高畫質電視(HDTV)淺談
2008/01/31 6:26 pm 燦哥

隨著 HDTV(HDTV -- High Definition Television (HDTV) System ,「高畫質電視」,大陸稱為「高清電視」或「高清晰度電視」)設備的風行, HDTV 播放系統的漸次成熟, HDTV 開始被市場接受,全面 HDTV 的時代距我們越來越接近了。許多人開始對 HDTV 躍躍欲試,甚至「中華電信 MOD(大電視)」也計畫很快的能播映 HDTV ,屆時以現行網路頻寬「中華電信 MOD」是不是能依標準規格播送仍有待觀察。

然而,目前世界上實務經驗成功建置完整的 HDTV 播送系統的國家只有日本而已,尤其日本衛星 HDTV 更是兩岸三地「衛星小耳朵」發燒友們津津樂道的。其實在公元 2007 年初中國大陸也曾衛星試播幾星期的 HDTV ,但卻曇花一現。

一提到 HDTV ,許多人被這看似簡單的規格搞得一榻糊塗: 720P 、 1080i 、 1080P 、1125P 、 FULL HD ……很多人實在搞不清楚液晶電視 1080i 和 1080P 這些看似簡單又專業標示的區別。有許多關於 HDTV 的規則經常是以訛傳訛,積非成是;甚至一些廠商也加入搞混消費者模糊辨識之能事的行列,也讓 HDTV 認知和標示上更加混淆,讓他們有機會抱著能賣多少算多少的心態,「渾水摸魚」一番。

且讓我們從「i」與「P」的關係開始,瞭解 HDTV 的真面目。



■ 認識 HDTV 規格,「i」與「P」

HDTV 解析度標示中的「i」是「interlace」,稱為隔行掃瞄;「P」是「progressive」,稱為逐行掃瞄。這兩個名詞一直是舊制的 CRT 電視的規格,而這樣的標示法,也是攝錄影機拍攝或錄影時的圖像的格式。

電視系統早期都是隔行掃瞄系統的,因此對應電視節目的攝錄影機,也大多是隔行掃瞄的。也可以說,凡是收看類比電視錄影機拍攝的節目,全部是隔行掃瞄信號。

傳統的 CRT 電視的顯示原理是通過電子光束在螢幕上一行行的「陰極射線管」(俗稱映像管 Cathode Ray Tube – CRT 發明於 1897 年,後於 1951 年量產)循序掃瞄顯示圖像的。電視信號在傳輸過程中,由於受頻寬的限制,只傳遞隔行水平信號。

以 NTSC 電視機系統為例, CRT 電視在顯示工作的時候,把一幅水平 525 行圖像分成兩次來掃描投影顯示,第一次稱奇數場景,只掃瞄顯示奇數行(掃瞄 1 、 3 、 5 …行),而第二次只掃瞄偶數行(掃瞄 2 、 4 、 6 …行),通過兩次掃瞄完成原來一幅圖像的完整解析度,由於人類眼力構造具有視覺暫留效應,因此收視時仍是無間隙的一個完整的圖像,這就是隔行掃瞄(「i」)。

以 NTSC 制電視系統來說, CRT 電視螢幕有 525 行水平掃瞄線,每秒約 60 次(30x2次)掃描圖像,表示為 60i 或 525i 。假設是逐行掃瞄(「P」)的話,就稱作 60P 或 525P 。至於 PAL 制為 625 行,每秒 50 次(25x2次)圖像掃描,表示為 50i 或 625i ,逐行則稱為 50P 或 625P 。

由上述說明可知,類比電視圖像以掃瞄「行」(水平掃瞄線)表示, NTSC 標示為525/60i , PAL 系統標示則為 625/50i 。但「數位信號」則以「像素」或「顯示解析度」來表示,以大家較熟悉的 4:3 的電視規格顯示解析度為 720x480 為例,通常以水平高度作為標示,所以逐行掃瞄標示為 480P ,隔行掃瞄為 480i ,而 4:3 的 PAL 系統, 4:3 的顯示解析度為 720x576 ,逐行掃瞄則標示為 576P ,隔行掃瞄為 576i 。



