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PAL与NTSC制式详解

qqmike 回答数4 浏览数785
PAL与NTSC是常见的两种电视机信号制式,什么是制式?
电视机信号的标准简称制式,可以简单地理解为用来实现电视机图像或声音信号所采用的一种技术标准。(一台国家或地区播放节目时所采用的特定制度和技术标准)。电视机制式就是用来实现电视机图像信号和伴音信号,或其它信号传输的方法,和电视机图像的显示格式,以及这种方法和电视机图像显示格式所采用的技术标准。只有遵循一样的技术标准,才能够实现电视机机正常接收电视机信号、播放电视机节目。就像电源插座和插头,规格一样才能插在一起,中国的插头就不能插在英国规格的电源插座里。
简单来讲,像是每秒显示多少帧,每帧总的像素数量,每个像素的显示时间、显示顺序都是包含在制式所要求的格式里面的。
在了解制式前,我们要先了解一下CRT工作原理
CRT显示器学名为“阴极射线显像管”,是一种使用阴极射线管(Cathode Ray Tube)的显示器。主要有五部分组成:电子枪(Electron Gun)、偏转线圈(Deflection coils)、荫罩(Shadow mask)、高压石墨电极和荧光粉涂层(Phosphor)及玻璃外壳。
传统的CRT电视机,工作的原理是通过电子束在屏幕上一行一行的扫描后发光来显示图像的。靠电子书激发屏幕内表面的荧光粉来显示图像的,由于荧光粉被点亮后会很快熄灭,所以电子枪必须循环不断地激发这些点。
首先,荧光屏上涂满了紧密排列的荧光粉点(荧光粉条、荧光粉单元),这些荧光粉点由红、绿、蓝三种颜色,相邻的红、绿、蓝荧光粉单元为一组,学名称之为像素,每个像素中都拥有红绿蓝(R\G\B)三种基色。
CRT显示器用电子束来进行控制和表现三原色原理。电子枪工作原理是由灯丝加热阴极,阴极发射电子,然后在加速级电场的作用下,经聚焦集聚成很细的电子束,在阳极高压作用下,获得巨大的能量,以极高的速度去宏基荧光粉层,这些电子束去轰击的目标就荧光屏上的三基色。为此,电子枪发射的电子束不是一束,而是三束,也就是说,每一次只轰击荧光屏上的一台像素点,每一束电子束负责轰击R、G、B里面的一种原色,他们分别受电脑显卡R、G、B三个基色视频信号的控制,去轰击各自的荧光粉单元。受到高速电子束的激发,这些荧光粉单元分别发出强弱不同的红绿蓝三种光。根据空间混色法(将三个基色光同时照射在同一表面相邻很近的三个点上进行混色的方法)产生丰富的色彩,这种方法利用人们眼睛在超过一定距离后分辨率不高的特性,产后生与直接混色法相同的效果。用这种方法可以产生色彩不同的像素,而大量的不同色彩的像素可以组成一幅漂亮的画面,不断变化的画面就成为可动的图像。也就是说,电子束以一定的顺序轰击完一幅画面所有的像素点后,形成了一幅图画,然后再轰击下一幅图画,当图画切换速度足够快时,便形成了连续的视频播放。若干行若干列的像素点组成一幅图,那电子束是以一种什么样的顺序轰击像素点的呢?
