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高清电视

高清电视格式及CRT高清电视信号处理方法 
“高清不清”。这是许多高清电视机用户的抱怨。解释这个问题要涉及到高清电视格式及接收机信号处理方法。在实际中这类问题也无法回避，许多普通用户也会问起这方面的问题。在这里谈谈这个问题，希望对“视听伴侣”版读者有所帮助。
一、认识高清从隔行PAL制式开始
虽然数字化的浪潮已经深入到电视技术的各个方面，但要以一两句话说清高清电视格式的概念并非易事，让我们溯本求源，从隔行PAL电视制式谈起。大家知道，扫描是实现电视传播的基础，正是有了扫描的设想，我们才有可能把随空间和时间变化的图像信号变成一个在时间轴上连续的信号（时域上）。借鉴电影的播放原理，根据人眼的视觉残留特性，要形成无闪烁感连续的图像画面，每秒要播放48幅画面。显而易见，对一幅画面而言，扫描行越多垂直清晰度就会越高。如果采用625的扫描行，场频为50Hz，去掉回扫的50行，一幅画面有575行构成，假设幅型比为4：3，估算得出所需要的视频带宽为12MHz。在模拟电视时代，为了节省带宽资源，在有限的频带资源里传输更多的电视节目，我国的模拟PAL电视制式采用了隔行扫描技术，也就是说一幅画面分成奇数行和偶数行两次传送，在显示端行交错形成一幅完整图像，这样每场的扫描行就减少一半为287.5行。比逐行扫描视频带宽降低一半为6M，之所以采用隔行扫描的根本原因是因为可以减少视频带宽，因为带宽是不可增加的宝贵资源。隔行扫描带来的缺点是行间闪烁和帧频低带来的大面积闪烁，这是隔行扫描固有的缺点。综合考虑，信息量一定占用同样的带宽进行电视传送的话，隔行的优点还是明显的，可以想象一下，在同样的带宽下，如果用逐行的格式传送，同样的场频下，只能提供287.5行的扫描线。
二、高清电视的格式
扫描行的多少决定了垂直清晰度，扫描行和帧频确定以后，带宽就决定了水平的清晰度，要实现高清格式就要增加扫描行，同时提高了视频带宽。高清不一定是数字的，但是由于高清的信息量至少要为现在模拟制式的5倍，带宽也要比现在的模拟电视频道增加至少5倍以上，所以模拟的高清无法达到实用的电视传输阶段。数字化以后视频带宽虽然进一步膨胀增加，但不断进步的数字压缩技术使信息量大幅度压缩，带宽压缩，这样才使得高清电视传输成为可能，因此，现在我们所说的高清一定是数字高清。高清电视的格式有三大类：1080i、1080p和720p，i代表interlace，表示隔行扫描，p代表Progressive，表示逐行扫描。毫无疑问1080p为顶级的格式。1080p×60和1080p×50的行频分别到达67k和56k，带宽可高达60M以上，数字化压缩以后的信息量也不能在一个模拟的电视通道内传输，所以这种格式并不适合作为电视台数字电视传输标准。世界上大部分国家采用的是1080i格式，少部分电视台采用的是720p格式，而1080i和720p两种格式孰优孰劣大家也有不同的看法。实际上两种格式各有千秋，1080i的像素大约为200万，720p的像素只有约100万。根据定义可知：行频=扫描行（包括回扫行）×帧频，容易算出1080i／60Hz的行频支持只需33.75kHz，1080i／50Hz的行频要求就更低了，仅为28.125kHz。从静态的清晰度来考虑，1080有明显的优势；而720P／60Hz的行频是45k，且为逐行扫描，帧间时差小，所以720p的动态清晰度要好于隔行的1080i，更适合于播放运动速度快的体育节目。由于1080i通过倍线，可以变成逐行的格式，能进一步提高图像质量。所以，综合考虑，多数人认为1080i格式要好一些。因此720p的格式只有美国一少部分电视台采用，我国和欧洲及美国的大部分电视台采用的是1080i隔行的格式。
三、多频扫描方式
