数位电视时代LCDTV的挑战一.docx
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数位电视时代LCDTV的挑战一
數位電視時代－LCDTV的挑戰
（一）
LCD-TV被視為未來數位電視時代的主流顯示產品之一，一方面是因為LCD-TV的製造技術快速提升以及生產成本大幅下降，另一方面也因為其內部結構設計以及顯示效果愈來愈符合人類視覺與使用上的要求，但換一個角度來說，目前LCD-TV尚不具備主流條件。
因此本文將討論LCD-TV目前所遭遇到的問題，以及未來可以改進的方向，進而找尋可能的投資商機。
本文將先介紹TV的基本結構及原理，探討數位電視時代將如何改變TV的結構設計。
再者將介紹LCD-TV作為一個主流顯示器所應具備的視覺效果，以及成本優勢。
最後，找尋國內將因LCD-TV而營運可大幅成長的相關廠商。
◆TV的基本結構
一、傳統TV運作原理
◇圖框（Frame）與視覺暫留現象
電影每秒放映24格畫面，而電視則每秒秀出30個的圖框，即每秒鐘必需播映30幅畫面，每一幅畫面稱為一個圖框。
但為何看起來像是流暢的畫面?
答案是人類的眼睛具有視覺暫留的特性。
當我們的眼睛把正對著瞳孔的物體的像，投射在眼球後部的視網膜的時候，我們就看到這個物體了。
不論物體是否仍留在原處，這個像只能保留十六分之一秒鐘，過了這個時間，影像會自動消失。
這種現像，叫做視覺暫留。
反過來說，一秒中只要有16個畫面，人類不會察覺到畫面有跳動的感覺，電影及電視每秒放映的畫面則遠超過這個數字，因此畫面看起來相當流暢。
◇電視訊號傳送原理（I）
想像如果我們想把一幅圖畫，從牆角一個小洞送到隔壁房間去，其中有一個方法是：
先把圖畫剪成許多細條，把它們連接起來成為一條長紙帶，從小洞穿過去，到隔壁以後，隔壁的人再把長條紙帶一段一段的剪開，拼貼成原來的畫面。
電視也類似上面的情形，大約分成三個主要步驟來談：
現場掃描：
電視拍攝時只是拍攝一個點，由點的移動而拍攝一條線，五百多條線構成一個畫面，掃完一個畫面再從頭掃描下一個畫面，這種點的移動是由拍攝機（簡稱ＥＮＧ）裡的電子線路操作的，每秒鐘可掃描三十個畫面。
拍攝機把掃描時所「看」到的明暗和色彩變成訊號，送到發射機去。
訊號發射：
電視台將掃描的結果，以電磁波的形式由發射機經發射天線散佈空中，這就是電視廣播了。
畫面接收：
電視機能夠把從接收天線收到的電磁波訊號增強以後，由一光點在螢光幕上掃描成線，線排列成面，每一秒鐘也是三十個畫面。
於是表演現場便重現在每個家庭了。
◇傳統電視成像原理
以傳統CRT電視為例，電視螢幕如下圖所示由電子槍射出的電子，經由磁場偏向後打在屏幕上而發光，因此每一個圖框都由電子槍的掃描線畫出來。
至於一個圖框的掃描線數是幾條，則和當地的電視系統規格有關，美國國家電視系統委員會（NationalTelevisionSystemCommittee，NTSC）制訂的電視畫面播映標準，明定每幅畫面必需具備525條掃描線，及每秒鐘必需播映30幅畫面，而歐洲國家則有每個圖框625條掃描線，且每秒25個圖框的電視系統。
實際上電視所使用的掃描方式為「間條式interlance」或稱交錯式的掃描，此一方法首先掃描1，3，5，7……等奇數掃描線以構成第一個圖場（field），然後再掃描2，4，6，8……等.偶數掃描線以構成第二個圖場（field），兩個圖場構成一個圖框，如下圖所示，以NTSC電視系統而言，每一秒可產生30個圖框（60個圖場），等效上，相當於每秒出現60楨的畫像。
交錯式掃描的優點是能夠用較窄的頻寬獲得較高的畫面解析度，有利於信號傳送與節省成本。
相對的缺點是若每秒畫面數目不夠多（至少需要24張/秒），畫面看起來便會有”閃爍、跳動”的感覺，當我們看著電視，張開手指在眼前快速上下晃動，就會發現電視畫面在上下跳動，這是因為手的擺動達到一個”同步遮蔽”的效果，無法連續看到畫面變動，因而可以看到交錯掃描的動作。
