电视显示技术的现状与发展.docx

1、电视显示技术的现状与发展电视显示技术的现状与发展电视显示技术的现状与发展摘 要自上世纪20年代电视问世以来，这一伟大发明给人们的生活、娱乐、工作和学习带来了无可估量的作用。从早期的黑白电视到上世纪六十年代彩电问世，到数字电视和高清晰度电视的诞生，无一不引起人们的极大关注和带来广播、家电产品的革命。电视对于当今世界的任何国家来说，都是最重要的消费电子产品，它已经不仅仅是一种电子产品，而是成为了改变人们生活方式的工具。据国家统计局统计，目前我国的电视机社会保有量约3.5亿台，而且仍在不断增长之中，由于全世界没有一个统一的电视机制式标准，加上视屏处理方式千差万别，技术性很强，因此对于一般用户而言，尽

2、管人们每天都与电视和影视产品打交道，但对很多相关的技术概念和影视产品的原理、性质都很是陌生。在这里对黑白电视、彩色电视、高清数字电视的现状以及发展进行一个讲述。关键词：显示技术，概述，现状，趋势1绪论1.1高清晰度电视HDTV是High Definition Television的简称，翻译成中文是“高清晰度电视”的意思，HDTV技术源之于DTV（Digital Television）“数字电视”技术，HDTV技术和DTV技术都是采用数字信号，而HDTV技术则属于DTV的最高标准，拥有最佳的视频、音频效果。 我们知道DVD给了我们VCD时代所无法比拟的视听享受，但随着技术的进步和人们需求的不断

3、跟进，人们对视频的各项品质提出了更高的要求：屏幕要更宽、画质要更高！于是，HDTV就孕育而生了。高清晰度电视是一种新的电视业务，国际电联给出的定义：“高清晰度电视应是一个透明系统，一个正常视力的观众在距该系统显示屏高度的三倍距离上所看到的图像质量应具有观看原始景物或表演时所得到的印象”。水平和垂直清晰度是常规电视的两倍左右，配有多路环绕立体声。HDTV与当前采用模拟信号传输的传统电视系统不同，HDTV采用了数字信号传输。由于HDTV从电视节目的采集、制作到电视节目的传输，以及到用户终端的接收全部实现数字化，因此HDTV给我们带来了极高的清晰度，分辨率最高可达19201080，帧率高达60fps

4、，是足够让DVD汗颜的。除此之外，HDTV的屏幕宽高比也由原先的4:3变成了16:9，若使用大屏幕显示则有亲临影院的感觉。同时由于运用了数字技术，信号抗噪能力也大大加强，在声音系统上，HDTV支持杜比5.1声道传送，带给人Hi-Fi级别的听觉享受。和模拟电视相比，数字电视具有高清晰画面、高保真立体声伴音、电视信号可以存储、可与计算机完成多媒体系统、频率资源利用充分等多种优点，诸多的优点也必然推动HDTV成为家庭影院的主力。HDTV也是DTV标准中的一种，拥有最佳的视频、音频效果。DTV是一种数字电视技术，传统模拟电视技术的接班人。所谓的数字电视，是指从演播室到发射、传输、接收过程中的所有环节都

5、是使用数字电视信号，或对该系统所有的信号传播都是通过由二进制数字所构成的数字流来完成的。此外DTV技术还可分为LDTV（Low Definition Tele Vision）低清晰度电视，其图像水平清晰度大于250线，分辨率为340255，采用4：3的幅型比，主要是对应现有VCD的分辨率量级；标准清晰度电视（SDTV Standard Definition TeleVision）其图像水平清晰度为500-600线，最低为480线，分辨率为720576，采用4：3的幅型比，主要是对应现有DVD的分辨率量级。应用于广播级的后期制作中的视频标准主要是SDTV及HDTV。和模拟电视相比，数字电视具有高

6、清晰画面、高保真立体声伴音、电视信号可以存储、可与计算机完成多媒体系统、频率资源利用充分等多种优点。SHV是一种特高清晰度电视（Ultra High Definition Television）系统标准，采用比现有的高清电视（HDTV）和数字电影更高的分辨率76804320和50/60fps的帧率进行视频的采集、传输、存储和显示，除了在视频分辨率定义之外，SHV还定义了22.2多声道音频系统标准。鉴于19201080已成为高清通用图像格式（HDCIF），而且UHDTV是一种旨在表现影视、戏剧、综艺、体育赛事、音乐会等节目的数字视频系统，因此UHDTV的图像格式要高于现有HDCIF的质量。UHD

