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LCD TV教材

電視的規格(NTSC、PAL、SECAM)：

目前世界上的電視系統分為3大基本體系：NTSC、PAL及SECAM：

※NTSC：National Television System Committee(聯邦電視規格委員會)，此規格由美國所發明。

※PAL：Phase Alternation Line(線相位交錯)，由德國提出。

※SECAM：Sequental Couleur A Memoire(法文)，由法國所開發。

日本、美國、加拿大、台灣、韓國、東南亞及中東一部份國家使用的是NTSC系統；歐洲國家、澳洲、中國大陸及巴西則使用PAL規格；法國、前蘇聯地區及部分其他國家(很少)則使用SECAM系統；但是中東部分國家(沙烏地阿拉伯)為了兼容SECAM規格，使用的系統有稍加修改，稱為NTSC4.43，不過這個規格所製作的影像以一般NTSC系統觀看的話只能看到黑白影像。另外還有伊朗、利比亞等中東國家所使用的特殊SECAM規格─MESECAM。但是各系統間其實是無法互通的，(不過目前已有設備及錄影機可進行信號轉換，使不同系統影像可以經由轉換在同一顯示幕上顯示)

基本規格

NTSC的原始規格是傳送單色信號(黑白影像)及聲音，每個頻道的佔用頻寬為6MHz，但是與前一個頻道必須保留1.25MHz的旁通帶間隔，實際使用頻寬4.75MHz，影像傳送為AM(調幅)調變方式載波傳送，聲音為FM(調幅)調變方式載波傳送。聲音載波位於頻道高頻末端、佔用0.25MHz頻寬，因此實際影像亮度信號(Y)使用頻寬為4.5MHz。圖形表示如下：

而後來為了彩色化，但又要保持與原系統相容，因此在不變動原始規格的要求下，在3.579MHz(一般略稱為3.58MHz)的位置，以90度交錯方式在亮度信號的波谷間插入色度信號(C)，調變幅度為0.5MHz，如此便可兼容原黑白系統。波型分別圖示如下。

交錯掃描、非交錯掃描：

在進到下一節─解析度─之前，必須先提一下交錯掃描(Interlaced)與非交錯掃描(non-Interlaced)，有玩電腦的人一定都知道電腦螢幕同解析度顯示模式下是非交錯掃描要比交錯掃描來的好。為什麼呢？

假設電視螢幕有500條水平掃描線好了，所謂的交錯掃描便是電子槍由上而下畫出第1行後並不先畫第2行，而是跳至第3行，就是以1、3、5、7、9…到第499條線之後在跳回至上方由第2行開始以2、4、6、8的順序畫下去。

這種做法的優點是能夠用較窄的頻寬獲得較高的畫面解析度(現在電腦的水平掃描頻寬最低都是從30.1K開始起跳，高的有上百KHz)，有利於信號傳送與節省成本。相對的缺點是若每秒畫面數目不夠多(至少需要24張/秒)，畫面看起來便會有”閃爍、跳動”的感覺，不信你看著電視，張開手指在眼前快速上下晃動，你就會發現電視畫面在上下跳動，這是因為手的擺動達到一個”同步遮蔽”的效果，使你無法連續看到畫面變動，因而可以看到交錯掃描的動作。

至於非交錯掃描便是由第1行至500行依序規規矩矩的畫下去(如下圖)，當然優點是看起來眼睛比較舒服，不過缺點便是工作頻率較高，需要較昂貴的電子電路設計成本和良好的電子零件材料以及映像管配合

解析度

前面有提過解析度，NTSC系統垂直解析度525條掃描線，這又是怎麼來的呢，一方面是規格，另外詳細計算如下：

1.水平掃描頻率=15.75KHz(每秒可以畫15750條線)

2.垂直掃描頻率=60Hz(每秒完成60次自上而下的掃描工作)但因為NTSC系統為Interlaced(交錯掃描方式)所以事實上每個完整畫面的垂直掃描頻率應為60/2=30Hz。

於是：15750/30=525(水平掃描線數=垂直解析度)

垂直解析度有了，那麼水平解析度要怎麼算呢？不是常聽人說VHS錄影帶和VCD的解析度是200條左右、LD有425線、DVD和ED-Beta有500線，這又是怎麼來的呢？這些以後都會一一提及，目前就電視信號的規格予以說明，以後一一類推便可知道了：

1.亮度信號頻寬=4.5MHz(就把它當作每秒畫4500000個點好了)

2.水平掃描線數=525線，但是因為信號最上端至信號最下端全部顯示的畫，在畫面最上方和最下方便會出現只有一半的線，加上為了使交錯掃描自最下端回掃至最上端時不至於因為移動距離較大來不及動作使畫面可能閃爍，因此實際上只用了約418~423線，隱藏部分稱之為”過衝”。

