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Sony Professional Focus 第117期

 昵称105777 2009-02-27

实际使用的逐行扫描格式

尽管目前绝大部分电视广播都是隔行扫描的,但在播出、制作和交换以及发行领域已经开始采用逐行扫描格式。

1. 用于播出的逐行扫描格式

480/60P-720x480@59.94P,美国数字电视播出格式之一,是480/60i即NTSC的逐行扫描版本,被美国ABC采用。需要说明的是,由于历史原因美国NTSC标准的场频并不是60Hz而是60/1.001即频率降低了千分之一的非整数,一般所说的60i或60P实际上是59.94i或59.94P。

720/60P-1280x720@59.94P,美国数字电视播出格式之一,是目前播出的清晰度最高的逐行扫描格式,被ABC和FOX采用。

除以上两种直接用于播出的逐行扫描格式外,50Hz的国家和地区(特别是欧洲)也在考虑采用576/50P和720/50P这两种逐行扫描格式播出的可能性。

2. 用于制作和交换的逐行扫描格式

1080/24P-1920x1080@24P和1920x1080@23.976P,简称24P,数字电视的制作、交换格式之一。由于24P与每秒24幅画面的电影胶片具有天然的亲和力,24P主要用于数字电影的拍摄、制作以及节目交换。24P拍摄的数字版节目可以转换成胶片在普通影院里放映,还可以下变换至480/24P压缩成逐行扫描的MPEG2文件用于DVD发行。此外,在北美地区传统上用胶片拍摄的黄金时段电视剧和广告等类节目也越来越多地被24P数字拍摄所替代。

由于每秒24次的刷新频率太低,24P只适用于节目制作和交换而不能直接用于播出。在60Hz的国家和地区24P的节目可以通过3-2下拉变换和下变换得到60场的1080/60i和480/60i(NTSC)隔行扫描信号,这种下拉变换与把每秒24幅胶片画面转换成60场电视信号时的处理完全相同。实际上24P有两种版本,一种是电影行业采用的24P,另一种是用于电视制作的23.976P。由于历史原因美国用于电视制作的24P帧频是频率降低了千分之一的非整数24/1.001=23.976,这样经过3-2下拉变换后的场频就是59.94Hz,不过由于习惯的原因仍然经常把这种23.976P称为“24P”。

有三种方法可以显示24P逐行扫描信号,一种是采用Psf的传输方式把24帧的逐行信号转换成48场的隔行信号显示(即24Psf),不过由于48Hz的刷新频率低于人眼闪烁感阈值50Hz,观看这种48i的隔行图像时因闪烁感太强眼睛极易疲劳;第二种方法是把24P经过3-2下拉变换转换成60场隔行扫描信号显示;最好的方法是3倍帧频显示,即在专用的监视器内用数字处理的方法把每帧逐行扫描的画面重复显示3次,这样在监视器上显示的就是72P的逐行扫描图像,既提高了显示质量又消除了闪烁感。

1080/25P-1920x1080@25P,数字电视的制作、交换格式之一。25P的应用范围与24P几乎完全相同,其区别是24P主要应用于60Hz的国家和地区而25P主要应用于50Hz的国家和地区,这是因为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)的高清隔行信号或下变换成576/50i(PAL)的标清隔行信号播出,还可以下变换至576/25P压缩成逐行扫描的MPEG2文件用于DVD发行。

25P的显示方法有两种,除了上述采用Psf的传输方式把25P转换成50i(即25Psf)的隔行显示外更好的方法是倍帧频显示,即用数字处理的方法把每帧逐行扫描的画面重复显示2次或3次,这样在监视器上显示的就是50P或75P的逐行扫描图像。

1080/30P-1920x1080@29.97P,数字电视的制作、交换格式之一。30P主要是在60Hz的国家和地区用于高清晰度数字电视节目制作和交换,完成的1080/30P逐行节目可以很容易地通过Psf传输方式转换成1080/60i(即30Psf)的高清隔行信号或下变换成480/60i(NTSC)的标清隔行信号直接用于播出。

30P的显示方法也有两种,即用Psf的传输方式把30P转换成60i的隔行显示以及用数字处理的方法2倍帧频显示60P的逐行扫描图像。

采用24P、25P和30P拍摄和制作的节目与胶片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,只有采用50或60Hz场频的隔行扫描拍摄画面数量的一半,所以在拍摄推、拉、摇、移这类运动镜头时物体移动不够平滑,会出现与电影胶片拍摄时相同的抖动现象,也就是所谓“电影感”或“胶片感”。不论是2倍或3倍帧频显示还是转换成隔行扫描显示这种抖动感都同样存在,这是因为无论显示方式如何改变但拍摄时的原始取样率是无法改变的。

3. 用于发行的逐行扫描格式

480/24P-720x480@23.976P,以DVD为载体的发行格式,简称480P。DVD的大部分节目都来自电影胶片,在场频为60Hz的国家和地区(即北美和日本等NTSC地区)发行的DVD把每秒24幅的电影画面压缩成MPEG2文件时采用了每秒24帧的逐行扫描格式480/24P。由于目前大部分DVD电影都是好莱坞制片商发行的,因此市场上购买到的大多数DVD盘片都是480/24P逐行扫描格式。

