解读电视的分辨率和清晰度

解读电视的分辨率和清晰度 精编资料 陈俊文对视频图像及其显示的浅见(之一)家庭影院的图像显示设备的种类,性能和功能永远是一个新鲜话,但其有关的基础知识,或更确切的说是有关电视,电视机和其它... 解读 解读电视的分辨率和清晰度 陈俊文 对视频图像及其显示的浅见(之一) 家庭影院的图像显示设备的种类、性能和功能永远是一个新鲜话题，但其有关的基础知识，或更确切的说是有关电视、电视机和其它视频播放设备的基础知识的话题，却是一个古老而有趣的话题，也是许多家庭影院爱好者一致关心和感兴趣的话题。由于对电视、电视机和其它视频播放设备的基础知识并非每个家庭影院爱好者都明白，对现在正在蓬勃发展着的新技术、新设备的特点也不能正确地理解。不但如此，即使就是现在自己正在使用着的设备，也不懂得如何去将它的性能充分发挥出来，不懂得如何去将它的功能充分利用起来。笔者作为一个普通家庭影院爱好者，在这里希望能从探讨的角度出发，和大家一起来解读有关家庭影院图像技术和显示设备的一系列常用的、实用的和重要的基本知识，其中还包括设备的使用和调整等方面的知识。在目前五彩纷呈的显示技术和显示设备中，我们拟从电视说起，在电视中，又打算从大家都最关心的分辨率和清晰度问题说起。 一、分辨率和清晰度还用得着讨论吗, 说起电视的分辨率和清晰度，似乎是尽人皆知、谁人都懂的问题，好像没有什么值得可谈的，更没有必要作专文加以讨论。 在与清晰度有关的用语中，除了清晰度一词以外，我们经常还可以见到分辨力、分辨率、解析力、解析度、解像力、解像度这些词语。对于这些词语分别的含义和所指的具体内容是什么，怎样使用才合适，目前流行的看法是很不统一的，归纳起来主要有3种不见的看法。 第一种:分辨率就是清晰度 这是一种最普遍的看法。这种看法认为，这些词语的意义是一样的或者说是一致的，有的人习惯于用分辨力(率)、分解力、解析力(度)和解像力(度)这一类词，而另一些人习惯于用清晰度这一个词。或者说，这些词的意义是一样的，但在习惯上对不同的对象使用不同的词汇，如习惯于将清晰度一词用于电视机，将分辨率一词用于计算机之类的显示器。 第二种:分辨率和清晰度是两回事 这种意见认为清晰度与分辨率(还包括分辨力、解析度、解像度等几个词语)有着本质的区别，它们所指的具体内容本来就不一样。具体说来，清晰度是指人眼宏观看到的图像的清晰程度，是由系统和设备的客观性能的综合结果造成的人们对最终图像的主观感觉。(虽然是主观感觉，但不像主观听音评价那样不能用一个客观来计量，清晰度这种主观感觉是可以进行定量测试的，即可以用黑白相间的线条的粗细来衡量，并有标准的测试方法和测试图，其测量数据有明确的单位，即电视线TVL)。而分辨率与清晰度不同，它不是指人的主观感觉，而是指在摄录、传输和显示过程中所使用的图像质量记录 指标，以及显示设备自身具有的表现图像细致程度的固有屏幕结构，说具体点就是指单幅图像信号的扫描格式和显示设备的像素规格。图像信号的扫描格式也好，显示设备的像素规格也好，都是用“水平像素×垂直像素”来表达的，其单位不是“线”，而是“点”。图像信号的分辨率和显示设备的分辨率是制式和规格决定了的，是固定不变的，而清晰度是因条件而可改变的。清晰度的线数永远小于图像信号分辨率像素所连成的线数。比如，对于PAL制电视720×576的扫描格式，其水平像素为720点，也就是可以得到720条垂直竖线，但不论用什么高清晰度的显示器，也不可能获得720条电视线的水平清晰度。 第三种:分辨率和清晰度可以互换使用，但概念不同 这种意见实际上是介于上述两种极端意见之间的意见。这种意见认为:电视系统有一个清晰度，也可叫分辨率、分解力、解析力和解像度等;电视机最终反映的图像也有一个清晰度，也可以叫分辨率、分解力、解析力和解像度等，因此二者是可以互换使用的。但是，二者的概念并不一样，因此虽然清晰度一词和分辨率那几个词可以随便互换使用，但在心目中不能将“电视制式的清晰度”和“电视机所达到的图像清晰度”两者混淆。 对于以上3种意见，不知您赞同哪一种,不管赞同哪一种，现在的实际情况是，3种意见是并存着的;说不要将两者混淆，实际上这种混淆的情况是随处可见的。就以身边刚刚发生的一件小事为例，就可以知道不搞清这个问题的麻烦了。事情是这样的:一位同事将一份新方特出版的《数码影像产品导购手册》(2003.8总第24期)给我看，问为什么索尼的和松下的总共20款数字摄录机的“水平解像度”分别是500线、520线和530线3种情况，而佳能在手册上仅有的6款摄录机的“水平解像度”全部都是625线，难道佳能的摄录机比索尼和松下的摄录机清晰度要高100多线吗,我向他解释说，索尼的和松下的是指摄录的图像信号可以达到的水平清晰度的“电视线”数，而佳能的是指摄录的图像信号制式的扫描线数，即PAL制720×625中的625线。前者是水平解像力所具备的清晰度，后者直接就是垂直解像力，也就是我们所说的垂直分辨率。因此，索尼和松下摄录机表示的“水平解像度”多少线，与佳能摄录机表示的“水平解像度”多少线是完全不同的两回事。那位同事听来听去很难搞得清楚，最后只好抱怨说:一个是水平的，一个是垂直的;一个是转换过的，一个是没有转换的，那为什么都一律说成是“水平解像度”呢,——我还能说什么呢,只好说:我也闹不明白，为什么许多人都不但认同将清晰度与分辨率、解像度等词混用，而且还要近乎顽固地维护这种让明白的人可能明白，不明白的人就让他不明白的做法～ 为了让不明白的人也能明白一点，我们在下面将对电视的清晰度、分辨率和电视制式的概念和来源作一个简单介绍，使上面所说的这个问题能得到比较统一和合理的认识。 二、电视的清晰度 1、人眼的分辨力和电视的清晰度 人眼的分辨力是指人眼对所观察的实物细节或图像细节的辨别能力，具体量化起来就是能分辨出平面上的两个点的能力。人眼的分辨力是有限的，在一定距离、一定对比度和一定亮度的条件下，人眼只能区分出小到一定程度的点，如果点更小，就无法看清了。根据人眼的分辨力，决定了影视工作者力求达到的影像清晰度的指标，也决定了采用图像像素的合理值。 人眼分辨图像细节的能力也称为“视觉锐度”，视觉锐度的大小可以用能观察清楚的两个点的视角来表示，这个最小分辨视角称为“视敏角”。视敏角越大，能鉴别的图像细节越粗糙;视敏角越小，能鉴别的图像细节越细致。在中等亮度和中等对比度的条件下，观察静止图像时，对正常视力的人来说，其视敏角在1,1.5分之间，观察运动图像时，视敏角更大一些。关于视敏角的示意图见图1。 为了将研究的对象从两个点扩大到一个面，所以将视敏角从人眼到两个点之间的夹角，引伸到从观察点(人眼)到一定距离的一条相邻黑、线条之间的夹角。如果观察的是在垂直方向上排列的一系列连续水平黑白线条，则能表现出图像的垂直清晰度;如果观察的是在水平方向排列的一系列连续垂直黑白线条，则能表现出图像的水平清晰度。测量垂直清晰度的水平黑白线条的示意图见图2，测量水平清晰度的垂直黑白线条的示意图见图3。 电视正是利用了这个原理，确定出了电视应当设计成具有多高的垂直清晰度和多高的水平清晰度，再从清晰度推算出需要多少条水平扫描线和多少条垂直扫描线，从扫描线又推导出需要多少水平像素和多少垂直像素，也即建立起了相应的图像的分辨率和单幅电视图像的扫描格式，将它再与每秒钟图像的显示次数和其它指标结合起来，最终建立起了相应的电视制式。下面，我们以PAL制电视为例，说明其清晰度和分辨率是怎样演变出来的。 2、垂直清晰度 上面已经提到过，根据视敏角原理，人眼能辨别在垂直方向上排列的相邻黑白水平线条的细致程度叫垂直清晰度，但是怎么来鉴别和量度这个细致程度呢,下面参照图4来加以说明。假设画面高度为H，在垂直方向上有M条黑白相间、具有一定宽度的水平线条，每条水平线条在垂直方向上的宽度为h。如果人眼在距离为L处刚好可以分辨清楚这些水平线条，则视敏角θ可表示为: θ,h/L(弧度) 因为每条线对的宽度为 h,H/M 则有 θ,H/(LM)(弧度) 将弧度化为角度后，则为θ,3438,H/(LM)(分) 也就是M,3438(H/L)(1/θ) 试验表明，观看图像的最佳距离应当是画面高度的4倍至5倍，这时的总视角约为15度，在这种情况下，可以保证人眼不转动就能看到完整的画面。这个距离，既可以避免因过近观看时眼球需要不停地转动而引起眼疲劳，又可以避免过远观看时对图像辨别能力的降低，以及防止画面以外的景像进入视野中。如果选择观看距离L为画面高度H的5倍，即L,5H，将其与视敏度θ,1.5分一起代入上式后，则为 M,3438×(1/5)×(1/1.5),458(线) 这个458线也就是我们所说的458条电视线，简称“线”。从上面的计算可以看到，在5倍画面高度的距离观看图像时，人眼的垂直分辨力是约458线，这时图像所具有的垂直清晰度正是458线。这样，在制定电视制式的扫描格式时，其垂直像素应当基于458线清晰度来考虑。 3、水平清晰度 水平清晰度的确定，与确定垂直清晰度的思路是一样的。不过，由于电视机画面的宽高比，以及垂直清晰度和水平清晰度对整体图像质量影响的关系，不经过上述复杂的推导，也可以很方便地算出水平清晰度线数来。 传统电视屏幕的宽高比是4:3，这是根据原来的电影银幕的长宽比预先确定下来的。试验说明，在图像显示时，水平清晰度和垂直清晰度应当接近或一样，才能获得最佳的图像质量。利用这两点，再根据垂直清晰度计算原理，将垂直清晰度线数乘以屏幕幅型比4/3，立即可以算出图像的水平清晰度线数N为 N,4/3 M,4/3×458,610(线) 这就是说，在5倍画面高度距离观看4:3画面的图像时，人眼的水平分辨力约为610线，这时图像所具有的水平清晰度正是610线。 以上就是电视垂直清晰度和水平清晰度的来源。从这里不难看出，在明确了人眼的垂直和水平“分辨力”后，也明确了电视的“清晰度”的概念:电视的清晰度是指电视机已经显示出来的黑白相间的直线，在垂直方向或水平方向将屏幕排满时，人眼所能辨别的最细线条数，或者说能辨别的最多线条数。在垂直方向排列的这种水平线条的最大数量，是电视的垂直清晰度;在水平方向排列的这种垂直线条的最大数量，是电视的水平清晰度。 可见，清晰度是在确定电视图像的扫描线数和像素数之前就提出来了的一个重要概念和物理量，而与“水平像系×垂直像素”所表示的分辨率概念和物理量完全不是一个东西。分辨率对图像信号来说也好，对显示器材的屏幕像素来说也好，都是固定不变的，而清晰度却是可变的。虽然图像信号分辨率的高低对电视机图像清晰度有影响，但信号分辨率并不是人们看到的图像清晰度;显示设备的像素对图像清晰度也有影响，但它也并不是人们看到的图像清晰度。图像信号分辨率是源头，最终显示的图像清晰度是结果;从数量上来说，清晰度永远小于分辨率。同一分辨率的图像信号，通过不同的传输渠道和不同的显示设备，最终得到的图像清晰度是各不相同的。因此，分辨率与清晰度之间并没有直接换算关系。如果说有换算关系的话，也只能是“自己与自己”换算，而不能进行源头与结尾、源头与中间以及中间与结尾之间的换算。有关这方面的问题，我们以后将要谈到。 