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Hi-Vision

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Hi-Vision日本放送协会(NHK)商标所有,日本的高解析度电视放送(High Definition television/HDTV)的昵称。

概要

NTSC标准电视放送时相比,其扫描线达2倍以上,因此有更精细的影像表现。画面长宽比为符合人的视野,因此较标准(4:3)比例更宽,达到16:9的宽度。

日本在2008年时有两种放送规格。卫星放送(BS/110度CS)的数位高画质卫星电视(ISDB-S)与数位高画质地上波电视(ISDB-T)。另外,BS类比高画质电视(MUSE)于2007年9月30日停止放送。

类比高画质电视

类比高解析度电视正式的研究,是在东京奥运会后由NHK放送技术研究所开始。1972年,于国际电气通信联合(ITU-R,当时称为CCIR)提出此规格。

1980年代,由于有摄影机、高解析度CRT显示器、卡式录影机、编集制作机器等可对应高解析度讯号机器的开发,因此开始进行实用化,高解析度的昵称也从此时开始出现。1982年由于使用数位技术使频宽压缩,发明了以卫星放送的收发1波段传送频宽来进行类比放送的MUSE系统(Multiple Sub-Nyquist-Sampling Encoding system),使用此方式的BS放送于1989年开始进行时验放送,而于1994年开始进实用化的试验放送。

NHK为了让其自行开发高解析度技术与MUSE系统成为统一HDTV世界的规格,因此使用“高清晰电视”的英文"High Definition Television"来积极进行欧美区的标准化活动。

类比高画质电视概要

  • 长宽比: 16:9
  • 总扫描线:1,125条/有效1,035条
    • 1条线中有效有效画素数量:由于其1,920(总画素:2,200)个画素并非呈正方形,因此对于电脑动画上有相容性的问题,且对于好莱坞的后制工作的影响也很大,这也是美国广播业无法接受MUSE方式的原因之一。而后来的数位高解析度电视的总扫描线为1,125条/有效1,080条的正方形画素。
    • 考虑到PAL、SECAM、NTSC的转换,与电脑动画(CG)的相容性,有效扫描线数才会变成超过1,024条。
  • 隔行扫描比:2:1
  • 毎秒显示张数:60.00
    • 不使用System-M/NTSC转换的59.94 (60*1000/1001)而是60.00,这是考虑到59.94虽然可以方便跟周波数为50.00Hz的PAL体系进行的转换,但与NTSC进行联播时有困难,反而会妨碍了在NTSC体系推广MUSC方式的普及的缘故。之后出现的数位高解析度电视则为59.94。

MUSE方式的概要

  • 影像格式
    • 压缩扫描线:1,032条
    • 原始采样频率:44.55MHz
    • 传送采样频率:16.2MHz
    • 时间轴亮度压缩率:12:11
    • 时间轴色差压缩率:4:1
    • 色差多重方式:多重时间轴压缩 (TCI)
    • 压缩方式:场间、帧间、线间的补偿采样方式
    • 动态向量补正:水平±16采样(32.4MHz clock)/帧、垂直±3条/场
    • 同步信号:数位帧脉冲型、正极同步
    • 基频频宽:8.1MHz(-6dB)
  • 声音格式
    • 多重化方式:于垂直归线期间3种多重基频
    • 模式:48kHz 16bit(2ch)/32kHz 12bit(4ch:3-1 立体声)
    • 声音压缩方式:差值编码 DPCM
    • 声音错误控制:BCH SEC DED
  • 关于BS传送调变方式
    • 重音:非线性重音、增益9.5dB
    • 调变极性:正极性
    • 频率偏移:10.2MHz p-p
    • 占有频宽:27MHz

HDTV基频影像信号频宽为30MHz,但日本卫星放送使用到最大的频宽为27MHz。由于调变方式为FM方式,因此可供传送的基频信号频宽为原本的1/3,即为9MHz,所以必须进行影像的压缩。使用MUSE方式时,1个画面的采样大小可减为画素数量的一半,总画素数量的1/4。4个画面就可以将全画素位置进行采样,不过以图样来看各画面间排列方式为千鸟格子状,也称作quincunx sampling。