■ HDTV 定義與傳統制式的不同

對於「i」與「P」的概念,嚴格來說如果在電視機、攝錄影機和圖幅(像)格式這三個關鍵要素裡,只要改變了其中一個規格就會變得複雜許多了,所以在 HDTV 規格上嚴格來說,的確有制定自己的格式標示方式的必要了。

「高畫質電視」HDTV,按照「ITU(國際電信聯盟)」的定義, HDTV 的圖幅是 16:9 的比例,而根據該聯盟公元 2000 年發表的文件顯示,美國的 HDTV 標準是 1920x1080 ,而一般公認觀看者在螢幕水平高度 3 倍的距離觀看時是最佳狀態,視覺上也較相近人類眼睛的視角,而與人眼視界場景較為接近。

其實除了美國與台灣個別幾個電視台或節目,搶先使用 1280x720 為製作 HDTV 節目標準外,世界各國,包括大陸、歐洲、澳大利亞、日本、韓國,新一代 HDTV 光碟 HD DVD 和 Blu-ray(BD 藍光),顯示解析度標準大都準備採用 1920x1080 的解析度,美國與台灣部份系統和節目之外,目前還沒有一個國家統一採用 1280x720 的 HDTV 標準。

現在大家一提到 HDTV ,馬上聯想到的是在賣場甚至網路賣場一大堆宣稱 HDTV 規格的液晶、電漿等電視機和播放器。而其實「高畫質電視」(HDTV)標準的制定開始於上世紀的 80 年代,美國的 HDTV 標準確定則是在上世紀的 90 年代,距今超過 20 年這麼久了,那時候「液晶電視」當然還沒有出現,制定標準時想當然爾就是從 CRT 電視為考量所延伸出來的,所以現在說的「i」和「P」名詞,自然就是 CRT 的概念了。

從 CRT 結構考量來說,考慮到當時 CRT 電視在技術上的限制,同時也為了配合當時的電腦 CRT 螢幕逐行掃瞄系統。 CRT 在顯示 1280x720 的圖像時,若採用逐行掃瞄系統,就稱為 720P 。而在顯示 1920x1080 的圖像時,若採用隔行系統,就稱為 1080i 。然而按照當初制定時的技術,還無法生產 1080P 的 CRT 電視機,而 1080P 的 CRT 電視機直到公元 2000 年以後才出現,但 CRT 隨即漸漸被淘汰了,快速的由最新技術液晶電視與電漿電視取而代之。

對於液晶和電漿電視結構上來說,顯示圖像時不需要掃瞄顯示,而且各個像素點可以是同時發光,如果硬要和「隔行」和「逐行」這種概念兜在一起,我們可以勉強歸類為液晶和大多數電漿電視都是逐行掃瞄的。那麼就不必「i」的標示了嗎?當然沒那麼簡單,因為還有一個關卡,那就是「攝錄影機」的格式。

從攝錄影機和後製剪輯角度來說, HDTV 錄影機雖然是數位的,但是掃瞄方式是從之前 CRT 格式錄影機沿用過來的,傳統的攝錄影機,全都為隔行掃描記錄的,所以目前市售的 HDTV 攝錄影機,大多數也保留了隔行掃瞄格式的同時再增加逐行掃瞄格式。當然,現在錄影機兩大陣營 Sony 與 Panasonic 也有純數位記錄的錄影機新產品上市了。但錄影後就是要再播出,當然又逃不掉這個枷鎖了!