於是：4500000/420(每畫面水平線數)/30(每秒畫面數)=357.14285(每條水平掃描線的點數)約略算成360。而360/4.5=80

在此也可以做一個簡單結論─影像信號的水平解析度與其亮度信號頻寬成正比，約略可算為每MHz大約等於80點水平解像點。

六、Y/C分離、梳型濾波器、2維2行、2維3行、3次元Y/C分離：

再來的這部分可能會讓很多人搞不清楚發生了什麼事，可是這部分又牽涉到以後錄影機等許多重要部分，不說又不行，我盡量試試看為大家簡單說明。

說起Y/C分離，其實後面什麼梳型濾波器等等都是一樣功能的東西，只是比較複雜，主要是因為彩色系統的關係。而Y/C分離又有什麼重要性呢？前面說過，NTSC原本只是黑白電視系統，後來為了彩色化並與舊系統相容的緣故，採用折衷的辦法，便是在亮度信號(Y)末端高頻的部分波谷間插入色度信號(C)，並成90度夾角交錯，以減少干擾。而在接收端(也就是電視)要如何處理這混合在一起的信號呢？若是處理不好，那不僅彩色電視的解析度比不上黑白電視，而顏色也充滿色斑雜訊，一點也不真實，反而不如黑白電視來的乾淨清晰。

1. 濾波器：

最初是直接採用一個高頻濾波器，把3.58-0.5=3.08MHz(色度信號向左右調變約0.5MHz)以上的信號予以一刀兩段，以下算亮度信號(關係到解析度)，以上算色度信號(關係顏色純正與否)。但是這樣子電視水平解析度便由原先的360線(理論值)下降到240線左右(這也是最初VHS錄放影機設定在這個品質的原因)，同時色度信號中也因為雜有亮度信號的雜訊，使得顏色容易有斑駁不勻現象。只能算是個勉勉強強的不得已辦法，效果十分不理想。(處理法如下圖)

1. 梳型濾波器：

後來隨著電路技術進步，1970年代末期發明了梳型濾波器(其實就是由許多固定波段的帶通濾波器組合而成的零件)，如此一來似乎解決了問題，但是在實用上因為電子元件穩定性和發射信號漂移等問題，事實上不見得每個濾波器元件都有絕對相同的性能，而電視台訊號的位準也不見得與濾波器頻帶完全相符合。因而此時亮度信號(特別是高頻部分)和色度信號中仍然互相帶有對方的一部份雜訊，使得畫面解析度與顏色雖然確實比前一階段有明顯的進步，但是仍然存在著雜點雪花(Y雜訊)和串色(C雜訊)干擾問題存在。(處理法如下圖)

1.  
2. 2維2行、2維3行：

接著因為CCD和玻璃延遲線等類比元件的出現，電路技術再度進步，因而有人想到以類比計算的方法提高Y/C分離的精度(其實這可以稱為類比電腦了)，其方法就是：

(1)利用延遲線將掃描線訊號予以延遲1線時間，因為NTSC信號特性，亮度訊號和色度訊號成90度交錯，因此上一線的色度信號相位會和下一線的色度信號成180度，便可分別表示為(Y+C)和(Y-C)。

(2)將兩個信號利用類比電路分別作加法和減法運算後再除以2，理論上便可得到純淨的Y信號和C信號：((Y+C)+(Y-C))/2=Y ((Y+C)-(Y-C))/2=C

但是實際上因為畫面的關係，螢幕上的訊號不可能前一條掃描線和下一條掃描線的值都一樣，以水平線為例(最明顯的情況)：前一條亮度信號假設是1(亮)，那下一條線剛好就是0(暗)，這樣算出來的結果反而會比單純用梳型濾波器更糟，也就是說Y/C之間的干擾問題雖然解除了，但是取而代之的卻是本身信號的計算錯誤干擾(尤其在水平線和傾斜線上更是如此)，此種方式便稱之為2維2行方式(運算是在一個平面內執行)的Y/C分離結構，但因為效果並不比單純的梳型濾波器好很多，所以並沒有獲得大量採用。

(3)既然2維2行仍有致命傷，因此便有人想到加大電路結構，將延遲1行加到延遲2行，利用2次運算再加上比較來求取真值，動作計算方式如下：

一次延遲2行，於是有3個資料，分別為L1(Y+C)、L2(Y-C)、L3(Y+C)。

以L2為中心，分別對L1和L3作2維2行運算，分別獲得Y(12)、C(12)及Y(23)、C(23)兩組Y/C值。

再利用梳型濾波器取得L2的Y及C值作比較參考值(這裡說的已經有一點模糊理論─Fuzzy─及人工智慧─Artificial Intelligence─的基礎了，請大家用力一點，尤其是。)分別與Y(12)、C(12)及Y(23)、C(23)兩組資料比對，將資料與參考信號相減後，差之絕對值較小的一組資料便視為真值而將其送往控制電路。如此一來剛剛所說的水平線問題便可獲得解決。(見下圖例)