電子槍在掃描完一條掃描線後必需回返，因此在電視信號裡必需包含告訴電子槍返馳的信號，此信號即為「水平同步信號」，同樣地在掃描完一個圖場以後，由「垂直同步信號」使電子槍作垂直返馳的動作，如下圖所示。
◇電視訊號傳送原理（II）
上面談過電視訊號的傳送原理，但其中有些細節的部份，將會造成由於對於數位電視與傳統電視之間的差異，值得再做更深入的分析。
以國內與美日同屬NTSC規格系統來看，NTSC的原始規格是傳送單色信號（黑白影像）及聲音，每個頻道的佔用頻寬為6MHz，但是與前一個頻道必須保留1.25MHz的旁通帶間隔，實際使用頻寬4.75MHz，影像傳送為AM（調幅）調變方式載波傳送，聲音為FM（調幅）調變方式載波傳送。
聲音載波位於頻道高頻末端、佔用0.25MHz頻寬，因此實際影像亮度信號（Y）使用頻寬為4.5MHz。
而後來為了彩色化，但又要保持與原系統相容，因此在不變動原始規格的要求下，在3.579MHz（一般略稱為3.58MHz）的位置，以90度交錯方式在亮度信號的波谷間插入色度信號（C），調變幅度為0.5MHz，如此便可兼容原黑白系統。
波型分別圖示如下。
在聲音訊號方面，在NTSC系統中，聲音載波在高頻末段，佔用頻寬0.25MHz，原先只是設計作為單聲道輸出使用，後來配合音響錄音系統立體化的發展，加入了所謂MTS─副載波立體聲紀錄技術，基本原理便是利用聲音載波內部未被利用到的頻寬，加上一個副載波頻（如下圖），放送系統便可利用這個副載波頻把第2語言、或將立體聲右聲道調變到這個波段上。
但是因為加入了這個副載波頻，原先聲音的頻寬便從Mono15~20KHz變更為Stereo20~15KHz，不過仍是符合Hi-Fi的最基本頻寬要求的，於是電
視放送從此便進入立體聲時代，更因為立體化後，DolbySurround/Pro-logic，使家庭電視也能擁有電影院級的音效享受。
如此的訊號傳播方式會使得電視機接受到的是一連串混合訊號。
為了分離出不同的訊號，電視機上便發展出許多解決的方案，如Y/C分離、梳型濾波器、2維2行、2維3行、3次元Y/C分離：
這將是下節討論的重點。
Y/C分離、梳型濾波器、2維2行、2維3行、3次元Y/C分離：
Y/C分離，與梳型濾波器等等都是一樣功能的東西，只是比較複雜，主要是因為彩色系統的關係。
上文提到NTSC原本只是黑白電視系統，後來為了彩色化並與舊系統相容的緣故，採用折衷的辦法，便是在亮度信號（Y）末端高頻的部分波谷間插入色度信號（C），並成90度夾角交錯，以減少干擾。
而在接收端（也就是電視）要如何處理這混合在一起的信號呢？
若是處理不好，那不僅彩色電視的解析度比不上黑白電視，而顏色也充滿色斑雜訊，一點也不真實，反而不如黑白電視來的乾淨清晰。
梳型濾波器：
1970年代末期發明了梳型濾波器，如此一來似乎解決了問題，但是在實用上因為電子元件穩定性和發射信號漂移等問題，事實上不見得每個濾波器元件都有絕對相同的性能，而電視台訊號的位準也不見得與濾波器頻帶完全相符合。
因而此時亮度信號（特別是高頻部分）和色度信號中仍然互相帶有對方的一部份雜訊，使得畫面解析度與顏色雖然確實比前一階段有明顯的進步，但是仍然存在著雜點雪花（Y雜訊）和串色（C雜訊）干擾問題存在。
（處理法如下圖）
2維2行、2維3行：
接著因為CCD和玻璃延遲線等類比元件的出現，電路技術再度進步，因而有人想到以類比計算的方法提高Y/C分離的精度（其實這可以稱為類比電腦了），其方法就是：
利用延遲線將掃描線訊號予以延遲1線時間，因為NTSC信號特性，亮度訊號和色度訊號成90度交錯，因此上一線的色度信號相位會和下一線的色度信號成180度，便可分別表示為（Y+C）和（Y-C）。
將兩個信號利用類比電路分別作加法和減法運算後再除以2，理論上便可得到純淨的Y信號和C信號：
