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专业领域逐行扫描信号的格式、传输、接口与显示

[作者：湖北电视台 陈争 汪汉捷 汪珺]

    随着科学技术的发展，各项技术日益成熟，物质条件日益丰富，人们对图像的质量要求也越来越高。在材料科学、制造技术不断提高的条件下，制造频率高、频带宽的硬件已不再是件困难的事，于是人们想到逐行扫描。其实逐行扫描是最简单的扫描方式，且垂直清晰度比隔行高30%，所以整体图像质量明显比隔行扫描电路高。当初人们选择隔行扫描是基于当时电子技术发展水平和各种资源有限的条件下选择的一种“廉价”的扫描方式，即电路简单，频带利用率高，50Hz左右的场频，既容易产生和控制，又符合人的视觉惰性。但它在拍摄和显示电路中的扫描方式和刷新频率是一致的。这就给后期制作带来一定的困难。随着数字处理技术的发展，特别是帧存储器在接收机中的应用，还有液晶、等离子新型平板显示技术的发展，图像扫描方式和刷新频率异于拍摄和制作已成为可能的选择。这样就可以做到更细致的图像特技处理方式，既方便又容易控制。

    一 用于制作、交换和发行的逐行扫描格式

    第一，1080/24P——1920×1080@24p和1920×1080@23.976简称24P，是数字电视制作、交换格式之一。主要用于数字电影拍摄、制作以及节目交换，它可以转换成为胶片在普通影院放映。还可以下变换至480/24P压缩成逐行扫描的MPEG-2文件用于DVD 发行，但由于24次的刷新频率太低，不能直接用于播出，且观看时有闪烁感，眼睛易疲劳，目前解决方法有几种，最好的方法是3倍帧频显示，即在专用监视器内用数字处理的方法，把每帧逐行扫描的画面重新显示3次，变成72P的逐行扫描图像，这样即提高了显示质量又清除了闪烁。

    第二，1080/25P——1920×1080@25P也是数字电视制作交换格式之一，25P与24P应用范围几乎完全相同，区别主要是24P应用于60Hz国家和地区，25P用于50Hz国家地区，因为1080/25P的逐行扫描信号可以很容易地通过Psf传输方式转换成1080/50i（即25Psf）的高清隔行信号和下变换成576/50i（PAL）的标清隔行信号输出，还可以下变换至576/25P压缩成逐行的MPEG-2文件，用于DVD发行。在显示方面最好的方法是采用倍频显示，即用数字处理方式把每帧逐行扫描的画面重复2~3次，这将在监视器的显示就是50P或75P的逐行扫描图像。

    第三，1080/30P——1920×1080@29.97P简称30P也是数字电视制作格式之一。30P主要用于60Hz国家和地区高清晰数字电视节目制作和交换。它的特点是很容易地通过Pst传输方式转换成1080 /60 i（即30Psf）的高清隔行信号和下变换成480/60 i（NTSC）的标清隔行信号直接用于播出。30P的显示方法有两种，即用Psf传输方式把30P转换成60 i的隔行显示以及用数字处理方法2倍频显示60P的逐行扫描图像。

    第四，480/24P——720×480@23.976是以DVD为载体的发行格式，简称480P，在场频为60Hz的国家是采用每秒24帧的逐行扫描格式，480/24P把每行24幅的电影画面压缩成MPEG-2文件供DVD发行。目前市场上大部分DVD都是这种格式，另外还有567/25P-720×576 @25P简称576P。在场频为50Hz的国家，发行的DVD电影把每秒24幅的电影胶片以每秒25幅的速度播放，压缩成576/25P的MPEG-2文件。

    第五，24P、25P、30P拍摄和制作的节目与胶片电影拍摄后转换成电视信号的效果非常相似，因为每秒拍摄的画面数量为24至30幅，在拍摄快速移动物体时画面会出现抖动现象，不论是采用2倍式或3倍式帧频显示还是转换成隔行扫描显示，这种抖动都会出存在，这是因为不论显示方式如何变化拍摄到的原始取样频率是无法改变的。