由於各個國家和陣營各持己見,目前市面上的 HD 攝錄影機不僅保留了隔行、逐行的規格,而且還保留了 PAL 制 50Hz 頻率和 NTSC 60Hz 頻率的系統,雖然許多學者大多數主張 HDTV 不須有 PAL 和 NTSC 的分別,但是在美國、台灣、日本、韓國…等的 NTSC 地區,仍然保留了 60Hz 頻率系統,而大陸、澳大利亞、歐洲仍保留 50Hz 系統。而實際上 HDTV 節目都是數位信號,理論上應該只要以顯示解析度表示就可以了。

目前 HDTV 在拍攝和後製剪輯的時候也分為隔行掃瞄和逐行掃瞄兩種形式。以 1280X720 為例至少有 5 種格率(影格速率 -- Frame Rate 通常記為每秒鐘播放多少影格 -- fps),分別為 60P (fps)、 50P (fps)、 30P (fps)、 25P (fps)、 24P (fps),又簡稱為 720P ,還可分別表示為 720/60P (美國 ABC 電視台採用)、 720/50P 、 720/30P (部份台灣節目)、 720/24P(FOX 電影台)、720/25P 。其中的嚴肅的德國佬在選擇HDTV標準時也無端的湊了一角,制定了 720/50P 與 720/25P 但最後自己卻至今仍沒採用。



■ FULL HD 液晶電視爭議更多

關於電視機的格式,更加複雜,液晶和電漿電視顯示解析度高低各不同,而各國和地區對於顯示解析度達到多少的液晶和電漿才算 HDTV ,說法也不一。

從消費市場的規格而言,「美國消費電子協會」( Consumer Electronics Association; CEA )和「歐洲信息與通訊技術產業協會」(European Information & Communications Technology Industry Association; EICTA),提出的 HDTV 電視機規範, HDTV 顯示解析度必須達到 1280x720 以上。也就是說,上市的液晶和電漿顯示解析度,通用的標準解析度至少應該在 1280x720 以上才稱得上是 HDTV 電視,至於目前台灣和日本所標示的 FULL HD 則多為 1920x1080 。

FULL HD 的 1920x1080 的規格情況也很複雜,隔行的表示為 1080i ,逐行的表示為 1080P 。甚至 Sony 大廠的 1440x1080 也稱為 1080i 。在美國、台灣、日本掃描頻率為 60Hz ,可表示為 1080/60i 。在大陸、歐洲、澳大利亞則為 1080/50i ,這兩種格式都通稱為1080i ;甚至有 1920X1080P 才是 Full HD 的爭議。然而,繁雜的 HDTV 爭議並未因此而結束,為了方便 HDTV 節目的製作和交換,到底統一採用 1080/24P 或 30P 的標準都還有未定之天。然而依筆者實務經驗上了解, 24P 在運鏡上畢竟較為吃虧,尤其高速運動畫面上產生不連貫的畫面(如同電影影格 25f/s )是最為被詬病的,想必這是北京奧運若是堅持要用 1080/24P HD 拍攝時的一大考驗了。

其實對於液晶電視,以現在的硬體開發技術,有一部份廠商認為,不需要有 1080i 和 1080P 的分別,因為目前圖像處理電路技術發展高速運算處理晶片已經成熟,處理能力超強,具有「倍頻掃描」技術的播放系統比比皆是。所謂「倍頻掃描」就是把隔行掃描的 1080i 的圖像轉換運算處理成逐行掃描的 1080P 的圖像,可以把 1080/60i 處理成 1080/60P , 1080/50i 完美處理成 1080/50P ,包括另一個 1080/24P 規格的節目也可以運用這項技術轉換模擬成各種格式。而且將來幾乎任何一台液晶電視都有這項技術,甚至播放機或播放軟體就具備這個功能了。

從技術層面來說,液晶電視顯示解析度要達到高畫質應該比較容易,但電漿電視可就複雜好多倍了。目前市售電漿電視實際解析度從 852x480 、 1024x768 、 1024x1024 和 1024x1080 ,幾乎不符合上述學術單位對 HDTV 的制定標準。市場上只有少數50吋以上的電漿電視才勉強達到 HDTV 的要求。相對的,液晶電視的發展就比較迅速了,目前已有許多款 HD(1280x720)與FULL HD(1920x1080P)的液晶電視供選擇了。

