显示器的分辨率和清晰度-视频图像

作者：家庭影院技术 陈俊文

欢迎访问e展厅 展厅 1 电视机/机顶盒/投影机展厅 数字电视/智能电视, 机顶盒, 广告播放机... 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为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。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，是通过摄像机、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，也依稀知道一些经的含义，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： ①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下影响。 ②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“像素的固定笥”，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。 ③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。 ④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。（见图1） 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64×480和1024×768。 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 错误！链接无效。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，直到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96ppi等，这得根据显示器的规格和屏幕宽度来决定的。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。用这种方式来表达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96ppi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，使人认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、150ppi、200ppi、300ppi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。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (8/15/2004)