7、TV的图像格式分为UHDTV1（38402160）与UHDTV2（76804320）两个层次，支持50Hz、60Hz及59.94Hz等几种帧率，系统采用逐行扫描。 由于采用正交采样，因此UHDTV图像的像素横纵比（PAR）为1:1，显示横纵比（DAR）为16:9。为了保持与现有HDTV系统的兼容性，除上述两种图像格式的像素数量分别为HDCIF的4倍与16倍之外，UHDTV系统的基色坐标、标准白、光电转换函数、亮度/色差分量方程等色度学指标都与ITU-R BT.709、SMPTE RP177等现有标准兼容。UHDTV图像的数字表示形式与相关采样结构为RGB（4:4:4）或YCBCR（4:4:4/

8、4:2:2/4:2:0），每个分量的量化位数皆为10或12 bit，不过RGB/YCBCR分量并未全部占用1024或4096个可用码值。HDTV规定了视频必须至少具备720线非交错式（720p，即常说的逐行）或1080线交错式隔行（1080i，即常说的隔行）扫描（DVD标准为 480线），屏幕纵横比为16:9。音频输出为5.1声道(杜比数字格式)，同时能兼容接收其它较低格式的 信号并进行数字化处理重放。HDTV有三种显示格式，分别是：720P（1280720，非交错式，场频为24、30或60），1080 i（19201080，交错式，场频60），1080P（19201080，非交错式，场频为2

9、4或30），不过这从根本上说也只是继承模拟视频的算法，主要是为了与原有电视视频清晰度标准对应。对于真正的HDTV而言，决定清晰度的标准只有两个：分辨率与编码算法。其中网络上流传的以720P和1080 i最为常见，而在微软WMV-HD站点上1080P的样片相对较多。美国的高清标准主要有两种格式，分别为1280720p/60和19201080i/60；欧洲倾向于1920 1080i/50；其中以 720p为最高格式，需要的行频支持为45kHz，而1080i/60Hz的行频支持只需33.75kHz，1080i/50Hz的行频要求就更低了，仅为28.125kHz。在高清信号的三种格式中，1080i/5

10、0Hz及1080i/60Hz虽然在扫描线数上突破了1000线，但它们采用的都是隔行扫描模式，1080线是通过两次扫描来完成的，每场实际扫描线数只有一半即1080/2=540线。由于一幅完整的画面需要用两次扫描来显示，这种隔行扫描技术原理上的限制，在显示精细画面尤其是静止画面时仍然存在轻微的闪烁和爬行现象。但720p/60Hz不同，它采用的是逐行扫描模式，一幅完整画面一次显示完成，单次扫描线数可达720线，水平扫描达到1280点；同时由于场频为60Hz，画面既稳定清晰又不闪烁。我们经常看到的HDTV分辨率是1280720和19201080，这对于如今的显示器而言的确是不小的考验，如果分辨率进一步

11、提高，那么将很难在现有的显示器上获得更加出色的画质，因为此时的瓶颈在于显示设备。另外也可以肯定的是，对于32英寸以下的屏幕而言，19201080分辨率基本已经达到人眼对动态视频清晰度的分辨极限，也就是说再高的分辨率也只有在大屏幕显示器上才能显现出优势。除了分辨率是HDTV的关键，编码算法也是不可忽视的环节。HDTV基本可以分为MPEG2-TS、WMV-HD和H.264这三种算法，不同的编码技术自然在压缩比和画质方面有着区别。相对而言，MPEG2-TS的“压缩比”较差，而WMV-HD和H.264更加先进一些。而十分容易理解的是，“压缩比”较差的编码技术对于解码环境的要求也比较低，也就说在硬件设备