三、PAL制电视图像分辨率的由来 从上面的介绍已经知道，将处在同一垂线上的所有水平扫描点(水平像素)从垂直方向连接起来，可以构成垂直方向的许多线条;将每一条水平扫描线的所有扫描点(水平像素)从水平方向连接起来，可以构成许多水平线条。那么，如果已经有458条水平扫描线和610条垂直线条将屏幕布满，这些线条是否就可以再现出上面计算出来的458线垂直清晰度和610线水平清晰度来呢,回答是否定的，因为这牵涉到“孔阑效应”和扫描线的有效性问题。 所谓孔阑效应，是指当扫描电子束光点尺寸小到与实物细节或图像细节光点尺寸相同和相近时，会造成对应尺寸的图像细节模糊的现象，也就是图像清晰度受电子束孔径(直径)大小限制的现象。这种现象既存在于摄像过程中，也存在于显像过程中。以摄像为例，具体说来是这样的:由于扫描电子束光点的电信号是被摄取的实物细节光点所具有的面积内的平均值，当扫描电信号光点与实物细节在尺寸上差不多时，如果扫描电子束在扫过两个黑白相邻的实物细节时，电子束正好扫在实物细节光点上，那么就能真实地重现黑、白光点的突变边界，保持了高的水平清晰度;相反，如果扫描电子束扫过的不是两个黑白相邻的光点本身，而是它的边缘，这时，就不能重现出光点黑白突变的边界，而是重现出一个明暗过渡的边界，从而使图像细节变得模糊，使图像水平清晰度下降，其下降的程度为50,。从统计规律来说，刚好扫在光点上和刚好扫在光点的边界上各有50,的可能性。这样一来，对整幅图像来说，有50,面积维持了原有的清晰度;有50,面积的清晰度只有原来的一半，即还保留了原图像总清晰度的25,。因此，整幅图像最后50,和25,的清晰度加起来，得到了相当于原来75,的清晰度。 在垂直方向上的扫描线也与孔阑效应有相类似的情况。当扫描线的宽度与线条的宽度相当时，如果正好扫在黑白线条上，则能够保持原有的垂直清晰度;如果扫描线正好扫在黑白线条之间，则重现的黑白线条是灰的，黑白线条边界变得模糊，清晰度降低，使这一条扫描线的有效率降低到50,，垂直清晰度相应也降低到50,。根据统计学的道理，正好扫在黑白线条上和正好扫在黑白线条之间的情况各占50,的几率，所以同样也可以得到最后显示的图像垂直清晰度只有扫描信号所具有的垂直清晰度的75,的结果。 需要说明的是，我们在这里所说的“正好扫在线条上”或“正好扫在线条间”，是一种简化的说法，实际还有无数中间状态，但在中间状态时清晰度下降的比例不同，没有50%这么大，但各种状态对清晰度影响的综合效果，与简化为“正好扫在线条上”或“正好扫在线条间”的效果是相同的，即整幅图像最后只相当于原来75,的清晰度，孔阑效应的综合情况也是如此。 因此，为了保证复原100,的清晰度，就应当增加垂直和水平扫描线，也就是在上面所计算出的垂直清晰度458线上需要乘以一个系数K，这个系数K称为有效系数，这个系数一般取1.3,1.4。乘以有效系数以后，所得到的扫描线数肯定大于458线。 如果不采用乘以有效系数的办法，我们姑取就以上面计算出的75,的总有效率来计算，也可以反推出要还原出100%的清晰度时应当具有的扫描线的行数m: m,458?0.75,611(行) 同样，根据电视屏幕4:3的比例，也可以很方便地计算出垂直扫描线n的数量: n,611×4/3,815(行) 可见，要达到普通人在正常收视条件下获得458线的垂直清晰度和610线的水平清晰度图像，原则上需要611行水平扫描线和815行垂直扫描线。因为垂直扫描线并非直接从竖向扫出来的，而是水平扫描线上的像素点在垂直方向上排列起来构成的一条线，所以人们也可能将其叫做垂直扫描线，也可能将其叫做水平像素点。 以上讲到的水平扫描线是构成图像的有效扫描线，如果加上逆程扫描线，水平扫描线的数字还要大些。由于在制定电视制式时考虑到视频带宽和其他技术条件的限制，最后将PAL制的扫描格式确定为: 水平像素×垂直方向的水平扫描线,720×625，在625条扫描线中，包括了50行左右的逆程线，实际有效扫描线为575,576左右。 由于制定电视制式时，PAL制电视最后安排的视频带宽为6MHz，这种带宽连720×625都不能完全满足，实际使用时，只好将PAL制电视的图像格式在720×625的基础上又有所压缩，压缩的是水平像素点，保留了625行水平扫描线。因此，PAL制电视的分辨率经过由815×611到720×625的降低，再经过为满足6MHz视频带宽的压缩，PAL制电视并不能达到458线的垂直清晰度和610线的水平清晰度，而只能达到431线的垂直清晰度和468线的水平清晰度。有关这些问题，将在后续的文章中加以介绍。 —对视频图像及其显示的浅见(之二) 如果图像信号的清晰度使用“扫描线×有效系数”的方法来计算，那么问题就再简单不过了。事实上，这种方法只对垂直清晰度的计算有效，对水平清晰度的计算无效。之所以对水平清晰度计算无效，是因为水平清晰度涉及到视频带宽及逆程扫描等问题。因此，我们必须先从视频带宽的概念和内容说起。 虽然“视频带宽”一词在媒体上经常见到，但对一般家庭影院爱好者来说并不清楚其真正含义和作用。尤其是有些媒体上关于视频带宽的解释和列出的表达式不一样，就造成了人们更大的困惑。比如，有人说它是每秒钟图像取样点数的总和，有人说它是每秒钟扫过的图像像素总数，有人甚至还要在其后面再乘以一个幅型比，如此等等。那么，应当如何来认识视频带宽呢, 一、黑白电视的视频带宽 在AV系统中，视频带宽是相对于音频带宽而言的，它是用于记录、传送系统图像电磁信号的最低频率与最高频率之间的频率范围，这个范围叫频带，频带的宽度就叫“视频带宽”，简称“带宽”。 在视频带宽中所包括的信号，并非只有图像信号，还包括了行同步信号、场同步信号和扫描线回扫时的消隐信号等。因此，视频图像信号是图像信号、复步信号和消隐信号的总称。频率的意思不是取样点或像素点的意思，而是在单位时间内视频图像信号电平(一般用电压来表示)交替改变的次数的意思。虽然单纯用取样点或像素来描述视频带宽是不够的，因为它还包括了系统运行的其它信号，但是因为在总的视频图像信号中，用于携带图像信息的信号占了绝大多数，所以用取样点或像素值来近似地描述视频带宽还是可以的，但要注意其真正含义，现将有关内容简述如下。 图像信号的频率高低就是电平信号变化的快慢，它与构成图像内容的繁简程度有关。比如，有一幅最简单的图像，上半部是白色，下半部是黑色，那么这幅图像的电平变化只有一次，即1Hz;每秒传送50次，这幅图像的电平变化就是50次，即50Hz。这个频率，可以认为是电视图像的最低频率，只有50Hz，或者说近似0Hz。相反，如果图像构成非常细碎复杂，每两个像素点之间都有明暗程度交替变化，那么，当扫描线每扫过两个像素点时，电平就变化一次，即电视信号完成了一个变化周期;扫过所有像素点后，就产生了像素值一半的电平交替变化周期，这就是业界所说的“行周期”。在这种复杂图像的每两个像素点之间都有明暗程度交替变化的情况下，如果忽略一些次要因素(如同步信号和消隐信号等)，这时的电视图像信号频率就是最高频率f。其值可以简单表示为: max 2f=(1/2)f AZ … ……(1) maxV 其中f为场频(在这里实际上是逐行扫描时的帧频f)，A为幅型比4/3，Z为单幅图像总扫描线行VF 2数。因为Z为垂直方向行数，则:AZ为水平方向行数，而AZ×Z= AZ为单幅图像总像素;乘以f场频得V到每秒总像素，再乘以1/2得到每秒总行周期，即最高频率，这就是(1)式的来源。 因为视频带宽Δf应为最高图像信号频率与最低图像信号频率之差，所以应当表示为: Δf,f,f maxmin 如果图像只是一幅纯黑或纯白的画面，那么图像信号电平没有什么变化，在系统视频信号中以同步信号和消隐信号为主，这个值不大，所以可以将最小频率f 近似看作0Hz，那么从上式可知，视频带min 宽就与最高频率在数值上相同，即 Δf,f max 因此，视频带宽既可以用Δf表示，也可以用f 表示，还可以用专用符号f表示。不过，用f表maxvv示时，要与场频所用的f相区别。 V 如果用帧频和像素(取样点)来表示视频带宽，则有 Δf,f=帧数×每帧扫描线数×每行行周期………(2) max 从这里不难看出，电视的视频带宽，一是不能直接用水平像素乘以垂直像素再乘以每秒扫描的帧数，如果这样计算结果将大了一倍:二是在这个乘积后面不能再乘以幅型比(4/3或16/9)，如果这样，结果将更大。 利用(1)式可以计算出，在每秒50帧时，PAL制电视的视频带宽为13MHz，占用的频道太宽了。如果使用隔行扫描，可以减小一半，因此标准规定其视频带宽为6MHz。这样一来，每个电视频道总共占用带宽8MHz，其中6MHz用于传送图像，位于频谱的低端;15kHz用于传送伴音，位于视频频带的高端，中间有一小段距离，以避免伴音信号串入图像信号中;在8MHz的上、下边缘部分各有一段空白频带，用以防止频道之间的串扰。我国PAL制电视的视频带宽示意图见图1，该图为第二频道的带宽。 二、彩色电视的视频带宽 对彩色电视来说，由于增加了色度信号，使对视频带宽的处理复杂化。可以设想，如果R(红)、G(绿)、B(蓝)三基色中每一种颜色都要占用6MHz，那么还得需要18MHz的频带资源，这显然是不现实的。由于电视工作者的努力，利用视色不敏感性原理、色差原理和频谱间置原理，极为圆满地解决了这个问题。 1.视色不敏感性原理 这个原理是指，人眼对颜色失真的敏感性远远低于对黑白失真的敏感性，利用这个原理，只用相当窄的视频带宽，就可以传送出人眼基本上看不出颜色失真的图像来。大量的统计试验说明，色度信号仅用1.0MHz,1.5MHz的带宽，就可以使90,95,的人对图像颜色还原的质量感到满意。因此，我国使用的PAL制电视的色度信号选用了1.3MHz的带宽。 2.色差原理 经过试验研究，发现人眼对红、绿、蓝三种颜色的视见度不同，即对每种颜色的敏感性不同。人眼对黄色和绿色感觉最亮，对红色和蓝色感觉最暗。因此，在合成亮度信号时，就不能将三种颜色按一比一的比例进行混合，而应当按照适合于人眼的视觉特点进行合成。研究说明，近似用0.30的红、0.59的绿和0.11的蓝，就可以合成很自然的黑白图像。即 Y(白)=0.30R，0.59G，0.11B………(3) 通过(3)式，可以求出各种颜色与亮度相减之差的关系，此关系就叫“色差”: 红色差:R-Y; 绿色差:G-Y;蓝色差:B-Y 在Y、R-Y、G-Y、B-Y四个量中，只要知道其中的3个，就可以求出第4个，并可以进一步将其分解成Y、R、G、B，用于组成图像的亮度和色彩。因此，电视系统选择了用亮度信号Y、红色差信号R-Y、蓝色差信号B-Y三个参数来记录和传送彩色图像，从而把色度信号从三个减少为两个。这样一来，彩色信号的视频带宽就更好处理了。 3.频谱间置原理 频谱间置原理也称“频谱交错原理”或“频谱编织原理”，其意思是，亮度信号的频率在整个频带内并不是连续不断的，而是像梳齿一样断断续续的，即亮度信号的能量主要集中在主谱线左右，各主谱线以行频f为间隔排列着，而且频率越高能量越小，两行主谱线及其邻近谐波构成的能量带之间的空隙H 越宽大。对于静止图像或移动缓慢的图像，两行主谱线及其邻近谐波之间的空白部分竟然达到90%以上;对于高速运动的图像，其空白部分将小得多。但总体来说，亮度谱线空白间隙可达到46%。