反交错

**解除交錯**（deinterlacing）是將交錯式（即隔行掃描）（interlace）影像訊號轉換為漸進式（逐行掃描）（progressive）影像訊號的一種方法。

因為裝置處理速度以及頻寬的限制下，廣播電視系統，例如 NTSC 或是 PAL，都是使用交錯式訊號取代漸進式訊號。但是現代新型的顯示裝置例如液晶顯示器、電漿顯示器、數位投影機或是數位微型反射鏡（DLP，數位光處理）等，都只支援逐行掃描（progressive scan），因此在這些裝置上需要有解除交錯的功能以將交錯式訊號轉換為逐行訊號。

## 描述

一個動態影像是由一連串連續的靜態影像所組成的，其中每一個靜態影像稱為影格（frame），而動態影像中每秒所包含靜態影像的數量則稱為影格（速）率（frame per second, fps）。

而在顯示器上顯示動態影像的方式有兩種：

* 漸進掃描：或稱為逐行掃描。將每一影格從左至右、由上至下，逐一的將所有的畫素顯示出來。
* 交錯掃描：或稱為隔行掃描。將一影格圖像的奇數行畫素及偶數行畫素分開，分成為兩個場域（field）。輪流掃描奇數行所構成的場及偶數行所構成的場域。

因為一個場只有一個影格一半的資訊，因此在裝置處理速度無法即時的處理整個影格的資訊以及傳輸頻寬不夠即時傳輸整個影格的情形下，使用交錯掃描可以節省一半的資訊量且可以維持相同的更新率。在以往陰極射線管顯示器（Cathode Ray Tube, CRT）很難一次掃描整個螢幕，因此無法使用漸進掃描。但是因為螢幕上螢光的餘暉加上視覺暫留效應，使得交錯掃描在陰極射線管顯示器上運作的相當順利。所以廣播電視系統例如 NTSC 每秒 59.94 場，PAL 則為每秒 50 場。

現在新式的顯示裝置的速度已經夠快可以即時的處理且掃描整個影格，因此都是使用漸進掃描。但是在這些新型的顯示裝置上直接播放交錯式影像會產生嚴重的閃爍現象，且因為交錯式訊號兩行只有一行有影像另一行則是全黑的，所以亮度看起來會減少一半。由於有上述這些問題，所有使用漸進掃描的新式顯示裝置都需要有解除交錯的功能。

## 解除交錯方法

根據影像來源的不同，解除交錯的方法可以分為以下兩類：

* 經過 3:2 Pulldown 後的電影：電影的拍攝是紀錄在底片上的，影像被紀錄在整張底片上，每秒 24 訊框（Frame），因此電影是每一秒 24 個訊框（24fps）的漸進式影像。而 3:2 Pulldown 則是一個將每秒 24 訊框的漸進式影像轉換為每秒 60 欄位的交錯式影像的程式，為的是將電影轉換為 NTSC 的規格，若為 PAL 或 SCAEM 規格的電視則應轉為每秒 50 欄位。由於電影本身就是漸進式影像，因此若是我們經由 NTSC 電視收看一齣電影，我們是可以完美的將影像解除交錯還原成原本的每秒 24 訊框的電影。
* 拍攝交錯式影像的攝影機：一般數位攝影機由於硬體速度及緩衝記憶體大小的限制，沒辦法連續的拍攝漸進式的影像，因此一般數位攝影機都是拍攝交錯式影像，由於交錯式影像比漸進式影像少了一半的資訊量，因此可以降低硬體速度及緩衝記憶體大小的需求接近一半。但是每個欄位被拍攝的時間並不一樣，代表我們永遠沒辦法完美的解除交錯。例如有一台每秒拍攝六十個欄位的數位攝影機，第一個欄位是在 1/60 秒被拍攝的，而第二個欄位是在 2/60 秒被拍攝的，我們將兩個欄位結合在一起，若是被拍攝的物體沒有任何移動，那麼結合出來的影像看起來是很完美的；但是如果被拍攝的物體有移動，兩個欄位的內容會有相當的不同，那麼結合出來的影像會產生一種「鋸齒」的效果。

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## 解除交錯源自電影的影像

3:2 Pulldown 是將每秒 24 影格的漸進式影像轉換為每秒 60 場的交錯式影像的程式；先將每個影格拆開成為兩個場，場 A 與場 B；接下來以「第一影格的場 A、第一影格的場 B、第一影格的場 A、第二影格的場 B、第二影格的場 A、第三影格的場 B、第三影格的場 A、第三影格的場 B、第四影格的場 A、第四影格的場 B」的順序排列，這樣四個影格就可以拆解成十個場，而接下來的每四個影格也是像上面那個順序排列，這樣就能產生出每秒 60 場的交錯式影像。

而要將源自電影的交錯式影像解除交錯是相當簡單的，只要解除交錯的裝置偵測到第一個場與第三個場是一樣的，那麼解除交錯裝置就會轉換到解 3:2 Pulldown 的模式。「只要將收到的前兩個場合併為一個影格，第三個場丟棄，第四個與第五個場合併成為第二個影格，第六個場丟棄，第七個與第八個場合併成為第三個影格，第九個與第十個場合併成為第四個影格。」然後一直重複以上的順序就可以完美的重建原來的每秒 24 影格的電影影像。

