[科普中国]-扫描制式

扫描制式是指一个国家的电视系统所采用的特定制度和技术标准。具体来说就是对世界上共有三种扫描制式，全世界大部分国家（包括欧洲多数国家、非洲、澳洲和中国）采用pal制, 采用25fps帧率；美国、日本、加拿大等国采用的是由国家电视标准委员会（ntsc）制定的ntsc制，采用30fps帧率（精确地讲为29.97 fps）；另一种制式secam制主要用于法国、前苏联及东欧国家。

主要依据电源频率，例如中国用电视交流220V，频率为50Hz，这样就是PAL制，日本用电为交流110V，频率为60Hz，这样就需要用NTSC制。

一种新型电视扫描制式的设想人的视觉器官，决定了电视图象所在平面的形状，应是宽高比近似为4：3的矩形。欲用电子束扫遍整个矩形面积，可以有各种顺序。现行的扫描方式 ( 由左至右形成水平的行扫描线，把行扫描线由上至下地排列，完成对矩形面积的扫描 ) 虽毫无例外地用于世界各国的电视系统，但并非最佳选择。这种扫描方式的设计，很可能是由于电视发明人的书写习惯所至，而不是从各种方案决择的结果。1

竖行扫描制式的特点介绍 一个新的扫描方式：竖行扫描方式，并论述它较现行扫描制式的优越性。

l、扫描顺序：电子束由上至下形成竖直的行扫描线，行扫描线由左至右，顺序扫满整个矩形面积。

2、行频和场频：为了不改变电视步制度中扫描方式以外的部分，竖行扫描方式的视频带宽应和原制式相同，决定带宽的是每幅图象的总象素数和帧频乘积的1/2。电视扫描的帧频率，涉及视觉器官的闪烁感觉、荧光屏的发光能力、视频带宽以及其他诸多因素，不应任意改变，故取帧频和原扫描制式相同，采取隔行扫描的场频也和原制式相同。帧频不变，要保持带宽，每帧图象的总象素数也不能变，但竖行扫描由于行幅减少1/4，每行的象素减少了1/4。

3、扫描以外部分电视制度不变： 由于每帧图象的总象素数目不变，视频带宽亦不变。故调制、发射、接收、解调的方式均无需变化。即整个电视系统，除扫描电路以外的电路，均无需改变。1

竖行扫描的优越性1、降低了对行输出级的要求和功耗：现有电视设备中的扫描系统，行输出级损坏率最高。这是因为它电流大、功耗大、易发热烧毁；又因逆 程电压高，容易击穿元器件。竖行扫描方式将行幅减 少1/4，使扫描电流、功耗、逆程高压相应降低，因而降低了对行扫描输出电路元器件的要求，提高了设备的可靠性和寿命。

2、减少行扫描电路部分的体积和重量：感抗、xL=ωL= 2πfL。由于行频的提高，行扫描部分的所有感性原件，如行输出变压器、行偏转线圈、行激励变压器，要保持原来的感抗都应减 少L值，即减 少线圈的匝数和磁芯的体积，这样重量必然减少。1

3、整机功耗明显降低：场扫描幅度增加了1/3，场偏转电流也相应增加。因为场输出级是线性放大器，因此功耗会成比例地增加。但是由于场偏转线圈的电感量较大，匝数较多，电流较小，虽按比例地增加，与行输出级电流减少的数量相比是微小的，二者相差一个数量级。一般电视设备的扫描电路，增加场幅度是较容易的，并且很少有发热和元件击穿现象发生。竖行扫描制式使行扫描功耗减少较多，使场扫描功耗增加很少。因此竖行扫描较原制式有明显的功耗低的特点。

4、有保密价值：用竖行扫描制式发射出的电视信号，一般电视接收机接收时，行不能同步，无法显示正常图象，故有保密价值。1

竖行扫描制式的现实意义现行扫描制式如要改变，不仅涉及到各国的广播系统，而且涉及到亿万用户。所以，暂时不可能用竖行扫描制式取代现行扫描制式。但是在下列三个方面，不失其现实意义：