在静止画面时会以先前采样的内容进行补正,在变动画面时也会依据稳定动作时传送的向量资料进行动态补偿,使其能维持稳定的高解析度影像。虽然在无法得到动态向量资料时会使解析度下降,但人眼在看移动物体时眼力会下降,所以并不会有太大的问题。颜色讯号也使用同样的采样处理后,进行时间轴压缩。这样制作而成的采样值以类比方式进行传送。另外MUSE与视听规格BTA S001在色彩矩阵上不同,其差异处如下。

  • 视听规格(BTA S001):Y=0.701G+0.087B+0.212R
  • MUSE方式:Y=0.588G+0.118B+0.294R

声音信号在A采样模式(采样频率)32kHz 量化字长12bit(4ch:3-1 stereo方式)/B采样模式48kHz量化字长16bit(2ch)因差值编码DPCM(Differential PCM)会减低传送率,A模式下15bit可减少8bit、B模式则16bit可减少11bit。bit量的减少在DPCM编码时使用当地解码来测定偏差值,根据变化量使用名为Rang Bit的图表中得出对应值,并以此值来对分级后的声音进行传送量的减少。经此处理后的声音传送率为1350kbps。DPCM使用采样资料的差值进行传送,因此在遇到因传送管道发生障碍而引起的错误时,因误差的累积会使先前的讯号无法正确再现。为了减轻此情形而使用了Leak值来代表与先前差分信号的积分值。使用Leak值可以除掉因后续声音资料累积时产生的误差。这些数位资料中加入了定正错误的编码,有排除因传输管道异常而产生的刺耳杂音的功能。此声音传输编码方式名为DANCE(DPCM Audio Near-instantaneous Compressing and Expanding)。

MUSE在MPEG系列普及为数位传送使用之前,曾被考虑过利用来作为地上HDTV放送使用,而有了扫描线减为720条、频率降到9.72MHz的窄频Narrow MUSE,也曾有放送局以传送为目的使用的技术MUSE-T。

关于类比高画质电视(试験放送)

以NHK为中心开发的高画质电视“Hi-Vision”进行实用化,自1989年6月1日到1991年11月24日期间于NHK卫星第2电视台的14:00~15:00(大相扑开赛时为17:00~18:00)与星期日深夜(未到周一清晨)的1:00(原则)~5:00时间段进行“实验拨放”(正式名称微技术实验)。

1991年11月25日到1994年11月24日为止,“高解析度试验放送”以高解析度普及协会所属代号JO2C-BS-TV,放送使用类比BS-9ch的各电视台与影音业者制作的高解析度节目(刚开始1天放送7~8小时,而后渐渐延长)。1994年11月25日开始在同频道类比BS-9ch更近一步的推行“实用化试验放送”,一天内至少放送10小时高解析度节目,NHK与民间各电视台(星期三除外)每天轮流交换放送节目(不定期的会有各单位共同制作的节目)。而且当时NHK以扫描线的条数为纪念,称11月25日为“高解析度日”,进行普及活动。

  • 毎日:NHK(夏季高中棒球开打期间除外星期三全天、其他天数1天5小时左右。广播代码:当时为JO341-BS-HDTV→1997年开始JO241-BS-HDTV ,以下的变更时间皆同)
  • 星期一:东京电视(广播代码:JO347-BS-HDTV→JO247-BS-HDTV)
  • 星期二:日本电视放送网(广播代码:JO343-BS-HDTV→JO243-BS-HDTV)
  • 星期四:WOWOW(广播代码:JO342-BS-HDTV→JO242-BS-HDTV)
  • 星期五:TBS电视(广播代码:JO344-BS-HDTV→JO244-BS-HDTV)
  • 星期六:朝日电视(广播代码:JO346-BS-HDTV→JO246-BS-HDTV)
  • 星期日:富士电视(广播代码:JO345-BS-HDTV→JO245-BS-HDTV)
  • 夏季高中棒球开打期间:朝日放送(广播代码:JO348-BS-HDTV→JO248-BS-HDTV)

