逐行扫描与隔行扫描技术说明

逐行扫描与隔行扫描技术说明
电视系统有两种扫描方式：一种是逐行扫描，另一种是隔行扫描。

逐行扫描的一幅画面（称为一帧）只需一遍扫描即可完成，电脑监视器及数字电视（ DTV ）所采用的就是这种扫描方式。

隔行扫描则是将一帧画面分解为两个“场”，其中第一场只包含奇数行，第二场只包含偶数行。

每幅画面需两遍扫描才能完成：先扫描A场，然后扫描B场。

虽然这两个场在屏幕上不是同时出现的，但由于人眼睛的视留效应和显像管荧光剂的余辉，会使两个场的扫描线看起来像是被交织在一起，变成了一幅完整的画面。

当前的普通广播电视全部都是采用隔行扫描方式，DVD影碟上的数字信号也是按照隔行扫描方式记录的。

隔行扫描的优点是可以用一半的数据量实现较高的刷新率，对于广播电视来说，意味着每套节目只需占用较窄的频带宽度；隔行扫描方式的最大缺点是会使垂直分辨率下降一半，并会使图像出现闪烁感。

通常所说的分辨率可以达到500线以上，是指它的水平分辨率。

实际上，它的垂直分辨率并没有这样高，尤其是在隔行扫描方式下会相差更多。

在NTSC制时，有效的扫描行只有48O行，所以这种扫描方式又称为48OI方式，而相应的逐行扫描方式则称为48OP。

电影的帧频到电视帧频的变换。

电影胶片的放映速度是24帧／秒，而电视的制式规定为3O帧／秒（NTSC 制）或25帧／秒（PAL及SECAM制），要想用电视机看电影，就必须把电影的帧频转换成电视的帧频。

对于PAL制来说，问题比较简单，只需将24帧的电影画面加速4%，使其按照25帧的速度显示即可（为了保持声画同步，声音也需加速4%）。

而为了实现NTSC所要求的3O帧，处理过程就要复杂一些，通常是采用一种称为“2－3下拉（2－3 pulldown）”的方式进行变换。

具体的处理方法如下图所示，可以把每4个电影帧看作一组，按顺序称为A、D、C、D。

其中A帧仍然按照常规被分成两个场，而B帧则被分成
三个场（实际上是把B1场重复使用两次）。

C、D两帧的处理方式与A、B帧相似，只是C1与C2、D1与D2的出现顺序被颠倒了，因为只有这样，最后一帧才能比较平滑地与下一组的第一帧相衔接。

最终结果是把4帧电影画面的变成了5帧视频画面，变换后的
f帧频是24 X 5／4＝3O，正好符合了NTSC制的要求。

B1场和D2场虽然被重复使用了两次，但在进行MPEG－2编码的时候，并没有真的把这两场信号存贮两次，而只需在影碟的数据中加入一个标志（指明这张碟为NTSC制），解码器就会根据这个标志把相应的场重复两次。

由图中还可以看出：虽然帧的数量增加了，但总的播放速度并没有改变，所以把电影胶片变成NISC信号时，声音是无须加工的。

不过，用2－3下拉方式进行帧频转换是一种不得已的妥协，所得到的结果并非十分完美，现在已知道会导致下列两个题：
1．各帧所占用的时间不同，其中问B、D帧的时间较长（3场），A、C帧的时问较短（2场）。

结果是使画面中物体的运动变得不平滑。

甚至出现“抽动”。

当然，这种抽动是非常轻微的，多数情况下是看不出来的，但在连续的摇镜头场面时，会出现可以察觉的不平滑感。

2．按暂停键使画面静止时，若正好处于第3帧或第4帧，而这两帧又恰好是快速运动或切换的画面，则屏幕上将会出现两幅不同的画面同时在屏幕上闪烁。

一些DVD机可以自动把静止帧自动向前或向后移动到1第1帧或第2帧的位置，以避免出现这种情况。

另一些DVD机允许用户在Setup菜单中选择静止画面的工作方式，例如 Pionner DV-525K，其静止画面有三种可选的显示方式：半帧、帧、自动。

‘自动”方式下，会自动把静止帧移动到第1、2帧，以避免出现双画面。

但此时所得到的静止画面有时会与按“暂停”键时所要捕捉的画面不一致；“半帧”方式将只显示一个场，虽然也能避免双画面，但由于缺少一半扫描线，所以静止画面的清晰度会下降很多；“帧”方式则不理会是否出现双画面。