显而易见，一台CRT高清电视要兼容播放这些高清的格式还有标清的格式（还包括电脑显示器的格式），要求行频的范围是很宽的。如果机器的行扫描能达到要求，同时显示器也有200万像素的分辨率固然最好，这种情况下行扫描部分使用多行频处理。由1080i／720P分量视频信号和VGA／SVGA格式基色视频信号中携带的行同步脉冲自动控制行同步范围，以自动识别和解读高清电视信号和计算机图像格式的行频，确保在很宽的行频范围内，能连续产生稳定的同步行振荡频率。由于这类机型可直接将1080i／720p视频信号解调成三基色信号，或将VGA／SVGA格式的视频信号（RGB）直接送到显像管上，对输入信号的高清格式基本不做变换，只对低分辨率的信号进行变逐行的倍线处理，提升一倍行频（行频支持的话，对1080i的高清格式也可以倍线处理，行频提升一倍）。显然信号直通方式由于不经过格式处理，视频传输过程短，图像细节不易丢失，只要由符合标准的细节距高清显像管显示，便可最大限度将高分辨率的图像格式原汁原味地还原，这是比较理想的情况。
但要说明的是，实际上普通的CRT多频扫描电视的行扫描范围只有28Hz~52Hz，要点对点还原播放真正的1080p／60Hz顶级格式的电视图像，要求机芯和显像管行频均高达67kHz，这对电路设计、视频带宽及电路指标和质量等要求苛刻。而且要求显像管的物理分辨率要到达1980×1080约200万以上的像素，因此，完全做到直通的CRT高清电视还是凤毛麟角，除了体积庞大外，这也是CRT电视难于在市场中维持的根源之一。所以我们实际接触的多频高清CRT电视机，受到显像管的固有分辨率的限制，在处理1980×1080格式的信号源时还要进行格式的变换。比如，如果显像管的物理分辨率只能达到1280×720。就要通过缩放电路，通过抽行和去点的处理，把1980×1080的格式变换成1280×720，如果是隔行的1080i的信号，同时可以通过倍线变成逐行的信号，还可以同时通过插帧的技术提高帧频，把50Hz的信号变成60Hz或者75Hz的信号，减少图像闪烁。由于多频扫描法工作在不同的格式下会有多种行频，因此这类彩电在行扫描电路中要设置行输出电源控制电路，以保证高压稳定。
四、行频归一方式
如上所述，多频直通的方式对CRT机器扫描系统的要求比较高，更关键的是CRT显像管的分辨率也达不到相应的要求，所以这一瓶颈因素决定了现在的大多数的CRT彩电现在采用的是频率变归一的方式，也就是说，通过格式处理电路，把不同行频格式的信号变成一个规格的行频，这样有利于统一处理成适合显像管分辨率的格式，也有利于行电路的设计，也就没有了由于行频不同带来的高压不稳等实际问题，显然，较之多频方式，这类机器的成本会显著降低，这是CRT高清电视的主流大众产品，它的基本原理是运用计算机存储处理技术，通过专门的电路，采取抽点和抽行的方法，通过A／D转换、数字图像处理、D／A转换等一系列复杂的视频信号处理电路，将高分辨率的图像格式转换成低分辨率的格式，以便于在相对分辨率较低的显像管上进行显示，这种显示方式必然降低图像质量；反过来，对低分辨率的图像通过加点、加行的方法，把低分辨率的图像信号转换成相对高分辨率的图像信号，用于高分辨率显像管显示图像，如隔行变逐行扫描电视就是这个原理。很显然，由于对高清信号要通过特殊的缩放芯片进行抽行处理，显然这就使原始的信息得不到充分的显现，因而效果就要大打折扣。对于低分辨率的信号，由于提高分辨率的方式也在信号处理过程加入了一些本来并不存在的数据，有些扫描行是通过计算得来的，使显示的图像出现类似于“油画”那样的不自然现象，这就是为什么目前归一型的高清电视在收看普通电视画面时的效果和人们期盼的效果有很大差距的原因，因为原始PAL的信号源不管你怎样处理，都不会变成高清。总之，归一方式只能兼容高清的格式，而不能还原显示高清的效果，它的优点是能将多种视频格式和计算机显示格式变换成（一般在33kHz~38kHz）适合CRT固有分辨率格式的统一行频输出格式，因此可支持或兼容各种电视格式和多种计算机显示格式输入信号。CRT电视机大多数采用归一的方式，归根结底是由于显像管分辨率的限制，没有能力还原高清的信号源，只能对高分辨率格式的图像信号压缩处理后再进行显示，所以最后显示高分辨率信号（比如1080i／1080p格式）是以牺牲画质清晰度为代价的，图像信息量和色彩不免会受到损失。