12、方面的要求可以降低。1.2逐行扫描顾名思义，逐行扫描的原理是屏幕图像从第一条扫描线一直连续扫描到最后一条，而非先扫奇数条再扫描偶数条。逐行扫描可以消除因隔行扫描而产生的闪烁等现象，这是因为相较于隔行扫描而言，逐行扫描在同样的时间内扫描了2倍。举例来说，一般的HDTV电视机在隔行扫描的状态下，每秒只扫描了30个完整的图像，而在逐行扫描的状态下，相当于每秒可以扫描60个完整的图像。比特率是一种数字多媒体压缩效率的参考指标，表示记录数字多媒体数据每秒钟所需要的平均比特值，通常我们使用Kbps作为单位。在HDTV这种压缩数字多媒体文件中，比特率直接关系片源的好坏。虽说HDTV的比特率一般都在1MBps

13、以上，但是在高动态画面情况下，较低的比特率容易出现马赛克现象，这将严重影响观看效果。1.3隔行扫描它是显示器扫描的一种方式。隔行扫描指显示屏在显示一幅图像时，先扫描奇数行，全部完成奇数行扫描后再扫描偶数行，因此每幅图像需扫描两次才能完成，造成图像显示画面闪烁较大。 因此该种扫描方式较为落后，通常用在早期的显示产品中。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。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。但是这时会有几乎不会被注意到的闪烁出现，使得人眼容易疲劳。当屏幕的内容是横条

14、纹时，这种闪烁特别容易被注意到。逐行扫描通常从上到下的扫描每帧图像。这个过程消耗的时间比较长，阴极射线的荧光衰减将造成人视觉的闪烁感觉。当带宽受限，以至于不可能快到使用逐行扫描而且没有闪烁效应时，通常采用一种折衷的办法，即每次只传输和显示一半的扫描线，既场。一场只包含偶数行 (即偶场) 或者奇数行 (即奇场) 扫描线。由于视觉暂留效应，人眼不会注意到两场只有一半的扫描行，而会看到完整的一帧。假设我们使用直接驱动的CRT显示器，那么如果不使用隔行扫描，就需要采用下面的方式之一：1.将传输带宽加倍，按帧而不是按场传输图像。这能够提高一点图像质量，提供的有效分辨率和闪烁速率是相同的。2.使用相同的传

15、输带宽，按帧传输分辨率为原来一半的图像。这时候图像细节较少了，闪烁速率仍旧相同。3.使用相同的传输带宽，按帧传输图像，但是帧率为隔行扫描场率的一半。这时闪烁速率降低一半，眼睛非常容易产生疲劳的感觉。4.和前一个相同，但是使用一个数字缓存将同一帧显示两次。这时闪烁速率相同，但是运动看起来会不是那么平滑，影响视觉质量。通常有一种误解是，偶场和奇场是由同一帧分拆得来的。实际上，摄像机采集的方式和隔行扫描显示的方式是完全相同的。当摄像机采集图像时，偶场和奇场不是同时采集的。例如在一个每秒50场的摄像机中，第122行和124行的采集在第123行和125行的采集大约1/50秒之后进行。所以如果把一个偶场和

16、奇场简单的拼合在一起，水平方向的运动会造成两场边界上不能完美的拼合。 在当代的显示器和电视中，由于逐行扫描显示的刷新率的提高，使用者已经不会再感觉到闪烁现象，因此，隔行扫描技术逐渐被取代。1.4HDTV的几种分辨率标准根据各个国家使用电视制式的不同，各国家和地区定义的HDTV的标准分辨率也不尽相同。具体来说，HDTV有三种显示分辨率格式，分别是：720P(1280720，逐行)、1080i(19201080，隔行)和1080P(19201080，逐行)，其中P代表英文单词Progressive(逐行)，而i则是Interlaced(隔行)的意思。常见的两种显示模式是720P和1080i。108

17、0i是大多数国家普遍采用的一种模式(也包括我国)，它的分辨率为19201080，拥有207.3万像素。在原本采用NTSC制式的国家如美日韩，他们规定的1080i仍然采用60Hz场频，这主要是为了与其以前的标准接轨；而我国规定1080i采用的是50Hz场频，也与以前PAL制式的场频相同。在1080i显示模式下，屏幕分辨率可以达到19201080，采用隔行扫描方式，也就是说：电子枪首先扫描540行，再扫描另一个540行，两者叠加构成完成画面。而对于一般消费者来说，540行的垂直分辨率水平，显示效果已经相当令人满意了，也可以说是达到了HDTV的高画质的要求。从技术上说，开发720P这种显示分辨率明显

