PAL與NTSC制式詳解

PAL與NTSC是常見的兩種電視信號制式,什麼是制式?

電視信號的標準簡稱制式,可以簡單地理解為用來實現電視圖像或聲音信號所采用的一種技術標準。(一個國傢或地區播放節目時所采用的特定制度和技術標準)。電視制式就是用來實現電視圖像信號和伴音信號,或其它信號傳輸的方法,和電視圖像的顯示格式,以及這種方法和電視圖像顯示格式所采用的技術標準。隻有遵循一樣的技術標準,才能夠實現電視機正常接收電視信號、播放電視節目。就像電源插座和插頭,規格一樣才能插在一起,中國的插頭就不能插在英國規格的電源插座裡。

簡單來講,像是每秒顯示多少幀,每幀總的像素數量,每個像素的顯示時間、顯示順序都是包含在制式所要求的格式裡面的。

在瞭解制式前,我們要先瞭解一下CRT工作原理

CRT顯示器學名為“陰極射線顯像管”,是一種使用陰極射線管(Cathode Ray Tube)的顯示器。主要有五部分組成:電子槍(Electron Gun)、偏轉線圈(Deflection coils)、蔭罩(Shadow mask)、高壓石墨電極和熒光粉塗層(Phosphor)及玻璃外殼。

傳統的CRT電視,工作的原理是通過電子束在屏幕上一行一行的掃描後發光來顯示圖像的。靠電子書激發屏幕內表面的熒光粉來顯示圖像的,由於熒光粉被點亮後會很快熄滅,所以電子槍必須循環不斷地激發這些點。

首先,熒光屏上塗滿瞭緊密排列的熒光粉點(熒光粉條、熒光粉單元),這些熒光粉點由紅、綠、藍三種顏色,相鄰的紅、綠、藍熒光粉單元為一組,學名稱之為像素,每個像素中都擁有紅綠藍(RGB)三種基色。

CRT顯示器用電子束來進行控制和表現三原色原理。電子槍工作原理是由燈絲加熱陰極,陰極發射電子,然後在加速級電場的作用下,經聚焦集聚成很細的電子束,在陽極高壓作用下,獲得巨大的能量,以極高的速度去宏基熒光粉層,這些電子束去轟擊的目標就熒光屏上的三基色。為此,電子槍發射的電子束不是一束,而是三束,也就是說,每一次隻轟擊熒光屏上的一個像素點,每一束電子束負責轟擊R、G、B裡面的一種原色,他們分別受電腦顯卡R、G、B三個基色視頻信號的控制,去轟擊各自的熒光粉單元。受到高速電子束的激發,這些熒光粉單元分別發出強弱不同的紅綠藍三種光。根據空間混色法(將三個基色光同時照射在同一表面相鄰很近的三個點上進行混色的方法)產生豐富的色彩,這種方法利用人們眼睛在超過一定距離後分辨率不高的特性,產後生與直接混色法相同的效果。用這種方法可以產生色彩不同的像素,而大量的不同色彩的像素可以組成一幅漂亮的畫面,不斷變化的畫面就成為可動的圖像。也就是說,電子束以一定的順序轟擊完一幅畫面所有的像素點後,形成瞭一幅圖畫,然後再轟擊下一幅圖畫,當圖畫切換速度足夠快時,便形成瞭連續的視頻播放。若幹行若幹列的像素點組成一幅圖,那電子束是以一種什麼樣的順序轟擊像素點的呢?