人们利用这个亮度信号频率像梳齿一样的空白原理，将1.3MHz的色度信号也作为梳齿状的谱线频率，插入亮度信号的梳齿状空白频带之中，就可以将色度信号和亮度信号一起进行传送(见图2)。如此一来，彩色电视的带宽与黑白电视的带宽大小一样，直接利用原来简单的黑白电视的频道，就可以传送由亮度信号Y、红色差信号R-Y、蓝色差信号B-Y组成的彩色电视，从而节约了频谱资源，有利于在电磁波总频谱上容纳更多的节目频道。 色度信号频率也叫色副载波频率，简称色副载波。一般将色度信号的中心频率安排在亮度信号频带的靠后一段，即色度信号的中心频率在图像载波频率后面3.85MHz或4.43MHz处。我国PAL-D制的是4.43MHz,日、美、韩、加的NTSC-M制的是3.85MHz。由于色度信号的中心频率位置的不同，就形成了不同制式电视的色彩标准不一样(图3)。不同制式的彩色电视，其主要区别还不在于各自色副载波的中心频率不一样，而是主要区别在于两个色差信号插入亮度信号频率间隔中的方式不同，NTSC制为“正交平衡调幅”制，SECAM制为“顺序-同时”制(又称“对副载波调频”)，PAL制为“逐行倒相正交平衡调幅”制。因有关这方面的内容很复杂，在此不多加介绍了。 在接收机还原图像信号时，用滤波器将色度信号从亮度信号中“过滤”出来，就可以进行下一步的色差处理和还原出R、G、B颜色，经过放大后，显示出可见图像来。 三、PAL制和NTSC制电视的几个重要参数 1.PAL制电视的重要参数 我国PAL-D制电视的每帧图像扫描格式为720×625，如果按每秒50帧传送逐行扫描图像，需要12MHz的带宽，这显然是不行的;如果按每秒25帧传送逐行扫描图像，虽然带宽可以降到6MHz，但图像是闪烁的。为了达到不低于人眼感到不闪烁的每秒48幅图像的要求，又要只使用6MHz的带宽，结果采用了隔行扫描的方式，即将每帧图像扫描线的奇数行和偶数行分开，各自组成一场，每秒传送50场。这样一来，我国PAL电视的场频为f,50Hz，行频为f,1/2×625×50,15.625kHz，每场扫描线为VH 312.5行，每场时间为20ms:每行时间为64μs(其中正程时间为52μs，逆程时间为12μs，行逆程系数α为0.18，行正程系数为0.92);每帧回扫占用50行，有效扫描线为575行，帧逆程系数β为0.08，帧正程系数为0.92。 2.NTSC制电视的重要参数 NTSC-M制电视的每帧图像扫描格式为704×525，如果按每秒60帧传送逐行扫描图像，需要将近9.5MHz的带宽，这个带宽也显得过大，标准划定给以4.5MHz的带宽。如果按每秒30帧传送逐行扫描图像，虽然带宽可以降到4.5MHz，但图像是闪烁的。同理，为了获得不低于人眼感到不闪烁的每秒48幅图像的要求，又要只使用4.5MHz的带宽，还是采用的隔行扫描的方式，即将每帧的奇数行和偶数行分开，分别组成奇数场和偶数场，每秒传送60场。这样一来，NTSC制电视的场频就为f,60Hz;行V频为f,1/2×525×50,15.75kHz，每场扫描线为262.5行;每场时间为16.7ms，每行时间将近为64μs。H 在每行时间中，正程时间为52μs，逆程时间为12μs，行逆程系数α为0.18，行正程系数为0.82;每帧回扫占用45行，有效扫描线为480行，帧逆程系数β为0.086，帧正程系数为0.914。 以上这些参数都是非常重要的参数，在电视的许多问题时都可能用到，所以在此一并加以介绍。 四、三种制式电视参数对照 为了使读者对现行电视有一个完整的概貌了解，下面将三种制式电视的主要参数列表如下，仅供参考。 通过本文可以看出，电视图像信号的构成和参数是比较复杂的，并非知道了某一种电视的扫描格式如720×625就能计算出它的清晰度来。事实上，图像信号的扫描线数决定了图像的垂直清晰度，图像信号的视频带宽决定了图像的水平清晰度。在720×625格式中，其扫描线625行只有575行直接用于构成图像;在720个取样点中，并没有全部用于直接构成图像，而只有其大部分，也即600多点。至于如何计算电视图像和视频播放机图像的垂直和水平清晰度，我们将在下一篇文章中专门加以介绍。 —对视频图像及其显示的浅见(之三) 大家已经知道，电视图像的最终清晰度，是由图像信号的分辨率、传输系统和显示设备这3方面综合作用的结果。我们在前3篇文章中，探讨了有关视频图像分辨率和清晰度的概念与区别、电视图像的视频带宽以及图像信号清晰度的计算等问题，现在轮到来讨论显示设备的图像清晰度了。对这个问题，我们先从传统电视机和背投电视谈起，下一次再谈高清电视机的清晰度问题。 当前市场上的图像显示设备种类越来越多，现在市场上有传统电视机、背投电视、投影电视、液晶电视、等离子电视和计算机显示器等。这些显示设备的原理不尽相同，结构不一，他们的清晰度计算方法也不会完全一样。为了讨论的方便，我们还是从传统电视机的图像清晰度说起，并顺便说一说背投电视的清晰度。 电视机本身性能所决定的图像清晰度是由3个方面决定的，一是图像信号的接收和处理电路系统，二是显像管扫描会聚系统，三是屏幕的荧光粉点距。在这三个系统中，电路系统和扫描系统近年来进步得比较快，它们的结构和性能是随着时间、品牌和型号不同在不断改变和进化着的，虽然它们对清晰度也有很大的影响，但没有一个固定的模式和统一的计算方法来进行具体的推论和进行对清晰度影响的计算，所以本文不准备谈这两个可变系统，而专门就荧光粉点距对电视机最高清晰度的影响加以讨论。 进行荧光粉点距对清晰度影响的讨论和计算之前，先要搞清楚屏幕高度和宽度的计算方法，以及相关系数的甄别，然后就可以比较方便地计算电视机的清晰度了。 一、 屏幕高度和宽度的计算 要搞清楚电视机显示的图像清晰度，必须会计算屏幕的荧光粉点距和在屏幕上能显示的最大扫描线数;要搞清楚点距和最大扫描线数，必须会计算屏幕的有效高度和宽度。在进行这些计算前，还需要首先解决两个相关的附带问题。 1、两个相关的附带问题 两个相关的附带问题是指:屏幕名义尺寸和有效尺寸的关系、过扫描画面与实际显示画面的关系。 (1)名义尺寸和有效尺寸 CRT电视机屏幕的规格是以名义尺寸来标注的，实际有效尺寸小于名义尺寸。我们探讨的电视机图像清晰度，是指实际显示出来的清晰度，当然应当以实际尺寸来进行计算。不同品牌和型号的显像管，其命名方式、名义尺寸与有效尺寸的关系可能有所不同，因此难以用统一的方式进行换算。为了便于计算，我们可以采用一种折衷的方式，即假设名义尺寸为29英寸的电视机有效尺寸为27英寸、34英寸的有效尺寸为32英寸、38英寸的有效尺寸为26英寸。从我们对多台不同型号电视机屏幕尺寸的实际测量来看，这种在名义尺寸的基础上减去2英寸作为有效对角线尺寸的方法，对大多数大屏幕电视机来说误差是不会太大的。 (2)过扫描画面和实际显示画面 以电子束进行“扫描”的形式来显示图像的电视机和显示器，无一例外地存在所谓“过扫描”的问题。由于过扫描的画面大于实际显示的画面，所以通过电子束提供给显示屏幕的扫描像素，有相当多的一部分扫描到屏幕的有效尺寸以外去了，从而使电子束扫描提供的图像分辨率有一部分在最终显示的图像清晰度中没有作出贡献。因此，在用从图像信号分辨率向电视 机清晰度进行换算时，还要打一个折扣。过扫描的大小单面可达 5%~10,，双面就达10%~20,，因此这个折扣是比较大的，不能 不考虑进去。 2、屏幕高度和宽度的计算 4:3窄屏幕和16:9宽屏幕电视机的屏幕有效高度和宽度的计 算方法如下: (1) 计算通式 电视机的对角线与屏幕高度和宽度的相对关系如图1。设屏幕对角线为C，高度为H，宽度为W，根据勾股弦定理，则有 222 C,H，W …(1) 根据这个公式，我们可以分别对计算窄屏幕和宽屏幕的有效高度和宽度的公式进行推导。 (2) 窄屏幕电视机屏幕的高度和宽度公式 对于4:3窄屏幕电视机，按照H,(3/4)W代入(1)式，可求得屏幕高度与对角线长度的关系为: H,0.6C …(2) 这就是说，对于窄屏幕电视机，其屏幕高度是对角线长度的0.6倍。同理，按照W,(4/3)H代入(1)式，可求得屏幕水平宽度与对角线长度的关系为: W,0.8C …(3) 由此可见，对于窄屏幕电视机，其屏幕宽度是对角线长度的0.8倍。利用(2)式和(3)式的这种关系，可以极为方便地求出窄屏幕电视机的宽、高尺寸来。 (3)宽屏幕电视机屏幕的高度和宽度公式 对于16:9宽屏幕电视机，按照H,(9/16)W代入(1)式，可求得屏幕高度与对角线长度的关系为: H,0.49C …(4) 这就是说，对于宽屏幕电视机，其屏幕宽度是对角线长度的0.49倍。同理，按照W,(16/9)H代入(1)式，可求得屏幕水平宽度与对角线长度的关系为: W,0.87C …(5) 由此可见，对于宽屏幕电视机，其屏幕宽度是对角线长度的0.87倍。利用(4)式和(5)式这种关系，可以极为方便地求出宽屏幕电视机的高度和宽度来。 3、五种大屏幕电视机的 屏幕高度和宽度 因为点距是以毫米为单位的，所以必须将以英寸为单位的对角线尺寸换算成以毫米为单位的高度尺寸和宽度尺寸。为此，应当先将不同规格电视机的名义对角线长度减去2英寸后，作为有效对角线尺寸，再利用1英寸,25.4mm的关系，将对角线化为公制的毫米。最后，利用(2)、(3)、(4)、(5)式，就可以分别求出两种幅型比的各种型号电视机的屏幕高度和宽度来。 具体计算过程从略，现将最常用的3种4:3幅型比和2种16:9幅型比大屏幕电视机的屏幕尺寸计算结果列表于后(表1)，这在下面计算点距和显示性能时要用到。 将表1的结果稍加整理，即把有效数字取到十位，可以归纳出这五种大屏幕电视机的有效宽度W和有效高度H，以供大家进行有关计算时作为常用数据来使用。 29英寸:W×H,550×410(mm) 34英寸:W×H,650×490(mm) 38英寸:W×H,730×550(mm) 32英寸:W×H,660×370(mm) 36英寸:W×H,750×420(mm) 二、几种0.75系数的区别 在正式对电视机的清晰度进行计算之前，还要特别强调一个问题，就是几种0.75系数的区别。 在进行视频图像的清晰度计算时，有3个地方用到了系数0.75。我们曾经介绍过两种数值为0.75的系数，现在还要增加一种。为了使读者印象更加深刻，以免在实际使用中混淆，下面将3种0.75的系数都明确一遍。 1、有效系数K,0.75 有效系数K是指从显示的扫描线行数换算成清晰度电视线数时的关系系数。这个有效系数实际上有一个专用名词，叫克尔系数(Kell)，其取值范围在0.5,1之间。 有效系数在垂直方向和水平方向都要用到，在垂直方向时，是指扫描线由于不可能全部正好扫在图像的黑线或白线上引起的垂直清晰度降低;在水平方向时，是指由于孔阑效应而使携带水平像素点的电子束不可能全部打在图像的黑点或白点上引起的水平清晰度降低。虽然根据克尔系数的取值范围可以取0.5,1之间的各种值，但是，如果不将电气性能和其他因素也纳入有效性中去考虑，而仅仅以扫描位置和图像细节位置的相对关系来考虑，有效系数取0.75比较符合统计学原理。因此，在我们的文章中，一律使用了K,0.75的取值。 但是，由于K,0.75这个值与下面将要讲到的两个也是0.75的值相同，因而带来了使用上的不便和不少人的误解。