通过实现扫描的方式有很多,如直线扫描、圆形扫描、螺旋扫描等,其中直线扫描又可以分为逐行扫描与隔行扫描。不同的制式可能有不同的扫描方式。
逐行扫描、隔行扫描、行扫描、场扫描
逐行扫描:电子束在屏幕上一行接着一行从左到右的扫描方式。
隔行扫描:一张图像的扫描不是在一台场周期完成的,而是由两个场周期完成的。
无论是逐行扫描或是隔行扫描,为了完成对整个屏幕的扫描,就也就是一帧画面的扫描,扫描线并不是完全水平的,而是稍微倾斜的。为此,电子束既要做水平方向的运动,又要做垂直方向的运动。前者形成一行的扫描,称为行扫描,后者形成一幅画面的扫描,称为场扫描。
至于为啥每次三个电子束能准确发射到荧光粉屏幕的某个像素点的三个颜色基色区域,以及为啥能够完成从左到右、从上到下的运动,请自行查阅了解。
以NTSC电视机为例,在工作的时候把一幅525行的图像分成两场来扫描,第一场成为奇数场,只能扫描奇数行(依次扫描1、2、3...行),第二场称为偶数场,只扫描偶数行(依次扫描2、4、6.....行),通过两场扫描来完成一帧图像扫描的行数,由于人眼具有视觉暂留效应,因此去看在眼中时,仍是一幅完整的图像,这就是隔行扫描。
什么是PAL与NTSC?
有了上面知识的铺垫,对于了解PAL和NTSC便容易很多了。
PAL电视机标准,每秒25帧,电视机扫描线为625线,奇场在前,偶场在后,标准的数字化PAL电视机标准分辨率为720*576, 24比特的色彩位深,画面的宽高比为4:3, PAL制电视机的供电频率为50Hz,场频为每秒50场,帧频为每秒25帧,扫描线为625行。
也就是说,PAL制式意味着在扫描一幅画面时,是采用了隔行扫描的方式,扫描一场,是一帧画面的一半像素,扫描两场,也就是将奇数场和偶数场全部扫描,才是完整的一帧画面。PAL制式一秒扫描50场,也就是扫描了25帧画面。
NTSC制电视机的供电频率为60Hz,场频为每秒60场,帧频为每秒30帧,扫描线为525行,图像信号带宽为6.2MHz。采用NTSC制的国家美国、日本等国家。
NTSC和PAL归根到底只是两种不同的视频格式,其主要差别在于NTSC每秒是60场而PAL每秒是50场,由于目前的电视机都采取隔行模式,所以NTSC每秒可以得到30个完整的视频帧,而PAL每秒可以得到25个完整的视频帧。
这每秒一帧的细微差别在DVD的表现上会有什么区别呢?

影片胶片的速度是每秒24帧,而PAL制的DVD每秒就会比胶片多放一帧,也就是说同一部影片,PAL的放映速度会比胶片提高1/24;那NTSC每秒可以得到30个视频帧,是不是会比PAL来得更快呢,其实不然,NTSC采取了3-2PULLDOWN技术把影片转成每秒30帧。相同长度的影片,NTSC和PAL的放映时间换算是:NTSC时间 X 24/25 = PAL时间。链接:
https://www.zhihu.com/question/19763648/answer/572715321http://链接:https://www.zhihu.com/question/19763648/answer/572715321
http://xn--https-bl8js66z7n7i//http://www.zhihu.com/question/19763648/answer/572715321
影片和PAL每秒只差1帧,所以以前一般来说就直接一帧对一帧进行制作,这样PAL每秒会比影片多放一帧,也就是速度提高了1/24,而且声音的音调会升高。这就是一些DVD爱好者不喜欢PAL制DVD的原因之一。但是据说目前有些PAL制DVD采取了24+1的制作方法,就是把24帧中的一帧重复一次,从而获得跟影片一样的播放速度。
什么是超清?
