逐行扫描(也称为非交错扫描)是一种对
位图图像进行编码的方法,通过扫描或显示每行或每行像素,在
电子显示屏上“绘制”视频图像的两种常用方法之一(另一种是
隔行扫描)。
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根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
帧频为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25或24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。因此我们在看电视画面里中的电影的时候,总能看到多插的那一帧在闪烁。
对比
逐行扫描与隔行扫描
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(奇数场)只扫描奇数行,依次扫描1、3、5…行,而第二场(偶数场)只扫描偶数行,依次扫描2、4、6…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、
CGA、
EGA)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
行频是15625Hz,而每幅电视画面有625行扫描线,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。
扫描方式
一幅图像如果分两次扫描,即分两场,第一场扫1、3、5……(单数行),称为奇数场,第二场扫2、4、6……(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。
最新一些高端彩电,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幅图像,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条扫描线最大相关的
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
场频从50Hz变到60Hz、75Hz或100Hz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。
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行
扫描格式,
帧频由普通
模拟电视的每秒25帧提高到60至75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。
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/D与D/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行
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。
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60Hz、75Hz、85Hz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场图像,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46875Hz,300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。
消除闪烁
把
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。
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
帧频与
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。