1、某一 单独的电视系统，不论闭路或开路系统，只要不与别系统交往即可采用。

2、有保密愿望的电视系统。

3、电视事业不断发展，设备不断更新，随着高分辨力电视的成熟和推广，现有设备必被淘汰，竖行扫描制式将给高分辨力电视的设计和制造以启示。1

电视机扫描制式变换中产生插值行的新算法提出了一种产生插值行的算法，用以实现电视扫描制式从隔行到逐行扫描制式的转变，提高电视机的清晰度。用自编程序对该算法进行了模拟，证实了其有效性。将该算法与一些现行算法进行了比较，阐述了其优点。2

内插算法提出了一些内插算法，使电视机从隔行扫描变为逐行扫描，即从原来的每秒扫25帧画面增加到50帧。方法主要有以下几种：

1)场重复法。电视机以常速 ( 25帧/秒，即50场/秒 )接收电视信号，经处理后以两倍的速度显示到显象管上。如接收的次序为A1、A2、B1、B2等场，则显示的次序为A1、A1、A2、A2、B1、B1、B2、B2等。

2)帧重复法。与1)类似，只是每场显示的先后次序不同。若接收的次序仍为A1、A2、B1、B2，则显示的次序 为A1、A2、A1、A2、B1、B2、B1、B2。

3)垂直内插法。利用A1、A2场垂直内插得到两个额外场A’ 1、A’ 2，显示次序为A1、A’ 1、A’ 2、A2等。

4)垂直时域内插法。在垂直和时间两个方向实现内插得到额外场，显示次序为 A1+A’ 2、A’ 1+ A2、A’ 2+ B1、A2+ B’ 1、B1+ B’2、B’ 1+ B2等。

上述方法均为线性内插法，此外还有非线性的中值滤波内插法、自适应运动检测控制内插法、自适应垂直边缘检测控制内插法等。2

算法介绍本算法把数字 Y信号 (即电视信号中的亮度信号 )作为输入值，算法运行后产生的结果就是插值行各点的 Y值。

首先引入一个概念— — 段。就电视机而言，它所接收的是模拟电视信号。要产生插值行，就需将该模拟信号转换为数字信号进行处理，这样就形成了数字场。对于每一数字场的每一行而言，组成该行的每一个点都有其本身的亮度值。对相邻两点的亮度值进行比较。假定它们的亮度值分别为L1和L2，如果L1- L2= 0，就认为它们属于同一段 ；如果L1- L2≠ 0，就认为它们属于不同的段。例如，某一行中部分相邻点的亮度值如下：

… …，19，19，19，33，33，44，44，44，… …则前三个点构成一段，中间两个点构成一段，而后三个点也构成一段。这样，每一行均由若干个段组成，而每一段也由若干个相邻的点构成。2

与若干算法的比较及讨论已简单介绍了一个其他的算法，现对本算法和上述算法进行比较。对场重复法来说，它能很好地重现运动图像，消除了大面积闪烁，并且硬件实现较为简单，然而它不能消除边缘闪烁。而对于帧重复法来说，边缘闪烁和行间闪烁效应降低，且只有在图像进行快速垂直运动时，行爬行现象才较为明显，但其在运动图像的重现方面有较大的缺陷。至于垂直内插法和垂直时域内插法，这两者在重现图像轮廓方面也有不能令人满意的地方，且硬件实现成本较大。另外，对于非线性方法而言，它们的效果比前述方法要好，不过由于要用到大容量的存储器，费用偏高。2

然而，本算法在产生插值行后，即与原隔行扫描行交叉显示在电视机屏幕上，且行频增加一倍，而场频不变，也就是说，在一秒钟内扫出50帧50场。因而，从理论上讲，它能有效地消除行间闪烁、边缘闪烁和行爬行现象，同时在重现静止图像的轮廓方面也较令人满意。并且，由于插值行的产生仅与上下两行有关，所以并不需要大容量的存储器，这样就使硬件实现的成本得以大大降低。但其在重现运动图像方面是否有效尚待用硬件进一步验证。2

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学