这种误解本来就是一种错误，但它不但流传在部分人的口头上，而且在一些家电文章中也不时可见，因此我们才反复对此加以说明。 2、窄屏幕电视幅型比的 A,0.75 设窄屏幕电视的4:3幅型比为A，当A,4/3时，其值为A,1.33…，有的资料或文章将其取作A,1.4。这就是说，在将屏幕高度折算为屏幕宽度，即由小变大时，要用乘以1.33或1.4来计算。反之，当A取其倒数为A,3/4时，其值为A,0.75。这就是说，在将屏幕宽度折算为屏幕高度，即由大变小时，要用乘以0.75来计算。这就是第2种0.75系数。 3、从宽屏幕向窄屏幕幅 型比的折算系数B=0.75 众所周知，窄屏幕的幅型比是4:3，宽屏幕的幅型比是16:9。那末，两种屏幕从宽到窄，或从窄到宽，又是一种什么换算关系呢, 为了便于与宽屏幕的16:9比较，窄屏幕的4:3可以表示为12:9。这就是说，当两种幅型比屏幕在高度上一致时，其宽度是16:12的关系，也就是新的4:3的关系(因为16:12=4:3)。那么，在从窄屏幕的宽度折算到宽屏幕的宽度时，是B,16:12,4/3,1.33…的关系;反之，在从宽屏幕的宽度折算到窄屏幕的宽度时，是12:16,3/4,0.75的关系，即B,0.75。也就是第3种0.75系数。 以上3种0.75系数在计算清晰度时都要用到，所以概念一定要清楚，以免将有效系数理解成幅型比，或者把幅型比说成是有效系数。 三、传统大屏幕电视机的清晰度 1、大屏幕电视机 传统电视机系指幅型比为4:3的阴极射线管(CRT)直观式电视机。这类电视机有大屏幕与非大屏幕之分，一般将25英寸作为一个界限，等于和大于25英寸的称为大屏幕电视机，小于25英寸的为非大屏幕电视机，或叫小屏幕电视机。由于小屏幕电视机显示的图像质量比较好，一般不对它们多加研究，而大屏幕电视机的图像清晰度差，扫描线明显，颗粒感重，所以多以它们为研究的对象。根据市场现有情况，本文只就29英寸、34英寸和38英寸的大屏幕电视机的清晰度进行讨论。 2、荧光粉点距及其对清晰度的影响 在电视机的清晰度问题上，与电路有关的因素已经不是最难解决的影响因素，而最难解决的因素还是荧光粉点距问题。因此， 本文不讨论电路系统和聚焦 系统对电视机清晰度的影 响，而专门就荧光粉点距对 清晰度的影响加以讨论。 “荧光粉点距”是指由 红、绿、蓝三种荧光粉最小 单元按一定方式排列组成的 相邻“荧光粉组合”之间的 水平距离，一般用PH来表 示。所谓“荧光粉点”是一 个用俗了的称呼，实际上不 一定是一个点，而是由不同形状的3种颜色荧光粉小单元各自构成的三种不同形状的“荧光粉组合”:圆点状的小单元，成三角形排列，三色荧光粉圆点构成了一个基本称得上是点的荧光粉点(见图2);短条状的小单元，纵向平行排列，三色荧光粉短条构成了一个正方形荧光粉块或长方形的荧光粉块(见图3);长线状的小单元，也是纵向平行排列，三色荧光粉长线构成了一条荧光粉线组(见图4)。以上3种情况，看起来是把单色荧光粉小单元从点向长里做，先得到短条状得，进一步作为线状的。作成了线状，就达到了极端的情况，如同索尼的新型平面特丽珑显象管，其荧光粉组合已经既不是点，也不是条块，而是从屏幕上边缘一直拉到下边缘的一条长线。由于这种情况下是线，因此水平像素之间的距离已经不称做点距，而称为“线距”。但是，为了讨论问题的方便，一般情况下还是使用点距一词，只有在特定情况下才使用线距一词。 就垂直方向来说，如果是荧光粉点或荧光粉块，也有一个点距问题，一般用PV来表示。这种垂直点距或块距不论在对垂直清晰度的影响上有无具体作用，总还能有点距或块距可言;如果是如同索尼显 像管的整条荧光粉线，那么在垂直方向上还有什么点距或块距可言呢,实际上，在垂直方向上也有影响垂直清晰度的点距，不过这个点距不一定是荧光粉实际具有的点距，也可以是由水平扫描线在垂直方向上从荧光粉条或荧光粉线上切割出来的。因此，我们可以认为这种由扫描线切割出来的点距是“相当点距”。垂直分辨率高的水平扫描线切割出来的相当点距细，得到的图像垂直清晰度高;反之，垂直分辨率低的水平扫描线切割出来的相当点距粗，图像垂直清晰度低。 由于人眼对水平清晰度更为敏感，所以人们往往将垂直清晰度先放在一边，而只谈水平清晰度。我们平时所说的点距，是指水平点距PH，因此，通常所说的荧光粉点距或线距只决定水平清晰度，与垂直清晰度无关。正因为如此，本文也只讨论和计算电视机的水平清晰度。 一般的规律是，电视机荧光粉点距的大小，决定了能够显示的图像细节的小大。荧光粉点越细，点距越小，能显示的图像细节越精细丰富，图像清晰度越高;反之，荧光粉点越粗，点距越大，能显示的图像细节越粗糙，图像清晰度越低。但是，这种点距的大小对清晰度的影响并不是线形的，它与扫描电子束的大小存在如下3种情况的相互关系:当电子束提供的图像信号分辨率较低时，其像素点较大，如果信号的像素点明显大于荧光粉点距时，这时电视机显示出来的图像清晰度是由图像信号的分辨率决定的，而与点距无关，这时的清晰度比较低。当图像信号的分辨率较高时，其像素点较小，如果信号的像素点大小与荧光粉点的大小相当时，能充分发挥信号像素和荧光粉点的最高性能，获得最高清晰度的图像;如果信号的像素点过小，明显小于荧光粉点距，这时的图像清晰度仍然由荧光粉点距决定，高分辨率的图像信号不能充分发挥出自己应有的清晰度来。因此，在保证电子束提供的图像信号的分辨率等于和大于荧光粉点所决定的分辨率这两种情况下，电视机最终显示出来的图像水平清晰度，都是由荧光粉点距的大小来决定的，这时的清晰度就是该电视机所能显示的最高水平清晰度。 3、传统大屏幕电视机的最高清晰度 计算由荧光粉点距决定的电视机最高水平清晰度，比计算从图 像信号源，包括传输系统在内的多因素所决定的最高清晰度要容易 得多，因为这时我们可以不去考虑视频带宽，扫描的过程，逆程情 况，会聚性能和画质处理电路等，而是假设这一切都能满足的情况 下，只就荧光粉点距来说最大能显示出多高的清晰度。在这种情况 下，计算就来得十分简单:只要计算出在屏幕上能显示出的最细扫 描线的数量，再乘以有效系数K,0.75就行了。 传统电视机最高水平清晰度计算的具体方法如下:设水平清晰 度线数为N，屏幕的宽度为W，荧光粉点距为d，有效系数为K， 则有: N,KW/d …(6) 在(6)式中，W,d实际上就是可以显示的最大垂直扫描线行数n，将其乘以有效系数K，就换算成了清晰度线数。 29英寸电视机的荧光粉点距多在0.73~0.80mm之间，我们平均以0.75mm计;34英寸的荧光粉点距多在0.8~0.9mm之间，我们平均以0.85mm计;38英寸的多在0.85~1.00mm之间，我们平均以0.95mm计，再利用表1所提供的大屏幕电视机的平均屏幕宽度，就计算出了各种电视机可以显示的最高水平清晰度来。对3种大屏幕电视机的计算结果见表2。 由表2可见，从3种大屏幕电视机的最高水平清晰度显示能力来看，它们是差不多的，即大约都在550,570线的范围。目前普通电视信号只能提供468线的水平清晰度，DVD机只能提供将近500线的水平清晰度，数字摄录机只能提供500~540线的水平清晰度。因此，现在的大屏幕电视机所具有的荧光粉点距对于显示现有图像信号源的清晰度还是有富余的，而对显示未来的高清晰度电视就力不从心了。 四、背投电视的清晰度 本文前面通篇都在强调点距，有些读者可能注意到，背投电视也有一个“点距”问题。尤其是近年来出产的新型背投，大多数厂家都在宣传自己品牌背投的屏幕栅条是已经精细化处理的，栅距从0.75mm减小到了0.52mm，并称这种背投的图像更为细腻，清晰度更高，有的厂家直接将其称为“高清背投电视”。所以有的读者以为，传统电视机29英寸、34英寸和38英寸规格的，其点距才分别为0.75mm、0.85mm和0.95mm左右，屏幕宽大到42英寸、51英寸和60英寸的背投电视，其点距竟然只有0.52mm，看来真正是高清晰度的了。 实际情况并不是如此，现在市场上栅距为0.52mm的所谓“高清背投”，不但不能显示出真正的高清晰度图像来，而且在同一分辨率图像信号源的情况下，背投显示出来的清晰度会明显低于传统电视机显示出来的清晰度。 这种看法，不是与背投的“点距”只有0.52mm相矛盾吗?其实不矛盾，因为传统电视机的点距是指显象管屏幕上的荧光粉点距，它与可以显示出的最高清晰度直接相关;而背投的0.72mm或0.52mm栅距是指组成屏幕的散光层栅条之间的距离，应当称为“栅距”，而不是许多人误认为的“点距”。虽然散光层的栅距与形成的图像清晰度有些关系，但关系不如显象管荧光粉点距的那么大。这样说不大好理解吧,要明白这个问题，需要先搞清背投屏幕上的图像是如何形成的和背投电视屏幕的结构。 以CRT背投为例，图像首先是在机内下部的投影管中形成， 它的成像原理仍然利用电子束扫描，将图像信号分别在只有7英寸的R、G、B三个单色投影管里成像，通过投射管进行校正和聚焦，把图像向后上方投射到背后斜向的反射镜上，再由反射镜反射到前面的垂直屏幕上。背投电视的显示屏幕是特殊塑料制作的，一般由4层组成，里面一层为菲涅尔透镜聚光层，中间一层为双凸透镜透光层，向着观众的外层为硬质保护层，在保护层里和双凸透镜透光层之间还夹着一层散光层(背投屏幕结构见图5)。 因此，观众从背投屏幕看到的图像不是如同传统视机那样直接在荧光屏上生成的，而是在投影管中已经生成的3个单色小图像，再将这3个单色小图像的光线投射出来，并使这些图像光线经过校正、聚焦、反射、折射和散射等一系列的变化，最后在屏幕上形成放大了的间接图像来。由于这种图像在投射和放大的过程中所经历的反射、折射和散射等，使原来生成的图像质量劣化。如果用同一种分辨率的图像信号输入背投和传统电视机中，将二者显示的图像相比，在背投上显示的画面清晰度降低，图像细节损失大，画面风格缺乏锐利感，如果聚焦稍微有偏差，经过放大后就会造成图形边缘着色不准，出现彩色镶边现象等。 由于背投电视的图像质量普遍较差，所以不宜近看，而适宜较远距离观看。背投电视屏幕栅距的细化与显象管荧光粉点距的细化对图像清晰度的影响完全不可相提并论，虽然目前背投电视的屏幕栅距已经下降到0.52mm，但并不能说明就能显示出真正的高清晰度图像来。由于背投电视图像光线变化的复杂性，一般无法计算它的最高水平清晰度。 关于高清晰度电视机和显示器等的清晰度问题，我们将在以后的文章中加以讨论。 —对视频图像及其显示的浅见(之四) 什么是高清晰度电视机,根据这几年媒体的不断宣传，在绝大多数人心目中已经形成了一种定势:点距小到零点三几的、在水平方向分辨率达到1920线的、或者清晰度在1000线以上的才是真正的高清晰度电视机。如果有人将低于这个标准的称为高清电视机，那么人们就会认为这是厂家的误导宣传，是媒体在跟着炒作。很少有人怀疑以上这种看法的正确性，但事情果真如此吗,我们不妨通过本文先进行一些分析，然后再下结论。 一、 高清电视机的清晰度 所谓高清电视，也就是人们常说的HDTV，CCIR(国际无线电咨询委员会)是这样定义的:“当观看距离约为屏幕高度的3倍时，该系统能使显像的实际效果等于或接近于由视力正常的观众观看原始景物或表演时所取得的印象。”