今天的电视机还沿用着50年代彩色电视发明时的标准。它们就是NTSC(国家电视制式委员会)和PAL(逐行倒相)。NTSC多用于美国和日本(二战),PAL多用于欧洲、澳大利亚、中东和亚洲地区。
本文将介绍NTSC和PAL的主要概念。这些知识对更现代的高清视频格式而言,不一定再具有相同意义。
电脑显示器由一大堆像素点构成,而电视显示屏则是由横线构成的。NTSC标准规定了525根横线,PAL是576根。现代显示器的横向分辨率比这高出很多(用像素衡量),768或1024都很正常。所以,当电视视频在电脑显示器上播放时,需要在垂直方向上拉伸才能充满整个屏幕。
美国电影电视工程师协会(SMPTE)在标准259M中说明,NTSC的525根横线要最终绘制出720*486的帧来,这个默认的帧尺寸被称为D1(ITU-R601标准)。现在大多数视频采集卡从录像带采集出的视频都是D1的帧尺寸,从DV源则采出720*480的帧。它们相差6个像素高。因为当帧尺寸是16的倍数时,压缩算法会大大简化(便于切块),而比D1少6个像素高的DV帧尺寸刚好能被16整除,所以压缩算法大多支持DV帧的压缩。
对PAL视频而言,不管视频源是什么,帧尺寸总是720 * 576。因为576已经可以被16整除了,所以不用再为DV压缩做出什么改变了。本质上,视频就是一辑快速连续播放的图像,以让人产生连续感。每秒播放图像数就叫做帧率,常用单位是fps(帧/秒)。帧率越高则每秒播放的图像数越多,视频也就越流畅。当然视频文件体积就会越大,带宽消耗也就越大。
一般我们都说NTSC的帧率是30,PAL的帧率是25。但准确的说,NTSC的帧率是29.97,这个奇怪的帧率是当年为了让黑白电视机可以兼容播放彩色电视信号。
压缩视频时,帧率起到的影响跟视频具体内容和使用的压缩算法都有很大的关系。更低的帧率可以减少需要被编码的内容,自然也就会减小文件体积,加强视频质量。但更低的帧率也会导致像素在每个帧之间的变化更大了,这样反而又需要占用更大的文件体积。但无论如何,在整体码率不变的前提下提高帧率,会使视频看上去更加流畅。
视频编码时如果要降低帧率,最好是降低成一个原视频帧率可整除的帧率,不然编码器就要去制造源视频中本不存在的帧。比如说源视频是24fps,则可以选择12fps、8fps、6fps、4fps、3fps、2fps。如果源视频是30帧,则15fps、10fps、6fps都是不错的选择。
另外,如果29.97fps的源视频时长长于10分钟,而你又没有选择可以被29.97整除的数(比如说14.98)作为输出帧数时,输出视频将出现明显的音画不同步现象。
像素宽高比的英文缩写是PAR(Pixel aspectratio),正如我们所知,电脑的像素是正方形的,但D1/DV的NTSC和PAL标准全都定义了非正方形的像素(称为D1纵横比)。DV/D1NTSC的像素纵横比是0.91,所以NTSC的像素是瘦高的。DV/D1PAL的像素纵横比是1.09,PAL的像素是扁胖的。所以,当在电脑显示器上看D1纵横比的视频时,它看上去就像被拉伸过。下表是各制式的像素纵横比。
制式 | 纵横比 |
---|---|
D1/DV NTSC | 0.91 |
D1/DV NTSC Widescreen | 1.21 |
D1/DV PAL | 1.09 |
D1/DV PAL Widescreen | 1.46 |
NTSC和PAL视频的一帧由两个“场”组成,上半场包含奇数线,下半场包含偶数线。所谓“场序”,就是定义的哪个场先被显示出来。NTSC的视频的场率约为60,这样除以二以后,就得到了30fps的帧率。
隔行扫描是一个在有限的带宽的传输视频的解决方案,电视机屏幕一直采用这种显示方式。而且当时的技术无法快速地逐行扫描过整个屏幕,这样在视觉上就会产生百叶窗效果,把每帧分割为两场就解决了这个问题。所有的模拟电视标准都采用了隔行扫描的方式,而数字电视标准则有采用隔行扫描也有采用逐行扫描的。
现在一些新的高清视频标准采用了逐行扫描(一次从顶到底绘出整幅图像)的方案,但仍有不少高清视频标准选择了隔行扫描方案来提高视频的时间分辨率。在相同的码率下,逐行扫描让我们每2n个时间单位中看到一幅完全清晰的图像而隔行扫描在每n个时间单位中就看到一副图像,虽然相对而言并非那么完美的。对于体育视频而言,后者显然是更好的选择,因为能获得更好的时间分辨率,这样才能更好地观察高速运动的物体。这也是目前各大电视机厂商都想要保持隔行扫描方案的原因之一。
在一般的视频中,相邻的两场一般差别都很小,所以在电脑显示器上看不出异样。但在电脑显示器上观看快速变化的视频时,则会出现明显的“场效应”现象,通常会让视频变得模糊而且诡异。这是因为本应在不同时刻刷新的两个场在一帧中被同时显示出来了。因此,在电脑上播放此种视频时通过把两场整合成一个简单帧的方式来“去隔行扫描效应”是很有必要的。
支持逐行扫描的摄像机通常也会带有隔行扫描模式,并且会提供各种帧率。典型的有60p(60fps逐行扫描)、30i(30fps隔行扫描)、30p(30fps逐行扫描)、24p(24fps逐行扫描)。逐行扫描的视频在电脑上观看时不需要进行“去隔行扫描效应”的处理。
还有有一个术语叫做“非隔行扫描”,它和“逐行扫描”是表达的相同意思。但它常用于描述视频信号,而“逐行扫描”则一般用于描述设备。
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