※广播代码的变更是由于1997年时发信卫星由百合3号b卫星改变为BSAT-1卫星造成的。
※地面民营电视台与现在的BS数位放送不同,由于与地面放送皆为同一个法人进行营运,因此只要提出受信报告书就能经由东核心局取得的全日本各地的受信确认证(此认证与地面电视放送的相同)。

2000年12月1日BS数位放送开始,核心局也经由关系公司开始进行独立放送,因此以MUSE进行的类比高解析度电视放送只剩NHK联播的高解析度放送(广播代码:JO24-BS-HDTV)。而此放送也于2007年9月30日(正确时间应于10月1日凌晨1点)结束。

另外,要享受BS类比高解析度放送需要BS类比调频器与装有MUSE解码器的高解析度电视,或有单独连接调频器与解码器的高解析度电视。此外,内含BS类比单体调频器或是内附BS类比调频器的电视与收音机在与MUSE-NTSC转换器(M-N转换器)或MUSE解码器在接上AFC后进行搜寻就能进行收视(但画质为一般)。在旧有4:3比例的电视上使用的话出现黑边或是影像会被切割掉。

数位高画质电视

概说

NHK以推动Hi-Vision作为世界统一的规格为目标,持续积极的在欧美进行标准化活动,但因政治上与其他种种的理由,日、美、欧的HDTV广播发展各有各的规格。

另外由于美国进行数位HDTV的开发,在欧洲也跟进后日本也开始推行数位广播(→数位电视广播)。

因此现行的HDTV类比放送BS高解析度电视放送在2007年9月末,于其使用的BSAT-1放送卫星寿命结束后停止放送。

此外即使是数位HDTV,在基频的影像制作与转换上,由于有专为类比数位电视开发的技术,在类比时代制作制作的高解析度HDTV素材可以经简单的处理后在数位高解析度电视上放送。

  • 在与类比高解析度电视中MUSE方式之间,基频讯号有以下几点较大的差异。
    • 画面频率:MUSE:60.00Hz/Digital HDTV:59.94Hz
    • 有效扫描线:MUSE:1,035条/Digital HDTV:1,080条
    • 时间码:MUSE:NDF/Digital HDTV:DF

在这些差异点下,过去的素材在活用时会有转换上的问题。

数位高画质电视放送

日本在数位高画质电视放送的规格是以ISDB进行订定与应用。卫星放送则是ISDB-S,地面放送则是称为ISDB-T。ISDB并非指有包含数位高画质放送的所有电视放送规格,即“ISDB=高画质”是不正确的,实际上ISDB也包含了旧有的标准画质的放送规格。画质(与解析度不同)与传送率有关,随传送测(广播局)事前设定不同有所变化。传送率的变更(不同)是因为实际上在放送时会根据每个频道(播放局)的状况不同,经统整后设定运用上各有不同。举例来说,每个节目或广告的传送率在一般的情形下是不进行调整的。但影像的解析度有变化(差异)时,为了维持一定的播放品质,此影像再储存与传送时传送率会进行必要的调整,因此不会出现解析度不同的情形(也就是说高画质与标准画质、旧有画质的影像其必要的纪录率与传送率是不同的)。

  • BS数位卫星放送中除一部份频道外皆为高画质放送。
  • CS数位(Skyper!e2、Shop channel)仅有一部分节目有高画质放送。Skyper(东经124・128度)也于2008年10月导入了部份高画质节目。
  • 地面数位高画质电视放送中也有一部分并非高画质节目。
    • ※在BS数位放送会将原本以标准画质进行录影的节目进行缩放处理(将标准画质的影像进行解析度转换使其能作为高画质信号进行放送)后进行放送。若此节目以16:9画面进行播放时,中央4:3部分的将显示原本的画面,而两旁则为附属资讯栏。但是此放送信号在4:3画面下观看时,若电视台没有付加4:3画角情报时回出现双边黑边画面。在有附加4:3画角情报时会将影像放大,使画角情报消失仅留下4:3全萤幕画面。
    • ※除以上提到的情形外若将16:9比例的节目放到4:3比例的标准电视上时,画面会被裁切(两边切掉使比例成为4:3),或上下出现黑边。在显示比例上若是黑边技术是16:9,边缘裁切技术时为14:9或13:9。使用何种方式依电视功能而定。