可以看出，与现有电视系统相比，高清电视概念的核心在于清晰度得到大幅提升，观赏效果已经达到或接近于35毫米银幕影片首轮放映的画面观看效果。在讨论高清电视机的清晰度时，我们从最高清晰度、起码高清晰度和现有较小点距电视机的清晰度说起。 高清电视机的最高清晰度 在这里我们先来讨论:显像管式CRT电视机在显示HDTV时，最高能获得多高的水平清晰度，为了获得这么高的清晰度需要什么样大小的荧光粉点距。 HDTV的扫描格式共有3种，即1280×720p、1920×1080i和1920×1080p，我国采用的是1920×1080i/50Hz。有人考虑到美国既采用了1920×1080i格式，又采用了1280×720p格式，今后的许多美国电影大片必然也会用1280×720p格式来制作，因此，建议我国也需要将这种格式纳入本国的标准中。因此，在讨论高清电视机的最高清晰度时，应当从1920×1080和1280×720两种格式出发。 其次，作为扫描式的电视机，必然存在“过扫描”问题。由于过扫描的存在，使图像信号在显象管中扫描时，有一部分扫到电视机屏幕有效范围以外去了，使图像信号的有效像素减少，与此相对应的是，电视机荧光粉的点数也可以减少。如果过扫描以一个不算大的量10%(单面取5%)来计算，那么上述两种高清扫描格式的水平像素照样应当减少10%才是需要显示的像素，这样就使1920减少为1728，1280减少为1152。 根据以上情况，我们用早已上市的32英寸和36英寸16:9宽屏幕电视机为例，按照在前篇文章中已经介绍过的方法，可以计算出电视机的有效屏幕宽度、可以显示的最高水平清晰度和对应的最小点距来。计算过程从略，现将计算结果列于表1。 从表1可以看出，如果考虑必不可少的过扫描后，HDTV从理论计算来说，1920×1080格式的图像最高只可以有1296线水平清晰度，1280×720格式的图像最高只可以有864线水平清晰度。 从表1还可以看出，即使不考虑过扫描，在需要完全显示出两种HDTV分辨率格式提供的所有扫描点而获得制式所决定的最高清晰度时，对32英寸电视机来说，在显示1280×720时点距只需0.52mm， 在显示1920×1080时点距只需0.35mm; 同理，对36英寸电视机来说，在显示1280×720时点距只需0.59mm，在显示1920×1080时点距只需0.39mm。实际上电视机总是有过扫描的，这样一来，扣除过扫描损失的像素而使图像中间部分扫在屏幕上的水平像素点，才是真正需要对应的荧光粉点的最大数量，这时显示1152和1728两种HDTV水平分辨率像素的荧光粉点距，32英寸电视机分别只需0.57mm和0.38mm，36英寸电视机分别只需0.65mm和0.43mm。 从以上计算和分析，不难得到以下两点看法: (1)在显示1920×1080这种最高分辨率格式图像时，如果要充分发挥图像信号的分辨率优势，确实需要细点距的电视机，这时32英寸电视机的点距应当不大于0.38mm，36英寸电视机的点距应当不大于0.43mm。从这2个数据可以看出，这种结果并不符合我们经常听到的“高清晰度电视机的点距必须小到零点三几”的说法，如果认为“高清晰度电视机的点距最好小到零点四左右”，应当比较符合实际。 (2)如果今后我国也将1280×720格式纳入我国的高清晰度电视标准中，那么，有些点距大一些的电视机，虽然在显示1920×1080格式图像时不能充分发挥出图像信号提供的最高清晰度，但对显示1280×720格式的图像来说，点距即使大到0.57mm(32英寸)和0.65mm(36英寸)，却是可以胜任的。那么从这个意义来说，点距为0.55mm,0.65mm左右的电视机也可以认为是高清晰度电视机。 高清电视机的最大点距 上面分析的是在显示HDTV所能达到的最高清晰度时所需的点距，即高清电视机的起码最小点距。但是，如果点距大了一些，虽然不能显示HDTV的“最高清晰度”图像，但能显示行业规定的“起码高清晰度”图像，这时的点距就应当是高清电视机可以允许的最大点距。这种点距会有多大呢, 国际上使用和推广HDTV的各个国家，并没有对高清晰度电视机需要达到的最高清晰度制定标准，而对高清晰度电视机需要达到的起码清晰度制定了标准。无论哪个国家的起码高清晰度标准都远低于由图像信号换算出的理论清晰度1440线，根据各自情况的不同，各国的HDTV起码清晰度标准值也不尽一样，有的国家规定为?600电视线，有的国家规定为?700电视线。据了解，2001年我国信息产业部在上海召开的数字电视产业化协调会议上曾提出，拟将我国的标准清晰度电视SDTV的图像清晰度规定为?500电视线，将高清晰度电视HDTV的图像清晰度规定为?700电视线。 这样说来，具有能够显示700线以上水平清晰度的电视机，就应当列入高清电视机行列。那么，荧光粉点距起码要小到什么尺寸才能获得这种清晰度呢,我们同样以32英寸和36英寸宽屏幕电视机为例，利用已经介绍过的计算方法，可以很快计算出它们这时所需的点距来，结果见表2。 从表2可以看出，如果仅仅为了能够显示出700线的起码高清晰度电视，对32英寸和36英寸电视机来说，分别只需要0.70mm和0.80mm就可以了。这个结果同那种认为凡是高清电视机，在32英寸和36英寸时必须分别具备0.30mm和0.37mm以下点距的看法相差甚远。 点距为0.6mm的电视机不能是高清的吗, 前面第1个问题说明了在充分显示1920×1080和1280×720格式时电视机所需的点距(起码最小点距)，第2个问题说明了在显示HDTV起码高清晰度700线时电视机所需的点距(允许最大点距)。这样一来，似乎应当没有必要再来单独讨论点距为0.6mm的电视机是不是高清电视机的问题了。但是，因为对这个问题看法不一，一直很有争议，所以我们不得不为此专门多说几句。 我国有几个电视机生产企业前几年就向市场上推出了点距为0.6mm档次的16:9宽屏幕电视机，如厦华的HT-3281D、HT-3681D，TCL的HiD宽屏系列 ，海尔的G5宽屏系列等。这些电视机的显象管使用了东芝、松下等公司的宽屏幕小点距显象管，其中32英寸的点距为0.60mm,0.63mm，36英寸的为0.65mm,0.67mm。这类实际上是中等点距的电视机，被厂家宣传为“数字高清晰度电视(Ready)”，这种做法从一开始就受到媒体的激烈批评。由于这种电视机不具备数字电视信号的接收和解码功能，只 具备把来自于机顶盒的高清图像信号进行显示的功能，所以注明是Ready，即备用显示的意思，以此区别于真正的数字高清晰度电视机。因此，在这里我们也同争论的焦点一样，只就显示图像的清晰度来说，这类电视机能否够得上是高清晰度的。 要解决这个问题并不难，将点距为0.60mm,0.63mm的32英寸和点距为0.65mm,0.67mm的36英寸宽屏幕电视机可以显示出的水平清晰度计算出来就行了，计算结果见表3。 从表3可以看出，如果只从理论计算来看，无论32英寸的还是36英寸的电视机，在它们实际使用的0.6mm点距级别的显像管时，都可以显示出800线级别的水平清晰度来，达到了?700线的要求。 这种电视机可达800线级别的水平清晰度只是一个理论计算结果，实际上能达到多高的清晰度呢,有资料报道，信息产业部广播电视产品检测中心的技术人员，对点距为0.65mm的Dppt彩色显象管(细点距多媒体显象管)，用宽频带视频放大器输入图像信号，测量屏幕中心的图像水平清晰度，结果显示已经超过700线。 因此，理论计算和实际测量都说明，32英寸和36英寸0.6mm点距级别的宽屏幕显像管是可以达到水平清晰度?700线要求的，配备这种显像管的电视机，是可以将它们列入高清晰度电视机范围的。 窄屏幕高清电视机的点距 HDTV只有16:9宽屏幕格式，没有4:3窄屏幕格式，但如果经过幅型处理后，或者利用信箱显示格式，用普通4:3窄屏幕电视机也可以高清格式图像。如果用窄屏幕电视机来显示1280×720和1920×1080格式图像的话，画面宽度为电视机屏幕的有效宽度，画面高度减小了25%，测量清晰度的观看距离也要减小，要求的点距自然就会随之减小。这时，在显示最高水平清晰度时所需的最小点距，以及显示下限清晰度时可以允许的最大点距也是可以计算出来的。经过计算，其结果如表4。表中同一格中出现的两个数字是表示“不计入过扫描/计入过扫描”的情况。 从表4可以看出，为了获得1728像素的最高清晰度，29英寸、34英寸和38英寸电视机的最小点距分别为0.32mm、0.38mm和0.42mm左右;在只要求达到起码高清晰度700线显示时，允许的最大点距分别为0.64mm、0.70mm和0.78mm，这组数字也相当大，可能也让人很难接受。 实际上，34英寸的窄屏幕电视机的有效宽度650mm与32英寸宽屏幕电视机的有效宽度660mm相当，38英寸窄屏幕电视机的有效宽度730mm与36英寸宽屏幕电视机的有效宽度750mm相当，因此计算出来的点距也相当。 二、液晶电视和等离子电视的清晰度 液晶电视和等离子电视的图像显示特点 上面谈到的高清电视机是指采用电子束扫描显示图像的显示设备，现在要谈的液晶电视和等离子电视与它们不同，后者不用显象管进行扫描显示，而是一种平板显示器。这种显示器在平板上沿水平和垂直方向排列了成千上万的像素点，数字处理器将处理好的图像信号，在对显示板上的每一个像素点进行“寻迹”找到它在板上的位置后，输入对应图像电平的电信号，所有像素都如此寻迹和显示，从而显示出整个屏幕上的图像来。正因为如此，这种显示方法俗称“点对点”显示。这种方法显示的图像结构准确，没有几何失真，是一种十分先进的图像显示技术。 液晶电视和等离子电视的另一个显示特点是，由于它的图像处理系统只有数字处理器，没有显象管那一套阴极、调制极、栅极、阳极、偏转线圈和荫罩孔板等，没有了因扫描和会聚系统产生的图像失真和清晰度下降。因此，与传统电视机相比，这种点对点的显示技术可以保持更高的图像质量，在同时都使用与显示屏分辨率相同的信号源的情况下，可以看到液晶电视和等离子电视的图像更加稳定清晰。当然，液晶电视和等离子电视也有它们自身的一些技术局限，从图像的综合品质来看，目前还难以超过显象管电视机。 液晶电视和等离子电视实际图像清晰度特点 液晶电视和等离子电视显示板上的像素排列和数量构成了它的自身分辨率，这种分辨率又叫固有分辨率或物理分辨率。由于这种分辨率与处理器接收的图像信号分辨率不会总是一样的，就带来了对不同输入信号实际显示的图像清晰度究竟有何不同的问题。 目前的计算机液晶显示器和小型液晶电视大多为4:3窄屏幕的，其物理分辨率有640×480、800×600、1024×768等几种。而20英寸以上的液晶电视和几乎所有等离子电视均为16:9宽屏幕的，其物理分辨率有852×480、1280×720、1280×768和1366×768等几种。 宽屏幕分辨率格式看起来比较陌生，其实宽屏幕分辨率格式就是从窄屏幕分辨率格式直接转换过来的。转换的方法很简单，就是利用在前一篇文章中介绍过的幅型比系数B=0.75，将窄屏幕规格的水平像素除以0.75，就得到了宽屏幕的水平像素，垂直像素保持不变，就得到了宽屏幕分辨率格式。