馬亞乾

【摘 要】 對(duì)事物的逼真清晰再現(xiàn)是人類奮斗的目標(biāo)。電視清晰度悄然發(fā)生進(jìn)化，高清電視已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，超清、超高清已然眼前。

【關(guān)鍵詞】 電視清晰度 數(shù)字技術(shù) 實(shí)現(xiàn)

一、傳統(tǒng)模擬電視制式的清晰度概念

清晰度是人眼對(duì)觀察場(chǎng)景的最直觀感覺，清楚逼真就是清晰度高?？梢远x為一定距離和單位尺度內(nèi)人眼能分辨的最小單元數(shù)或最細(xì)條紋數(shù)的相對(duì)多少。

1.清晰度的生理學(xué)來源：人眼觀察和分辨圖像細(xì)節(jié)的能力也就是視覺銳度可以用能觀察清楚的兩個(gè)點(diǎn)的視角θ來表示，假設(shè)畫面高度為H，在垂直方向上有在距離為L(zhǎng)處可以分辨清楚的條紋數(shù)是M，則視敏角θ可表示為：θ=h/L（弧度），因?yàn)槊織l線的寬度為h=H/M，則有θ=H/（LM）（弧度），將弧度化為角度后，則為θ=3438H/（LM）（分），也就是M=3438（H/Lθ）。

顯然，清晰度是一個(gè)相對(duì)的概念，隨著觀察距離、圖像高度的不同而不同。相對(duì)圖像尺寸或顯示屏幕大小來說，能分辨的細(xì)節(jié)就越多，單位尺度范圍內(nèi)條紋數(shù)越多，圖像就越清晰，也就是清晰度就越高。大屏幕電視尤其是LED屏近距離看清晰度是非常糟糕的，而高清手機(jī)屏雖只有幾英寸，近看卻是相當(dāng)清晰的，原因就在于此。

試驗(yàn)表明，人眼的視敏角是1--1.5分，觀看圖像的最佳距離是畫面高度的4倍至5倍時(shí)，總視角約為15度，可以保證人眼不轉(zhuǎn)動(dòng)就能看到完整的畫面。這個(gè)距離，既可以避免因過近觀看時(shí)眼球需要不停地轉(zhuǎn)動(dòng)而引起眼疲勞，又可以避免過遠(yuǎn)觀看時(shí)對(duì)圖像辨別能力的降低，以及防止畫面以外的景像進(jìn)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分一起代入上式后，則為：M=3438×（1/5）×（1/1.5）=458（線）。這就是在最佳觀察距離內(nèi)正常人眼分辨力458線的來源。

2.電視清晰度的技術(shù)來源：電視圖像是對(duì)過去事物或遠(yuǎn)距離事物的技術(shù)再現(xiàn)，其逼真程度就是電視清晰度。嚴(yán)格定義是：圖像在等于屏幕高度的尺寸范圍內(nèi)可顯示的條紋數(shù)。無論在水平方向還垂直方向都是一樣的，不過在水平方向叫水平清晰度，垂直方向叫垂直清晰度。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試卡或具有100%幅度正弦波的復(fù)合測(cè)試信號(hào)（在屏幕上表現(xiàn)為黑白像點(diǎn)）來測(cè)定圖像的水平清晰度。只要在屏幕上確定最高可分辨的正弦波頻率f，也就是帶寬，那么水平清晰度H就是（2fT）/k（式中k是圖像寬高比或叫幅型比，T是行掃描正程期）。我國(guó)使用的PAL-D制式標(biāo)準(zhǔn)是1秒內(nèi)625行50場(chǎng)隔行掃描，就是說行頻是625*50/2=15625Hz，T=52，k=4：3，屏幕上水平方向可分辨的條紋數(shù)是104f，水平清晰度H=78f。這就是1MHz帶寬約等于80線的由來，PAL制圖像信號(hào)的最高頻率為6MHz，因此PAL制彩色電視的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)可提供的最高水平清晰度為468線。

垂直清晰度也可描述為在垂直方向顯示的可分辨的最大黑白條紋數(shù)，理論上可理解為一條正程掃描線就是一條紋，那么按照我國(guó)PAL-D制式標(biāo)準(zhǔn)，共有625行掃描線，但除去逆程掃描49行，理論上的有效行為576行，由于隔行掃描和孔斕效應(yīng)，最后能實(shí)現(xiàn)的垂直清晰度只能430線左右。