（（Y+C）+（Y-C））/2=Y（（Y+C）-（Y-C））/2=C除了2維2行方式（運算是在一個平面內執行）的Y/C分離結構，還有2維3行方式，雖然效果都比之前的好，但效果改進仍然有限，例如斜線的問題。
因為斜線上的點剛好L1和L3的Y/C值都與L2不同，結果便是使一些細微的圖案進行Y/C分離後反而支離破碎（注意看一下電視上出現的鏡頭，只要有人穿細網紋格子的衣服，鏡頭照到他時一定很容易出現”彩虹炫光”特效），因此2維3行的極限也就在此，但是因為比起前面的梳型濾波器和2維2行處理來說，2維3行的精度已經大為提高許多，加上人類對動態物體的解析度視力要求較低（靜態時400線尚可仔細分辨、動態時200線便無法仔細辨認），一般人對此已經不易發現缺點，所以1980年代末期以至於1990年代初期時的高級錄放影機（S-VHS）都搭載2維3行Y/C分離系統，以求得細密與純淨的畫質，至於電視機呢？
目前除了極少數日製高級機種（尤其是HDTV對應型），大多祇裝配梳型濾波器或2行式相關運算，能裝上3行式Y/C分離構造的一般都算是很高級的了。
4.3維Y/C分離：
1990年代，數位科技快速的進步發展，以往昂貴的記憶體價格大幅下跌，既然在同一幅畫面中無法避免斜線訊號資料所造成的失真，於是就有廠商利用數位電路技術，將以往的延遲單位由線（Line）改為畫面（Frame），利用大規模高速的數位電路除了可以將整個畫面資料一次儲存外（最初的電路需要6Mb的記憶體，目前的電路使用記憶體大約都在1.5~4Mb之間），並用以進行計算比對，如此一來，以往畫面內資料運算由斜線等細花紋所造成的困擾便經由此3維（運算單位已跨出單一平面）運算方式獲得解決（運算原理見下圖），而過去一些細碎圖案（衣物格子、花樣）在電視上上常常會因為Y/C分離精度不佳的原因，會形成”彩虹炫光”干擾的情形也可以一舉消除了。
祕密武器—”動態自適應型3維Y/C分離電路”:
至目前為止，之前討論的似乎都是在一個畫面（Frame）之內，勉強可以視為靜態，可是兩個畫面間就不一定是靜態畫面了，一但畫面動作，那前一個畫面的對應點數值與下一個畫面的對應點數值不就不一樣，上述分離器的效果恐怕會比用單純濾波器更差。
基本上3DY/C分離是在靜態畫面中處理，如果不管動靜態全部都用3維的話，效果真的會比用濾波器還差。
因此各家廠商都有一套自己的運算法及電路來判斷此時的像素究竟該判斷成”動態”或是”靜態”再來決定Y/C處理方式（例如畫面變動值超過75%以上）─靜態部分便繼續採用3維資料，動態部分便切回2維3行方式。
因為實際的計算法牽涉到各廠商的商業機密以及人工智慧的開發，因此廠家大多秘而不宣。
這套電路一般統稱為”動態自適應型3維Y/C分離電路”。
◇重要電視術語
解析度
NTSC系統規格為:
（1）水平掃描頻率=15.75KHz（每秒可以畫15750條線）。
（2）垂直掃描頻率=60Hz（每秒完成60次自上而下的掃描工作）但因為NTSC系統為Interlaced（交錯掃描方式）所以事實上每個完整畫面的垂直掃描頻率應為60/2=30Hz。
‧所以可以得出垂直解析度：
15750/30=525（水平掃描線數=垂直解析度）
由於NTSC的亮度信號頻寬=4.5MHz（每秒畫4,500,000個點），而已知水平掃描線數=525線（但是畫面最上方和最下方有可能因為交錯掃描時，自最下端回掃至最上端移動距離較大來不及動作使畫面可能閃爍，因此實際上只用了約420線，隱藏部分稱之為”過衝”，或被拿來放隱藏英文字幕），
‧所以可以得出水平解析度:
4500000/420/30（每秒畫面數）=360
明暗對比度（contrast）
指在黑色與白色之間的等份比例，明暗對比度越高，畫質越立體鮮豔，但對比度太高，顏色則顯得不自然。
亮度愈高，相對的對比度應盡量降低,才能使色彩不僅飽和，而且看起來更加自然。
