世界最早類比式高畫質「放送」物語

▲觀看MUSE節目決不可少的MUSE解碼器。
編按:日本MUSE Hi-Vision於今年9月30日停播,至今經歷約二十年光景,本文為作者特別紀念MUSE高畫質電視所撰寫,亦應作者要求保留文內如「放送」等日文原有名詞。
文/簡至寬
2007年9月30日,堪稱是人類影音史上的重要日子,世界最早的高畫質「放送」MUSE Hi-Vision終於要停播而走入歷史。今後,高畫質的領域將是100%數位化的世代。
類比式高畫質系統的由來
從第二次世界大戰之後,長期就強調以科技立國的日本,藉由其舉辦1964年東京奧運會的機會,便開始摸索如何製造下一世代的電視系統。整體的領導者,就是著名的日本放送協會NHK(日本國家廣播公司)。
研究進行了約莫六年,時間進到了1970年代,由於考量到當時的影像管電視製作能力,於高畫質要求之下僅能夠做到約30吋左右,再加上最低限度臨場感的人眼視角─左右30度這兩個重點要求,NHK放送技術研究所便決定以1125條水平掃描線來構成畫面。原因就是這樣的密度剛好足夠於最佳觀賞位置,也就是螢幕高度三倍的距離,能維持足夠的解析度。
根據當時NHK的測試,發現要讓人對螢幕畫面產生「臨場感」,最重要的就是相對於眼睛的視角,是從左右30度開始,最大到一百度,一旦超過這個程度以上,人眼就很難感受得到。經過了長時間的討論,以及在數學與人體工學的研究之後,NHK決定為其世界最先的「高畫質」電視系統,選擇介於電影拍攝上最常使用的2.35:1、1.85:1,以及電視標準規格的4:3等多種畫面比例之間的最佳折衷方案─趨近黃金比例的「1.77:1」,也就是目前的16:9。除了同時兼顧電影和電視兩種內容的播映之外,只要在螢幕高度三倍的最佳觀賞距離,便能夠達到約30度的視角,已經能達成「臨場感」需求的最低限度。比起4:3電視,位於最佳六到七倍螢幕高度的觀賞距離時,僅能夠實現約十度的視野角,實在是一大突破。
就這樣,以16:9的顯示螢幕比例、水平掃描線1125條為基本規格的日本「類比式」高畫質影像系統「Hi-Vision」,就此確立。NHK隨後於1972年,對當時仍然稱為CCIR〈Consultative Committee of International Radio〉的ITU-R〈International Telecommunication Union-Radiocommunication Sector〉,正式提出這個規格的認證申請。

▲SONY所推出的世界第一部高畫質電視KW-3600HD,價格高達230萬日圓!
MUSE類比式
Hi-Vision應運而生
時間到了1980年代,包括類比式的放送專業用高畫質攝影機、高解析的放送專業用影像管顯示螢幕,甚至連「數位」高畫質放送專業用錄影機等剪輯、製作用設備,也都已經完成開發,終於能夠朝向家用的領域邁進。而在這個時期,「Hi-Vision」這個類比式高畫質系統的口號,也隨著業界的大力宣傳,順利進入大眾消費市場至今。
1982年,為了要讓耗盡心血開發完成的類比式高畫質系統,可以進行放送,故利用當時僅有的原始數位技術,開發出「頻寬壓縮」的MUSE處理方式〈Multiple Sub-Nyquist-Sampling Encoding system〉。有了MUSE架構,類比式的高畫質影像透過衛星,以一個中繼器的傳送頻寬,成功進行類比式的放送,因而實現了將高畫質影像送到觀眾家中的理想。
自此,NHK便以稱為「Hi-Vision」和MUSE所構成世界最早的高畫質影像系統,推廣給世界各國使用為重點,開始強力於歐美進行標準化的宣傳活動。為此,宣傳時所用的「High Definition Television」之名,因而也從此廣為受到英語系先進國家的注意與使用。
MUSE Hi-Vision
放送的主要規格
MUSE類比式高畫質放送的架構,在影像的部分,主要有以下的特點:
1. 水平掃描線1125條,有效掃描線1035條。
2. Interlace比為2:1。
3. 每秒鐘更新60個圖場。
4. 傳送取樣率16.2MHz。
5. 12:11的時間軸壓縮率。
6. 採取圖場間、畫面間,以及掃描線間Offset取樣方式。
7. 動態向量補正為水平±16個取樣〈32.4MHz Clock〉/畫面、垂直±3條掃描線/圖場。
8. 同步訊號是數位畫面脈衝型、正極同步。
音訊的部分,則擁有:
1. A模式的16bit/48KHz的兩聲道,以及B模式的12bit/32KHz的3.1聲道環繞兩種規格。
2. 採取DPCM〈Differential PCM〉壓縮音訊方式。
3. 音訊的錯誤修正:BCH SEC DED。
而在傳送上的變調規格是:
1. Base Band頻寬:8.1MHz〈-6dB〉。
2. 調變極性:正極性。
3. 頻率偏移:10.2MHz p-p。
4. 使用頻帶:27MHz。
5. 增益:非線性增益、Gain 9.5dB。
影像訊號的發送是世界最早採取色訊號與亮度訊號分離的傳送方式,而且還同時加入了亦是業界最先的Y、Pb、Pr色差方式!
