论电视图像的清晰度

冯传岗

电视是个技术媒体，从黑白电视到彩色电视、再到HDTV（高清晰度电视），是电视这一技术媒体从无到有、从有到优的发展过程。HDTV图像的质量是原始景物或音响的重现，使人耳目一新，其图像质量可与35mm电影首映质量媲美，伴音质量则与CD相当。本文从HDTV标准入手，运用电视原理知识，对电视图像的清晰度即显示模式、电视线、分辨率等主要内容进行了论述，以提高人们对HDTV相关知识的关注。

绪论

目前，全球常规的三种模拟彩色电视制式，是巧妙地依靠频带复用技术，在原来频道的黑白电视信号中，纳入了彩色全电视信号，解决了彩色电视兼容黑白电视这一技术难题。然而，这样得到的彩色电视图像，其质量远不及35mm的电影图像。为此，从上世纪70年代开始，人们就在不懈地研究、开发高清晰度的彩色电视。

高清晰度的彩色电视简称为高清；英文名是High Definition Television，简称为HDTV。

由于早期研发的电视是在模拟技术这一思路中诞生的，故在上世纪80年代之前，人们在研发HDTV时，还是依赖摸拟技术，走了一段弯路。随着数字技术的发展和普及，如今所讲的HDTV，是特指数字电视系统中的高清一族。

实际上，数字电视应用的根本目的是为了实现HDTV的服务，由于HDTV技术的严密性，导致了电视台在建设HDTV的初期，必须投入极高的费用。为了降低成本，顺利地从模拟电视过渡到HDTV，世界各国采取了一些折衷性的方案，主要是采用数字压缩编码技术，降低信号带宽，使数字化后的电视清晰度高于现有模拟电视、低于HDTV。

1996年底，FCC（美国联邦通信委员会）就规定：“所有美国的HDTV接收机必须采用数字技术，但并不意味着所有数字电视接收机都必须是HDTV，同时还有其它的可能性。”随后，美国Direc TV系统、日本Perfect TV系统、欧洲DVB-S系统，以及我国及欧洲的DVB-C系统，均是以数字SDTV（标清）形式出现，并约定俗成：“使用模拟电视接收机的用户，如果暂时不想更换成数字电视接收机，可以购买一个STB（机顶盒），将数字信号变成模拟信号。”这就潜移默化地重新定位了数字电视的概念 —— 既可以用于HDTV、亦可用于SDTV；但是HDTV是数字电视标准中最高的一种。

HDTV标准的主要内容

HDTV标准是一个模糊的概念，若进行细分可分为HDTV制作标准、HDTV传输标准和HDTV显示标准三个；其中传输标准又可再细分为无线电视传输标准、有线电视传输标准和卫星电视传输标准三种。

HDTV分全高清和标清。全高清，从技术上讲，全高清的显示屏整体物理分辨力要达到1920×1080p，也就是水平方向的分辨力要达到1920个像素，垂直分辨力要达到1080条扫描线。

ITU（国际电信联盟，简称国际电联）在其801报告中明确了：“HDTV是一个系统，即一个具有正常视觉的观众，在距该系统显示屏高度的三倍距离上所看到的图像质量，应具有观看原始景物或表演时的质量。这就要求HDTV图像的水平分辨率与垂直分辨率较常规电视都提高一倍以上，视频必须至少具备1080i或720 p电视线。其显示屏宽高比为16∶9，水平视角30度。信息是常规电视的五倍多。图像质量可与35mm电影首映质量媲美。伴音则采用多个声道，如：采用五个声道（左、中、右、左后、右后），具有环绕立体声效果，并可加一个重低音声道，每个声道的收听质量与CD（激光唱盘）相当。”

国家广播电影电视总局发布的《高清晰度电视节目图像、制作及交换标准》（GY/T 155-2000）中，明确规定了我国HDTV节目的图像、制作及交换的“图像分辨率为1920×1080，频率为24p、25p和50i三种。”