576/25P-720x576@25P,以DVD为载体的发行格式,简称576P。在场频为50Hz的国家和地区(即欧洲、亚洲等PAL地区)发行的部分DVD电影把每秒24幅拍摄的电影胶片以每秒25幅的速度重放,压缩成576/25P的MPEG2文件(欧洲有的影片就是用每秒25幅的速度拍摄的)。

需要说明的是,部分DVD电影并没有采用逐行扫描的编码方式,特别是国内制作母版发行的大部分DVD电影采用了与电视信号相同的576/50i隔行扫描压缩编码。

逐行扫描信号的传输接口

常用的数字和模拟视频接口都可以传输逐行扫描信号。

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。根据SMPTE 292M标准规定HD-SDI的码率为1485Mbps,它支持下列几种有效视频码率低于1485Mbps的信号格式传输:

表1. HD-SDI接口传输的信号格式(10比特量化)

信号格式 传输方式 有效码率
1080/60i 1080/60i 1244.16Mbps
1080/30P 1080/30P
1080/30Psf
1080/50i 1080/50i 1036.8Mbps
1080/25P 1080/25P
1080/25Psf
1080/24P 1080/24P 995.328Mbps
1080/24Psf
720/60P 720/60P 1105.92Mbps

从表1可以看到,HD-SDI可以传输4种逐行扫描格式:

1080/30P 1080/25P 1080/24P 720/60P

在这四种逐行格式中除了720/60P外其它三种逐行格式都可以用P或Psf两种方式传输。前面已经介绍过,P和Psf是两种不同的传输方式,传送逐行扫描信号时必须确保发送和接收两端的传输方式是相同的。例如发送端采用1080/24Psf方式传输时,如果接收端设备的接口只支持1080/24P是不能正确传送的。

对于480/60P来说,由于它的码率是480/60i的两倍所以现有的符合SMPTE 292M标准的SDI数字接口不能传输这种逐行信号,480/60P的数字接口是由SMPTE 294M标准定义的。
SDI和HD-SDI串行数字接口传输4:2:2的亮度和色差分量信号Y/R-Y/B-Y,传送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。

* 数字显示接口

在与液晶显示器、液晶或DLP投影机等类数字显示设备短距离连接时也可以用DVI或HDMI传输逐行扫描的高清晰度数字电视信号。

* DVI

用于显示设备的数字视频接口DVI(Digital Visual Interface)标准是由数字显示工作组(Digital Display Working Group)制定的,常用的有纯数字的DVI-D和数字/模拟兼容的DVI-I两种接口。DVI-D型接口共有24根插针,具有单链接(Single Link)和双链接(Dual Link)两种工作模式。不论单链接还是双链接都只使用一个插头和一条电缆,单链接时只使用24根插针中的一半即12根插针,双链接时使用全部的24根插针。从表2可以看到,采用单链接时DVI-D可以支持720/60P(最高85P)逐行扫描显示,而采用双链接时可以支持1080/60P(最高85P)逐行扫描显示。

表2. DVI-D传输的信号格式

链接方式 使用插针数量 传输码率 最高分辨率
DVI单链接 12针 3.96Gb/s
(时钟频率165MHz)
计算机显示 UXGA (1600x1200)/60Hz
SXGA (1280x1024)/85Hz
HDTV显示 1080/60i (1920x1080/60场,隔行)
720/60P (1280x720/60帧,逐行,最高85帧)
DVI双链接 24针 2x3.96Gb/s
(时钟频率165MHz)
计算机显示 QXGA (2048x1536)/60Hz
HDTV显示 1080/60P (1920x1080/60帧,逐行,最高85帧)

* HDMI

高清晰度多媒体接口HDMI(High Definition Multimedia Interface)是在DVI的基础上经过改进发展出来的,与DVI相比HDMI增加了多声道数字音频传输功能,因此更适用于高清晰度家庭影院设备之间的连接。

HDMI的标准是由HDMI论坛(HDMI Founder)制定的,其插头的针脚与DVI兼容但采用了不同的封装尺寸,从图1可以看到HDMI的插头尺寸只有DVI的一半多一点。目前,HDMI能够传输的信号格式与DVI相同。

与视频串行数字分量接口SDI和HD-SDI不同,数字显示接口DVI和HDMI传送的都是RGB信号。

* 模拟接口

传统的模拟复合视频接口不能传输逐行扫描信号,模拟分量视频接口(Y/R-Y/B-Y)可以支持逐行扫描的标准清晰度和高清晰度电视信号传输。为了便于区别,一般把支持高清模拟分量和逐行扫描的标清模拟分量接口标记为Y/Pr/Pb,而把普通的标清模拟分量接口标记为Y/Cr/Cb。

短距离连接显示设备时也可以用IT行业常用的15针模拟VGA接口(D-Sub)传输逐行扫描信号,模拟的15针VGA接口可以支持VGA,SVGA,XGA,SXGA,UXGA以及QXGA清晰度的逐行扫描信号传输,刷新率(帧频)可以达到60Hz至80Hz。与数字显示接口相同,模拟显示接口传送的也是RGB信号。

目前市场上销售的大部分逐行扫描DVD播放机大都采用模拟分量视频接口或VGA接口输出逐行扫描信号。

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