通過實現掃描的方式有很多,如直線掃描、圓形掃描、螺旋掃描等,其中直線掃描又可以分為逐行掃描與隔行掃描。不同的制式可能有不同的掃描方式。

逐行掃描、隔行掃描、行掃描、場掃描

逐行掃描:電子束在屏幕上一行接著一行從左到右的掃描方式。

隔行掃描:一張圖像的掃描不是在一個場周期完成的,而是由兩個場周期完成的。

無論是逐行掃描還是隔行掃描,為瞭完成對整個屏幕的掃描,就也就是一幀畫面的掃描,掃描線並不是完全水平的,而是稍微傾斜的。為此,電子束既要做水平方向的運動,又要做垂直方向的運動。前者形成一行的掃描,稱為行掃描,後者形成一幅畫面的掃描,稱為場掃描。

至於為什麼每次三個電子束能準確發射到熒光粉屏幕的某個像素點的三個顏色基色區域,以及為什麼能夠完成從左到右、從上到下的運動,請自行查閱瞭解。

以NTSC電視為例,在工作的時候把一幅525行的圖像分成兩場來掃描,第一場成為奇數場,隻能掃描奇數行(依次掃描1、2、3…行),第二場稱為偶數場,隻掃描偶數行(依次掃描2、4、6…..行),通過兩場掃描來完成一幀圖像掃描的行數,由於人眼具有視覺暫留效應,因此去看在眼中時,仍是一幅完整的圖像,這就是隔行掃描。

什麼是PAL與NTSC?

有瞭上面知識的鋪墊,對於瞭解PAL和NTSC便容易很多瞭。

PAL電視標準,每秒25幀,電視掃描線為625線,奇場在前,偶場在後,標準的數字化PAL電視標準分辨率為720*576, 24比特的色彩位深,畫面的寬高比為4:3, PAL制電視的供電頻率為50Hz,場頻為每秒50場,幀頻為每秒25幀,掃描線為625行。

也就是說,PAL制式意味著在掃描一幅畫面時,是采用瞭隔行掃描的方式,掃描一場,是一幀畫面的一半像素,掃描兩場,也就是將奇數場和偶數場全部掃描,才是完整的一幀畫面。PAL制式一秒掃描50場,也就是掃描瞭25幀畫面。

NTSC制電視的供電頻率為60Hz,場頻為每秒60場,幀頻為每秒30幀,掃描線為525行,圖像信號帶寬為6.2MHz。采用NTSC制的國傢美國、日本等國傢。

NTSC和PAL歸根到底隻是兩種不同的視頻格式,其主要差別在於NTSC每秒是60場而PAL每秒是50場,由於現在的電視都采取隔行模式,所以NTSC每秒可以得到30個完整的視頻幀,而PAL每秒可以得到25個完整的視頻幀。

這每秒一幀的細微差別在DVD的表現上會有什麼區別呢?

電影膠片的速度是每秒24幀,而PAL制的DVD每秒就會比膠片多放一幀,也就是說同一部電影,PAL的放映速度會比膠片提高1/24;那NTSC每秒可以得到30個視頻幀,是不是會比PAL來得更快呢,其實不然,NTSC采取瞭3-2PULLDOWN技術把電影轉成每秒30幀。相同長度的電影,NTSC和PAL的放映時間換算是:NTSC時間 X 24/25 = PAL時間。鏈接:

https://www.zhihu.com/question/19763648/answer/572715321http://鏈接:https://www.zhihu.com/question/19763648/answer/572715321

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電影和PAL每秒隻差1幀,所以以前一般來說就直接一幀對一幀進行制作,這樣PAL每秒會比電影多放一幀,也就是速度提高瞭1/24,而且聲音的音調會升高。這就是一些DVD愛好者不喜歡PAL制DVD的原因之一。但是據說現在有些PAL制DVD采取瞭24+1的制作方法,就是把24幀中的一幀重復一次,從而獲得跟電影一樣的播放速度。

什麼是高清?

720P、1080i中的i是interlace,代表隔行掃描;P是Progressive,代表逐行掃描。

NTSC制節目共525行掃描線,每秒60場圖像,表示為60i或525i,如果是逐行掃描的,就稱作60P或525P。PAL制節目為625行,每秒50場圖像,表示為50i或625i,逐行則稱為50P或625P。記住,這是針對CRT電視機的。

以上的表示方法,不僅代表瞭CRT電視的掃描格式,也代表攝像機拍攝的圖像的格式。因為電視系統最初都是隔行掃描系統的,因此對應NTSC和PAL制電視節目的攝像機,也全部是隔行掃描的,就是說凡是電視攝像機拍攝的NTSC/PAL制節目,全部是隔行掃描信號,分別表示為525/60i和625/50i。記住,這是針對電視攝像機的。