国家数字电视接收设备和性能标准制定工作组，对HDTV接收机的要求是：“能接收地面HDTV的射频信号，其图像的垂直分辨率不小于720线、图像显示模式为1920×1080i、宽高比为16∶9、向下兼容SDTV等。”

国家信息产业部公布的《数字电视接收设备 —— 显示器标准》中，明确了“等离子和液晶电视的图像垂直清晰度和水平清晰度必须达到720线以上才算高清”。

可见，国内各主管部门所明确规定的HDTV标准中的图像显示模式、电视线、分辨率等主要内容与ITU基本相同。

HDTV图像的显示模式

几乎在HDTV概念出现的同时，1080i、720p和1080p就像影子一样跟着出现。这里的i是英文Interlace的简写，中文称为隔行扫描方式，是交错的意思；p是英文Progressive的简写，中文称为逐行扫描方式，是进步或非交错的意思。这两个名词，源自于模拟电视的CRT（阴极射线管即显像管）技术系统，两者在画面的精细度上有着很大的差别，1080p的画质要胜过1080i。

传统的CRT电视的工作原理是通过电子束在显像管屏幕上一行行地扫描所发出的光点来显示图像的，电视信号在传输过程中，由于受带宽及技术条件的限制，只能传递隔行扫描信号。所谓隔行扫描和逐行扫描其基本方式如下。

以我国现行的彩色电视制式 —— PAL（相位逐行倒相制）为例，其图像扫描过程是把一幅625行的电视图像分成两场来扫，第一场称奇数场，只扫描625行中的奇数行（即：依次扫描1、3、5 …… 行）；而第二场称偶数场，只扫描625行中的偶数行（即：依次扫描2、4、6 …… 行）；通过两场的扫描来完成原来一帧图像扫描的行数，这就是隔行扫描。

这样， PAL制电视中的一幅图像625行扫描线，以及每秒50场图像，若是隔行扫描方式，可表示为625i或50i；是逐行扫描方式，就表示为625p或50p。NTSC（正交平衡调幅制）电视的一幅图像中的525行扫描线，以及每秒60场图像，若是隔行扫描方式，可表示为525i或60i，是逐行，就表示为525p或60p。

以上的表示方法，不仅代表了CRT电视的扫描方式，也代表摄像机拍摄的图像方式。摄像机拍摄PAL和NTSC制电视图像节目时，都是采用隔行扫描方式。弄清了隔行扫描方式，也就容易理解逐行扫描方式了。

简要地讲：隔行扫描方式就像百叶窗，是不完整的图像，是由两次扫描来显示一幅完整的图像。而逐行扫描方式才是一次扫描来显示一幅完整的图像。因此，隔行和逐行这两种扫描方式，所产生出的图像显示模式孰优孰劣，应该是很清楚的。

在HDTV系统中，同样存在着隔行和逐行两种扫描方式以及由其产生出的两种图像显示模式，这就使得HDTV标准在具体的应用中，出现了目前的1080i、720p和1080p。这里的1080、720则代表图像垂直方向所能达到的分辨率，但千万不能认为1080i会完全比720p好，尽管1080i可以提供更高的像素（1920×1080=207万），比720p的像素（1280×720=92万）高出不少。但从图像画面的稳定度来讲，720p更具有优势。当然，1080p是目前HDTV中最高规格的图像显示模式。

HDTV图像的线与电视线

1、线与电视线不是一回事

按照要求“HDTV图像的垂直清晰度和水平清晰度必须达到720电视线以上”。对于图像垂直清晰度，比较好理解，如平板式（液晶、等离子）电视，其垂直方向上有多少像素数，就可认为图像垂直清晰度是多少线，但不能认为是多少电视线。

在电视原理中，线与电视线不是一回事（如今在一些文献以及技术刊物中，不够明晰）。垂直方向上的像素数并不能代表相应的电视线，只有在最理想的情况下才能达到。对于电视的图像清晰度而言，垂直清晰度并不重要，可不予计较。