合成視訊（compositevideo）
為一般家用視聽產品的video訊號黃色接頭，是一種影像訊號傳輸的方式。
因為混合了多種訊號所以在畫面的顏色比例上、鮮明度以及明亮度都比不上分離傳輸的信號。
S-Video（Super-video）
影像訊號傳輸的方式，影像訊號分離成彩度、亮度。
效果優於一般AV端子。
色差端子（Y/Cb/Cr）
就是把亮度訊號、顏色訊號、同步訊號等等個別用線材傳送，其端子可為各種形式，因為訊號沒經混合、編碼、解碼等處，所以顥示出的畫面最純淨，一般都用在高級投影機，DVD播放機。
數位電視時代－LCDTV的挑戰
（二）
二、LCD-TV運作原理
LCD-TV的畫面驅動方式與傳統電視不同，傳統電視接收到類比的訊號後，便驅動電子槍在螢幕上形成影像，但LCD-TV接收到類比的訊號，必須先轉換成數位的訊號，才能夠讓每個畫素分辨出應該顯示什麼顏色。
◇LCD-TV系統構造圖（資料來源:
DisplaySearch-2005/05）
◇訊號的輸入
類比廣播
與傳統電視相同，需注意地區性的系統差異，包括傳統有線電視的介面。
Demodulators（解調變器）,Decoders（解碼器）
將廣播或有線電視的類比的訊號解調為數位訊號，若訊號有經過壓縮或編碼，也需要解碼器。
ADConverter（ADC-類比數位轉換器）
TV內部將類比的訊號轉換成數位訊號。
DVI（DigitalVideoInterface數位視訊介面）/HDMI（HighDefinitionMultimediaInterface-高解析多媒體數位傳輸介面）
DVI為一種以硬體為基礎的壓縮/解壓縮技術，可將視訊多媒體以及其他資訊存在電腦或是光碟上。
HDMI基於DVI制定，適合在數位電視、DVD播放機、機頂盒以及其他數位視聽產品中使用。
在保持高品質的情況下能夠以數位形式傳輸未經壓縮的高解析度視頻和多聲道音頻資料。
最高資料傳輸速度為5Gbps。
HDMI的優點包括數位品質未經壓縮、使用電纜更少，同時連接器更小、使用介面更具親和性。
此外，該標準還可向後相容數位視訊介面（DVI）標準。
◇訊號的處理
MPEGDecompression（MPEG解壓縮）
符合ATST（AdvancedTelevisionSystemCommittee）的數位電視tuner，都必須要搭配HD（Hidefinition）的MPEGDecoder。
通常外部會有DRAM的支援。
Deinterlacing（非交錯掃描）
或稱progressive（漸進式）的掃描，可使同一時間掃描的次數增加，非交錯的方式使得畫面不閃爍。
增加這個功能主要是因為傳統電訊號的傳送都是交錯式的，因為這樣在傳輸的時候可以較省頻寬，但LCD所顯示的影像都是漸進式，因此有必要使用Deinterlacing的功能。
但這個功能卻產生了必要之惡（necessaryevil），使得畫面反而會出現傳統電視不會出現的問題，這是在選購LCD-TV時所必需考慮到的因素之一。
‧Deinterlacingbecomesanecessaryevil
大部分在電影院放映的電影都是使用與傳統攝影相同的材質拍攝，每秒拍攝24張畫面，我們在電影院看這些電影的時候每秒就會看到24張圖（也就是frame），不過當我們買了這些電影的錄影帶或是DVD在家裡的電視上看時，問題就來了。
PAL的螢幕需要每秒25張圖，而且每張圖還要分成兩個field。
因為25沒有比24多多少，所以使用PAL的國家一般都是將原本24fps（每秒frame數,framespersecond）的電影加快成25fps播放。
這表示聲音和音樂的聲調會比較高，而且電影也會比原來短，不過沒去認真比較是很難發現的。
在NTSC的部分，NTSC需要29.97fps，而加快播放速度造成的差異又太大，因此在這裡所做的是將frame分成field之後，重複某些field來提高frame速率。