不過,MUSE所使用的色矩陣規格,和目前的BTA S001規格並不相同,BTA S001 是 Y = 0.701G + 0.087B + 0.212R ,而MUSE方式的則為Y=0.588G+0.118B+0.294R。
音訊的方面,由於是採用數位方式,因此不易產生損失,就在稍許進行壓縮處理之後,被安插在影像的垂直歸線區間裡一起送出。

▲第一部內建全規格MUSE處理器的高畫質電視SONY KW-3200HD。
為節省頻寬而設的
影像傳送方式
由於要以水平掃描線1125條〈有效掃描線1035條〉、Interlace比為2:1,以及每秒鐘更新60個圖場的水準,來夠成彩色的高畫質影像,Base Band訊號頻寬至少得需要約30MHz才行。然而就當時的情況來看,日本所擁有的衛星,只能夠承受最大約27MHz的頻寬,所以是根本不夠。而如果是以FM調變的話,能利用的Base Band僅會剩下原本的1/3,也就是約9MHz的頻寬,因此顯然必需採取訊號壓縮處理。
所以MUSE主要是採取從放送局方面,先將影像進行類比/數位轉換,之後再將每個畫面中亮度訊號所包含的畫素數,以稱為quincunx sampling的「千鳥格子」型態拆解成四分。再將資料轉換為Base Band訊號頻寬8.1MHz的類比式電波,上傳到衛星來進行放送。
由類比式的BS器材接收訊號之後,利用MUSE處理方式,將這些被拆解成四分的類比訊號,再次轉換為數位的型態,並且重新加以組合,回復成原本的畫面亮度部分。對於放送與受信過程中,因為通過quincunx sampling程序,還有天氣與其他因素,所導致的信耗損失,則是藉由MUSE處理回路,來加以即時的靜止與動態領域「補間」。其中,靜止領域處理由於僅是把畫面加以組合並且補間,比較沒有問題。不過對於動態領域的部分,由於採取的是需要強大演算效能的向量檢出型預測補間,因此除了相當成本高昂之外,手法稍為差一點,就很容會造成動態畫面解像度的嚴重低下,並產生大量噪訊。
此外,類比式MUSE對於色差訊號的放送與受信,亦是採取和前述相同的做法,之後再透過MUSE處理回復,並且與構成畫面的亮度訊號部分進行結合,產生高畫質影像。因此各個廠家的MUSE相關製品,由於回路設計與處理方式的全然不同,表現出來的畫質差異性就顯得相當明顯。和目前數位高畫質放送,所展現出差異性相當細微的情況完全不同。
數位化的音頻訊號
高音質的數位音訊也是MUSE系統的一大特色。不過,由於要在原本就不足的頻寬中,擠進16bit/48KHz兩聲道的A模式,以及12bit/32KHz 3.1聲道環繞的B模式,並不是相當容易的,為此採取準瞬時壓縮DPCM〈Differential PCM〉方式是必要的。在必要時,透過能夠把A模式的規格,降低成量子化位元數15bit或8bit,B模式縮減為16bit或11bit,達成平均僅約1350Kbps的資料傳輸率,以減緩佔用頻寬的問題。
不此外為了要能夠防止MUSE處理方式,因為對於浮動式量子化位元數的判別錯誤,形成的解碼錯誤所產生雜音的問題,便特加入了可以訂正數位資料錯誤的符號。為此,MUSE放送這種音訊傳送符號化方式,就成為了更為先進的DANCE〈DPCM Audio Near-instantaneous Compressing and Expanding〉規格。
昂貴的器材售價
在所有的MUSE產品中,拔得頭籌的是SONY於1990年12月1號,所推出的世界第一部高畫質電視KW-3600HD〈230萬日圓〉,以及BS放送受信與MUSE解碼的接收機MST-1000〈180萬日圓〉。