2、图像垂直清晰度的单位是线

一台图像分辨率为852×480的平板式电视，其852为图像水平方向上的像素数，480为图像垂直方向上的像素数，我们可以认为其图像垂直清晰度是480线；若图像分辨率为1024×768时，其图像垂直清晰度就是768线。

线是垂直清晰度的单位。一般来讲，垂直清晰度，都可达到HDTV的要求，主要是水平清晰度不够高，难以达到要求。

3、图像水平清晰度的单位是电视线

图像水平清晰度这个概念比较复杂，电视原理中解释为：“图像水平方向上的像素数量，并不代表水平清晰度，水平清晰度的单位是电视线”，对于HDTV中16∶9的平板式电视而言，其图像水平清晰度的电视线数值为：

图像水平方向上的像素数 ÷ 1.78

这样，一台图像分辨率为1366×768的平板式电视，其水平清晰度为1366÷1.78 = 768电视线，高于720电视线，但不能说：“图像水平方向上有1366个像素，其清晰度一定可以达到768电视线”；只能说：“水平清晰度最高不可能超过768电视线”。

对于42英寸的等离子电视而言，其图像分辨率有852×480、1024×768、1024×1024、1024×1080等四种。因此，图像分辨率为852×480的等离子电视，其图像清晰度是：852÷1.78 = 479电视线，也就是说852×480的等离子电视的图像水平清晰度，最高不可能超过479电视线。而1024×768、1024×1024、1024×1080三种分辨率的等离子电视，其图像水平清晰度最高也不可能超过576电视线。因此，42英寸的等离子电视，其图像水平清晰度都达不到720电视线，都不算HDTV。

而50英寸以上的等离子电视，图像分辨率一般为1366×768，水平清晰度为1366÷1.78 = 768电视线，最高可达到768电视线，符合HDTV的要求。因此，只有50英寸以上的等离子电视，才能达到HDTV标准图像的显示要求。

对于液晶电视而言，在图像分辨率上要比等离子电视具有优势。26英寸以上的液晶电视，其图像分辨率一般为1366×768，符合HDTV的要求。而且37、42、47英寸的液晶电视，很多达到1920×1080的标准，远远高出HDTV标准的显示要求。

4、FULL HD电视

如今，人们为了更进一步细化图像显示分辨率，也就是说在分辨率上有所区别于HDTV，将能够完全显示1080p分辨率的平板电视又称作FULL HD（全高清）电视。

FULL HD是Full High Definition的简写，是目前最顶级的高清格式，它的水平和垂直清晰度都必须达到1080p以上，物理分辨率达到1920×1080，能够完全显示207万象素顶级高清画质。对应地把720p称为标准高清，所以两者在画面显示的清晰度上有着本质的区别。很显然，由于在传输的过程中数据信息更加丰富，所以1080p在分辨率上更有优势，尤其在大屏幕电视方面，1080p能确保更清晰的画质。

传统的CRT彩色电视的辉点一般在0.65mm左右，比较好的能做到0.54。后期顶级特丽珑彩色电视的辉点大致在0.35mm左右。而FULL HD电视像素的点距为0.145mm，比普通液晶显示器的点距0.2 mm还要小。

因此，收看HDTV节目时，要想达到最佳效果，就需要使用FULL HD电视。FULL HD是目前HDTV中最高级别水平的电视。以目前的技术，市场上的等离子电视没有一款达到FULL HD，液晶电视中的37、42、47英寸，则可达到FULL HD要求。

1080i、720p和1080p含义

及其应用情况

由于HDTV的图像节目都是数字信号，因此有时只要用分辨率表示就可以了。但是，HDTV在拍摄时，也分隔行和逐行两种扫描方式，而且这两种扫描方式的场频（每秒钟显示的隔行图像数量）或帧频（每秒钟显示的逐行图像数量）也不相同。

1、1080i是世界各国快速建立HDTV系统的最佳方案

1080i的图像分辨率为1920×1080（207.3万像素），是国际认可的HDTV标准。其标准又可分为1080i/60Hz和1080i/50Hz两种。对于使用NTSC电视制式的国家来说，可采用1080i/60Hz格式，因为1080i/60Hz的场频同NTSC模拟电视相同。对于使用PAL电视制式的国家来说，则可采用1080i/50Hz模式，因为1080i/50Hz的场频同PAL模拟电视相同（见表一）。