但是此時仍有一個問題無法處理，就是斜線，因為斜線上的點剛好L1和L3的Y/C值都與L2不同，結果便是使一些細微的圖案進行Y/C分離後反而支離破碎(注意看一下電視上出現的鏡頭，只要有人穿細網紋格子的衣服，鏡頭照到他時一定很容易出現”彩虹炫光”特效)，因此2維3行的極限也就在此，但是因為比起前面的梳型濾波器和2維2行處理來說，2維3行的精度已經大為提高許多，加上人類對動態物體的解析度視力要求較低(靜態時400線尚可仔細分辨、動態時200線便無法仔細辨認)，一般人對此已經不易發現缺點，所以1980年代末期以至於1990年代初期時的高級錄放影機(S-VHS)都搭載2維3行Y/C分離系統，以求得細密與純淨的畫質，至於電視機呢？目前除了極少數日製高級機種(尤其是HDTV對應型)使用了等一下要說的3維Y/C分離外，大多祇裝配梳型濾波器或2行式相關運算，能裝上3行式Y/C分離構造的一般都算是很高級的了。

3維Y/C分離：

前面已經說到2維3行分離方式雖然優秀，但是仍有無法解決的缺點(斜線)存在，隨著時間進入1990年代，數位科技快速的進步發展，以往昂貴的記憶體價格大幅下跌(1980年代末期時，記憶體價格幾乎和等重的黃金同價)，既然在同一幅畫面中無法避免斜線訊號資料所造成的失真，於是就有廠商開始動腦筋，利用數位電路技術，將以往的延遲單位由線(Line)改為畫面(Frame)，利用大規模高速的數位電路除了可以將整個畫面資料一次儲存外(最初的電路需要6Mb的記憶體，目前的電路使用記憶體大約都在1.5~4Mb之間)，並用以進行計算比對，如此一來，以往畫面內資料運算由斜線等細花紋所造成的困擾便經由此3維(運算單位已跨出單一平面)運算方式獲得解決(運算原理見下圖)，而過去一些細碎圖案(衣物格子、花樣)在電視上上常常會因為Y/C分離精度不佳的原因，會形成”彩虹炫光”干擾的情形也可以一舉消除了。

但是至此大家也都應該發現一個問題了：就是至目前為止，之前討論的似乎都是在一個畫面(Frame)之內，勉強可以視為靜態，可是兩個畫面間就不一定是靜態畫面了，一但畫面動作，那前一個畫面的對應點數值與下一個畫面的對應點數值不就不一樣了？這樣豈不是整個畫面都一團糟，恐怕會比用單純濾波器更慘了。

沒錯，基本上3D Y/C分離是在靜態畫面中處理，如果不管動靜態全部都用3維硬來的話，效果真的會比用濾波器還爛(手上有三菱HV-V6000或Victor HR-X1/Z1/20000等”超高級錄放影機”的玩家一定都知道)；但是一個畫面到下一個畫面之間的變化，並不一定是100%，因此各家廠商都有一套自己的運算法及電路來判斷此時的像素究竟該判斷成”動態”或是”靜態”再來決定Y/C處理方式(例如畫面變動值超過75%以上)─靜態部分便繼續採用3維資料，動態部分便切回2維3行方式。(你問我詳細原理是怎樣？我怎麼知道！我要是知道就不會待在台灣了，早就被日本公司聘去開發研究新電路了。)因為實際的計算法牽涉到各廠商的商業機密以及人工智慧的開發，因此廠家大多秘而不宣。這套電路一般統稱為”動態自適應型3維Y/C分離電路”，事實上若要細分的話內部還有分YNR和DNR等許多部分，但這個已經遠超過該講的內容和我的程度(良心：現在講的大家就都聽的懂嗎？哼！)。

其實這個部分所用到的技術有一部份是源自於高解像度電視(HDTV)，像現在有些較高階的S-VHS錄放影機其3維Y/C分離甚至不只用到2個畫面，而是已經用上了3個畫面─F1、F2、F3(以F2為中心作計算)，接近HDTV的一個畫面由4個”場”(Field)構成的電路水準(當然工作方式不一樣啦)，但是HDTV的動作原理更為複雜，像日本是使用混合型技術，台灣則打算跟美國一樣走全數位線路設計，等一下再為大家補充。

七、聲音：

先前已經提過了，在NTSC系統中，聲音載波在高頻末段，佔用頻寬0.25MHz，原先只是設計作為單聲道輸出使用(超級足夠)，後來配合音響錄音系統立體化的發展，加入了所謂MTS─副載波立體聲紀錄技術，基本原理便是利用聲音載波內部未被利用到的頻寬，加上一個副載波頻(如下圖)，放送系統便可利用這個副載波頻把第2語言、或將立體聲右聲道調變到這個波段上。但是因為加入了這個副載波頻，原先聲音的頻寬便從Mono 15~20KHz變更為Stereo 20~15KHz，不過仍是符合Hi-Fi的最基本頻寬要求的，於是電視放送從此便進入立體聲時代，更因為立體化後，Dolby Surround/Pro-logic(動作原理以後專章說明)系統便可利用此方式播放，使家庭電視也能擁有電影院級的音效享受。