（介）广播电视技术发展趋势之逐行扫描

迄今为止电视广播采用隔行扫描已经近60年了，而计算机显示、图形处理和数字电影则采用了逐行扫描。逐行扫描是最简单的也是最好的扫描方式，不过受到频带资源和刷新频率的限制逐行扫描无法在模拟电视广播中得到应用，近年来数字电视技术的发展使逐行扫描在广播电视行业的应用成为可能。

为什么电视选择了隔行扫描

电影和电视再现活动图像的基础是人眼的视觉惰性（或称人眼的视觉残留特性），人眼视觉惰性的活动阈值是每秒24次，即每秒钟连续显示24幅以上的不同静止画面时人眼就会感觉图像是连续运动的而不会把它们分辨为一幅幅静止画面，因此从再现活动图像的角度来说图像的刷新率必须达到24Hz以上。

人眼视觉惰性的另一个重要特性是对光源闪烁的敏感性，人眼闪烁感的阈值大约是50Hz左右，即非连续发光的光源闪烁频率高于每秒钟50次时人眼就会感觉该光源是连续发光而不是间断闪烁的。因此从消除图像闪烁的角度来看图像的刷新（闪烁）频率必须达到50Hz以上。

电视采用扫描的方法把两维的静止画面分解成若干行一维的扫描线，构成一幅完整画面的全部扫描线叫电视帧。最简单的扫描方式就是每一帧图像由电子束顺序地一行接着一行连续扫描而成，即逐行扫描。很明显，为了满足传输活动画面的要求每秒钟必须再现24帧以上的电视画面。

不过24Hz以上的帧频只能满足电视传输活动画面的要求，如上所述只有使刷新频率达到50Hz以上才能消除图像的闪烁感，但如果把帧频提高到50 Hz以上则传输电视信号需要的信道就太宽了。例如在标准清晰度模拟电视系统中允许的图像信号带宽是5至6MHz，帧频提高一倍时图像信号的带宽将达到10至12MHz，这大大降低了频率资源的利用效率。

为了在有限的带宽资源条件下提高图像刷新率，模拟电视时代采用了隔行扫描技术。所谓2:1隔行扫描就是把一个电视帧分成两个电视场分别扫描，奇数扫描行构成的场叫奇数场，偶数扫描行构成的场叫偶数场，奇数和偶数场交错组成一个电视帧。2:1隔行扫描的行扫描频率为逐行扫描时的一半，因而电视信号的频谱及传送该信号的信道带宽亦为逐行扫描的一半。采用2:1隔行扫描后刷新频率由帧频变成了场频，提高了一倍。在图像质量下降不多的情况下信道利用率也提高了一倍。由于历史的原因大多数交流电网频率为50Hz的国家和地区其电视场频都选择了50Hz，而电网频率为60Hz的国家和地区的电视场频为60Hz，也就是说在世界上的大多数国家和地区其电视信号的场频与所在地电网的频率相同。

与逐行扫描相比隔行扫描节省了传输带宽但也带来了一些负面影响。由于一帧是由两场交错构成的，因此隔行扫描的垂直清晰度比逐行低一些。逐行扫描的科尔系数(Kell Factor)大约是0.7，隔行扫描为0.5，即在扫描行数相同的情况下隔行扫描的垂直清晰度只有逐行扫描的70%左右。隔行扫描还会带来比较明显的场间闪烁，拍摄移动物体时容易产生边沿锯齿化等不良效应，与逐行相比隔行的图像不利于图形和图象的计算机处理，降低了压缩效率，长时间观看时眼睛容易疲劳。

为了得到更高品质的图像质量，逐行扫描也已经成为数字电视的选择方案。例如，美国的数字电视播出格式既有隔行扫描的480/60i和1080/60i，也有逐行扫描的480/60P和720/60P。1080/24P，25P和30P逐行扫描也被用于高清数字电视节目的制作和交换，以DVD为发行载体的大部分数字电影节目采用了480/24P或576/25P逐行扫描。

从本质上说隔行扫描是一种模拟的电视信号带宽压缩技术，这种扫描方式在模拟电视时代有效地解决了刷新率与信号带宽之间的矛盾，在数字电视时代也被继续广泛应用。目前电视广播普遍采用的是2:1隔行扫描，即把一帧分成两场，理论上也可以采用3:1甚至4:1隔行扫描，就是把一帧分成三场或四场，但实际上只有2:1也就是隔1行扫描被广泛采用，这是因为更高的隔行比虽然能提高信道利用率但显示活动图像时的图像质量较差。

通过上述讨论可以得出结论，逐行扫描可以得到比隔行扫描更高的图像质量，但电视行业选择隔行扫描主要是基于两个非常简单的考虑，第一是闪烁频率，第二是传输带宽。实际上在模拟电视时代隔行扫描技术是一个用有限频带资源实现优化显示效果的最佳折衷选择。

