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02 7月, 2015

[技術] I 跟 P 的故事-交錯掃描與循序掃描

一旦開始接觸影視製作,各種影音格式便令人眼花撩亂,常聽到什麼1080i 720p 60i 24p…到底那一堆是在講尛?這次就來講一下那個 I (interlaced scan,交錯掃描)還有那個 P (progressive scan,循序掃描)的故事。

一切要從電影開始

雖然進入有聲片時代後,每秒24格已經成為電影的攝製標準
但是放映時,每秒24格卻會有明顯的閃爍
(如果看過底片攝影機的觀景窗便能輕易體會)
為了減少閃爍造成的干擾
電影人們修改了放映機快門,使每張影格都會重複投影2~3次
每秒投影的次數達到48~72次後,觀眾更不易察覺閃爍

交錯掃描風雲崛起

但在電視研發過程中
還沒有技術可以像電影放映一樣
以「複製影格」的方式增加畫面更新次數(refresh rate)

畫面更新次數要多少?
跟電力系統相配合的話,可以簡化電路設計
所以每秒50次(歐系)/60次(美系)算是大致確定

而當時以陰極射線管顯示技術為開發主力的科學家們
還困擾於另一個問題:電視的垂直掃描次數難以提高,導致畫面不夠清晰
關鍵在於陰極射線打到熒粉後,發光的時間有限

要是照順序來一條一條往下掃(=循序掃描),掃描速度不夠快的話,
畫面會由上往下暗掉

結果有人想到,先由上到下跳著掃瞄完,再補上剛剛跳過的部份
一樣是每秒更新50次/60次,只是兩次才拼成一個畫面(利用視覺暫留的效果)
這樣子看起來還是一個完整的畫面,但掃描線數提高了,畫質也提升
而且更新次數夠多,閃爍問題算是克服了
這就是交錯掃描 50i/60i 出現的過程

後來循序掃描技術的速度提升
但同樣的傳送頻寬下,交錯掃描在畫面的流暢性跟抗閃爍效果還是較佳
成為歐美兩大電視規格的標準

循序掃描絕地重生

上面都是20世紀前半段的故事…
到了1970年代左右,個人電腦跟遊戲機開始普及
他們也需要輸出畫面,但是顯示電路採用電視的設計又太貴太麻煩
工程師們選擇了以循序掃描方式顯示較低解析度的畫面
而且畫面只要給自己看,傳輸上也不像電視受限電波頻寬
他們便把既有的電視訊號規格加以簡化,借此降低顯示電路設計成本

後來電腦對繪圖需求逐漸增加
電視的長方形像素造成圖形扭曲讓他們很困擾,乾脆也改掉變成正方形像素
於是電腦用的螢幕跟電視就越走越遠

但有些電腦如Commodore Amiga還是選擇輸出NTSC規格的畫面,這樣就不用另外買螢幕
可是交錯掃描反而對於需要顯示單一像素的電視程式造成困擾:
過於細小的橫向點線看起來會像是一直抖動,太傷眼
要是以反交錯處理,抖動沒了,卻變得模糊好像失焦,還是傷眼
對於需要長期盯著螢幕的電腦工作者來說當然敬而遠之

20世紀晚期,液晶技術成熟到能推出解析度適合電腦用途的螢幕
液晶偏振改變色彩的方式天生適合循序掃描
不像CRT會產生間歇的黑畫面(閃爍的來源)
也不需要提升更新頻率去消除它(降低視覺疲勞)
在顯示細小像素上更顯清晰易辨的優勢
而且循序掃描的畫面更適合放大
提升液晶偏振的反應時間之後,顯示動態影像的流暢度也提高
循序掃描從此跟著液晶、電漿等薄型顯示技術逐步反撲電視的市場

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