高清視訊解析度與畫面比例－洋洋得意報NO.27

洋洋實業團隊 撰 2008/4/25

        「標準解析度」（Standard Resolution）電視走向高畫質電視時代來臨，「高解析度」（High Resolution）提供的電視節目內容將直逼電影所呈現的畫質，未來全世界後製製作系統將整合拍攝、錄影與後製設備，統一之規格有利於影片製作的成本，可跨越電影、電腦、光碟及電視平台的製播與出版模式已成為趨勢。根據人眼的視覺特性，視覺最清楚的範圍是垂直視角為15°，水平視角為20°的一個矩形視野，因而電視接收機的螢幕通常為矩形，矩形螢幕的大小用對角線長度表示，並習慣用英吋作單位，一般電視機的35cm（14英吋）、 51cm（20英吋）、74cm（29英吋）…等都是指螢幕對角線長度。過去電視畫面的寬高比為4：3，為增強臨場感與真實感，現在LCD大尺寸的LCD電視大幅增加為16：9之寬高比，可提供高畫質電視或大螢幕高品質電視要求水平視角的增加。「高畫質電視」（High Definition Television，簡稱HDTV）的就是因應這種如臨現場感觀賞的趨勢而生，由於其圖像素（Pixels）超過百萬（1080：1920 = 2,073,600像素），畫面品質可與35mm電影相比，它是數位電視（Digital TV）很重要的應用，高畫質電視與類比電視（Analog TV）相比，影像資訊容量增加4～5倍；高畫質電視不僅能顯示高畫質的圖像，也能顯示高密度的文字與圖片。高畫質在包括中國大陸、香港與新加坡亦稱之為「高清」，是未來最接近電影的電視影像格式。

        類比時代，使用525條美規電視系或歐洲國家使用的625條的標準畫質電視，未來的家庭中將為高畫質電視所替代，其畫面的清晰度可以和35釐米的電影膠片畫面媲美。國際電報及電話諮詢委員會（CCIR－International Consultative Committee for Radio）為高畫質電視下的定義是︰『當觀看距離為螢幕高度三倍時，高畫質電視機的垂直解析度和水平解析度應是類比電視的兩倍以上，畫面的寬高比16：9，有多聲道優質音訊。』

        早在數位電視概念具體成型前，全球電視工業就曾開始思索電視產業的蛻變。最初各國都鎖定在畫質的改善工程上，因此，數位電視的浪潮的前身即是「高畫質」（High Definition）電視的源流。「高畫質電視」（HDTV－High Definition Television）相關技術的理論最先開始於1948年。但是，HDTV是從1970年代才開始發展，日本幾家大公司和電視機構－新力公司、松下公司和NHK…等，進行高畫質電視的試驗。1981年，日本工程師們聯合展出了他們的高畫質電視，掃描線數高達到1125條。這種電視系統的缺憾是不能和目前的電視攝像、傳送與接收系統相容。1989年，美國沙諾夫研究中心（Sarnoff Research Center）研製成功一種高畫質電視系統叫做「先進化相容電視」（ACTV－Advanced Compatible Television），掃描線數達到1025條，雖比日本的高畫質電視略低，但其最大的優勢在於其相容的特性。

        目前國際無線電顧問委員會（the International Radio Consultative Committee）還沒有最後作出決定，未來的國際市場採用哪種高畫質電視系統。因為，現存的三種標準：日本標準（經過技術改進，已經和日本國內現存電視制式相容）、美國標準、歐洲標準都只在自己的國家或結盟區域性相容，作為未來電視業發展的方向，國際間應需要一個統一的標準，這個標準現在還是個未知數。

        「高畫質電視」的概念不僅在於提昇5~8倍的解析度而已，除此之外，是視角的增加由原先的4：3變成了16：9。高畫質的觀念是由「寬銀幕」的電影而來的，也就是「家庭劇院」的概念。當寬銀幕的電影剛剛在市場上推出時，電影製片發覺寬銀幕讓坐在前幾排的觀眾比以前就的窄銀幕更有「參與感」，尤其是豐富的視角更滿足了觀眾的「臨場感」。因此「畫面比例」決定了銀幕寬高的比例，其他的就是畫面尺寸的問題了。「畫面比例」（Aspcet Ratio）即一個圖像的水平（X－寬度）除以它的垂直（Y－高度）所得的比例，通常以「X：Y」或「X by Y」表示。目前在電影工業中最常被使用的是「Anamorphic－橫向擠壓規格」比例（即2.39:1）。目前電影與電視最常見的畫面比例有三種：「4：3」、「16：9」與「2.39：1」。傳統的4：3（即1.33：1）被使用於現今的許多電視畫面上，而它成功的後繼規格16：9（即1.78：1）則被用於高畫質電視上。

