隔行扫描 百科内容来自于: 百度百科

隔行扫描就是每一帧被分割为两场,每一场包含了一帧中所有的奇数扫描行或者偶数扫描行,通常是先扫描奇数行得到第一场,然后扫描偶数行得到第二场。

概论

无论是逐行扫描还是隔行扫描,都有视频文件、传输和显像三个概念,这三个概念相通但不相同。最早出现
的是隔行扫描显像,同时就配套产生了隔行传输,而隔行扫描视频文件是到数字视频时代才出现的,其目的是为了兼容原有的隔行扫描体系(隔行扫描就是还依然在广泛应用)。
通常显示器分隔行扫描和逐行扫描两种扫描方式。逐行扫描相对于隔行扫描是一种先进的扫描方式,它是指显示屏显示图像进行扫描时,从屏幕左上角的第一行开始逐行进行,整个图像扫描一次完成。因此图像显示画面闪烁小,显示效果好。先进的显示器大都采用逐行扫描方式。
由于视觉暂留效应,人眼将会看到平滑的运动而不是闪动的半帧半帧的图像。但是这种方法造成了两幅图像显示的时间间隔比较大,从而导致图像画面闪烁较大。 因此该种扫描方式较为落后,通常用在早期的显示产品中。

由来

先说隔行扫描显示。
众所周知,帧率只要达到24fps就达到流畅,电影就是按这个标准执行的。但是考虑到交流电频率50或60Hz,电视标准制订者确定了25或30fps的帧率。如果电视机采用逐行扫描,每秒扫描25或30帧行不行呢?理论上可以,但实际不行。原因在于,在电子束的照射下,CRT的荧光粉会立即发光,但只要电子束一离开,几乎瞬间就会暗下来。人眼虽然看不到这么明显的变化,但仍然会有亮度衰减的感觉。可以想象,如果采用30p扫描方式显示,当电子束从屏幕的上半部分移到下半部时,屏幕上半部分的亮度就有了可以观察到的衰减,于是画面下半部分显得更亮。这只是一个瞬间,事实上最亮的部分(当然就是电子束刚经过的区域)会不断移动,从而产生闪烁现象。这种现象你也见过,就是在电视上看见CRT电脑显示器那种感觉。
为了解决这个问题,最佳的办法是加倍刷新率,改成60p扫描,将每幅画面扫描2次,因为在60分之一秒内,人眼能感觉到的亮度衰减就很小了。可是这样做,单位时间内扫描的总行数会加倍,那么水平扫描的速度就要加快。如此一来技术要求就会过高,以当时的条件做不到。于是标准制订者想到了一个折衷的办法,先花60分之一秒扫描奇数行(上场),然后再用后60分之一秒扫描偶数行(下场),两者互补成完整的画面。虽然扫描下场时,上场的亮度衰减了,但是由于亮暗的部分交织在一起,反而不易察觉。
(注:后来都实现了,几年前的CRT显示器刷新率普遍达到85Hz,有的甚至达到120Hz,某些电视机也能进行逐行显示。)
发展到固定像素设备(如液晶、等离子等),因为所有的点都是同时发光,且亮度始终固定,不存在CRT遇到的相关问题,所以一些平板电视能支持24p显示,而以前CRT是不可以的。

扫描区别

每一帧图像由电子束顺序地一行接着一行连续扫描而成,这种扫描方式称为逐行扫描。把每一帧图像通过两场扫描完成则是隔行扫描,两场扫描中,第一场(奇数场)只扫描奇数行,依次扫描1、3、5…行,而第二场(偶数场)只扫描偶数行,依次扫描2、4、6…行。隔行扫描技术在传送信号带宽不够的情况下起了很大作用,逐行扫描和隔行扫描的显示效果主要区别在稳定性上面,隔行扫描的行间闪烁比较明显,逐行扫描克服了隔行扫描的缺点,画面平滑自然无闪烁。在电视的标准显示模式中,i表示隔行扫描,p表示逐行扫描
说隔行显示不如逐行,这又是为什么?这就要看这两种模式在显像时的具体过程。
我们有一部30p的视频用作测试。假设有一台高速摄影机,对着平板电视拍摄(CRT存在扫描过程,解释起来稍微有些复杂,所以以平板电视为例)。接着我们用慢镜头重新观看电视机的工作状况,就会看到下列景象。
1080p:每秒显示30个画面(实际上是60个场,由于第一个1/60秒和第二个1/60秒内显示的画面是一样的,所以看不到区别)。
1080i:
(每秒显示60个场,我们用“第一场”、“第二场”、“第三场”等表示在第一个、第二个、第三个1/60秒内发生的事。)
如图:
第一场:显示上场的画面,下场还没出来,所以是空的
第二场:下场显示出来了,而上场依然存在,所以我们看到了一张完整的画面。
第三场:上场刷新成第2帧的内容,而下场没动
第四场:下场跟进刷新,于是我们就看到完整的第2帧了
第五场:上场变成了第3帧,而下场仍然还是第2帧中的内容
第六场:下场继续跟进,我们又看到了完整的第3帧
……
可以看到1080p和1080i在显示上根本的不同了。由于单位时间内总会有一半时间看到交错的画面,所1080i的显示会略有模糊。