比如窄屏幕规格的640×480，因为640?0.75=852，因此在宽屏幕分辨率时就成了852×480。作为宽屏幕分辨率格式的代号，在窄屏幕规格名称前加一个字母“W”就行了，以表示是宽(Wide)的意思。如窄屏幕规格为VGA 640×480，宽屏幕规格则为 W VGA 852×480。常见窄屏幕和宽屏幕液晶电视和等离子电视的分辨率规格见表5。 从表中可以看出，液晶电视和等离子电视的物理分辨率格式种类比较丰富，低、中、高格式的都有，分辨率格式档次越高的，价格越贵。是否液晶电视和等离子电视的物理分辨率越高，显示的图像也一定越清晰呢,让我们留待下期分解。 —对视频图像及其显示的浅见(之五) 在上一期我们可以看到，液晶电视和等离子电视的物理分辨率格式种类比较丰富，低、中、高格式的都有，分辨率格式的档次越高，价格也越贵。那么，是否液晶电视和等离子电视的物理分辨率越高，显示的图像也一定越清晰呢, 从电路结构来看，液晶电视和等离子电视由两部分组成，一是数字处理器，二是显示屏。显示屏的物理分辨率只有一种，而处理器可以接收、处理的图像分辨率却可以有许多种。比如，某一台液晶电视显示屏的物理分辨率为800×600，而处理器可以接收和处理640×480、720×480、720×576、800×600、1024×768、1280×720和1920×1080等这几种图像信号。如果处理器接收的正好是与显示屏的物理分辨率相同的800×600格式信号，经过处理后送到显示屏进行显示，这时这台液晶电视可以显示出它能够显示的最高清晰度。 如果处理器接收的是比显示屏物理分辨率小的如640×480格式，这时这台电视机将显示出它的最低清晰度。之所以如此，是因为低分辨率的图像信号必须经过像素插补处理，使其凑足800×600格式，才能照亮显示屏上的每一个像素点，插补的结果不但没有提高清晰度，如果处理的算法不够先进，连原来640×480对应的清晰度也不能达到。 那么，如果处理器接收的是比显示屏的物理分辨率高得多的如1280×1024甚至是1920×1080格式，这时这台液晶电视是否可以显示出对应于1280×1024或1920×1080格式这么高的清晰度来呢,回答是否定的。因为这时虽然接收的图像信号分辨率高，但显示屏没有这么多物理像素点来显示，而必须由处理器将高分辨率信号通过“去像素处理”，将其压缩成与显示屏的物理分辨率相同的800×600格式才能进行显示。这样一来，不但因为从高分辨率降为显示屏固有分辨率而使原始图像的清晰度降低，而且由于在进行图像处理时的去像素处理过程中，给图像造成了一定程度的失真，使这种高分辨率信号的图像，最终显示的清晰度和自然感，还不及第一种情况接收的800×600格式所显示的效果。 3、处理器与图像清楚度的关系 液晶电视和等离子电视的数字处理器，由于采用的插补和压缩算法不一样，使用的电路和元器件不一样，所以不但功能有所不同，而且性能也有差异。有个评测室对目前市场上热销的6款物理分辨率都是1280×768的30英寸液晶电视进行了静止图像和运动图像的对比测量，结果发现，不同品牌的机子， 在静止图像清晰度和运动图像品质上都存在比较明显的区别。因此，在选择液晶电视和等离子电视时，为了买到清晰度高的产品，不能只从物理分辨率档次的高低去考虑，在目前还没有高分辨率信号源的情况下，更应当注意数字处理器的性能。 一、 有必要建立“高清晰度范围”的意识 目前的实际情况是，绝大多数人根据 “1920×1080”这个人人都熟悉了的HDTV高清扫描格式，认为凡是高清电视机都必须具有1920分辨率，屏幕点距要小到0.3几毫米。因此，“1920”和0.3几毫米的点距成了衡量高清电视机的第一依据。 媒体上还经常用到的第二种衡量高清晰度电视机的依据，该依据来自于很多年前的一个(见表6)，认为这个表格中的 “高精密级” 就是高清晰度电视机的标准，也就是水平清晰度要在1000线以上，节距要在0.2mm,0.3mm。 应当如何看待高清晰度指标问题呢,我们认为，所谓高清晰度，应当是一个相对的概念，不同的发展时期、不同的技术时代、不同的使用场合、不同的性价比，对高清晰度线数的要求和规定应当是不一样的。现在使用的传统电视系统，其图像清晰度的设计目标，是希望电视图像的清晰度向16mm胶片电影靠拢。在即将来到的HDTV时代，分辨率选用了1280×720和1920×1080，是希望电视图像的清晰度向35mm胶片电影靠拢。在HDTV时代以后，进一步的发展是UDTV时代，那时希望电视图像的清晰度向70mm胶片电影靠拢，分辨率将比HDTV的提高2倍，垂直分辨率要在现在的1125(即1080加上45行逆程扫描线)的基础上提高到2270。是否这些现行的、HDTV的、UDTV的格式所规定的分辨率水平，就是电视机必须达到的水平呢, 事物总是复杂的，并非一切实际效果都能与理论标准完全相吻合，现实中存在的种种问题会使实际效果偏离理论指标。不论是现在的传统电视，还是将来的HDTV和 UDTV，它们的最高分辨率格式，只是电视系统进行运作的技术参数，而不是显示器能完全达到的显示结果。 实际上过去人们也是这样做的。比如，我国传统电视的扫描格式是720×576，按照720水平像素这个数字，水平清晰度应当是540线。不知道当时是否也有人认为，电视机清晰度就必须达到540线，达不到的就不是合格的电视机。我们在前面的文章中曾经计算过，由于种种原因，传统电视的最高清晰度理论值只能达到468线。电视行业不但没有规定传统电视机必须达到540线或468线，反而规定:不是使用梳状滤波器的电视机，水平清晰度只需大于300线，即使使用了梳状滤波器的，水平清晰度也只需大于350线。因此，虽然传统电视的设计目标是16mm胶片电影的图像水平，但实际上达不到。 认为它是高清电视机的标准，根据不知从何而来。人们是否注意到，在这个表格中被认为是高清电视机标准的“高精密级”，其实这是用于“高分辨率显示器”的，而不是在说普通民用的高清晰度电视机。如果一定要将这个表上的参数与高清电视机联系起来，我们认为比较沾边的，还是中精密度级的， 水平清晰度在800线左右，节距为0.35mm,0.45mm。这类显象管表中划为可以用作监视器或显示器，高清电视机的入门级品种应当在这个档次中，更高档次的其清晰度范围还可以向1000线以上延伸。 所以我们认为，对高清电视机的品质要求不应当是一样的，不应当只有一个采用极限线数的 “高清晰度” 绝对概念，而应当建立起“高清晰度范围”的相对概念。在这个范围内，根据年代、技术、成本和使用对象，可以将其划分为低、中、高3档。比如，低档高清电视机水平清晰度可以定为700线,990线，中档为1000线,1190线，高档为1200线以上。站在这个角度看问题，显示设备需要多大的点距或像素也就一起解决了:以32英寸和36英寸宽屏幕电视机为例，点距或像素分别为0.40mm和0.47mm以下的是高档型，点距或像素分别为0.50mm和0.56mm以下的是中档型，点距或像素分别为0.70mm和0.80mm以下的是低档型。为了显示除过扫描以外的1728最高分辨率(水平清晰度为1300线)，电视机的点距或像素分别应当在0.38mm和0.43mm以下。为了清楚地看出这种划分，请见表7。如果是40英寸级别、50英寸级别和60英寸级别的液晶电视或等离子电视，其物理像素就可以更大了。 根据上表的数据，可能不少人都会觉得，是不是低档的太差劲了，很难将它们与心目中的高清晰度融合。其实，绝大多数人都没有看见过七、八百线水平清晰度的电视图像是什么样子。有资料描述过使用厦华公司点距为0.63mm的16:9电视机HT-3281D收视日本BS卫星数字电视1920×1080i的情况，笔者估计这时其水平清晰度应为700,780线，实际观看的效果，因为篇幅有限，在这里不能过多引述，只能用“纤毫毕露”来形容。实际上，就连500线以上清晰度的电视图像也很少有人看到过，如果能看到，您可能认为已经很不错了。不要以为平时观看的DVD图像就是500多线，实际上一般情况下看到的DVD只有400多线。所以500线以上700线以下是SDTV标准清晰度或叫增强清晰度范围，而达到700线以上，已经进入高清晰度的初级行列了，这种初级清晰度给人们带来的感受，是不会使人失望的。如果不相信的话，请将您的计算机分辨率设置为1024×768，这时的理论水平清晰度是768线，显示几幅数码相机的照片看看吧，情况怎么样, 因此，再说一遍，如果现在就把高清晰度的标准宣传得高高的，使人形成一种心理定势，到时如果买不到清晰度那么高的电视机，可能不是视觉上要失望，首先是因为心理作用反倒要失望——不论实际需要是不是真的要求那么高。 对视频图像及其显示的浅见(之六) 未来的家庭影院形式更加多样化，除了普通家庭影院外，还有计算机家庭微型影院(HCPC)，利用计算机输出图像和声音信号而用大型显示器或投影机来显示图像的大型家庭影院。因此，在介绍视频图像及其显示时，不能不谈到计算机及其显示器。 此外，在谈到高清晰度电视机时，许多人都喜欢用计算机的显示器来作比对，认为要达到近似计算机显示器点距的电视机，才能够得上高清晰度电视机。除了对这个问题存在不同看法之外，还有一些问题，比如，对于为什么对计算机显示的图像不提清晰度而只讲分辨率，显示器与电视机在图像显示特点上有何不同，显示器的分辨率与清晰度之间存在什么关系等。 因此，根据计算机在家庭影院中的作用和读者对显示器存在的问题，本文对这方面也作一些分析和讨论。 作为计算机的显示器，目前以传统的阴极射线管(CRT)显示器为主，近年也有少量时尚的液晶显示器加入。因为液晶显示器和等离子电视在前面的文章中已经介绍过，所以在这里不再专门介绍，而只以传统的阴极射线管显示器为例来讨论计算机显示器中的有关问题。 一、显示器不用清晰度来表示的原因 计算机显示器的图像质量，都是用分辨率来表示，从来不用清晰度来表示。许多人认为，之所以如此，是出于一种习惯:对电视机习惯于用清晰度表示，对计算机习惯于用分辨率表示，二者的实质是一样的。还有人认为，正因为都可以用这两种术语来表示，所以说明分辨率和清晰度是一回事。 我们认为原因并不在此，而认为:显示器图像质量要用分辨率来表示是特意的而不是因为习惯的，它是由显示器的使用特点和图像传输特点决定的。 1、显示器的使用特点 首先比较一下电视机和显示器的使用特点。从使用特点来看，电视机是相对远距离的观看，而且是以观看画面图像为主，不是以观看文字为主，注重的不是图像细节和文字清晰，而是图像的宏观清晰度。因此，在这种情况下用清晰度来表示图像质量，就具有更好的针对性和实用性。显示器的情况与此正好相反，它是近距离观看，而且是以观看文字为主，兼以观看图像画面，非常注重文字的清晰和图像的细节，而不是图像的宏观清晰度，所以它的图像质量更适合用分辨率来表示。 2、显示器的传输和显示特点 希望根据电视机和显示器的使用特点来选用是用清晰度还是用分辨率来表示图像质量，这仅仅是个目的，究竟能否能达到这个目的，还得根据电视机和显示器的传输和显示特点来决定。 电视机的图像信号如果是来自于电视台节目，那么具有一定分辨率的图像信号经过发射、传送、接收、解调、亮色分离处理和其他相关处理，再显示成图像，这中间经历了许多变换、加工和失真过程，使图像质量大大降低，最终显示出来的图像质量，与原始图像信号分辨率所具有的图像质量相去甚远。