720P、1080i中的i是interlace,代表隔行扫描;P是Progressive,代表逐行扫描。
NTSC制节目共525行扫描线,每秒60场图像,表示为60i或525i,如果是逐行扫描的,就称作60P或525P。PAL制节目为625行,每秒50场图像,表示为50i或625i,逐行则称为50P或625P。记住,这是针对CRT电视机机的。
以上的表示方法,不仅代表了CRT电视机的扫描格式,也代表摄像机拍摄的图像的格式。因为电视机系统最初都是隔行扫描系统的,因此对应NTSC和PAL制电视机节目的摄像机,也全部是隔行扫描的,就是说凡是电视机摄像机拍摄的NTSC/PAL制节目,全部是隔行扫描信号,分别表示为525/60i和625/50i。记住,这是针对电视机摄像机的。

电视机机扫描线和像素的关系
清晰度定义
  清晰度指影像上各细部影纹及其边界的清晰程度。
  清晰度,一般是从录像机角度出发,通过看重放图像的清晰程度来比较图像质量,所以常用清晰度一词。 而摄像机一般使用分解力一词来衡量它“分解被摄景物细节”的能力。单位是“电视机行(TVLine)”也称线。意思是从水平方向上看,相当于将每行扫描线竖立起来,然后乘上4/3(宽高比),构成水平方向的总线,称水平分解力。它会随CCD象素数的多少、和视频带宽而变化,象素愈多、带宽愈宽,分解力就愈高。PAL制电视机机625行是标称垂直分解力,除去逆程的50行外,实际的有效垂直分解力为575线。水平分解力最高可达575x4/3=766线。但是限制线数的主要因素之一还有带宽。经验数据表明可用80线/MHz来计算能再现的电视机行(线数)。如6MHz带宽可通过水平分解力为480线的图像质量。低档家用录像机,如VHS,最多能有240线的清晰度,高档家用摄录机,如S-V而数码摄录机的记录方式是数码信号的格式,清晰度在500线以上。(普通电视机的清晰度大约280线,VCD的清晰度是230线)。
分辨率和清晰度
我们拟从电视机说起,在电视机中,又打算从大家都最关心的分辨率和清晰度问题说起。
  分辨率和清晰度还用得着讨论吗?
  说起电视机的分辨率和清晰度,似乎是尽人皆知、谁人都懂的问题,好像没有什么值得可谈的,更没有必要作专文加以讨论。
  在与清晰度有关的用语中,除了清晰度一词以外,我们经常还可以见到分辨力、分辨率、解析力、解析度、解像力、解像度这些词语。对于这些词语分别的含义和所指的具体内容是指什么,怎样使用才合适,目前流行的看法是很不统一的,归纳起来主要有3种不见的看法。
  第一种:分辨率就是清晰度
  这是一种最普遍的看法。这种看法认为,这些词语的意义是一样的或者说是一致的,有的人习惯于用分辨力(率)、分解力、解析力(度)和解像力(度)这一类词,而另一些人习惯于用清晰度这一台词。或者说,这些词的意义是一样的,但在习惯上对不同的对象使用不同的词汇,如习惯于将清晰度一词用于电视机机,将分辨率一词用于计算机之类的显示器。
  第二种:分辨率和清晰度是两回事
  这种意见认为清晰度与分辨率(还包括分辨力、解析度、解像度等几个词语)有着本质的区别,它们所指的具体内容本来就不一样。具体说来,清晰度是指人眼宏观看到的图像的清晰程度,是由系统和设备的客观性能的综合结果造成的人们对最终图像的主观感觉。(虽然是主观感觉,但不像主观听音评价那样不可以用一台客观标准来计量,清晰度这种主观感觉是可以进行定量测试的,即可以用黑白相间的线条的粗细来衡量,并有标准的测试方法和测试图,其测量数据有明确的单位,即电视机线TVL)。
  而分辨率与清晰度不同,它不是指人的主观感觉,而是指在摄录、传输和显示过程中所使用的图像质量记录指标,以及显示设备自身具有的表现图像细致程度的固有屏幕结构,说具体点就是指单幅图像信号的扫描格式和显示设备的像素规格。图像信号的扫描格式也好,显示设备的像素规格也好,都是用“水平像素×垂直像素”来表达的,其单位不是“线”,而是“点”。图像信号的分辨率和显示设备的分辨率是制式和规格决定了的,是固定不变的,而清晰度是因条件而可改变的。清晰度的线数永远小于图像信号分辨率像素所连成的线数。比如,对于PAL制电视机720×576的扫描格式,其水平像素为720点,也就是可以得到720条垂直竖线,但不论用什么超清晰度的显示器,也不可能获得720条电视机线的水平清晰度。