五、“高清不清”的原因
了解以上高清电视的信号处理方法，让我们回头再来看看高清不清的问题。我国采用的高清电视传输格式是1080i，从理论来讲，它的信息量和清晰度要比PAL制式的信号提高约5倍，但前提是节目源、传输方式、终端处理和显示器件都必须是高清的方式，缺一不可。比较理想的方式是电视台播出的1080i的信号源经过数字传输，通过高清数字机顶盒的全数字HDMI（High-Definition Multimedia Inter-face，高清晰度多媒体接口）端口，传输给电视机，如果行频支持的话，还可以通过后续倍线技术变成逐行的1080p，同时电视机也具备1980×1080的分辨率，这样才能看到真正高清的信号。而实际对用户而言，瓶颈的因素在于信号源或者是显示器。现实的情况是电视台的信号真正高清的信号源很少，有价值的高清频道几乎没有，即便以后会多一点，但也不会太多，因为频道资源有限。在以后相当长的时间内，更多的是标清的信号源，用高清的电视机看标清的信号和现在的PAL制式信号，无论是多频的方式和归一的方式，都没有明显的优势，至多相当于倍线倍频电视，能减少行间闪烁和大面积的图像闪烁，不能提高清晰度，处理不好的话，效果甚至还不如原来的隔行方式。原因说起来也很简单，不管你怎样处理，电视机都不能改变电视信号的格式，发送端传送来的信息量不是高清的，这是根本。正因为如此，即便你买了全高清的液晶平板电视，观看主流电视节目仍然不会有理想的结果。另一种情况，如果你用的是CRT高清电视，那么一般不具备1980×1080的分辨率（包括一部分平板），即使你能有1080i的信号源，也不能点对点还原高清格式，所以，你还是看不到高清的效果。买高清电视机主要作用还是要看电视台播放的高清的电视信号。在我国，就是要看对1080i格式的还原效果，不可能买了高清电视机只为了看商场里碟片上的风景片。效果到底如何，有一个最简单的办法，你只要接上有线电视看一下就行了，但在很多商场里，要看到有线电视的效果还真是困难，甚至是一种奢望，商家一般不会提供有线电视节目，你只能看到演示碟片上高清的桃红柳绿的田园美景，青翠欲滴的湖光山色，永远是节律舒缓的轻歌曼舞，所以当你回到家中实际观看电视节目的时候，这种高清的效果像变魔术一样一去不复返，和期盼的效果大相径庭。假如你看了有线电视的实际效果后，很可能就不会为之慷慨解囊了，所以，在选购电视机的时候我们要擦亮眼睛，不要轻信云山雾罩的广告宣传，不要为眼前电视里水银泻地般的风景、绚丽多彩的画面所迷惑，确定自己买高清电视的目的，不为无用的功能付费。要明白一个道理：即使用真正全高清的1920×1080电视机，如果收看的是有线电视普通信号，效果也不会是理想中的高清，信号源的格式决定了清晰度不会有任何提高。当我们了解了高清电视格式及CRT高清电视信号处理方法以后，“高清不清”，也就不足为怪了。
注释：电视信号带宽的估算
带宽代表电视格式的一个综合指标，这里介绍一个简单的估算方法。容易知道每秒钟电子枪所扫描的图像像素的总和，也就是每秒钟扫描的总像素数，它等于水平分辨率×垂直本分辨率×帧频。假设每个像素有相间的黑白点组成，这是信号代表的最高的分辨率，这时的频率也为最高频率Fmmax，因为电子束每扫描一对黑白像素点形成一个方波，所以方波数的基频就为每秒钟所扫描的图像像素点总和的一半。即：Fmax=（水平分辨率×垂直本分辨率×帧频）／2。由于图像的最低率很低，因而视频信号的带宽也就基本等于最高频率Fmax。