電視機掃描線和像素的關系

清晰度定義

  清晰度指影像上各細部影紋及其邊界的清晰程度。

  清晰度,一般是從錄像機角度出發,通過看重放圖像的清晰程度來比較圖像質量,所以常用清晰度一詞。 而攝像機一般使用分解力一詞來衡量它“分解被攝景物細節”的能力。單位是“電視行(TVLine)”也稱線。意思是從水平方向上看,相當於將每行掃描線豎立起來,然後乘上4/3(寬高比),構成水平方向的總線,稱水平分解力。它會隨CCD象素數的多少、和視頻帶寬而變化,象素愈多、帶寬愈寬,分解力就愈高。PAL制電視機625行是標稱垂直分解力,除去逆程的50行外,實際的有效垂直分解力為575線。水平分解力最高可達575×4/3=766線。但是限制線數的主要因素之一還有帶寬。經驗數據表明可用80線/MHz來計算能再現的電視行(線數)。如6MHz帶寬可通過水平分解力為480線的圖像質量。低檔傢用錄像機,如VHS,最多能有240線的清晰度,高檔傢用攝錄機,如S-V而數碼攝錄機的記錄方式是數碼信號的格式,清晰度在500線以上。(普通電視的清晰度大約280線,VCD的清晰度是230線)。

分辨率和清晰度

我們擬從電視說起,在電視中,又打算從大傢都最關心的分辨率和清晰度問題說起。

  分辨率和清晰度還用得著討論嗎?

  說起電視的分辨率和清晰度,似乎是盡人皆知、誰人都懂的問題,好像沒有什麼值得可談的,更沒有必要作專文加以討論。

  在與清晰度有關的用語中,除瞭清晰度一詞以外,我們經常還可以見到分辨力、分辨率、解析力、解析度、解像力、解像度這些詞語。對於這些詞語分別的含義和所指的具體內容是什麼,怎樣使用才合適,目前流行的看法是很不統一的,歸納起來主要有3種不見的看法。

  第一種:分辨率就是清晰度

  這是一種最普遍的看法。這種看法認為,這些詞語的意義是一樣的或者說是一致的,有的人習慣於用分辨力(率)、分解力、解析力(度)和解像力(度)這一類詞,而另一些人習慣於用清晰度這一個詞。或者說,這些詞的意義是一樣的,但在習慣上對不同的對象使用不同的詞匯,如習慣於將清晰度一詞用於電視機,將分辨率一詞用於計算機之類的顯示器。

  第二種:分辨率和清晰度是兩回事

  這種意見認為清晰度與分辨率(還包括分辨力、解析度、解像度等幾個詞語)有著本質的區別,它們所指的具體內容本來就不一樣。具體說來,清晰度是指人眼宏觀看到的圖像的清晰程度,是由系統和設備的客觀性能的綜合結果造成的人們對最終圖像的主觀感覺。(雖然是主觀感覺,但不像主觀聽音評價那樣不能用一個客觀標準來計量,清晰度這種主觀感覺是可以進行定量測試的,即可以用黑白相間的線條的粗細來衡量,並有標準的測試方法和測試圖,其測量數據有明確的單位,即電視線TVL)。

  而分辨率與清晰度不同,它不是指人的主觀感覺,而是指在攝錄、傳輸和顯示過程中所使用的圖像質量記錄指標,以及顯示設備自身具有的表現圖像細致程度的固有屏幕結構,說具體點就是指單幅圖像信號的掃描格式和顯示設備的像素規格。圖像信號的掃描格式也好,顯示設備的像素規格也好,都是用“水平像素×垂直像素”來表達的,其單位不是“線”,而是“點”。圖像信號的分辨率和顯示設備的分辨率是制式和規格決定瞭的,是固定不變的,而清晰度是因條件而可改變的。清晰度的線數永遠小於圖像信號分辨率像素所連成的線數。比如,對於PAL制電視720×576的掃描格式,其水平像素為720點,也就是可以得到720條垂直豎線,但不論用什麼高清晰度的顯示器,也不可能獲得720條電視線的水平清晰度。