传输概念

模拟电视是靠连续变化的电流传输信号,只要接收到信号,CRT就会随着信号电流开始扫描。先扫描上场,信号线就要先传输上场信号,等上场传输完成后才开始传输下场信号。每秒传输60个场,即所谓的60i传输模式。后来又出现了逐行扫描显像,也就跟着有了逐行传输。例如60p的显示要求每秒传输60个完整帧,换算一下就是每秒要传输120个场。所以60p传输需要60i所需的两倍带宽,这对接口的要求就比较高,模拟接口中只有色差(专指YPbPr;YCbCr是隔行信号)和VGA可以实现。
如果你有一个30p的片源,你应该用1080p规格传输。那么1080i是不是就一定不行呢?那还真不是。理论上只要你的电视机足够聪明,对于30p的片源,使用60i传输也能完全达到60p的水平,没有差异。理论基础是:每秒传输60个场,和每秒传输30个帧可以等效,每秒传输60个场相对于每秒传输30个帧来说并没有什么损失。
平板电视属于固定像素设备,所有点同时发光。不同于CRT的接到信号即时扫描显像,平板电视必须接到那一帧或那一场的全部信号后才可以显示。常规情况下会相对于信号发出时刻,平板电视会延迟1/60播出。我们可以想见,既然可以等到上场信号全部传过来后,立即显示奇数行,为什么不能继续等,等到下场信号也全部传输过来后再一并显示全帧?这样不就能达到逐行扫描画质了?事实上这是完全可以的。

视频文件

摄像机的采像,从一开始其实不存在扫描,因为无论是胶片还是电子原件都是同时受光的。但是,要读取感光器上的信息(其核心任务将画面采样为YUV/RGB电信号),还是要靠扫描,于是读取每个像素的顺序就必须考虑。可以采取按顺序依次读取(逐行方式),也可以每行按顺序读取,但是先读完所有奇数行再读偶数行(隔行方式)。为了兼容电视机的隔行扫描体系,过带机(将胶片上的画面采样为YUV/RGB电信号并保存在磁带上的机器)和有些摄像机是隔行扫描制式的。当然也有逐行制式的产品。
当人们学会用电子原件感光和用数字化的计算机文件保存视频时,数字摄像机就实用化了。事实上用数字信息保存的依然是YUV/RGB电信号,只是变换了个介质,本质上没什么区别(这里指的是未压缩的视频,经过压缩后就大不一样了)。
但在计算机中,不管接到的是逐行还是隔行信号,都会按顺序逐一写入文件,不特别区分。如此一来,计算机上的视频,以逐行和隔行信号为讯源的文件肯定有区别,它们分别称为逐行扫描和隔行扫描视频。