與今日相較,數位影像處理的硬體的性能和價格比都相當不合算,所以高性能數位影像處理的MUSE產品售價都相當可怕。所以製造商通常會將要價驚人的MUSE處理器,以及類比式BS接收機立發售。因此想要觀賞MUSE Hi-Vision放送的節目,除了購買高畫質電視之外,通常得搭配一部MUSE處理器。
在這個期間,少數不希望採取前述分離式架構的品牌如SHARP與松下等,便採取了省略MUSE靜止領域補間架構的方式,推出內建MUSE處理回路的高畫質電視,藉以降低價格。由於採用這種做法會造成水平解像度表現上的嚴重降低,在初期還引發欺騙使用者的疑慮,被EIAJ〈日本電子機械工業會〉要求得在廣告上以一定尺寸以上的文字,說明此乃所謂「簡易型」MUSE。
1992年的7月15號以後,由於價格一口氣從兩百萬降至130萬日圓,而且擁有全規格MUSE處理回路的SONY KW-3200HD高畫質電視上市,C/P值完全壓倒之前的所有簡易型MUSE電視。自此,內建全規格MUSE處理回路的高畫質電視,就成為市場的主流產品。
到了1993年以後,因為各大品牌的「全規格」的高畫質電視,售價都已經到達100萬日圓以下,所以獨立的MUSE處理器就開始式微。到了1997年終於完全消失。MUSE製品於市場上存在的期間裡總計有五個世代,最後一版本並沒有獨立的處理器推出。主要的解碼用LSI開發廠商有NHK、東芝、NEC、松下電器、日立、SONY和SHARP。
另外,如果只想要觀賞MUSE放送中節目「內容」,當時亦有將高畫質訊號換為一般NTSC格式的獨立MUSE-NTSC轉換器發售,甚至還有內建此機能的寬螢幕電視應市。當然,目前這些製品早就都已經停止生產了。

▲可以將MUSE節目錄影的W-VHS機種JVC HR-W1。
MUSE Hi-Vision的
錄影與播放
如果依照開發上「先能看,後能錄,再能租,接下來才談是否可以自行拍攝的問題。」這樣的發展方式,不只是設計製造相關器材的日本電子廠商,即使以消費者的思考模式,也都不會滿足於現況的。有了MUSE Hi-Vision放送,觀賞高畫質的節目就不成問題因此接下來的焦點,就落在可不可以將「精彩片段」,輕鬆記錄到某種的媒體上。
1993年1月9號,JVC此便對外發表高畫質影像記錄系統,透過改良長青規格VHS的方式,實現以Base Band的類比式色差方式記錄高畫質節目。1994年四月,價格高達62萬日幣,具有超級外觀與性能的W-VHS系統的一號機HR-W1,正式與使用者見面,是為世界第一部的家用高畫質錄影機。
W-VHS系統的錄畫時間,與過往VHS和S-VHS的SP模式相同。使用WT-120的「專用」錄影帶,以HD模式將能夠錄製約兩個小時的類比式高畫質節目。如果是採行SD模式,則可以記錄超過六個小時的NTSC規格影片,堪稱是在家用領域之中,首度以色差方式記錄一般畫質的系統。
W-VHS系統所使用的錄影帶,採用的是金屬塗布型的MP架構。外殼維持了VHS的型態,只不過在前方的Lid部分加以改良,添加了性能更好的防塵結構,把錄影帶完全包覆起來。因此如果不小心把W-VHS的錄影帶給塞到一般的VHS、S-VHS或是D-VHS器材裡頭,很容易產生卡帶的情形。不過,對於W-VHS錄影機本身來說,向下相容S-VHS與VHS,不管是錄影還是播放,則都完全沒有任何問題。