  第三种:分辨率和清晰度可以互换使用,但概念不同
  这种意见实际上是介于上述两种极端意见之间的意见。这种意见认为:电视机系统有一台清晰度,也可叫分辨率、分解力、解析力和解像度等;电视机机最终反映的图像也有一台清晰度,也可以叫分辨率、分解力、解析力和解像度等,因此二者是可以互换使用的。但是,二者的概念并不一样,因此虽然清晰度一词和分辨率那几个词可以随便互换使用,但在心目中不能将“电视机制式的清晰度”和“电视机机所达到的图像清晰度”两者混淆。
  对于以上3种意见,不知您赞同哪一种?不管赞同哪一种,目前的实际情况是,3种意见是并存着的;说不要将两者混淆,实际上这种混淆的情况是随处可见的。就以身边刚刚发生的一件小事为例,就可以知道不搞清这个问题的麻烦了。事情是这样的:一位同事将一份新方特出版的《数码影像产品导购手册》(2003.8总第24期)给我看,问为啥索尼的和松下的总共20款数字摄录机的“水平解像度”分别是500线、520线和530线3种情况,而佳能在手册上仅有的6款摄录机的“水平解像度”全部都是625线,难道佳能的摄录机比索尼和松下的摄录机清晰度要高100多线吗?
  我向他解释说,索尼的和松下的是指摄录的图像信号可以达到的水平清晰度的“电视机线”数,而佳能的是指摄录的图像信号制式的扫描线数,即PAL制720×625中的625线。前者是水平解像力所具备的清晰度,后者直接就是垂直解像力,也就是我们所说的垂直分辨率。因此,索尼和松下摄录机表示的“水平解像度”多少线,与佳能摄录机表示的“水平解像度”多少线是完全不同的两回事。那位同事听来听去很难搞得清楚,最后只好抱怨说:一台是水平的,一台是垂直的;一台是转换过的,一台是没有转换的,那为啥都一律说成是“水平解像度”呢?——我还能说什么呢?只好说:我也闹不明白,为啥许多人都不但认同将清晰度与分辨率、解像度等词混用,而且还要近乎顽固地维护这种让明白的人可能明白,不明白的人就让他不明白的做法!
为了让不明白的人也能明白一点,我们在下面将对电视机的清晰度、分辨率和电视机制式的概念和来源作一台简单介绍,使上面所说的这个问题能得到比较统一和合理的认识。
  电视机的清晰度
  1、人眼的分辨力和电视机的清晰度
  人眼的分辨力是指人眼对所观察的实物细节或图像细节的辨别能力,具体量化起来就是能分辨出平面上的两个点的能力。人眼的分辨力是有限的,在一定距离、一定对比度和一定亮度的条件下,人眼只能区分出小到一定程度的点,如果点更小,就无法看清了。根据人眼的分辨力,决定了影视工作者力求达到的影像清晰度的指标,也决定了采用图像像素的合理值。
  人眼分辨图像细节的能力也称为“视觉锐度”,视觉锐度的大小可以用能观察清楚的两个点的视角来表示,这个最小分辨视角称为“视敏角”。视敏角越大,能鉴别的图像细节越粗糙;视敏角越小,能鉴别的图像细节越细致。在中等亮度和中等对比度的条件下,观察静止图像时,对正常视力的人来说,其视敏角在1~1.5分之间,观察运动图像时,视敏角更大一些。
  为了将研究的对象从两个点扩大到一台面,所以将视敏角从人眼到两个点之间的夹角,引伸到从观察点(人眼)到一定距离的一条相邻黑、线条”之间的夹角。如果观察的是在垂直方向上排列的一系列连续水平黑白线条,则能表现出图像的垂直清晰度;如果观察的是在水平方向排列的一系列连续垂直黑白线条,则能表现出图像的水平清晰度。
电视机正是利用了这个原理,确定出了电视机应当设计成具有多高的垂直清晰度和多高的水平清晰度,再从清晰度推算出需要多少条水平扫描线和多少条垂直扫描线,从扫描线又推导出需要多少水平像素和多少垂直像素,也即建立起了相应的图像的分辨率和单幅电视机图像的扫描格式,将它再与每秒钟图像的显示次数和其它指标结合起来,最终建立起了相应的电视机制式。下面,我们以PAL制电视机为例,说明其清晰度和分辨率是怎样演变出来的。