显示技术的发展和演变

在模拟电视时代，电视的拍摄、制作和显示的扫描方式和刷新率必须是相同的，这也是模拟电视采用隔行扫描的原因之一。80年代末期以来，随着数字处理技术特别是帧存储器在接收机中应用的逐渐普及以及90年代末期以来液晶、等离子等新型平板显示器件技术的发展，图像显示的扫描方式和刷新率异于拍摄和制作也成为可能的选择，这种处理方法在模拟电视时代是不可能实现的。

* 2倍场频显示

为了在不改变发送信号扫描方式的条件下消除显示图像的闪烁感，很多大屏幕接收机采用了2倍场频扫描技术，即先把50Hz隔行扫描的信号存储在帧存储器内，然后用100Hz的隔行扫描方式读出并显示，实际上就是把每场信号显示两次，这样显示的刷新率就比拍摄时的取样速度提高了一倍。尽管这种倍场频显示的方式在单位时间内的有效信息量并没有增加但由于刷新率的提高可以有效地消除显示图像的闪烁感。2倍场频显示主要应用在场频为50Hz的国家和地区，其主要原因是50Hz正好是人眼闪烁敏感的临界点，50Hz场频的闪烁感要比60Hz场频明显得多。

* 2倍行频显示

2倍行频显示也就是倍行显示，即显示的扫描行数比信号源的扫描行数高一倍。倍行就是在显示终端用数字技术在每两个扫描行之间增加一个扫描行，比较粗糙的处理就是把上一个扫描行简单地重复一次，精密的处理则采用插值运算的方法把相邻行的电平和空间分布经运算后得到新增加的行。倍行显示的方式能够有效地减少大尺寸显像管屏幕上扫描线的可见度，增加画面的细腻感。与倍场频显示的方式一样，尽管倍行频显示并不能增加单位时间内的有效信息量，但通过改变光栅结构达到了改善显示图像质量的目的。

* 逐行显示

逐行显示就是把隔行扫描的电视信号用数字处理的方式转换成逐行扫描信号以达到改善显示质量的目的。常用的隔行转逐行的处理方式是把每秒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率提高到每秒60帧，还有一些数字电视接收机把隔行扫描的电视信号转换成逐行扫描的计算机显示格式如VGA（640x480，60Hz或更高的帧频），SVGA（800x600）或XGA（1024x768）显示。

这种在显示端把隔行扫描的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，因为把1场转换成1帧后增加的扫描行是通过插值运算得到的，所以与原来的1场相比这1“帧”的有效信息量并没有增加。不过由于扫描方式的改变，这种逐行显示的处理方法可以有效地消除大屏幕电视显示隔行扫描信号时的行间闪烁感。

实际上上述几种显示技术都是在不改变发送信号扫描方式的前提下通过改变显示终端扫描方式的方法达到提高显示图像质量目的的。

* 多格式接收单格式显示

在美国多种DTV格式并存的情况下，还出现了多格式接收单一格式显示的方案。为了能接收各种不同清晰度和扫描方式的数字电视节目有些接收机采用了多格式机顶盒，机顶盒内置了扫描/清晰度转换器，无论接收的信号是隔行还是逐行，高清还是标清，机顶盒内置的扫描/清晰度转换芯片都把其转换成某个固定的扫描/清晰度格式输出显示。例如，有的机顶盒采用VGA或DVI显示接口，输出清晰度为XGA或WXGA，即分辨率1024x768的4:3屏幕或1366x768的16:9屏幕，每秒60帧，内置的转换器会把输入的不同信号格式都转换成XGA或WXGA输出以配合相应清晰度的平板显示器。

* 平板显示器件

近年来随着显示屏幕尺寸的扩大，显像管类的传统显示器件正在逐步让位给等离子显示屏（PDP）和液晶显示屏（LCD）这样的平板显示器件，采用LCD或DLP芯片的投影显示设备也有了长足的发展。显像管的光栅是通过电子束扫描形成的，这种灵活的扫描寻址方式不需要逐一驱动每个像素，因此既适用于隔行也适用于逐行显示。而PDP、LCD、DLP的图像显示原理与显像管完全不同，他们是有限像素的面阵列显示器件，这种采用XY寻址的显示方式需要逐一驱动每个像素单元，不论输入信号是何种扫描方式也不论他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，因此这类新型的平板显示器件更适合于显示逐行扫描信号。实际上采用PDP、LCD、DLP等器件的电视显示的都是逐行扫描图像，即使输入的是隔行扫描信号也会在显示驱动电路中转换成逐行扫描。因此，也可以把PDP、LCD、DLP等称为逐行扫描显示器件。

Psf - 逐行分段传输

逐行扫描信号的传输方式有两种，一种是一帧一帧地传输逐行扫描信号，另一种是把一帧逐行扫描的电视信号分成奇数场和偶数场分别传送，即Progressive segmented frame -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Psf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与大部分只支持隔行扫描格式的记录、制作和显示设备兼容。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50i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成一帧。同样地，所有支持1080/60i（1080/59.94i）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与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，但这两场是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即不分段的逐行扫描信号；而配置了逐行扫描传输接口的设备只能输入/输出不分段的逐行扫描信号，它们不能与带有Psf接口的设备交换逐行扫描节目。【未完待续】