18、比开发1080i更加复杂，因为它提供分辨率为1280720，也就是92.16万像素。最重要的是，720P采用的是逐行扫描，也就是说在同一时间需要达到720线的垂直清晰度水平，而不是像1080i那样一次扫描540线经过两次叠加，因此将牵涉到更高的行频输出，对显像管的要求太高。主要是使用NTSC制式的美国和日本在使用此技术。自然，它们使用了60Hz的场频。HDTV的片源主要来自于网络和电视台，其中网络上流传的片源也以720P和1080i最为常见，最高规格的1080P的样片可在微软WMV-HD站点找到一些。如果采用1080P/25Hz格式拍摄高清晰度内容，可以方便地将每一帧完整的1080P图像拆成两

19、帧隔行扫描的1080i图像。这样1080P/25Hz格式就变成了1080i/50Hz的图像，这样就方便应用于欧洲和中国这些原PAL制国家的数字高清晰度电视。同理，1080P/30Hz上也可以在拍摄完毕后方便地转换为1080i/60Hz的图像，方便应用于美国和日本等国家。HDTV有三种显示分辨率格式，分别是：720P(1280720，逐行)、1080i(19201080，隔行)和1080P(19201080，逐行)。720P的字母p代表代表英文单词progressiver(逐行)，而1080i中的i则是interlaced(交错)的意思，1080p中的p代表非交错。这三种显示模式，每秒钟都提供了

20、60贞的图像，其中720p每一秒钟都提供了60幅图像；而1080i则采用了隔行扫描的方式，每秒钟在奇数行和偶数行交错提供30幅图像，所以1080i模式下的画面会感觉有些闪烁；而1080p在1080i显示模式的基础上提供逐行扫描的方式，在所有显示模式中1080p的显示效果是最为出众的，但是对系统负荷要求也最高。2HDRIP的概念HDRIP 是HDTVRIP的缩写，是用DivX/XviD/x264等MPEG4压缩技术对HDTV的视频图像进行高质量压缩,然后将视频、音频部分封装成一个.avi或.mkv文件，最后再加上外挂的字幕文件而形成的视频格式。实际上是对HDTV的2次压缩，将原来的MPEG2编码

21、重编码为MPEG4编码。CHD制作的HDRIP遵循严格的制作标准，尽力在文件大小和画质之间取得最佳平衡点（通常控制在一部电影4.4GB左右，正好相当于一张DVD-R的容量，以便保存）。2.1高清电视的技术优势所有商业化的高清全部是数字格式的，这个图像由一系列静止的高像素图片组成，因此信号要么传输的是优质的图像，要么根本就没有图像。你不会看到飘满雪花，有其他颜色，上下跳动的画面。大多数高清节目和电影将会以16:9的比例推出，半宽屏的格式。（虽然一些电影是用更宽的比例（如 2.35:1）制作的，但是还是会在16：9的电视上出现信箱似的黑框）旧的电影和节目仍然是用4：3比例，如果用另外一种信箱格式的

22、版本显示，会在16：9的电视的左右两边出现黑框（对全屏显示这个词的使用不当）或者，可以放大图片来充满整个屏幕，然而这会造成显示有损，画面破损。信号更为干净，色彩更逼真。全部显示的画面信息将是原来2到5倍。扫描线之间的距离更小，甚至没法发觉。更高的透明度，和清晰度使得在大屏幕电视上收看节目更为舒服、惬意。 2.2高清晰度电视的发展高清电视是在现行三大彩色电视广播制式存在着一系列缺陷的情况下研制出来的新的电视系统，最初世界各国对高清的用词很不相同，在西欧称为高质量电视(HQTV) ，在美国称为高级电视(ATV) ，而在日本最早称为高品位(高质量)电视，之后日本NHK率先于上世纪60年代末开发出新的