基本上4個frame會變成10個field，如下圖：
由圖可知，frame速率較高並不表示會有更流暢的畫面-相反的NTSC會比較不流暢，因為一些field會播放兩次（frame2的第一個field以及frame4的第二個field），在電視上看基本上沒什麼問題，因為較差的品質使我們不會發覺到任何不對勁。
但是當使用漸進式播放的時候，情形就不同了。
為了使用漸進式播放，你的顯示器或播放器必須將交錯的畫面還原成漸進式的畫面，最簡單方法就是將field合併。
在10個field中，先將前兩個field合併成frame1，再將第三跟第四個field合併成frame2，但是第五跟第六個field合起來既不是frame2也不是frame3，如果畫面沒什麼變化那倒還好，如果攝影機一移動，那麼你就會看到畫面有一些水平條紋，而且還可能更糟，想想看如果frame2跟frame3是完全不同的場景，而你將這兩個不同畫面的field合併，看起來就會很糟糕。
而合併後的frame：
合併或重覆畫面再合併的方法很多種，目前我們在購買LCD-TV時，常看到所謂3:
2/2:
2的PullDown，其實就是在處理因交錯式與漸近式掃描的圖框數不同所產生的問題。
ImageProcessing（影像處理）
LCD-TV內部晶片有雜訊處理，顏色修正以及強化邊緣線條的功能。
經過訊號處理後，影像品質檢測的標準（資料來源:
晨星莊俊雄博士）
◇訊號的輸出
FrameRateAdjustment（圖框數目的調整）
上文有說到各電視系統有其相對應的圖框數目規定，因此影像在輸出時，必須要考慮到當地電視系統的要求。
Scaling（4:
3→16:
9）
螢幕比例的改變，在於符合人的視野左右寬度比上下高度要來得廣的道理，以符合人體工學達到良好的視覺效果。
個人PC劇院的軟體來源~DVD影片，比例大致上可分為4:
3（1:
33）、1.85:
1（接近16:
9）、2.35:
1三種比例，後兩者是電影最常使用的，因此在觀看收錄寬螢幕版本的DVD影片時，16:
9的螢幕的確可以比4:
3有更大的顯示空間。
由於影像來源的長寬比例與LCD-TV的實際尺寸不一定相符，因此LCD-TV有可能會具備尺寸轉換的功能，但經過轉換的影像，在比例上會有扭曲的現象。
Overdrive（加大電壓）
由於LCD-TV的反應時間較慢，可以用加大電壓的方式來改善，這部份可由面板上的時間管理器（TCON）來執行。
◇整合的趨勢（資料來源:
DisplaySearch-2004/05）
LCD-TV的內部結構較傳統電視複雜甚多，未來各功能有走向整合的趨勢，在這之前購買LCD-TV很有可能會面臨下圖所表現的情況，這也是在購買LCD-TV之前所應該考慮到的。
資料來源:
DisplaySearch-2004/05
◆LCD-TV與其他平面顯示器的比較
未來數位電視的時代，除了LCD-TV之外，仍有許多產品可以滿足消費者的需求，LCD-TV是否可以脫穎而出，則需與這些競爭產品不管在機構設計上，或是視覺效果上，甚至是價格的比較上，一爭長短。
以目前的情況來看，LCD-TV並無法達到全盤獲勝，但就長遠的發展來看，LCD-TV相當有機會可以成為數位電視時代的主流顯示產品。
一、綜合評比
以目前LCD-TV可以達到的水準來看，和其他的平面電視比較起來，在屬於機構性方面（如螢幕大小、省電、以及解析度等等）的表現較為優異，而在視覺效果的方面（如反應時間以及色彩的飽和度等等）居於劣勢。
PDP的表現卻完全相反。
CRT在視覺效果方面表現尚可，但在機構性方面最為人垢病，而且還有幅射線的問題。
背投電視在大尺寸方面具有優勢，其他表現則平平。
不過在一些細節上，還有需要特別強調之處。
一般認為PDP的耗電量很大，遠高於LCD-TV，但由於發光原理的不同，事實上在不同的情況，會有不同的耗電量。