    二 逐行扫描信号的传输

    逐行扫描信号传输方式有两种：一种是一帧一帧地传输逐行信号；另一种是把一帧逐行扫描的电视信号分成奇数和偶数分别传送（Progressive Segmented Frame即逐行分段传输，缩写为Psf）。Psf是一种用隔行扫描接口传送逐行扫描信号的传输方式，由于Pst的信号传输结构与隔行扫描相同，因此采用Psf传输可以使逐行扫描信号大部分只支持隔行扫描格式的记录、制作与显示设备兼容。例如用1080/25P拍摄的图像如果采用逐行扫描的25P传输，只有少数带有25P逐行传输接口的记录，制作和显示设备才能接收并处理这种逐行扫描信号，而采用25Psf传输时所有支持1080/50i的录像机、切换台和监视器等隔行设备都可以把25Psf当作50 i直接记录、处理和显示。如果接收端的逐行设备也支持Psf传输方式那么在接收端通过Psf接口就可以把分成两场传输的逐行扫描信号合成为一帧，同样所有支持1080/60i（1080/59.94 i）的隔行设备也可以用于1080/30Psf（1080/29.97Psf）逐行信号的传输、记录和显示。Psf隔行扫描信号的不同之处在于逐行的Psf每帧取样一次得到一帧画面，再把这一帧分成两场分别传送。在接收端这两场仍然可以合成为一个完整的帧，隔行扫描每帧取样两次，即每场取样一次，但这两场在不同的时间取样得到的，在拍摄运动图像时，由于两场的取样时间不同所以这两场图像在空间上是不能完全重合的。因此，拍摄活动画面时不能把隔行扫描得到的两场合成一帧完整的画面。配置了Psf接口的设备能够用Psf方式输入/输出逐行扫描信号，不过它不能接收或传送非Psf信号，即不分段的逐行扫描信号，也就是说分段逐行扫描接口不能与不分段逐行扫描接口兼容。

    三 逐行扫描信号的传输接口

    1. 数字视频接口

    目前高清晰度数字电视制作设备之间的主要连接方式是串行数字分量接口HD-SDI。码率为1485Mbps，它可以传输4种有效视码率低于1485Mbps的逐行扫描格式信号，即1080/30P 、1080/25 P 、1080/24 P、720/60 P，这四种逐行的格式中除了720/60外其它三种都可以用于P或Psf两种方式传输（注：这两种传输方式不兼容）SDI和HD-SDI串行数字分量接口传输4:2:2的亮度和色差分量信号Y/R-Y/B-Y，若传输4:4:4的RGB信号时SDI和HD-SDI必须采用双链接方式，需要使用两条电缆。

    2. 数字显示接口

    在与液晶显示器，液晶式DLP投影机等数字显示设备短距离连接时可以用DVI或HDMI（高清晰度多媒体接口）传输逐行扫描的高清晰度数字电视信号，但它们传送的是RGB信号，而不是分量信号。DVI（Digital Visual Interface）接口，它有DVI-D纯数字和数字/模拟兼容的DVI-I两种接口。DVI-D接口共有24针，只有单连接和双连接两种工作模式。采用单连接时DVI-I支持720/60 P（最高85P）逐行扫描显示，双连接支持1080/60P（最高85P）逐行扫描显示。HDMI（High Definition Multimedia Interface）是在DVI的基础上发展起来的，能够传输的信号格式与DVI相同，与DVI相比HDMI增加了多声道数字音频传输功能，其插头的针脚与DVI相同，但封装不同。VGA接口，短距离连接可以用15针的VGA接口，它支持SVGA、XGA、SVGA、VXGA以及QXGA的逐行扫描信号，刷新率达到60HZ~80HZ，与数字显示接口相同，模拟显示接口传送的也是RGB信号。

    四 逐行扫描信号的显示

    显像管的光栅是通过电子扫描形成的，这种灵活的扫描方式不需要逐一驱动每一个像素，因此即适用于隔行显示也适用于逐行显示，而液晶、等离子等平板显示器与显像管原理完全不同，它们是有限像素的面阵列显示器件，这种采用XY寻址的寻址显示方式需要逐一驱动每一个像素单元，不论输入信号是何种扫描方式也不论它们的清晰度高低都要被转换成与显示面板像素数量相同的清晰度显示，因此平板显示器更适合显示逐行扫描信号，实际上PDP(等离子显示器)、LCD（液晶显示器）、DLP（液晶式投影机）都是逐行扫描。

    在信号处理方面，目前逐行显示是把隔行扫描的电视信号用数字处理方式转换成逐行扫描信号以达到改善显示质量的目的，常用的转换方式是把每秒50场，每场312.5行的隔行扫描信号转换成每秒50帧，每帧625行的逐行扫描信号，为了降低图像的闪烁感，有些电视机把显示刷新频率提高到每秒60帧，有些甚至将隔行扫描信号转换成逐行扫描的计算机显示格式，如VGA（640×480 60Hz），SVGA（800×600）、XGA（1024×768 4:3屏）、WXGA（1366×768 16:9屏），但这种显示端把隔行扫描信号转换成逐行显示得到的图像与通过逐行扫描拍摄得到的画面是不同的。因为这种转换后得到的逐行扫描信号并没有增加有效信息量，图像清晰度也不会提高。但能有效降低闪烁感，后者才是真正提高图像信息量，从本质上提高图像质量。

    摘自《现代电视技术》