  第三種:分辨率和清晰度可以互換使用,但概念不同

  這種意見實際上是介於上述兩種極端意見之間的意見。這種意見認為:電視系統有一個清晰度,也可叫分辨率、分解力、解析力和解像度等;電視機最終反映的圖像也有一個清晰度,也可以叫分辨率、分解力、解析力和解像度等,因此二者是可以互換使用的。但是,二者的概念並不一樣,因此雖然清晰度一詞和分辨率那幾個詞可以隨便互換使用,但在心目中不能將“電視制式的清晰度”和“電視機所達到的圖像清晰度”兩者混淆。

  對於以上3種意見,不知您贊同哪一種?不管贊同哪一種,現在的實際情況是,3種意見是並存著的;說不要將兩者混淆,實際上這種混淆的情況是隨處可見的。就以身邊剛剛發生的一件小事為例,就可以知道不搞清這個問題的麻煩瞭。事情是這樣的:一位同事將一份新方特出版的《數碼影像產品導購手冊》(2003.8總第24期)給我看,問為什麼索尼的和松下的總共20款數字攝錄機的“水平解像度”分別是500線、520線和530線3種情況,而佳能在手冊上僅有的6款攝錄機的“水平解像度”全部都是625線,難道佳能的攝錄機比索尼和松下的攝錄機清晰度要高100多線嗎?

  我向他解釋說,索尼的和松下的是指攝錄的圖像信號可以達到的水平清晰度的“電視線”數,而佳能的是指攝錄的圖像信號制式的掃描線數,即PAL制720×625中的625線。前者是水平解像力所具備的清晰度,後者直接就是垂直解像力,也就是我們所說的垂直分辨率。因此,索尼和松下攝錄機表示的“水平解像度”多少線,與佳能攝錄機表示的“水平解像度”多少線是完全不同的兩回事。那位同事聽來聽去很難搞得清楚,最後隻好抱怨說:一個是水平的,一個是垂直的;一個是轉換過的,一個是沒有轉換的,那為什麼都一律說成是“水平解像度”呢?——我還能說什麼呢?隻好說:我也鬧不明白,為什麼許多人都不但認同將清晰度與分辨率、解像度等詞混用,而且還要近乎頑固地維護這種讓明白的人可能明白,不明白的人就讓他不明白的做法!

為瞭讓不明白的人也能明白一點,我們在下面將對電視的清晰度、分辨率和電視制式的概念和來源作一個簡單介紹,使上面所說的這個問題能得到比較統一和合理的認識。

  電視的清晰度

  1、人眼的分辨力和電視的清晰度

  人眼的分辨力是指人眼對所觀察的實物細節或圖像細節的辨別能力,具體量化起來就是能分辨出平面上的兩個點的能力。人眼的分辨力是有限的,在一定距離、一定對比度和一定亮度的條件下,人眼隻能區分出小到一定程度的點,如果點更小,就無法看清瞭。根據人眼的分辨力,決定瞭影視工作者力求達到的影像清晰度的指標,也決定瞭采用圖像像素的合理值。

  人眼分辨圖像細節的能力也稱為“視覺銳度”,視覺銳度的大小可以用能觀察清楚的兩個點的視角來表示,這個最小分辨視角稱為“視敏角”。視敏角越大,能鑒別的圖像細節越粗糙;視敏角越小,能鑒別的圖像細節越細致。在中等亮度和中等對比度的條件下,觀察靜止圖像時,對正常視力的人來說,其視敏角在1~1.5分之間,觀察運動圖像時,視敏角更大一些。

  為瞭將研究的對象從兩個點擴大到一個面,所以將視敏角從人眼到兩個點之間的夾角,引伸到從觀察點(人眼)到一定距離的一條相鄰黑、線條”之間的夾角。如果觀察的是在垂直方向上排列的一系列連續水平黑白線條,則能表現出圖像的垂直清晰度;如果觀察的是在水平方向排列的一系列連續垂直黑白線條,則能表現出圖像的水平清晰度。