        過去電影35釐米有聲片的外觀寬高比例為1.33：1，稱做「Academy Aperture」（亦稱Academy Frame，影藝學院規格），國內也稱之為「標準銀幕」，它是由美國影藝學院推行的一種電影片規格，主要是用於35釐米電影攝影機和放映機，也是類比電視4：3的標準畫質規格（SDTV 720：480）。由於電影業希望與電視有所區隔，後來大部分在美國商業電影院放映的影片改為1.85：1的更寬銀幕比例的畫面，歐洲則是稍窄但同高的1.66：1。而商業劇情片通常是用35釐米底片配合壓縮鏡頭進行攝製。此種鏡頭會將被攝之影像壓縮以容入每一畫面內，放映時再水平擴展為原比例，最常見的比例是2.35：1。

        未來的電視節目會因為高畫質電視攝錄、剪輯、發射與接收系統的改變而使得影像達Full HD的16：9高畫質規格（HDTV 1920：1080），與過去電影1.66：1比例相近，音質方面多聲道環繞音效的加入，也獲得更大的改善，高畫質節目影像更具逼真度、聲音更具臨場感。高畫質畫面比例以1280：720為例至少有五種格率（影格速率，即Frame Rate，單位為fps－每秒鐘播放影格數），分別為60p、50p、30p、25p、24p（fps），又簡稱為「720p」（電視影像的掃描可分為「交錯式掃瞄－i」Interlace Scanning，或稱之為隔行掃描與「漸進式掃描－p」（Progressive Scanning，或稱之為逐行掃描兩種），還可分別表示為美國ABC電視台採用的720/60p、720/50p、720/30p、720/25p與FOX電影台採用的720/24p。目前除了美國與台灣個別幾個電視台或節目，搶先使用1280：720為製作HDTV節目標準外，世界各國，包括大陸、歐洲、澳大利亞、日本、韓國，新一代「HD DVD」和「Blu-ray Disc」，顯示解析度標準大都準備採用1920：1080的解析度，美國與台灣部份系統和節目之外，目前還沒有一個國家統一採用1280：720的HDTV標準。目前數位電視HDTV的視訊採用MPEG-2進行壓縮，根據場掃描方式的不同，而新一代的數位高畫質使用的壓縮技術將採用MPEG-4的技術，它的壓縮率更高，更為節省頻譜與儲存空間，此項技術已大量使用在網路串流的高畫質影像當中，例如微軟的WMA-HD格式就是最好的例子。

         目前HDTV電視顯示器規格主要是以1280：720p與1920：1080p為主流，而接收1920：1080i的訊號，新一代的HDTV電視機也以利用「增點倍頻處理技術」轉換成1920：1080p的格式。另外，一個比較特別的規格是1125p的影像訊號格式，1125p是日本NHK公司於1967年所訂立的「MUSE」HDTV的標準，水平影像頻率為67.5kHz，畫素為622萬，以漸次逐行的掃描方式，播放1920：1125/60Hz的超高解像度，1125p超高畫質、高亮度的畫面，堪稱目前最高的規格，在日本，甚至已經邁向超高畫質（Super Hi-Vision）的技術，解析度達到7680：4320，用這樣的解析度，連人體毛細孔裡面的毛都看的一清二楚，清晰驚人。從消費市場的規格而言，「美國消費電子協會」（Consumer Electronics Association－CEA）和「歐洲信息與通訊技術產業協會」（European Information & Communications Technology Industry Association－EICTA），提出的HDTV電視機規範，HDTV 顯示解析度必須達到1280：720以上。也就是說，上市的液晶和電漿顯示解析度，通用的標準解析度至少應該在1280：720以上才稱得上是HDTV電視。當我們使用寬螢幕的HDTV電視機觀看高畫質節目時，那遼闊的寬幅畫面、清晰細膩的逼真圖像、豐富分明的層次、自然亮麗的色彩，將帶來身歷其境的真實感和極大的視覺享受。