高画质电视放送的种类、形式、放送规格

需注意高画质电视会因电视(播放机器)的显像方式(映像管、液晶萤幕、电浆电视、内投影电视等、放送规格(类比、数位)有规格上的不同。

影像的显示方式

  • 液晶萤幕、电浆电视等为固定画素方式的情况下垂直像素数650以上为高解析度电视的条件(JEITA定义)。
  • 数位高画质放送的解析度为1920×1080(宽×高、正方形画素)或是1440×1080(并非是为了得到像类比时代一样的16:9画面而故意拉宽,而是原本其画素就是宽型画素)为主流。解析度为1366×768或1280×720的面板也被称为是高解析度面板,但在显示1080i画面时其解晰度会因缩放处里而大约减少一半。在解析度超过1920×1080以上的面板时,可以不进行缩放而将1080i讯号以点对点(Dot by Dot)方式进行显示(在一般情形下预设值是进行过扫描,因此使用者必须自行进行点对点设定的选择)。这类型面板或是采用此类型面板的机种大多会加上Full、Full HD、全高清等名称。因为有“光看解像度就能称为全高清吗?”等意见,所以目前还没有定义出统一的名称。
  • 映像管方式时,1125i(有效扫描线1080i),或是750p(有效扫描线720p)实可称为高解析度电视(JEITA定义)。但是民用映像管电视其电子线在高精度且长时间扫描的情形下很难维持其效果,一般会进行过扫描处理。因此显示的影像其上下左右都有部分会超出萤幕范围,实际上看到的画面只有原始画面的8、9成左右(在1080i时,有时实际上显示出的扫描线只有900条左右)。
  • 显示区域因制造业者不同而异,即使同一业者其产品也不一定会统一规格。此外同一台电视有时也会因显示影像亮度的不同,显示区域有很大的变动。另外映像管的数量并不一定就代表了横向解析度。
  • 关于电视的名称
    • 搭载可完全解码解析度1125i或750p讯号的数位调频器,并可以完整显示其画面时称为“数位高解析度电视”。
    • 虽然有搭载数位调频器,但无法完整显示其画面时,只能称为“数位电视”。有时即使面版解析度为640×480,有搭载数位调频器就被叫作数位高解析度电视,这是错误的(商店传单广告上常会有此错误的解释)。
    • 虽然没有搭载数位调频器,但能显示高解析度画面时、一般使用“数位高解析度对应电视”这种容易令人误解的名称。

类比、数位放送规格

即使总扫描线都是1,125条,放送局传出的影像其有效扫描线在类比放送是1,035条(1035i),而2000年12月1日开始的BS数位放送则是1,080条(1080i)。除有效扫描线以外的差异还有BS类比高解析放送(MUSE)、卫星放送(BS/110°CS)的数位高解析放送(ISDB-S)、地面数位高解析度放送(ISDB-T)等不同。(CS数位放送(Skyper!e2)其总扫描线数720条(720p))。

由于有这些规格上的同,电视制造业者声明在1999年以前由于数位高解析度放送规格还没定出,类比高解度电视无法对应数位高解析度调频器。实际上数位高解析度调频器上经由“1125i固定”(即使是标准画质也全转换成1125i)的设定,可以让类比数位高解析度电视经由色差端子来接收由1125i固定转换的影像。但是由于类比高解析度电视扫描线如同前述的较少,无法调整成能够显示完整的原始画面。

计画全面废止类比广播的国家除日本(2011年7月24日)外,尚有义大利(2012年)、台湾(2012年)、全欧洲(2015年)、巴西(2016年6月29日)等。荷兰于2006年12月11日、美国于2009年6月12日停止发送。

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