1080i/50Hz及1080i/60Hz虽然在扫描线数上突破了1000线，由于它们采用的都是隔行扫描方式，是通过两次扫描来完成1080线，因此，每场实际扫描线数只有一半，即540线（1080 ÷ 2 = 540）。

这样，每秒钟在奇数行和偶数行交错提供25幅或30幅画面，这将在显示精细画面尤其是显示静止画面时出现轻微的闪烁和爬行现象。但是，由于多数时候电视图像都是动态画面，隔行扫描的缺点并不明显；另外更重要的原因是早期电视技术的限制，采用逐行扫描方式将大大提高电视技术难度和建设成本。因此，最终选定了隔行扫描方式作为电视图像显示模式的基础，以至在上世纪80年代早期的HDTV标准制定中，首先提出的也只有隔行扫描方式的1080i。

1080i电视图像节目在编、播中比较烦杂，如果是50i的节目，只能在1080/50i的电视系统播出，如果是60i的节目，只能在1080/60i的电视系统播出。1080/24p的节目，既可在1080/50i又可在1080/60i的电视系统上播出，无论是1080/50i还是1080/60i的HDTV，都统称为1080i。

另外，1080/60i或1080/50i的电视图像节目，通过“1080p逐行处理器”，可以转换成1080/60p或1080/50p，1080/24p的节目也可转换成1080/60p或1080/50p。

2、720p是第一次使大动态运动画面和静止画面两方面的显示都达到了完美的平衡

720p是PC（电脑）制造商和网络经营商，为了能更深的渗透到电视界，而“孕育”出的一个标准。在图像显示分辨率上，720p提供了1280×720（92.16万像素）。一开始，720p是以光盘为载体的HDTV播放机领域拓展地盘；近几年进入电视界。目前除美国之外（在世界上只有美国有一些电视台在使用），还没有一个国家采用720p的标准。

720p是一个统称，它分为60p、50p、30p、25p、24p五种帧频，可分别表示为720/60p（美国ABC电视台采用）；720/50p；720/30p、720/24p（FOX台）；720/25p。电视扫描频率一律为60Hz。

由于720p采用的是逐行扫描方式，一幅完整画面一次显示完成，单次扫描线数可达720线，水平扫描达到1280点画面既稳定清晰又不闪烁。

720p虽有很多优势，但在国内厂家得到全面支持的却是凤毛麟角，即使是国际品牌，也只有SONY公司才提供720p图像显示模式的支持。这是因为720p原本只应用在计算机显示领域，在电视机上的实现具有很大的技术难度，成本也非常高。也是长期以来，电视都是采用隔行扫描的原因所在。

随着社会的进步，人们逐渐对HDTV的静止图像画面的显示也提出了需求，导致了消费电子与计算机领域的技术融合，作为计算机显示基础的逐行扫描图像显示模式，也被吸纳到HDTV标准中来。可以讲：720p图像显示模式的制定，是HDTV第一次使大动态运动画面和高清晰静止画面两方面的显示都达到了完美的平衡。

3、1080p是在所有显示模式中显示效果是最为出众的，但是对系统负荷要求也是最高的一种

1080p是在1080i显示模式的基础上提供逐行扫描的方式，也是目前HDTV所有显示模式中显示效果是最为出众一种。但是，1080p对系统负荷要求也是目前最高的一种。

1080p的情况比较复杂，为了方便HDTV节目的制作和交换，全球范围内统一采用了1080/24p的标准，这种标准还被作为数字电影摄像机的标准，著名的《星战前传》电影、《大宅门》（我国第一部HDTV电视剧，2001年完成）电视剧，都是运用了1080/24p的标准拍摄的。