23、电视系统，提出了HDTV这个术语并被各国普遍接受。高清已经成为电视产业发展的驱动因素，成为各传输通道维系用户的重要手段。目前全球已经有几十个国家开播了高清已经成为电视产业发展的驱动因素，成为各传输通道维系用户的重要手段。目前全球已经有几十个国家开播了高清电视节目，其中大多数为发达国家，例如美国、加拿大、日本、澳大利亚、韩国、奥地利及一些欧洲国家，美国和日本是全球发展高清数字电视速度最快的两个国家，日本是世界上仅次于美国的第二大HDTV市场，是亚太地区第一大HDTV市场。2.3高清晰度电视在中国的发展高清晰度电视在我国已是热门话题，从政府有关部门、设备制造企业、运营商到各种传介媒体以及学者等都一

24、致认为我国的高清时代已经来临，上海文广和央视高清频道的联手开播、2006年8月24日我国自行开发的数字电视地面传输标准的出台，以及2008年北京奥运会带来的巨大商机，更促使国内外厂商蜂拥而来抢先夺地占领市场，但也引发了不少争论，特别是企业和老百姓，其中不少争论诸如机宽要求、不同类数据编码格式的终端在同一交换、储存、管理系统中混合使用，鼓励创新，同台竞争，让新技术在竞争中胜出。MP网络从安装的第一天起就充分做好了全面提供不同格式高清电视(HDTV)的准备。MP也不是宽带接入传输技术，MP数据包能够在任何满足带宽要求的物理层上实现无缝连接，因此MP接入网是跨接DSL、FTTB + Cat5FTTH

25、、无线技术的“鸡尾酒”解决方案。MP是一项为迎接大规模视频流媒体应用而量身定制，消除了当前IT技术中交换机瓶颈、服务器瓶颈、储存器瓶颈，解决了当前IP网络安全问题和商业模式的下一代网络技术。2006年1月1日开始，中国中央电视台（央视）正式通过亚洲四号卫星向全国启播一条收费高清电视频道。央视欲利用此高清频道转播2008年北京奥运赛事，但因收益不佳，被迫停止播出收费高清电视节目。另外，上海文广和电影频道亦开播有两条收费高清电视频道。免费地面广播方面，央视在2008年1月1日开播CCTV-高清，但仅限于北京地区观众通过UHF第33频道进行接收；北京奥运期间改用此频道播出了部分赛事。目前已在全国大部

26、分地区落地播出。此外，北京电视台也在同年7月开播了一套免费地面高清电视频道BTV纪实高清（原为BTV奥运高清），利用中央电视塔第14频道播出。经广电总局批准，CCTV-1、北京卫视、黑龙江卫视、江苏卫视、上海东方卫视、浙江卫视、湖南卫视、深圳卫视、广东卫视已于2009年9月28日进行高、标清同播。大陆高清节目大多采用1080i格式，码流约为17M。我国发展高清电视广播的历史并不长，深圳电视台2003 年10 月曾在中国试播第一个高清频道，随后借助北京奥运会的契机，高清电视广播最近两年得到快速发展：2008 年2 月29 日，广电总局正式确定北京、天津、上海、沈阳、青岛、秦皇岛、广州、深圳八个城

27、市在奥运会期间开播地面高清，实现奥运会高清数字电视转播，这八个城市的观众可通过天线接收到无线高清信号；一年半后的2009年9 月28 日，我国中央电视台一套、北京卫视、上海东方卫视、江苏卫视、湖南卫视、黑龙江卫视、广东卫视、深圳卫视、浙江卫视九个电视频道同时实行高标清同播，到此时，高清机顶盒、高清电视机销量猛增，高清产业链得到迅速发展，高清观众数量也大幅增加。随着广播电视专用卫星鑫诺6 号将于今年发射升空，卫星转发器资源紧张状况将得以缓解，明年将有安徽台、重庆台等很多电视频道加入到高清电视广播阵营。2.4我国高清电视广播链路的技术瓶颈长期以来，制约我国高清发展的最大瓶颈是高清节目源匮乏，这个问

28、题目前依然存在，但缓解已经指日可待，而技术层面的瓶颈却开始浮出水面。标清画面像素是41.4 万， 而高清画面像素达到了207.3 万，高清像素是标清的整整5 倍，严格地说，水平像素达到1920 线，每帧画面像素才能达到207.3 万，这才是真正意义的高清设备，我们称呼其为“ 高清全带宽”设备。理论上，高清从拍摄、制作、播出、传输以致用户显示终端，都必须为全带宽，观众才能欣赏到真正意义的高清节目，而现实的情况却不是这样，高清链路存在着若干技术瓶颈，所以需要对高清链路进行规划，所谓规划就是对高清节目生产所涉足的新闻域、制作域、存储域、播出域、发送域中的流程、设备、压缩格式、码流、存储介质进行选择和