LCD-TV的冷陰極管是Alwayson的，不管畫面是明或是暗，它的耗電量是維持固定的。
PDP則是屬於自發光，在畫面全亮的時候，耗電量最大，這個數據會被拿來做為比較的標準，因此會有有高估的現象。
在一般的情況下，或是較為暗的畫面下，PDP的耗電量有可能會小於LCD-TV。
二、LCD-TV的視覺效果仍有進步空間
雖然上文提到LCD-TV在視覺效果上處於劣勢，但依照廠商的roadmap來看，未來LCD-TV在這方面仍有相當大的進步空間，可提升消費者的購買慾望。
◇LCD-TV技術推展roadmap
拿LCD-TV和視覺效果表現較好的CRT電視來比較，2003年時LCD-TV僅有色域可達75%的NTSC標準，勉強與CRT電視打平，在其他標準方面，則是遠遠落後CRT電視之後。
而預估在2006年之後，LCD-TV色域可達85%的NTSC標準，超過CRT電視，而在其他標準方面，也可達到CRT電視的高水準，因此在視覺效果方面，已經足以取代CRT電視，成為主流的電視產品，更遑論LCD-TV在機構上面較CRT電視所擁有的優勢。
三、LCD-TV與其他平面電視的價格與成本比較
◇大尺寸平面電視市價調查
除了視覺效果以及機構特性之外，價格的吸引力也可能刺激LCD-TV的需求。
以目前的情況來看，LCD-TＶ的價格仍有偏高的現象。
◇大尺寸平面電視市價調查（資料來源:
雅虎奇摩/燦坤3C/富邦投顧整理-2004/05）
由上表可以看出，背投電視的價格較具吸引力，但由於畫面品質有待改進，不一定可以刺激消費者的購買慾。
電漿電視的價格，就算是同一品牌之間，也有相當大的價差。
不過較平價的產品大多在10萬元以下。
在LCD-TV方面，由於目前面板廠的規格並不適合量產30”以上的LCD-TV，可說是有行無市，因此無法拿42”的LCD-TV來做比較。
以目前市面上規格最大的30”來看，就算是國產品，也存在一定的價差，較平價的產大多在6~7萬元間。
較高檔的接近10萬元左右。
◇拿上述兩款平價的電漿電視以及LCD-TV來做規格上的比較（資料來源:
雅虎奇摩/燦坤3C/富邦投顧整理-2004/05）
由上表可以看出，在二者在解析度上差距不大，視角、亮度以及對比以電漿較佳，濾波器二者都算基本配備，3:
2PULLDOWN功能也都有，倍頻掃描（Progressivescan）和子母畫面都有，至於在LCD-TV方面多了一些亮度以及色彩改善功能，只是彌補先天上的不足。
上表中電漿電視甚至有搭配視訊盒。
比較的結果，二者的基本功能是相近的，42”電漿電視的面積約為30”LCD-TV的二倍，價格為LCD-TV的1.6倍，視覺效果的表現以電漿的情況會好一些。
理論上價格的倍數應該要大於尺寸的倍數（大尺寸生產的良率較低），即表示30”LCD-TV應該要降到5萬元以下，才勉強可以和電漿電視競爭，因此目前LCD-TV的價格確有偏高的現象。
◇LCD-TV與PDP的成本比較
雖然上文提到目前LCD-TV的售價有偏高的現象，但就未來的價格走勢來看，LCD-TV較PDP更有降價的空間。
以PDP來說，PDP的售價可分為毛利以及成本，成本中又以原料成本佔絕大部份，而且原料成本與尺寸成高度相關。
目前PDP上下游廠商的毛利率並不高，這方面可回饋給消費者的空間不大。
加上原料成本與成本的相關係數太高，成本要下降必定要原料價格下降才有可能，相較LCD-TV而言，降價的空間並不大。
從另一個角度來看，LCD-TV未來降價的空間來自於幾個方面:
新世代廠較具經濟切割效率。
目前30”LCD-TV大多是以4代廠2片取為主，未來6代廠投產之後，32”面板可以6片取。
以60K的規格來看，六代廠的資本支出約為四代廠的2倍，但卻可以產出3倍數量的LCD-TV，因此，未來新
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