## 解除交錯交錯式影像

跟源自電影的影像不同的是，電影原本就是漸近式影像，因此可以完美的解除交錯；但是原本就紀錄成交錯式影像，在之後無論用任何方法都無法完美的回覆失去的一半資訊。在這裡解除交錯的方法可以分為四大類，根據顯示器的大小、解除交錯的時間以及價格因素，不同的解除交錯裝置會在這些解除交錯方法中選擇最適合的一個。

### 場域內解除交錯（intra-field deinterlacing）

這是種非常容易且非常節省資源的一種解除交錯方法，通常只需要一行像素的緩衝記憶體以及簡單的內插。例如「line doubling」，這是一種最常見的單一場解除交錯方法，簡單來說就是將一個場域放大成為一個影格的大小再播出，若是影像來源是每秒 60 場的交錯式影像，使用這個解除交錯方法將可以得到每秒 60 影格的漸進式影像。使用這個解除交錯方法的好處為非常簡單且非常快速，硬體的成本將會非常低，但是缺點是畫質會看起來比較鬆散，不銳利；且若是影像中含有橫向的細線，在某些場可能會剛好沒有被掃描到，因此重建出來的影像細線的部份看起來會有閃爍的感覺。

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### 場域間解除交錯（inter-field deinterlacing）

場域間解除交錯就是將連續的兩個場結合為一個影格的方法。例如「weave」，他是將連續的兩個場直接結合成為一個影格，不做任何修改；由於在垂直方向保留了全部的解析度（不像 line doubling 只有一半的解析度），因此使用「weave」解除交錯得到的畫質比使用「line doubling」好，但是只有在畫面靜止不動的地方，在畫面有移動的地方會有明顯的橫向條紋以及鋸齒；若是連續的兩個場剛好是屬於影像中場景變換的部份，那麼使用「weave」會發生將兩個不同場景合併成為一個影格的所謂鬼影的現象。另外使用「weave」解除交錯將會把每秒 60 場的交錯式影像轉換為每秒 30 影格的漸進式影像。場間解除交錯方法需要一個場大小的緩衝記憶體，比起單一場解除交錯方法所需要的略多，但硬體還是相當的簡單及便宜。

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### 動態適應性解除交錯（motion adaptive deinterlacing）

動態適應性解除交錯方法是偵測影像中何處是動態的，以及何處是靜態的；在畫面中靜態的部份使用場間解除交錯以得到垂直方向完整的解析度，而在動態的部份使用單一場解除交錯以避免鋸齒以及鬼影的現象。使用這個方法偵測動態的演算法是相當重要的，不好的演算法也會導致一些偵測錯誤使得畫面中出現一些惱人的線條。使用動態適應性解除交錯方法需要比較快速的硬體去計算動態偵測演算法，另外也需要一或多個場的緩衝記憶體，演算法使用越多的場來偵測動態將會越準確，但是相對的需要更好更昂貴的硬體。

### 動態補償解除交錯（motion compensated deinterlacing）

動態補償解除交錯方法根據鄰近的場使用動態估計（motion estimation）去預測鄰近的場之間畫面中物體的移動，藉由動態估計可以得到的畫面中每一個大區塊（macroblock）的動態向量（motion vector），然後使用前一個場以及動態向量可以重建出一個新的場，在將此兩個場合併完成解除交錯。使用這個解除交錯方法將會得到非常好的影像品質，因為這個解除交錯方法作了非常複雜且精準的預測；但是動態估計需要非常大量的計算，且也需要非常大的緩衝記憶體去暫存每個方塊估計的結果，這使得使用動態補償解除交錯方法的解除交錯裝置非常的昂貴且速度緩慢，使得它目前無法應用在消費性產品以及有即時需求的顯示裝置上。

## 解除交錯的時機

一個影片從被拍攝到被使用者觀看經過了許多的程式與不同的途徑；最終使用者得到的影像品質會因為解除交錯時間的不同而有所改變。

* 影片在電影公司、工作室或是發行商就進行解除交錯，那麼將可以得到最好的品質，因為在這些地方有專業的人員以及足夠的經費與足夠的時間可以使用威力強大卻昂貴且緩慢的解除交錯裝置，例如使用動態補償解除交錯方法的裝置。
* 影片在被廣播時解除交錯，那麼會有不錯的品質，因為電視公司通常會有專業的人員以及足夠的經費去購買昂貴的裝置，但是廣播必須是即時的，因此在這種情形下必須考慮解除交錯裝置的執行速度，運作太慢的解除交錯裝置將不能被考慮使用。
* 影片在個人電腦上使用軟體解除交錯，最終的品質變動會相當大；現今有相當多的解除交錯軟體可以被使用者使用，有些效果相當好且使用者在個人電腦上解除交錯並沒有即時的需求。但是大部分的解除交錯方法的表現是與影像的內容相關的，一個在影片 A 運作相當好的解除交錯方法在影片 B 卻不一定適用；而一般的使用者並沒有足夠的知識去選擇解除交錯的方法。
* 影片在消費性的電子產品上解除交錯，產品的價錢將會決定解除交錯的品質。在這些電子產品例如數位電視、DVD 播放器等，解除交錯必須是即時的，速度快效果又好的解除交錯裝置是很昂貴的，但是消費性電子商品上有嚴格的硬體價格限制，因此最終的品質是被價格所決定的。例如目前大部分的小尺寸顯示器都只使用了簡單的單一場解除交錯方法。

## 外部連結

* 100FPS.COM （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - 許多解除交錯的範例
* DVD progressive scanning （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） – DVD 的解除交錯
* 3:2 Pulldown and Deinterlacing - 3:2 Pulldown
* 數位電視之解除交錯 - 解除交錯理論