也就是说，电视机的图像信号分辨率与在屏幕上显示出来的清晰度之间，没有固定的对应关系，在这种情况下，如果用图像信号分辨率来表示最终看到的图像质量，显然既不客观，也不合理。因此，电视机的图像质量应当以最终显示的图像质量为准，也就是必须用清晰度指标来表示。 相反，显示器的图像传输和显示条件比电视机好多了，在显卡上形成的图像信号，直接使用R、G、B三基色，通过短短的专用传输线，将信号直接送到显示器上进行显示，省去了各种复杂的传送和变换过程，图像信号几乎没有损耗和失真，屏幕上所显示出来的分辨率，基本上就是显卡所提供的分辨率，二者具有很好的对应性，最终显示的图像具有高保真、高质量的特点。在这种情况下，用图像信号分辨率的大小来表示最终看到的图像质量，显然更加合理。 既然显示器用分辨率来表示更加合理，那么我们就应当对分辨率有个更深入的了解。由于分辨率与数码图像的像素密切相关，所以下面先对像素的概念和特性进行讨论，再谈到分辨率问题。 二、数码图像的像素 计算机上的数码图像有两大类，一类是矢量图，也叫向量图;另一类是点阵图，也叫位图。矢量图比较简单，它是由大量数学方程式创建的，其图形是由线条和填充颜色的块面构成的，而不是由像素组成的，对这种图形进行放大和缩小，不会引起图形失真。 点阵图很复杂，是通过摄象机、数码相机和扫描仪等设备，利用扫描的方法获得，由像素组成的。点阵图具有精细的图像结构、丰富的灰度层次和广阔的颜色阶调。当然，矢量图经过图像软件的处理，也可以转换成点阵图。家庭影院所使用的图像，动画片的原图属于矢量图一类，但经过制作中的转化，已经与其他电影片一样，也属于点阵图一类了。因此，我们在这里主要讨论由像素构成的点阵图。 1、像素的含义 虽然人们经常听到“像素”一词，也依稀知道一些它的含义，但不少人对其确切意义和特点并不清楚。像素就是组成数字图像的最小单元，即一个一个彩色的颜色点。像素一词是个外来词，在英文中，像素这个单词Pixels就是由“Picture(图像)”和“Element(元素)”两个单词的词头“Pi-el-”拼合而成的，是构成图像的元素的意思。从中文来说，像素这个术语是“图像元素”一词的简称。 一般人都以为像素是一个个的小圆点，但实际上它不是圆的，而是方的。也就是说，数码图像是由大量微小的彩色小方块按照一定的方式排列起来的。这种关于像素是方的而不是圆的的看法，是一些图像处理软件专家和有关书籍的作者特意明确过的，而不是凭空猜测。如果您在计算机上把一幅图像放得很大，在图形的边缘和有斜线的地方，就可以看见像素了，那是阶梯状或马赛克状的小方块，而不是小圆点。 2、像素的特性 构成点阵图图像的像素具有如下特性: ? 像素关系的独立性:组成图像的像素具有独立性，即各个像素之间不是互相关联的，改变其中一个像素，不会影响其它像素。利用这个特性，可以对图像像素进行去像素处理或插补新像素的处理，而不会改变原图像的形貌，但对得到的新图像质量有一定影响。 ? 像素数量大小的固定性:一幅图像的像素多少是固定的，构成图像的像素数量并不因为显示图像时的放大或缩小而改变其数量。一般将像素数量的固定性称作“像素的固定性”，这种称呼与单个像素尺寸的大小混为一谈，所以在这里我们特意将这个特性强调成“像素数量大小的固定性”。实际上，作为一个一个的像素块来说，其大小是可以改变的，整幅图像的大小也可以随之改变。 ? 排列位置的固定性:像素点的排列位置是固定的，单独的像素点不能随意移动，如果移动像素，将对整幅图像造成完全的破坏。最典型的例子是利用图像处理软件对画面进行波纹化处理，像素的相对位置改变了，原始图像状态也破坏了。 ? 像素的位深决定图像的层次:像素位深是指RGB三原色的比特数(Bit)。彩色图像中，在R、G、B三个颜色通道中，如果每一种颜色通道占用了8位，即有256种颜色，三个通道就包含了256的3次方的颜色，即1677万种颜色。对于单独的一种颜色，需要8个字节来记录，对于3种颜色来说，就需要24个字节来记录(8×3=24)。因此，一般的彩色图像需要24位颜色来表现，成为“真彩色”。根据需要，也可以使用更低的色位，如256色(三色共占8位)或16位色，或者使用更高的色位，如32位、64位等。 三、分辨率的种类和意义 在电视机中有分辨率、分辨力、解像力、解像度、解析力和解析度等几种术语，虽然它们的叫法不 同，但意义是相同的;另外还有清晰度一词，我们已经分析过，其意义与上面那6个词的意义不同。 计算机的图像质量表示问题与电视机的不同有两点，除了在计算机中对于图像的精细性一律用分辨率这个术语来表述外，还有就是，在计算机中关于分辨率的叫法虽然也有好几种，但不像电视机那6种分辨率一样其意义是相同的，而是每种不同叫法的分辨率其意义也可能不一样。 虽然许多人都会使用计算机，但不少人没有特意去注意计算机究竟有多少种叫法的分辨率以及它们各自的含义，因此在实际使用和交流时，普遍存在模糊和混乱现象。为了使读者在这个问题上能有一个清楚不乱的概念，我们在这里将计算机多达十余种的分辨率归纳起来，区分成6种不同意义的分辨率。 1、显示器分辨率 显示器分辨率是指计算机显示器的物理分辨率，即在显示器屏幕上的荧光粉点数或像素数。过去人们只注意显示器的荧光粉点距，没有注意显示器的荧光粉点数，因此在这里听起来有点不习惯。但自从有了液晶显示器后，人们就开始熟悉显示器的固有像素点数和显示器本身的分辨率了。因此，显示器分 辨率就是在生产制造时加工出来的显像小单元的数量，这种显像小单元对CRT显示器来说是指屏幕上的荧光粉点，对液晶显示器和等离子显示器来说是指显示屏上的像素。 显示器分辨率的高低，既可以用规格代号表示，如VGA和XGA等，也可以用“水平像素数×垂直像素数”的数字表示，如640×480和1024×768等。 但是，在实用中，人们往往将显示器分辨率、显示分辨率和屏幕分辨率混为一谈。因为这3个术语的中文含义十分接近，所以产生这种混乱，但实际上这3者却是有的相同、有的不同，因此我们应当好好注意一下它们的区别。 2、显示分辨率 是指进行计算机桌面属性的“图像大小”或“屏幕分辨率”设置时选用的分辨率，它是用来实际显示图像时计算机所采用的分辨率，而与显示器分辨率无关。显示分辨率既可以小于显示器分辨率，也可以等于或大于显示器分辨率。过去的计算机操作系统用“图像大小”这一术语来表示，这种表示不大合理，因为从字面意义上来说，没有与分辨率直接挂钩，反而与图像的尺寸大小相混淆。因此，现在新式的操作系统中使用“屏幕分辨率”这一术语来表示，显然更为确切。不过，下面我们将会谈到，称显示分辨率为图像大小，其实也是有原因的。 在此要特别强调一遍，错误～链接无效。图像大小和屏幕分辨率这三个术语是描述的同一个事情的，它们都是指的通过计算机桌面属性由操作者设置的分辨率。这种分辨率有很多格式提供给操作者选择，如从640×480的低规格，直至1600×1200甚至更高的规格。这3个叫法不同但意义相同的分辨率，与显示器分辨率却不是一回事，显示器分辨率是描述的显示器自身的像素点数量，每台显示器只有一种固有分辨率，它是不可改变的。 显示分辨率的表达方式与显示器分辨率的表达方式相同，也是用分辨率规格代号或“水平像素数×垂直像素数”的数字来表示。同时，显示分辨率还可以用每英寸像素数ppi来表示，如72ppi，或者96 ppi等，这得根据显示器的规格和屏幕宽度来决定。每英寸像素数ppi的含义，是指在屏幕的可见区域内，每英寸长度上显示的像素数。用这种方式来表示显示分辨率是不大可靠的，因为屏幕尺寸可以因显示器不同而不同，屏幕分辨率设定可以在很大的范围内变化，因而用72ppi或者96 ppi形式来表示分辨率，一般使用在Mac和PC显示器的出厂默认设置中。 3、图像分辨率 是指在计算机中保存和显示的每一幅具体数码图像所具有的分辨率。图像分辨率的表达方式也为“水平像素数×垂直像素数”，也可以用规格代号来表示。 不过需要注意的是，在不同的书籍中，甚至在同一本书中的不同地方，对图像分辨率的叫法不同。除图像分辨率这种叫法外，也可以叫作图像大小、图像尺寸、像素尺寸和记录分辨率。在这里，“大小”和“尺寸”一词的含义具有双重性，它们都可以既指像素的多少(数量大小)，又可以指画面的尺寸(边长或面积的大小)，因此很容易引起误解。由于在同一显示分辨率的情况下，分辨率越高的图像像素点越多，图像的尺寸和面积也越大，所以往往有人会用图像大小和图像尺寸来表示图像的分辨率。由于这两个术语很容易与打印图像时的图片尺寸大小相混淆，所以有的专家主张改用“像素尺寸”来表示，在这种情况下，像素尺寸特指数字图像的像素数量，而图像尺寸和打印尺寸才是特指图像的尺寸大小。虽然如此，像素尺寸一词还是容易误解，使人以为是指像素点个头的大小，而不是原本应指的像素多少。因此，我们主张还是用“图像分辨率”或“记录分辨率”更为确切些。 4、打印分辨率 是指需要通过计算机输出图像信号到打印机进行打印时，用户在计算机对话框上所选择的分辨率。计算机将按这个参数输出图像信号，打印机按照这种设定的分辨率进行打印，因此打印分辨率也叫输出分辨率。 具体来说，打印分辨率是指“在单位长度上具有的像素数量”。虽然长度单位既可以用厘米，也可以用的英寸，但一般以用英寸为多。在使用英寸作为长度单位时，打印分辨率的单位是ppi(Pixels Per inch)，其中的第一个p是指像素Pixels，后面的那个i是指英寸inch，就是“像素/英寸”，即打印的图像上任何部位每英寸长度上有多少个像素的意思。打印分辨率的规格有很多，常见的有100ppi、150 ppi、200 ppi、300 ppi直至600ppi等。这个参数越大，说明图像的像素密度越高，图像越精细，清晰度越高。 需要特别提醒的是，有人将每英寸像素数ppi理解成是在每平方英寸上的像素数，甚至有的书籍上也是这么写的，其实这种理解是错误的。实际上，打印分辨率ppi是指在长度为1英寸的范围内单排像素的个数，而不是指在1平方英寸面积上的总像素，这二者的区别是很大的。比如打印分辨率为100ppi时，在长度1英寸的范围内单排像素只有100个，如果将1英寸宽度和1英寸高度上的像素乘起来，即在1平方英寸上的像素数却达到10000个，相差100倍。这种像素在1英寸长度上与1英寸面积上的差别，打印分辨率规格越高，相差越大，在300ppi时，相差300倍;在600ppi时，相差600倍。 对视频图像及其显示的浅见之七 前面我们了解到，计算机的图像可以区分成6种不同意义的分辨率，上期已经介绍了其中的显示器分辨率、显示分辨率、图像分辨率和打印分辨率，本期我们紧接上期的话题，继续了解打印机分辨率、印刷分辨率以及关于显示器的其它内容。 打印机分辨率 是指打印机在打印图像时所使用的分辨率，用通俗的话来说，所谓打印机分辨率就是指在打印时每英寸长度上需要喷出的微小墨滴的数量。因此，打印机分辨率的单位并不用ppi表示，而表示为dpi(Dots per inch)，即“点/英寸”，用习惯方法可以念作“每英寸点”或“每英寸滴”。 在打印机的技术规格中所标明的分辨率，是指该型号打印机的最高分辨率。