图像信号的清晰度之现行电视的清晰度

作者：家庭影院技术 陈俊文

欢迎访问e展厅 展厅 1 电视机/机顶盒/投影机展厅 数字电视/智能电视, 机顶盒, 广告播放机... 一、现行电视的清晰度 世界上的电视制式有3大类，即PAL制、NTSC制和SECAM制。每一类制式中又各细分了若干种制式。我国大陆使用PAL-D制，香港地区使用PAL-I制，台湾用NTSC-M制，日本也用NTSC-M制。本文以PAL-D制为例进行电视图像信号的清晰度计算，也一并介绍一下NTSC-M制的清晰度，因为我国的视频播放机及其技术多半来自于日本，在家庭影院中经常使用到NTSC-M制。 1、PAL制电视清晰度的计算 我国PAL制电视图像的清晰度，在知道了其图像的有效像素确实是720×575后，如果没有其他原因，按照孔阑效应和扫描线有效性的原理，在有效像素上乘以一个系数K=0.75，就能直截了当地将其垂直清晰度和水平清晰度求出来。 但是，正如我们原来已经提到过的，实际上这个方法对垂直清晰度的计算有效，对水平清晰度的计算又另当另论了。为了将问题一步一步地解决，我们还是先将垂直清晰度计算出来再说。 （1）垂直清晰度的计算 业界计算垂直清晰度的方法是很正规，它使用的是每帧的“总扫描线”625行，而用了逆程系数β来将其还原为“有效行”，具体如下： 已知每帧总扫描线数为Z=625行，逆程系数β=0.08，有效系数K=0.75，垂直清晰度的线数M（电视线）则为： M = K（1-β）Z………（1） 代入数字计算，可得 M = 0.75×（1-0.08）×625=431线 逆程系数β是场扫描线中回扫线行数与总行数之比，即β=50/625=0.08，则正程系数为（1-β）=0.92。从625×0.92=575就可以算出，正程扫描能传送图像信号的有效扫描线为575行。 如果明明知道有效扫描线行数为m=575行，不用经过上面那种比较复杂的计算，只要直接将其乘以有效系数K，就能得出垂直清晰度的线数来： M = Km………（2） 代入数字计算，也可得 M=0.75×575=431（线） 可见，用有效扫描线乘以有效系数的计算方法，与业界用场逆程系数和总扫描线来计算垂直清晰度的方法虽然形式上不一样，但实质和结果是一样的。 （2）水平清晰度的计算 如果没有视频带宽和逆程扫描等问题，将垂直扫描线行数n乘以有效系数K，就能很快得到水平清晰度线数N（电视线）： N = Kn………（3） 假如有效垂直扫描线行数n=720行，代入公式计算，可得 N=0.75×720=540（线） 但这个结果是错误的，实际上业界不是用这种方法来计算水平清晰度，而是利用每行正程行扫描时间和视频带宽来计算图像信号水平清晰度的。计算方法如下： 设水平清晰度为Hr，视频带宽为△f，每行正程行扫描的时间为THr，并已知THr=52μs；电视画面的幅型比为A，并已知A=4/3，则有： Hr=△f×2THr/A………（4） 在（4）式中，除了视频带宽△f是变动的以外，THr和A都是已知的。那么，根据不同的视频带宽，就可以计算出不同的理论水平清晰度来： ①当在最高视频带宽△f=fmax=6MHz时 Hr=6M×2×52μs÷（4/3）=468（线） ②当图像信号是从天线端输入，因为受图像通道带宽的限制，视频带宽变窄，又没有使用梳状滤波器，其带宽只有△f=4.2MHz，这时的理论水平清晰度为： Hr=4.2M×2×52μs×（4/3）=328（线） ③当输入电视机的图像信号通过数字梳状滤波器进行亮色分离后，视频带宽可高达5.0MHz，这时的理论水平清晰度为： Hr=5M×2×52μs÷(4/3)=390（线） 从上述的计算可以看出，应用视频带宽的计算方法，我国PAL制电视所传送的图像信号，其最高水平清晰度为486线。