对于普通的电视机，目前还没有更好的办法来解决上述问题。

而用电脑观看D ＼U时，由于电脑监视器都具备多种扫描频率，所以无须进行帧频转换，也就不存在上述问题。

但是，要把隔行扫描信号转换成逐行扫描信号，并不是只要把两场逐行扫描的信号简单地组合在一起就可以作到的。

根据原始节目源的不同类型，可供采用的方法有两种：插入法和倍行法。

交叠插入法又称编织法（Re-in- terleaving或weave），这种方法适用于把来自电影胶片的视频画面转换成逐行扫描画面。

其方法是把两场隔行扫描画面的A场的奇数行和B场的偶数行重新编织在一起，构成一帧逐行扫描的画面。

在重现的画面上，A场的扫描行和B场的扫描行将按相互交替的顺序出现，依次为A1→B1→A2→B2……A24→B24。

但是，这种方法只适合于用电影胶片拍摄的画面而不适用于用电视摄像机拍摄的视频画面。

因为在将电影胶片上的画面转换为隔行扫描的视频画面时，虽然要经过两遍扫描才能产生出A场和B场，但在两次扫描过程中，胶片上的画面是静止不动的，所以把这两场信号重新交织在一起时，上面一行中的像素仍然能与下面一行的像素很好地连接起来，恢复出与胶片一样的画面。

而用摄像机拍摄时，现场的物体是处于不断的运动之中，由于A场扫描与B场扫描不是同时进行的（对于NTSC制信号而言，两场扫描之间的时间差为1／60秒），画面上某些物体的位置在两场中会有所不同。

将这样的两
场画面交织在一起，运动物体的影像就会发生畸变或边缘模糊，如果遇到某些运动速度极快的物体（例如从画面的左侧飞向右侧的足球），甚至会在一幅画面上出现两个影像。

这种现象被称为“拉链现象（zipper）”。

因此，对于用摄像机拍摄的画面，不能采取交织法，而只能采用倍行法。

倍行法有多种处理方式，较为简单的一种是每一场中的每一行重复使用两遍，从而形成一幅逐行扫描的画面。

更加完善的扫描线倍增器则是用插值法在两个间隔的行中间“创造”出一个新的行。

即根据上一行和下一行的对应像素的亮度及颜色，运用一定的算法制造出一个介于两者之间的新像素。

但这种倍增器的价格会比较昂贵。

除了上述的两种基本方法外，还有一些更高级的处理方法正在酝酿之中。

例如有一种称为“场自适应（field-aptive）”的系统，能通过对两或三个场中各个像素的检测而自动决定一幅画面中的哪些区域应该采用交织法、哪些区域应该采用倍行法，以获得最合理的逐行扫描画面。

但是这种系统的价格目前还非常贵（1万美元以上），所以暂时还无法应用于商品化的DVD机上。

另一类系统则是利用MPEG－2的运动矢量或对运动物体进行大量的分析运算，以决定是采用何种处理方法。

这种系统的价格将超过5万美元，目前还只能作为一种未来的发展方向。

目前可供实用的隔行一逐行扫描转换设备有三类：
1．集成型：转换器与MPEG-2解码器集成为一体，因此可以利用MPEG－2数据中的标志来自动决定应该采用交织法还是倍行法，所以能获得最好的效果。

大多数电脑DVD采用了这种方法。

2．内置型：从MPEG－2解码器输出的数字视频信号被送到另一个独立的芯片中进行从隔行到逐行的转换处理。

这种转换方式的缺点是无法利用MPEG－2数据中的标志和运动矢量来自动决定应该采用何种转换方式。

当前市场上的逐行扫描DVD机大多属此
种类型。

3．外接型：从普通DVD机输出的模拟视频信号被送入一个独立的扫描线倍增器，或带有扫描线倍增功能的电视机（例如SONY ES系列电视机），然后在倍增器中实现从隔行到逐行的转换。

在三类转换设备中，此类设备的效果是最差的，因为视频信号必须经过两次数一模转换和一次模一数转换，会导致画质下降。

但从总体上说，转换成逐行扫描方式后，画质的提高仍然是十分明显的。

逐行扫描DVD机虽然有许多优点，但是这种技术目前还不十分完备，存在着一些有待解决的问题。

首先是帧频转换问题。

上节提到可以用2－3下拉方式把24帧／秒的电影帧频转换为3O帧／秒的电视帧频，但这种方式只能用于隔行扫描画面而不能用于逐行扫描画面，所以画面“抽动”问题会更明显。

高级的逐行扫描DVD机（如Princeton PVD－5000）或电脑DVD的解决方法是采用与电影帧频成整数倍关系的电视帧频，如24帧／秒或72帧／秒、96帧／秒等。

但具有这类帧频的电视机非常之少，只有电脑监视器才能作到。

另一个问题是许多DVD影碟的制作不规范。

例如有些影碟的内容虽然是来源于电影胶片，但在转换成隔行扫描方式之后又进行过编辑，或者为了保持声画同步而对画面进行了速度变换，将这种信号转换成逐行扫描时就会出现问题。