二、數(shù)字電視制式的清晰度概念

從節(jié)目采集、節(jié)目制作、節(jié)目傳輸直到用戶端都以數(shù)字方式處理信號(hào)的方法就是數(shù)字電視技術(shù)，當(dāng)原始的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)時(shí)，取樣樣點(diǎn)構(gòu)成數(shù)字圖像的最小單元，也叫數(shù)字圖像的像素，水平方向即每行的總樣點(diǎn)數(shù)乘垂直方向的總樣點(diǎn)數(shù)或有效行數(shù)也就是一幅數(shù)字圖像的分辨率。以PAL制電視來講，行頻為15625Hz/s，如果以帶寬6MHz作為圖像信號(hào)最高頻率，那么每行能顯示ft=6000000/15625=384周。如果正半周為白，負(fù)半周為黑，每個(gè)行周期能顯示768條黑白線。理論上的有效掃描行是576行，768×576就是常規(guī)電視最高分辨率，也就是數(shù)字電視技術(shù)規(guī)定的標(biāo)清電視最高分辨率。但由于顯示屏制造工藝流程和電視制式的原因，標(biāo)清電視分辨率是720×576。

那么數(shù)字圖像的分辨率就是它的清晰度嗎？根據(jù)前面的討論，顯然不是一回事，分辨率是對(duì)圖像的采樣結(jié)果，或是顯示屏整體像素結(jié)構(gòu)，清晰度卻是人眼的主觀感覺，但高分辨率一定是高清晰度的前提條件。如我們常見視頻分辨率：VCD是350×280，DVD是720×576，小高清電視是1280×720，真高清是1920×1080，清晰度就是依次升高的。

三、數(shù)字化（攝像、處理、壓縮、傳輸和還原）技術(shù)的突破

近年來，由于數(shù)字電路技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，高清電視攝像、處理、傳輸及還原再現(xiàn)技術(shù)日益成熟，而且另辟蹊徑發(fā)展一套完全有別于傳統(tǒng)電視制式的電視節(jié)目收發(fā)體制，即數(shù)字電視或IP電視，不僅改變了過去被動(dòng)收看為節(jié)目點(diǎn)播和互動(dòng)參與，還使過去難以想像的高清電視現(xiàn)已基本普及，并將向更高清晰度超清電視邁進(jìn)。上世紀(jì)80年代，日本公司投巨資研究高清模擬電視，美國(guó)則另辟溪徑，著手研究高清數(shù)字電視。結(jié)果日本的投資打了水漂，白白浪費(fèi)了寶貴時(shí)間、金錢和精力，10年后還得走數(shù)字化電視這條路

傳統(tǒng)電視不管采用什么制式，一個(gè)頻道都要占用6-8Mhz帶寬，在寶貴的常規(guī)頻道資源中也只能傳輸幾十套節(jié)目。按照前文的計(jì)算，如果要達(dá)到1000線的水平清晰度，將需要13.5Mhz帶寬。如果是逐行掃描，則需要30MHz的帶寬，從頻道資源上來說，這將是巨大的消耗和不可承受之重。而采用數(shù)字傳輸制式，其數(shù)字帶寬就是數(shù)字模式下數(shù)碼率，亦即在單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)傳送的數(shù)據(jù)量。這樣就避開了傳統(tǒng)頻道和帶寬的限制。又如一張分辨率為1920×1080的高清彩色照片約有6MB的數(shù)據(jù)量，如果按電視制式播放每小時(shí)將產(chǎn)生540GB數(shù)據(jù)量，而播放標(biāo)清電視需要數(shù)據(jù)流量才108GB。高清電視傳輸和播放需要的數(shù)據(jù)流量是標(biāo)清電視的五倍以上，這么大的數(shù)據(jù)流量是常規(guī)電視體制難以承受的。

隨著數(shù)字壓縮技術(shù)的發(fā)展，這個(gè)問題得到完美解決。如對(duì)傳統(tǒng)電視的數(shù)字化改造，在有線數(shù)字電視系統(tǒng)，在一個(gè)8MHZ的頻道可以傳輸標(biāo)清節(jié)目7套；如果要加一套高清，那也可以傳輸3套標(biāo)清節(jié)目。更有前途的數(shù)字電視發(fā)展的另一方向就是交互式網(wǎng)絡(luò)視頻，只要網(wǎng)絡(luò)寬帶允許，不管標(biāo)清、高清、甚至超清都不是問題。如現(xiàn)在家用寬帶網(wǎng)絡(luò)20M帶寬已能實(shí)現(xiàn)標(biāo)清和高清電視的正常收看。

結(jié)束語：真實(shí)再現(xiàn)不是夢(mèng)，隨著5G技術(shù)的發(fā)展和成熟，將以數(shù)百倍于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)傳輸速度實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，高清、超高清視頻的實(shí)時(shí)傳輸和再現(xiàn)將成為現(xiàn)實(shí)。