当通过RF天线射频端子输入电视机而又没有采用数字梳状滤波器时，其理论水平清晰度只有328线，这种电视机业界标准规定其水平清晰度应≥300线。当输入电视机的信号采用了数字梳状滤波时，其理论水平清晰度可高达390线，这种电视机业界标准规定其水平清晰度应≥350线。 （3）小结 从以上的介绍不难看出：对图像信号的垂直清晰度，可以用有效水平扫描线乘以有效系数0.75直接算出。对于图像信号的水平清晰度，如果确实明确了其真正用于正程显示图像的有效垂直扫描线，也可以通过有效垂直扫描线乘以有效系数0.75直接算出。但如果只知道水平扫描线上的取样点，但并不知道真正用于显示图像有效取样点是多少，也即不明确真正的垂直扫描线是多少时，就不能用理论水平取像点乘以有效系数0.75的方法来计算水平清晰度，而应当视频带宽的方法来计算。 对电视机来说，同一个制式下，不同的接口方式和使用不同类型的滤波器，获得的视频带宽也各不一样。在滤波器中，有模拟滤波器、数字滤波器、数字梳状滤波器、多行数字梳状滤波器和自适应数字梳状滤波器等之分，各种滤波器滤波的效果不同，获得的视频带宽也不同，最后在电视机上能显示的清晰度也各有差异。由这里也可以看出，从图像信号的分辨率到电视机显示出来的清晰度之间是不能直接换算的。 2、NTSC制电视的清晰度 NTSC-M制电视的视频带宽为4.5MHz，单幅图像的扫描格式为720（704）×525，有效扫描线为480行，其帧频为30帧/秒，场频为60场/秒，行频为15.75kHz，行逆程系数β=45/525=0.086，正程行扫描时间为1秒÷15，75kHz=52μs。 （1）NTSC制电视图像的垂直清晰度M： M=K（1-β）Z=0.75×0.914×525=360（线） 可见，NTSC制电视图像的垂直清晰度只有360线，低于PAL制的垂直清晰度431线，差距达70线左右。 （2）NTSC制电视图像的水平清晰度 已知NTSC的最大视频带宽为△f=4.5MHz，正程行扫描时间为THr=52μs，则水平清晰度为： Hr=△f×2THr/A=4.5M×2×52μs÷（4/3）=351（线） 可见，NTSC制的最高理论水平清晰度如果用视频带宽的方法计算，仅为351线，比PAL制的最高理论水平清晰度468线低117线。总体来说，NTSC制的垂直和水平清晰度都比PAL制的要低20%以上，而不是原来人们认为的只有垂直清晰度差一些，而水平清晰度是一样的。这种制式的优点只有一条，即因为场频为60Hz，比场频为50Hz的PAL制图像的残余闪烁要轻。 3、用单位视频带宽来计算水平清晰度 通过对PAL制电视和NTSC制电视水平清晰度的计算可以看出是一个规律，如果用视频带宽来计算水平清晰度时，因为公式中的正程行扫描时间THr和幅型比是固定的，只有视频带宽△f是可变化的，那么如果知道单位视频带宽（1MHz）所对应的清晰度线数后，就可以用简化的方法直接求出水平清晰度来。 设视频带宽为单位带宽1MHz，则有 Hr=△f×2THr/A=1M×2×52μs÷（4/3）=78（线） 由此即得到了“78线/MHz”的结果。利用这个结果，按下式可以直接求出水平清晰度：Hr1=△f×78（线）………（5） 这样一来，所有不同规格的视频图像信号，当其画面幅型比为4:3时，只要知道它的视频带宽△f，利用（5）式，将这个带宽值乘以78（线/MHz），立刻就可以求出其水平清晰度有多少条电视线来。这个方法，在计算水平清晰度时很有用，家庭影院爱好者应当掌握，我们在下面计算VTR、VCD、SVCD和DVD时也要用到。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (6/8/2004)