而由於W-VHS「唯二」兩部家用錄影機,JVC的HR-W1與之後於1995年11月上市的二號機HR-W5〈這兩部器材,皆有松下與日立的OEM型號。JVC自己亦有性能強化版的SR-W310/320、SR-W400和SR-W7等多部專業用製品的發售〉,本身都沒有直接搭載MUSE解碼架構,因此得配合使用者額外以色差端子接續的MUSE處理器。因此在2000年12月1日後,MUSE正式確定成為非主流之後,依舊能夠加以活用。包括BS/110度CS/地面數位高畫質放送、有線高畫質電視,甚至是DVD器材,只要訊號裡沒有類比式的Macrovision著作權保護,都能以色差端子來進行錄影與播放。
現在,JVC雖然早就已經停止了HR-W1和HR-W5兩機的生產線,但是仍然繼續販售W-VHS的錄影帶。縱然當初在開發時所針對的MUSE放送已經走入歷史,但是W-VHS的相關器材,到筆者撰稿的目前為止,依舊活躍於不少放送局和製作公司的剪輯室。
高畫質市售軟體應市
除了W-VHS之外,1991年9月,由SANYO、SONY、TOSHIBA、Pioneer、松下等,還推出了MUSE方式製作的光碟片「Hi-Vision」LaserDisc規格,實現發售高畫質節目/電影軟體的理想。
Hi-Vision LD系統,採用了MUSE方式影像處理,將Base Band影像訊號,以8.1MHz的頻寬製作成光碟片。再生時所使用的雷射光波長,為670nm,一片直徑30公分的光碟片,可以達成單面60分鐘,兩面120分鐘的節目收錄時間。
而由於在1990年代前半,MUSE處理器的價格依舊驚人,因此沒有直接內建MUSE的器材。換句話說,Hi-Vision LD播放機,都得要搭配MUSE處理器,才能夠播放高畫質影片。所以Hi-Vision LD的畫面依舊是採用和MUSE相同的水平掃描線1125條〈有效掃描線1035條〉、Interlace比為2:1,以及每秒鐘更新60個圖場。實際水平解像度幾乎都有約650線的水準。
1993年五月,SONY的Hi-Vision LD再生專用機HIL-C1〈60萬日圓〉上市,其後的1995年二月,堪稱是LaserDisc最高峰的Pioneer Hi-Vision LD製品HLD-X0〈80萬日圓〉推出,更是把Hi-Vision LD推上前所未有的境界,一直到2000年12月1號BS數位高畫質放送開始之前,HLD-X0一直都是穩坐家用影像器材的參考級位置。
DVD-VIDEO在1996年11月推出之後,嚴重衝擊LaserDisc系統的市場,在2000年時大多數的LaserDisc軟硬體公司多半黯然退場。同樣身為LaserDisc家族成員的Hi-Vision LD也面臨了這樣的情況。其實在1998年就已不再有相關的影音軟體發行,Hi-Vision LD從此就慢慢消失了。

MUSE時代世界上的影碟機王者Pioneer HLD-X0。
MUSE Hi-Vision
放送的推展過程
以NHK為中心開發與推廣的未來電視「Hi-Vision」,於為時將近二十年的全力開發之後,在1989年的六月一日開始,以NHK衛星第二電視的14:00到15:00〈遇到中繼大相撲的場合,則是改為17:00到18:00〉,以及原則上星期日深夜〈星期一凌晨〉的1:00到5:00的時間帶,進行「實驗放送」〈正式的說法為技術實驗〉。這個世界最早的高畫質放送,前後共持續了將近兩年半,一直到1991年的11月24日為止。此時由於SONY KW-3600HD高畫質電視,還有能夠接收BS放送與MUSE解碼的接收機製品MST-1000的發售,因此觀眾才有辦法真正在家裡收看高畫質的節目。