交错视频

文件有自己的结构规范,视频文件中的“帧”是个重要概念。这个概念在电影胶片中非常重要,在模拟视频中概念相对弱化,而在数字视频中又强起来了。
隔行扫描视频文件中的帧就是一张照片。如果转换视频时想提高帧率,就需要加插几张相同的图片。但是这种方法在帧率低的时候有问题,易造成视频不流畅。实际生活中并没有真正超过30fps的视频,而平板电视在低刷新率下也不会像CRT那出现亮度衰减现象,为什么还需要50p跟60p的规格呢,25p和30p不就行了吗?不行。事实上这么做就是为了解决插帧后流畅度下降的问题。电视机并不能以任意刷新率工作,但视频文件的帧率有太多可能,为了保证流畅度,使用高的刷新率就很有用。比如,如果一个24fps视频想要转换成30fps,每4帧必须要加插一个重复帧。假设原视频为
A B C D E F G H I J …
现在就会变成
A B C D (D) E F G H (H) I J K…
每一组的前三帧是加快了速度,而第四帧的播放速又减慢了每帧时间占用很不均匀,流畅度成问题
但是插帧到60fps
A A A B B C C C D D E E E F F G G G H H I I I J J…
相邻两幅画面的时间比是3:2,情况就好多了
时间再倒回到以前。作为观众,会认为电视上播放电影的能力是必须要有的,但NTSC规范是30fps,播放24p的电影时,如果简单插帧,会造成不流畅,而已经成熟电影的24fps规范不可能专门为了电视而修改。所以电视工程师想到了一个折衷的办法。既然已经有了隔行扫描系统,何不好好利用一下?
让电影的第一帧占用3场,也就是在上场、下场都显示出来后再扫描一次上场,以占用时间。很明显,多出来的这一场对第一帧的显像完全不会影响——事实上对第二帧也不会影响。这是由于隔行扫描的特性:在某帧的一个场已经出来的情况下,只要接下来的1/60秒继续把与它互补的场显示出来,人就能看到完整的画面。第一帧是在第一、二、三场时显示的,第二帧则是在第四、五场显示的,满足要求,较好地实现了升帧。
我们用tFn,bFn分别表示原电影中第n帧的上场和下场的,用Gn表示转换后视频的第n帧,那么G1=tF1+bF1
G2=tF1+bF2
G3=tF2+bF3
G4=tF3+bF3
G5=tF4+bF4(这里以上场优先为例)
这种模式,使每相邻的两帧占用的时间比为3:2,类似于上述第二种插帧方案。像这种将24fps的逐行视频转换成30fps的隔行视频的方案叫做3:2pulldown,亦称Film、24p(注意该说法只在做反交错的场合下才是这个意思).
话题再回到帧与交错上来。对于逐行扫描,帧指的是一幅完整画面,而隔行扫描是以场为基础的,帧只是将两个相邻场硬性合成的一个小组,不去管画面是不是完整(只因视频文件的结构是以帧为单位,没有帧就不行)。如上面所示,只有G1和G5是由同一个帧的上下场组合而成的完整画面,G2、G3和G4都是由原属于不同帧的上下场凑合而成,不是完整画面。一个帧的上下场分属于两个画面,这种现象叫做交错,有这种现象的帧称为交错帧,而G1和G5这样的为非交错帧。3:2pulldown的特点就是,连续出现3个交错帧(G2到G4)和2个非交错帧(G5和G6)。对于PAL规范,帧率定义为25fps,由于和24fps相差不大,大多数情况都不插帧,而是进行加速播放。少数PAL规格的视频是每24帧(即每秒)加插一个重复帧。大多数PAL视频都是隔行扫描但无交错。
(这里注意了,隔行扫描和交错的概念要分开,不是所有隔行视频都有交错哦)
交错现象原本是在升高帧率时产生的,但后来又出现了一些种类的隔行制式摄像机,它们以25或30fps拍摄,采样后不将同一帧的上下场配对,而总是将某帧的上场与上一帧或下一帧的下场组合,即
Gm=tFm+bFn
Gn=tFn+bFm (其中m=n+1)。
这样产生的视频,每一帧都是交错,称为25i和30i,亦称video型。
交错的视频在隔行扫描电视机上播放都是正常的,但是不能直接在逐行扫描显示设备上放,因为对逐行系统来说,它会按帧序依次播放,其中就包含了让原本不属于同一幅画面的上下场——即所谓的“帧”——共同显示1/30的时间,这样人们就很容易看到奇偶数行画面的明显差异,也就是横纹。正是因为交错视频的存在,隔行扫描才一直没有被废除,如果想使用逐行扫描设备播放隔行视频,就必须先进行反交错处理,用专用播放软件,或者进行一次转换,在转换过程中进行反交错。计算机尚且有这个能力,而DVD机、电视机就难说了,所以还不如保留隔行体系来得容易。倍线DVD机之所以输出1080i信号而非1080p,原因并不是机内带宽不够,而是因为这样的话就要增加一个反交错模块,成本将会产生劣势。

反交错

有交错就有反交错,这里提及一下。并非所有隔行扫描视频都要进行反交错处理,只有那些存在交错的视频才需要这么做。所以大多数PAL DVD的Rip工作理论上是可以直接跳过反交错步骤(实际仍然需要修正意外的交错帧)。
反交错主要分为场匹配反交错(IVTC)和Deinterlace。场匹配反交错,如果是上场优先,先指定本帧的上场,通过对比它与前一帧、本帧和下一帧的下场的耦合度,力求能把原本属于同一幅画面的上下场找到并重新组合到一起。而Deinterlace是基于单个的帧,将其处理成你看不出交错的程度,并非还原,跟原画面还是有不一样的。对于3:2pulldown的视频,采取的一般为IVTC,具体过程如下
H1=tG1+bG1=tF1+bF1
H2=tG2+bG1=tF1+bF1
H3=tG3+bG2=tF2+bF2
H4=tG4+bG3=tF3+bF3
H5=tG5+bG5=tF4+bF4这样一来,H1和H2重复了,采用删帧程序删掉其中一个即可。这样就把3:2pulldown还原成24fps的逐行扫描视频,可以在计算机上播放了。(25i/30i的视频则通常使用Deinterlace处理)
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- 来自原声例句
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