電視正是利用瞭這個原理,確定出瞭電視應當設計成具有多高的垂直清晰度和多高的水平清晰度,再從清晰度推算出需要多少條水平掃描線和多少條垂直掃描線,從掃描線又推導出需要多少水平像素和多少垂直像素,也即建立起瞭相應的圖像的分辨率和單幅電視圖像的掃描格式,將它再與每秒鐘圖像的顯示次數和其它指標結合起來,最終建立起瞭相應的電視制式。下面,我們以PAL制電視為例,說明其清晰度和分辨率是怎樣演變出來的。

  2、垂直清晰度

  上面已經提到過,根據視敏角原理,人眼能辨別在垂直方向上排列的相鄰黑白水平線條的細致程度叫垂直清晰度,但是怎麼來鑒別和量度這個細致程度呢?下面參照圖4來加以說明。假設畫面高度為H,在垂直方向上有M條黑白相間、具有一定寬度的水平線條,每條水平線條在垂直方向上的寬度為h。如果人眼在距離為L處剛好可以分辨清楚這些水平線條,則視敏角θ可表示為:

  θ=h/L(弧度)

  因為每條線對的寬度為

  h=H/M

  則有

  θ=H/(LM)(弧度)

  將弧度化為角度後,則為

  θ=3438H/(LM)(分)

  也就是

  M=3438(H/L)(1/θ)

  試驗表明,觀看圖像的最佳距離應當是畫面高度的4倍至5倍,這時的總視角約為15度,在這種情況下,可以保證人眼不轉動就能看到完整的畫面。這個距離,既可以避免因過近觀看時眼球需要不停地轉動而引起眼疲勞,又可以避免過遠觀看時對圖像辨別能力的降低,以及防止畫面以外的景像進入視野中。如果選擇觀看距離L為畫面高度H的5倍,即L=5H,將其與視敏度θ=1.5分一起代入上式後,則為

  M=3438(1/5)(1/1.5)

  =458(線)

  這個458線也就是我們所說的458條電視線,簡稱“線”。從上面的計算可以看到,在5倍畫面高度的距離觀看圖像時,人眼的垂直分辨力是約458線,這時圖像所具有的垂直清晰度正是458線。這樣,在制定電視制式的掃描格式時,其垂直像素應當基於458線清晰度來考慮。

  [編輯本段]水平清晰度

  水平清晰度的確定,與確定垂直清晰度的思路是一樣的。不過,由於電視機畫面的寬高比,以及垂直清晰度和水平清晰度對整體圖像質量影響的關系,不經過上述復雜的推導,也可以很方便地算出水平清晰度線數來。

  傳統電視屏幕的寬高比是4:3,這是根據原來的電影銀幕的長寬比預先確定下來的。試驗說明,在圖像顯示時,水平清晰度和垂直清晰度應當接近或一樣,才能獲得最佳的圖像質量。利用這兩點,再根據垂直清晰度計算原理,將垂直清晰度線數乘以屏幕幅型比4/3,立即可以算出圖像的水平清晰度線數N為

  N=4/3 M

  =4/3×458

  =610(線)

  這就是說,在5倍畫面高度距離觀看4:3畫面的圖像時,人眼的水平分辨力約為610線,這時圖像所具有的水平清晰度正是610線。

  以上就是電視垂直清晰度和水平清晰度的來源。從這裡不難看出,在明確瞭人眼的垂直和水平“分辨力”後,也明確瞭電視的“清晰度”的概念:電視的清晰度是指電視機已經顯示出來的黑白相間的直線,在垂直方向或水平方向將屏幕排滿時,人眼所能辨別的最細線條數,或者說能辨別的最多線條數。在垂直方向排列的這種水平線條的最大數量,是電視的垂直清晰度;在水平方向排列的這種垂直線條的最大數量,是電視的水平清晰度。

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