另外一個比較特別的規格是 1125P 的影像訊號格式, 1125P 是日本 NHK 公司於 1967 年所訂立的 HDTV 的標準,水平影像頻率為 67.5kHz,畫素為 622 萬,以漸次逐行的掃描方式,播放 1920 x 1125 / 60 Hz 的超高解像度, 1125P 超高畫質、高亮度的畫面,堪稱目前最高的規格。但似乎只有 Panasonic 在推相容機種,至於面板解析度目前還是停留在 1920x1080 。

在液晶電視市場中,還是有一些業者含混其詞標示「支援」 HDTV 1080i 數位影音格式…等,以一般平價或小尺寸液晶電視為例,實際顯示解析度大多遠低於 1280x720 以下甚至 852x480 ,並不符合 HDTV 高解析度要求,而一部份貼出的規格所說的 1080P ,就是可以接收 1920x1080i 的信號,並且可以利用增點倍頻處理技術轉換成 1920x1080P 的格式。但是液晶顯示面板最大的顯示解析度只有 852x480 ,當然無法完全顯示 1920x1080 個像素,這種 1080P 的規格,業者的說法當然是附註說「兼容 1080i(P)」了。然而,目前新款的標示真正 Full HD 液晶面板,宣稱面板解析度達到 1920x1080 的液晶電視,面板反應速度也可到達 6ms (毫秒)左右的高階液晶電視在台灣市場上也正如火如荼的開戰了。



■ 結語

從消費者觀點來說,本來應該不需要去深入研究 720P 、 1080i 和 1080P 這些標示符號的意義,只要有好的「高畫質電視」(HDTV)可看即可,但最憂慮的是,被一些似是而非的規格數據所蒙蔽了,買到的卻是未必您所認知的 HDTV 以致做了冤大頭。而對製造商和規格制定團體而言,應該戮力拋棄這些「i」與「P」的枷鎖,甚至 NTSC 與 PAL 的藩籬,或許以後標示畫素即可,如以 720P 代表 1280x720 , 1080P 代表 1920x1080 就可以了,至於 NTSC 與 PAL 就免了吧。至於影格速率要用 24fps 或 25fps 或 30 fps,就由播放節目的系統業者從需求面去傷腦筋選擇了,因為液晶電視將來必定都是逐行的,而每秒鐘影格數量牽涉到的是播放的流暢度(排除面板反應速度因素外);至於畫質以目前規格來說,只要達到 1280x720 ,想必已經相當優良了,當然有些玩家則還是非要 1920x1080 的 Full HD 顯示解析度才接受就另當別論了。

影片片源也是一大難題,畢竟要 365 天 24 小時播放 HDTV ,完全 HD 的母源素材還是嚴重不足,哪怕是日本放送業者也一直為這種窘境困擾著。目前最大的瓶頸還是 HDTV 源頭的攝錄影機了,兩大 HD 攝錄影機陣營 Sony 與 Panasonic 似乎應該坐下來共同為發展和普及化 HDTV 的絆腳石移開才是。這樣才能讓影片播放和製作業者安心投入攝錄影系統與剪輯系統,也才能蓬勃 HDTV 這個市場。但這一點對於電視觀眾而言其實是不用太在意的,收視者只要買到真正的 HDTV ,然後開機時有高畫質節目可看就好了,至於一般消費者將來用什麼格式的攝錄影機拍攝和記錄影片,緇珠必較的消費者還是等等再說吧!



■ 附錄

   ● HD高畫質(高解析度)影像,工業標準規格

名稱

圖場/秒

格數/秒

畫面比例

像數比例

解析度

掃描序

1080/60i

59.94

29.97

16:9

1.333

1440x1080

Upper

1080/50i

50

25

16:9

1.333

1440x1080

Upper

720/30p

 

29.97

16:9

1.333

1280x720

NF

1080/60i

 

29.97

16:9

1/Square

1920x1080

Upper

1080/50i

 

25

16:9

1/Square

1920x1080

Upper

1080/24i

 

23.976

16:9

1/Square

1920x1080

Upper

1080/60p

 

59.94

16:9

1/Square

1920x1080

NF

1080/50p

 

50

16:9

1/Square

1920x1080

NF

1080/30p

 