  2、垂直清晰度
  上面已经提到过,根据视敏角原理,人眼能辨别在垂直方向上排列的相邻黑白水平线条的细致程度叫垂直清晰度,但是如何来鉴别和量度这个细致程度呢?下面参照图4来加以说明。假设画面高度为H,在垂直方向上有M条黑白相间、具有一定宽度的水平线条,每条水平线条在垂直方向上的宽度为h。如果人眼在距离为L处刚好可以分辨清楚这些水平线条,则视敏角θ可表示为:
  θ=h/L(弧度)
  因为每条线对的宽度为
  h=H/M
  则有
  θ=H/(LM)(弧度)
  将弧度化为角度后,则为
  θ=3438H/(LM)(分)
  也就是
  M=3438(H/L)(1/θ)
  试验表明,观看图像的最佳距离应当是画面高度的4倍至5倍,这时的总视角约为15度,在这种情况下,可以保证人眼不转动就能看到完整的画面。这个距离,既可以避免因过近观看时眼球需要不停地转动而引起眼疲劳,又可以避免过远观看时对图像辨别能力的降低,以及防止画面以外的景像进入视野中。如果选择观看距离L为画面高度H的5倍,即L=5H,将其与视敏度θ=1.5分一起代入上式后,则为
  M=3438(1/5)(1/1.5)
  =458(线)
  这个458线也就是我们所说的458条电视机线,简称“线”。从上面的计算可以看到,在5倍画面高度的距离观看图像时,人眼的垂直分辨力是约458线,这时图像所具有的垂直清晰度正是458线。这样,在制定电视机制式的扫描格式时,其垂直像素应当基于458线清晰度来考虑。
  [编辑本段]水平清晰度
  水平清晰度的确定,与确定垂直清晰度的思路是一样的。不过,由于电视机机画面的宽高比,以及垂直清晰度和水平清晰度对整体图像质量影响的关系,不经过上述复杂的推导,也可以很省事地算出水平清晰度线数来。
  传统电视机屏幕的宽高比是4:3,这是根据原来的影片银幕的长宽比预先确定下来的。试验说明,在图像显示时,水平清晰度和垂直清晰度应当接近或一样,才能获得最佳的图像质量。利用这两点,再根据垂直清晰度计算原理,将垂直清晰度线数乘以屏幕幅型比4/3,立即可以算出图像的水平清晰度线数N为
  N=4/3 M
  =4/3×458
  =610(线)
  这就是说,在5倍画面高度距离观看4:3画面的图像时,人眼的水平分辨力约为610线,这时图像所具有的水平清晰度正是610线。
  以上就是电视机垂直清晰度和水平清晰度的来源。从这里不难看出,在明确了人眼的垂直和水平“分辨力”后,也明确了电视机的“清晰度”的概念:电视机的清晰度是指电视机机已经显示出来的黑白相间的直线,在垂直方向或水平方向将屏幕排满时,人眼所能辨别的最细线条数,或者说能辨别的最多线条数。在垂直方向排列的这种水平线条的最大数量,是电视机的垂直清晰度;在水平方向排列的这种垂直线条的最大数量,是电视机的水平清晰度。
版权声明:本文为CSDN博主「一执念」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接:https://blog.csdn.net/qq_43595018/article/details/122141232
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库洛洛 | 来自北京
太牛了[赞]
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wycctqxl | 来自北京
谢谢,有帮助就好[大笑]
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飞鱼传说 | 来自北京
请问一下为什么PAL制电视的分辨率是720*576,而扫描线却是每秒625个[好奇]
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moreMix | 来自吉林
讲解详细,感谢老师,!
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