对电视接收机而言，能够显示1080/60p或1080/60i图像节目的电视机就能支持1080p。

目前已有少数液晶电视厂商和微显背投（LCD、LCoS和DLP）厂商开始提供1080p的产品，还没有1080p的等离子电视在提供（Samsung、LG等已经研制出了超大屏幕等离子屏，分辨率已经达到1080p，但是目前还没有商品化）。

1080p的电视在显示1080p的HDTV内容时图像质量非常好，但目前HDTV内容大都是720p和1080i两种显示模式，由于1080p对带宽要求比较高，如今还没有电视台直接发送1080p的节目，只是在电视台的前期拍摄和后期制作中应用1080p，或是在一些存储在光介质上提供节目源（见表一所示）。由此，造成了1080p内容非常匮乏。

由于1080p内容的匮乏，又造成了厂商们不急于推出1080p的电视产品。但是，一些推出了1080p的国外厂商指出，目前在美国的HDTV中，使用的1080i标准的图像节目在1080p电视上的播放效果要比720p的产品好。这是因为显示过程中720p显示1080i内容时，调整地幅度要大于1080p。

另外，还有一个重要的原因，这是因为在分辨率问题上，人眼的分辨能力也是一个决定因素，“只有在观看距离非常近或者是屏幕支持非常大的情况下，人的眼睛才能分辨出图像的清晰度是多少。”

对于目前应用较多的平板式电视（液晶、等离子），其工作时都是逐点显示，不存在扫描的问题，可以认为都是逐行扫描扫描方式的图像显示模式，都属1080p标准的范畴。

4、世界各国HDTV系统应用情况

HDTV刚刚出现时，由于成本等问题的障碍，使其缓慢发展，但时至今日，HDTV技术更加完善，成本已不成问题，世界各国都处在从SDTV到HDTV过渡时期。作为世界上数字电视技术最为成熟的美国和最早开发数字电视技术的日本，已经日益将数字电视的技术重点从前期强调与低端设备兼容的1080i转变到突出信号质量的720p。

目前在美国和日本，大多数的电视台均表示支持720p的节目，已开通的HDTV频道中，已有相当一部分是24小时提供720p节目内容。美国三大电视网之一、一举拿下10年奥斯卡颁奖晚会转播权、拥有235个电视台的ABC（美国广播公司）电视网率先在全美（阿拉斯加除外）开播720p数字电视。美国Fox电视台目前在其一半主要时段的节目提供720p的HDTV信号。而日本第二大电视台朝日电视台也开始在日本播放720p的HDTV信号。假以时日，720p将被越来越多的电视台和观众所接受。

2006年，微软与Cable Labs（有线电视试验网）公司之间的一项合作协议，展现了在PC播放有线HDTV的前景，PC制造商将在电脑插槽上安装一个PC卡，无需再使用独立的STB。为此，微软已在Windows下一个版本Windows Vista上建立对PC卡的支持。在网络上可以下载到图像显示模式为1080i、720p、1080p的HDTV影片。

如今，我国中央电视台已于2006年1月1日正式开播HDTV频道、上海电视台目前SMG的《新视觉》HDTV频道的HDTV节目储备超过1000小时、青岛电视台正在启动HDTV高清频道、厦门电视台已于2006年6月1日正式开播HDTV频道、天津、南京等电视台的前期拍摄和后期制作都采用了HDTV设备。

结语

从全球的角度观察，随着HDTV图像节目内容的大量涌现，大多数的广播运营商都在试图将服务内容向HDTV转移，许多地面和卫星广播运营商已经开始提供HDTV服务。

在我国，虽然HDTV还没有精确的时间表，但2008年的奥运会已是我国HDTV发展的一个重大转折点。北京奥组委的全面HDTV采、编、播，将极大地促进我国HDTV技术的发展和应用，产生巨大的影响，国内市场上传统的逐行扫描显示模式的HDTV也有了比较大的发展。从这个意义上来说，推广HDTV不仅仅是一个趋势，而且是迫在眉睫。

的确，HDTV的出现，至使国内广大民众在更换（选择）电视机时，朝着更大的屏幕、更高的清晰度方面发展，这已成为当代人们消费的时尚 ……