1991年11月25日以後到1994年的11月24日為止的這段時間,則是進行了稱為「Hi-Vision試驗放送」的後續動作。在這段時間裡,透過BS-9頻道來進行放送的MUSE Hi-Vision,開始陸續加入NHK以外,由多個放送局和影音業者所製作的各種節目。不僅如此,放送的時間也從最初的一天七到八個小時前後,不斷持續的延長。
到了1994年的11月25日,同樣繼續由BS-9頻道進行放送的MUSE 類比式Hi-Vision,更進一步進入「實用化試驗放送」的時期。每天的放送時間已經到達十個小時以上,而且還是由NHK和各個民間放送局,一起交替擔當提供節目,藉以達成更多元化的內容。有時候NHK還會不定期的與民間放送局聯合,製作出更加精彩的節目。由於NHK與當時的日本郵政省,皆對MUSE方式,感到無比的信心,已經開始談到預期能夠透過BS放送和試驗放送,回收約一兆日圓的開發費用。因此在當時,幾乎所有的日本人都認為MUSE系統,將會是21世紀的主流高畫質規格;當時甚至還希望能夠透過將掃描線的數量,降低至水平掃描線750條〈有效掃描線720條〉,並且把取樣頻率從原來的16.2MHz壓低到9.72MHz程度,以「Narrow MUSE」方式來實現以地面波放送MUSE高畫質節目的計畫也在研討中〈MUSE-T規格〉。
然而好景不長,1994年二月,舊郵政省放送局的江川晃正局長,率先提出「今後世界的電視放送,將會朝向全面數位化的方向來進行,僅是採用了部份數位技術來進行處理的MUSE系統,未來不可能成為世界統一的規格」!此舉可是日本國內首度有人對MUSE系統指出了其致命的缺陷。不過,此話一被經濟方面的報紙刊出,立刻引發當時的通商產業省、放送局,以及影音業者等的強烈反彈。見到這個情況,江川晃正本人只得藉由徹回其「不當發言」的做法,暫且息事寧人。但是MUSE系統的問題,也因此暴露出來。
同年,採用數位放送/受信架構的「Direct TV」,於美國正式登場,兩年後日本的CS Digital數位放送也跟著開始。雖然兩者都不具備高畫質的規格,但是以數位方式進行放送的做法,已然對MUSE系統的未來,種下了致命的因素。1996年日本正式對外發表數位高畫質系統ISDB,並且於隔年獲得日本郵電省承認為未來數位高畫質放送的標準。1996年12月24日,美國ATSC規格制定完成,並且獲得FCC承認為美國地面數位高畫質放送的標準。1997年二月,DVB規格正式獲得歐洲電信標準協會ETSI的承認,成為歐洲數位高畫質放送的標準。MUSE 類比式Hi-Vision放送,到此可說永遠沒有成為「世界規格」的機會了。
隨著2000年12月1日,日本BS Digital Hi-Vision高畫質衛星放送開播,改採全數位式的ISDB-S系統,以及2003年12月,採用ISDB-T規格的日本地面數位放送啟動,對於做為高畫質系統先驅的MUSE Hi-Vision,NHK終於決定,於2007年9月30日收播,光榮的走入歷史。
再見了!
MUSE Hi-Vision放送
MUSE 類比式高畫質系統的開發,前後歷經約20年,耗費了日本影音業界專家無數的心血,以及總計約一兆日圓的開發費用,才達成最終的成果。雖然到最後以這種難以預料的方式結束,但是日本藉由這段時間裡所獲得的高畫質技術,卻為目前的影音發展紮下深厚的基礎,並帶來了無可數計的技術貢獻,堪稱是直接促成了目前高畫質領域的高度發展。
在此,讓我們懷著無比感恩的心情,說聲:「謝謝你,MUSE Hi-Vision,再見了」!
(出處:高傳真視聽335期內容版權所有轉貼請詳載)








>













