续扫描到最后一条,而非先扫奇数条再扫描偶数条。逐行扫描可以消除因隔行扫描而产生的闪烁等现象,这是因为相较于隔行扫描而言,逐行扫描在同样的时间内扫描了2倍。举例来说,一般的HDTV电视机在隔行扫描的状态下,每秒只扫描了30个完整的图像,而在逐行扫描的状态下,相当于每秒可以扫描60个完整的图像。

比特率

比特率是一种数字多媒体压缩效率的参考指标,表示记录数字多媒体数据每秒钟所需要的平均比特值,通常我们使用Kbps作为单位。

在HDTV这种压缩数字多媒体文件中,比特率直接关系片源的好坏。虽说HDTV的比特率一般都在1MBps以上,但是在高动态画面情况下,较低的比特率容易出现马赛克现象,这将严重影响观看效果。

HDTV的几种分辨率标准

根据各个国家使用电视制式的不同,各国家和地区定义的HDTV的标准分辨率也不尽相同。具体来说,目前的HDTV有三种显示分辨率格式,分别是:720P(1280×720,逐行)、1080i(1920×1080,隔行)和1080P(1920×1080,逐行),其中P代表英文单词Progressive(逐行),而i则是Interlaced(隔行)的意思。

常见的两种显示模式是720P和1080i。1080i是目前大多数国家普遍采用的一种模式(也包括我国),它的分辨率为1920×1080,拥有207.3万像素。在原本采用NTSC制式的国家如美日韩,他们规定的1080i仍然采用60Hz场频,这主要是为了与其以前的标准接轨;而我国规定1080i采用的是50Hz场频,也与以前PAL制式的场频相同。

在1080i显示模式下,屏幕分辨率可以达到1920×1080,采用隔行扫描方式,也就是说:电子枪首先扫描540行,再扫描另一个540行,两者叠加构成完成画面。而对于一般消费者来说,540行的垂直分辨率水平,显示效果已经相当令人满意了,也可以说是达到了HDTV的高画质的要求。

从技术上说,开发720P这种显示分辨率明显比开发1080i更加复杂,因为它提供分辨率为1280×720,也就是92.16万像素。最重要的是,720P采用的是逐行扫描,也就是说在同一时间需要达到720线的垂直清晰度水平,而不是像1080i那样一次扫描540线经过两次叠加,因此将牵涉到更高的行频输出,对显像管的要求太高。目前主要是使用NTSC制式的美国和日本在使用此技术。自然,它们使用了60Hz的场频。

目前HDTV的片源主要来自于网络和电视台,其中网络上流传的片源也以720P和1080i最为常见,最高规格的1080P的样片可在微软WMV-HD站点找到一些。

最后我们来看一看规格最高的1080P,这个提供了1920×1080逐行输出的高规格却提供了多种场频24Hz、25Hz和30Hz。
由于电影是以每秒24幅画面的方式播放胶片的,以1080P/24Hz方式拍摄的数字图像可以无损地传送到DLP等数字电影投影机上播放,因此1080P/24Hz可以说是专门为电影准备的一种格式。

而如果采用1080P/25Hz格式拍摄高清晰度内容,则可以方便地将每一帧完整的1080P图像拆成两帧隔行扫描的1080i图像。这样1080P/25Hz格式就变成了1080i/50Hz的图像,这样就方便应用于欧洲和中国这些原PAL制国家的数字高清晰度电视。
同理,1080P/30Hz上也可以在拍摄完毕后方便地转换为1080i/60Hz的图像,方便应用于美国和日本等国家。

我们可以看到,目前1080P的主要场频标准还是远低于50Hz的最低收看标准,因此在观看这几种标准的HDTV节目时,一定会受到电视机闪烁的困扰,也就是说,目前1080P格式的HDTV节目还不是大规模应用的时候。而如果要达到1080P/50Hz场频的要求,则需要电视机的行频非常大,目前只有60英寸以上的超大PDP电视机能达到这个要求,这也是1080P格式普及不了的主要原因,在本文中,1080P格式我们不过多涉及。

而对于液晶电视机和PDP等离子电视机来说,由于其分辨率都是固定不变的。每一种显示屏都有一个最佳的分辨率,一般普通的15英寸液晶电视分辨率固定为1024×768,任何其他格式的信号都要转换为1024×768来显示。所以,这些数字显示器件播放1080P格式的图像都不是什么难事,只要把1080P这个格式写入软件,能正确的识别和转换就可以了,但最终显示的是该显示设备的固定分辨率
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关键词: 高清数字电视 HDTV 液晶 PDP

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