29.97

16:9

1/Square

1920x1080

NF

1080/25p

 

25

16:9

1/Square

1920x1080

NF

1080/24p

 

24

16:9

1/Square

1920x1080

NF

1080/23.98p

 

23.976

16:9

1/Square

1920x1080

NF

720/60p

 

59.94

16:9

1/Square

1280x720

NF

720/24p

 

23.976/98

16:9

1/Square

1280x720

NF

1080/25p,PSF

 

25

16:9

1/Square

1920x1080

NF,PSF

1080/24p,PSF

 

23.976/98

16:9

1/Square

1920x1080

NF,PSF

※ Upper = Upper Field First 上圖場優先

※ I= Interlace 交錯掃描顯示

※ p= Progressive 循序掃描顯示 (倍頻掃描顯示)

※ NF= No Field 無圖場優先 (逐格Frame 影格播出)

※ PSF=Progressive Segmented Frame 分段循序掃描影格

●目前專業型攝錄影機大廠制式及影像規格

TYPE

影帶

資料率

MB/s/bit

S. freq

壓縮比

播放規格

D1

3/4"

216Mbps

27MB/8

4:2:2

non 

720x486

Betacam

1/2"

104Mbps

13MB/8

4:2:2

Analog

720x486

Betacam SX

1/2"

104Mbps

13MB/8

4:2:2

1/10

720x486

Digital ßcam

1/2"

240Mbps

30MB/10

4:2:2

1/2

720x486(SDI)

Digital-S

1/2"

50Mbps

6.25MB/8

4:2:2

1/3.3

720x486(SDI)

DVCPRO50

1/4"

50Mbps

6.25MB/8

4:2:2

1/5

720x480

mini DV

1/4"

25Mbps

3.2MB/8

4:1:1

1/5

720x480

4:4:4 HDCAM SR 

4:2:2 Digital Betacam, D-1, D-5, DVCPRO HD, DVCPRO 50 

4:1:1 NTSC DV,NTSC DVCAM, NTSC DVCPRO; PAL DVCPRO 

4:2:0 PAL DV, PAL DVCAM, HDV

SD(Y=13.5MHz  、R-Y=6.75MHz    、B-Y=6.75MHz)

HD(Y=74.25MHz、R-Y=37.125MHz、B-Y=37.125MHz)

RGB Video 1080i30

 

1664Mbps

208MB/8

4:4:4

 

1920x1080 

RGB Video 720p60

 

1488Mbps

186MB/8

4:4:4

 

1280x720

SONY 

XDCAM

PDW-F330

Disk

120+200+280

Mbps

15+25+35

MB/8

4:2:2

 

1440x1080 

XDCAM

PDW-F350

Disk

120+200+280

Mbps

15+25+35

MB/8

4:2:2

 

1440x1080 

HDW-F900R

1/2"

Mbps

MB/8~10

4:2:2

 

1920x1080 

HDCAM

HDW-730S

1/2"

Mbps

MB/8~10

4:2:2

 

1920x1080 

HDCAM

HDW-750

1/2"

Mbps

MB/8~10

4:2:2

 

1920x1080 

HDCAM SR

SRW-5000

1/2"

UP

3520Mbps

UP

440MB/8~10

4:4:4

4:2:2

 

1920x1080 

HDV     1080i

1/4"

1080iDV=25Mbps

3.75MB/8

4:2:0

 

1440x1080

HDV     720P

1/4"

720pDV=19Mbps

2.375MB/8

4:2:0

 

1280x720  

PANASONIC

AG-HSC1U

Disk

SDHC

6+9+13Mbps

 

UP1.6MB/8

 

4:2:0

 

USB

1440x1080 

AJ-HDC27HP

Disk

1/4"

100Mbps

12.5MB/8

4:2:2

1/6.7

1280x720

AJ-HDX400P

Disk

1/4"

100Mbps

12.5MB/8

4:2:2

1/6.7

1280x720

AJ-HDX900

Disk

1/4"

100Mbps

12.5MB/8

4:2:2

1/6.3+1/6.7

1280x720