常见的打印机的最高分辨率如300×600dpi、 600×1200dpi和1200×4800dpi等，现在最高的已经达到4800×5670dpi。 在显示分辨率为1024X768时的图形大小 在显示分辨率为1600X1200时的图形大小 不少人将打印分辨率(ppi)与打印机分辨率(dpi)等同起来。比如，认为在计算机输出的图像分辨率为200 ppi时，在打印机上打印的就是200 dpi，二者的区别只是叫法不同，前者叫“每英寸多少个像素”，后者叫“每英寸多少点墨滴”，而它们的数量是相同的，都是200。其实这种看法是不对的，实际上打印分辨率的每个像素(p)只对应图像上的1个像素，而打印机需要若干个点(d)来对应打印分辨率的1个像素。 要明白这是怎么一回事，需要知道半色调打印的原理。因为每一个墨滴只能是“有”与“无”，在图片上只能显示出全黑或全白，而不能显示出灰度层次和颜色阶调来，所以如果用1点来打印1个像素是不行的。为了解决颜色阶调的打印，设计人员创造出了一个办法，这个办法就是“半色调”打印方式。所谓半色调打印方式，是指用4×4或6×6个小方块来表现1个像素的颜色阶调，这个4×4或6×6称为打印机的“半色调打印方阵”。以6×6方阵为例，一个方阵共有36个小方点，在用来表现1个像素的阶调时，如果36个点都没有喷上颜色，那么这个方阵的颜色是白的;如果36个点全喷上颜色，那么这个方阵的颜色最深;如果或者喷上1点、或2点、或3点或直至36点，用不同的喷墨点数和排列，就可以表现出不同的颜色阶调来。图1表示出了半色调为4×4打印方阵可能显示的其中8种颜色阶调。 所有喷墨打印机都是采用半色调方式来打印图片的，说明在每一个边长上需要4点或6点来表现1个像素。那么，在方阵的水平方向或垂直方向，1个图像像素对应的应该是4个或6个打印机点数，所以打印分辨率(ppi)与打印机分辨率(dpi)在数量上是不相等的。从打印机的技术规格的数字上看起来分辨率很高，但实际上并不能对应那么高同数值的打印分辨率，因为还要除以一个打印方阵数，才可以与打印分辨率相对应。比如，有一台打印机的分辨率是1200×2400 dpi，它的半色调打印方阵为6×6，那么它能打印的输出图像的最高分辨率只有200 ppi，而不是1200 ppi，这是因为1200?6=200的原因。 从理论上来说，打印机的分辨率越高，打印出来的图片越清晰。但是，并非都要使用打印机的最高分辨率，因为分辨率越高，需要的打印纸越好，打印的时间越长，所以应当根据需要来选择分辨率。一般情况下，使用150 ppi、200 ppi或300ppi的打印分辨率，就可以分别获得比较好、很好或优秀的图片了。 如果预先选用的打印分辨率低于或等于打印机的最高分辨率，则打印机将按照设定的分辨率进行打印;如果预先选用的分辨率高于打印机的最高分辨率，则打印机将自动按照本机的最高分辨率进行打印。 印刷分辨率 是指将数码图像进行大量印刷时，印刷制图所选用的分辨率，即指在单位长度上具有的印刷线数。印刷分辨率的单位是lpi(Line per inch)，即“线/英寸”，意思是在每英寸长度上有多少条印刷线。 印刷线当然是由像素组成的，但又不是一点对一线，所以印刷分辨率不等于打印分辨率，二者的关系是:1lpi=(1.5,2)ppi，即为了获得某一数量的印刷分辨率，需要1.5倍到2倍的打印分辨率图像信号来提供。比如，准备用200lpi的印刷分辨率进行图片印刷时，事先设定的图像输出分辨率应当选300 ppi,400ppi才行。 为了查阅起来直观方便，现将上述6种分辨率的意义和关系归纳到下表中。 四、分辨率格式的种类 计算机设计者在设计图像分辨率时，为了使用上的通用性，一开始就考虑了建立图像分辨率的规格标准。刚开始时这个标准的级别偏低，随着技术的进步，级别逐渐在向高级发展。 作为计算机系统，与图像分辨率相配合的有显示分辨率和显示器的分辨率，它们在分辨率格式标准上与图像分辨率是同步的。因此，图像分辨率、显示分辨率和显示器分辨率的种类和格式标准是一样的。 对于每一种“水平像素×垂直像素”的分辨率，为了记忆和使用的方便，设计者又为它们各自命名了代号，如640×480的为VGA，1024×768的为XGA，如此等等。 表2例举出了大部分数码图像分辨率的代号和数值，供读者参考。其中有4种使用率非常高，建议将其记住，它们是: VGA=640×480 、SVGA=800×600、 XGA=1024×768和SXGA=1280×960。 普通电视机的显示分辨率是由扫描电路固定了的，用户不能在使用中自行进行设定。这几年出现的一部分精密显像高行频电视机，行频可以高达38kHz,52 kHz，投影机的可高达60kHz,120kHz。如果这些电视机的高行频段具有可变行频功能，除可以显示普通电视、VCD、DVD等几种低分辨率格式图像外，还可以在该电视机具有的高段行频范围之内显示多种中、高分辨率格式的图像。虽然这类电视机可以对多种输入格式的图像进行显示，但使用者并不能进行改变屏幕“显示分辨率”的重新设定，一切可以显示的分辨率，都是由图像数字处理系统和扫描系统自动完成的。 五、显示分辨率与图像大小 从前面的内容中已经知道，显示分辨率是通过桌面设置的，也叫屏幕分辨率。 显示分辨率与图像尺寸大小的关系 由于组成图像的像素数量和排列是固定的，所以在一定的显示分辨率下，该图像的尺寸大小也随之是固定的。如果对屏幕显示分辨率进行重新设定，组成原图形的像素个数和排列位置并没有改变，但组成该图像单个像素点的粗细改变了，因而引起整个图像大小也随之改变:如果新设定的分辨率高，则每个像素点变小，该图像尺寸也将变小;如果新设定的分辨率低，则每个像素点变大，该图像尺寸也将变大。 正因为有这种图像面积大小随显示分辨率改变而变化的情况，所以就有上面一再提到的现象:人们经常把显示分辨率和屏幕分辨率称作图像大小、图像尺寸和像素尺寸。 比如，有一幅图像的分辨率为1024×768，如果将它在一台显示分辨率也正好设置为1024×768的显示器上进行显示，那么这幅图像正好与显示屏一样大。在图2中，因标题栏和工具栏遮盖了上面一横带画面，任务栏遮盖了下面一横带画面，看起来图像好像不完整，实际上是完整的。如果重新将显示分辨率设置为640×480，那么每个显示用的像素点变大了，这幅图像也跟着变大，它的边长比屏幕边长大出将近0.6倍，它的面积比屏幕面积大出将近2倍，需要使用滚动条来回移动才能看全所有画面。相反，如果重新将显示分辨率设置为1600×1200，那么每个显示用的像素点变小了，这幅图像也随之大大地缩小，变成了一块位于屏幕中央的大豆腐干。(见图3) 显示分辨率与清晰度的关系 因为图像的清晰度是由构成的像素多少和粗细来决定的，因此当显示分辨率提高，图像变小时，像素密度增大，图像清晰度增高。反之，当显示分辨率降低，图像变大时，像素密度减小，清晰度降低。当图像大到一定程度后，像素点就变成了像素块，可以明显地看出来。 图像分辨率的改变 以上讨论的是指一幅已知像素的图像，在显示分辨率进行改变时，它的像素数量和排列都不变而只有图像面积尺寸大小改变的情况，这就是前面所说的图像像素数量大小和排列位置的固定性。虽然具有这种固定性，但这并不等于图像的像素数量就是永远不可变动的，实际上对一幅具有确定像素的图像，要改变其组成像素的多少也是可以的，不过需要利用图像处理软件进行另外的加工，即去像素处理或插补像素处理。经过这种处理后，相当于破坏了老图像，产生了一幅新图像。当得到新分辨率的图像后，其图像尺寸大小随显示分辨率的变化情况，仍然遵循上述规律。 不过，不论增加还是减少图像的像素，都会引起图像质量的下降，其中尤其以减少像素的影响为甚。因此，专家们指出，在减少像素的时候，如果可能，最好不要超过25%。 电视机的显示分辨率 电视机的情况与显示器的不一样，电视机虽然也可以接收若干种不同制式、具有不同扫描格式和分辨率的图像信号进行显示，但其显示出的图像尺寸大小是固定不变的，用户也不能进行图像分辨率和图像尺寸大小的设定。 六、显示器图像的清晰度 虽然上面我们分析了计算机显示器的图像质量要用分辨率来表示的原因，但并不是说显示器的图像就没有清晰度可言，或者它的清晰度计算方法有什么特别的地方。实际上，显示器及其图像也有自己的清晰度，其清晰度的计算方法与电视机是相同的，而且有些环节还来得更加简单。 图像清晰度 显示器的图像信号在传输环节上不存在多大问题，视频带宽之类的限制因素都可以不加考虑。所以，如果忽略一些诸如过扫描等之类的次要因素，在点距允许的范围内，直接用显示分辨率乘以有效系数(Kell系数0.75)，就可以得出在当前设定的该分辨率下图像的实际清晰度。 当然，图像的实际清晰度还与图像信号的分辨率有关，如果信号分辨率低于显示分辨率，则图像的实际清晰度由图像信号分辨率决定。 计算机显示器虽然只有分辨率技术指标，但也有清晰度可言。如果由显示器的点距计算出垂直方向的荧光粉或像素列数，即最高垂直扫描线数，再乘以有效系数(Kell系数0.75)，就可以计算出显示器能够显示的最高水平清晰度，具体情况可以参见下面的例子。 显示器都是高清晰度的吗 人们可以不加考虑就认为，计算机显示器肯定是高清晰度的。究竟是否如此，我们还是来验证一下为好。 比如，明基17英寸的77V型显示器，其屏幕有效宽度为320mm，点距为0.27mm，可以计算出，它最多能够显示出1185行垂直扫描线，即显示最高水平清晰度的能力为889线。 如果要能显示HDTV中的1280×720格式的图像，则需要点距减小为0.25mm才行，那么正好可以显示1280行垂直扫描线，折合为960线的水平清晰度。如果要能显示HDTV中的1920×1080格式的图像，则需要0.17mm的点距，而目前最细的点距只有0.19mm。 不难看出，如果以显示700线以上的清晰度为标准，基本上所有的计算机显示器都可以认为是高清晰度的;如果以能够显示1280行垂直扫描线为标准，则有些计算机显示器够得上高清晰度的，而有些却够不上;如果以能够显示1920行垂直扫描线为标准，那么所有的计算机显示器都够不上高清晰度的。 关于显示器的分辨率和清晰度问题就讨论到这里。最后需要指出的是，目前的家庭影院视频器材中，清晰度最高的信号源就是DVD，但其理论最高水平清晰度只有540线，在电视机上实际能显现的不到 500线，而所谓蓝光碟或高清晰度HD-DVD什么时候能出台还遥遥无期。因为没有高清晰度的信号源，不用说要想欣赏高清晰度家庭电影不可能，就是想要对已经有的高清晰电视机或投影机进行清晰度测试和调试都不可能。不过，有几个日本大公司制作了少量高清节目源和高清测试源，可以在它们的昂贵专用播放设备上进行放送。比如在某些大商场演示播放的高清节目，其内容包括建国50周年天安门广场阅兵式、北京新貌等，就是使用1920×1080i(宽屏幕)或1440×1080i(窄屏幕)信号。此外，索尼和JVC等公司还制作了高清测试信号。由于普通家庭影院爱好者不可能有那些高清播放设备，但如果高清信号源能用在计算机上，那么计算机就成为了普通家庭的高清播放设备。利用这种信号源和计算机，姑且不说播放高清节目，就是能播放高清测试图，对已有的视频系统进行测试和调整，那也能解决一个大问题。