29、应用。链路规划牵涉到复杂的技术因素、市场因素和人员因数，是一个系统问题。在我国当前的技术经济环境下，建议采用以下四条原则来推进高清链路建设： 1. 设备购置高清为主； 2. 链路质量逐渐推进； 3. 生产流程分步改善； 4.前端后端均衡带宽。这四条原则可理解为：第一，当前市场上很多产品都符合高标清两用属性，因此，无论有没有开展高清广播，设备购置都以满足未来高清广播为主，向下兼容标清即可。第二，高清全链路技术质量也没有必要一步建设到位，可先把末端链路建设窄一点，3 至6 年后，再拓宽链路达到或超过全带宽水准，可节省费用。第三，高清制播流程在标清基础上以“ 同播” 起步最佳。同时，在高清标清素材大

30、量混合使用（通过上下变换）的今天，流程切忌全面推进，分步改进高清流程对提高标清节目利用率有利。第四，链路带宽是非常宝贵的资源，从源端到分发端，全链路没有必要都保持高带宽，而应该逐步降低，这样全链路最终仍能以较低成本获得较高信号质量。以下我们对高清链路规划中的重点环节进行阐述：（1）码率规划码流规划实际上也决定了高清存储介质选型。值得一提的是，在相同编码算法的条件下才能通过码率的大小判断图像的编码质量，不能简单地看码率数值来判断。比如，XDCAM HD 50Mbps 编码采用MPEG-2 帧间帧间算法，P2 HD 100Mbps 编码采用AVC帧内压缩算法，在换算为MPEG-2 帧内压缩算法时，

31、均为150Mbps 码率， 所以可以看出，XDCAM HD 50Mbps 与P2 HD AVC 100Mbps 具有相同的图像质量。（2）网络规划高清网络化涉及的问题很复杂，各台情况各异，对此没有统一标准。不过，高清新闻生产网络化是业界较普遍的选择。若标清新闻已经网络化生产，则在标清网基础上增加高清编辑站点和高清合成服务器即可。但是码率规划对于是否能顺利从标清网过渡到高清网至关重要，比如XDCAM HD 50Mbps 与标清IMX 50Mbps 码率一致，对网络负担没有明显增加，非常有利于过渡。至于高清专题、综艺等高端节目，它们对资源共享要求不高，时效性也不强，选择传统高清对编加字幕或采用高清

32、单机非编也是可行的方案；不过，较好的做法还是采用高清网络非编，比如苹果、AVID 都是不错的选择。为了节省费用，我们可在非编网中规划以本地硬盘存储为主，网络盘配置少一些，甚至就直接采用对等网联网，还可以通过相互抽拔本地硬盘来进行素材交换。2.5高清链路建设中的设备选型 设备选型牵涉的因素很多，为了简化问题，本文仅对高清新闻制作链路的设备选型进行举例分析。高清新闻制作链路需要对摄像机、录像机、非编网进行选型，其中，ENG 摄像机是选型重点之一。摄像机选型意味着记录介质和压缩格式的选择，对非编选型也有重要影响。而网络选型是设备选型的另一个重点，主要考察网络整体运行速率、编辑性能和出口技术质量。显然，多倍速上载和源码编辑性能也是评估非编质量、效率的重要因素。总之，高清摄像机与非编选型至少应考虑以下因素：（1）摄像机本身的技术指标；（2）摄像机所记录视频在非编上的上下载效率测评；（3）摄录格式在非编上用原码进行编辑的性能测评；（4）非编在不同编码格式下的编辑质量测评；（5）录像机上下载技术质量测评；（6）记录介质成本。 摄像机本身的指标主要看调制度，它可以准确反映机器的整体通道性能，高清全带宽摄像机能显现出27.5M 和24M 细条，我们常通过画面正中27.5M 细条的视频幅度大小来反映机器对细节的表