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抽丝剥茧,彻底搞清"分辨率"/"电视清晰度"
发布时间:2009-11-11 14:17:08

虽然我们在很多杂志和文章上看到有关"分辨率"的介绍,但是不同的人总是有不同的说法,看了比不看更糊涂。我也遇到一些计算机行业的人士对电脑分辨率了如指掌,但是却不知道在家庭影院里的应该如何使用"分辨率"这个名词。而推销员则把一大堆的数字推到我们面前:宣称达到600~800线的电视机、480P720P1080IVGASVGAXGA等等。一大堆的数据和名词,在这一大堆的数字里面转,别说是你,我看连“专家”也会被蒙。我希望我下面的解释可以让你清楚这些数据,即使一时记不住,也可以知道基本的概念,下次再有不学无术的推销员给你乱讲时你可以把本文拿来给他上上课。


一、基本概念-象素组成图像

图像是由连续快速出现的静止图像组成,当我们讲图像的分辨率的时候是指组成图像的象素。想一想绘图用的方格纸, 当你在每一格中填充相应的颜色, 你就得到一副图像。 看一看下图中的眼睛(左边蓝色圆圈内),当我们放大这一部分之后(下图右边),我们就看到了组成这副图的象素。

一幅图像有很多行组成,而每一行又有很多个象素点组成。

象素点组成行,行组成一幅图像,很多幅图像连续起来就组成活动的图像。

图一、象素组成图像


二、基本概念-垂直清晰度

由于"垂直清晰度"这个名词更容易理解, 我们就从简单的入手。 “垂直清晰度”就是一副图像从上到下由多少象素组成。由于每一根水平扫描线形成一个垂直方向的象素,因此我们也可以讲,“垂直清晰度”就是一幅图像由多少条“水平扫描线组成”。

一幅图像有多少条水平扫描线是由信号格式决定的,因此只要信号格式确定了,垂直清晰度就确定了。对于PALC制来说,不管你看的是电视节目、录像机、VCD、LD、还是DVD你最后看到的垂直分辨率都是625

再进一步,我们看到的一副画面并不是由所有的625行组成。 实际上,在场消隐期间,还有49行用于传输其它信息, 比如闭合字幕、图文、测试信号等,同时当电子束从最底部回到最上部来开始扫描下一副图像还需要一些时间。去掉这些我们“看不到”的行数,我们看到的一副画面实际上最多由576行组成。这也是PAL制的最高垂直分辨率。

图二、垂直清晰度

更进一步,由于显像的原因和人的视觉特性,这576行只是理论上的分辨率而已。实际你“看到”的图像的垂直分辨率还必须乘以一个小于一的修正系数,这个系数称为Kell系数。对于隔行扫描,Kell系数=0.7,因此对于PAL制来说,最后显示出来的图像的垂直清晰度是400线左右。实际观看测试图的时候,由于不考虑Kell系数,观察得到的垂直清晰度通常可以达到450线左右。图三就是标准的清晰度测试图,既可以测试垂直清晰度也可以测试水平清晰度。

图三、EIA1956清晰度测试图


三、基本概念-水平分辨率

正如我们前面讲到,垂直清晰度完全由信号格式决定,这非常清楚易懂。而水平清晰度却是最容易令人混肴的概念,而其中最大的问题就是因为水平清晰度有多种表达方式。多种表达方式就意味着可以有很多种数据来表达,在不同的场合,相同的数据就表示可能完全不同的性能。

计算机领域: 

在计算机行业中经常使用组成图像的象素的多少来表示分辨率:水平象素数×垂直象素数。比如:

VGA:640×480
SVGA:800×600
XGA:1024×768

视频领域:

在视频领域,我们的习惯表示方法则不同,更习惯使用"每图像高度"的象素多少来表示水平清晰度,并称之为“电视线”。

要搞清这种习惯的由来,我们要回溯到电视机诞生的60年前。由于信号的格式已经决定了图像的垂直清晰度的,因此,当时的专家们的想法是用和垂直清晰度相关的方式来表示水平清晰度。也就是说,到底是水平方向更清晰还是垂直方向更清晰,通过这个相对的清晰度表示就可以一目了然。

图四、水平清晰度和垂直清晰度的比较关系

水平清晰度(电视线)的定义:在和屏幕高度相等的水平方向上可以显示的象素。在这种定义下,得到的清晰度就叫做“电视线”。

图四、水平清晰度的定义

所以当你听到别人讲视频信号有多少清晰度的时候, 它并不是指从图像的最左边到最右边有多少象素组成。 而是指的在和图像高度相同的水平宽度上有多少象素。

请看一下你的电视机或电脑显示器,你会发现它们并不是四四方方的,它的显示比例是4:3的。也就是说,要得到和垂直清晰度相同的水平清晰度,那水平方向的象素要达到垂直清晰度的4/3倍。

对于DVD来讲,NTSC制是720×480象素,PAL制是720×576象素。NTSC和PAL制的水平清晰度都是720×3/4=540线。在NTSC制的DVD上,水平清晰度高于垂直清晰度(540线>480线);在PAL制的DVD上,水平清晰度略低于垂直清晰度(540线<576线)。


四、清晰度的决定因素

垂直清晰度

垂直清晰度就是有多少扫描线,只要信号格式确定,每场图像由多少条扫描线组成就确定了。因此垂直清晰度是由扫描格式决定的,不受其它因素影响。

水平清晰度

水平清晰度就是在一条扫描线上有多少个象素。信号源或者处理电路的带宽越窄,最后显示出的水平象素越少,水平清晰度越低。

图像清晰度

图像清晰度=信号源的图像质量×处理电路的处理水平×显示方式的显像质量。这三个象素都同等重要地决定最终的图像质量,一个都不能少。如图五:

图五:图像清晰度=信号源的图像质量×处理电路的处理水平×显示方式的显像质量

任何一个环节差都将导致最后图像的水平清晰度下降。如图六:

图六:任何一个环节都将影响最终图像

即使有的产品提高了处理电路性能或者显像性能,但是如果没有相应的信号源配合,并不能显著提高图像质量,如图七和图八:

图七、单靠处理电路的性能提高,并不能显著提高最终图像质量

图八、单靠显像方式的性能提高,并不能显著提高最终图像质量


五、带宽和象素的关系

如果是模拟信号,要在数字显示设备上显示出来,我们首先要进行模拟-->数字的转换。而如果是数字信号,要在模拟显示设备上显示出来,我们首先要进行数字-->模拟的转换。

在模拟信号领域里,我们用带宽来表示信号的质量。在数字信号领域里,我们用组成图像的象素数来表示图像的质量。

PAL制信号的视频带宽是6MHz。经过标准的数字采样后,得到720×576的图像。因此我们说6MHz的视频信号就是720×576的图像,这两种说法都表示同样质量的图像。

带宽是模拟信号领域来表示图像质量的说法,象素是数字信号领域来表示图像质量的说法。这是一个事物的两种不同说法而已。就象我们形容一盘美食,汉语讲“好吃”,英语讲“delicious”,意思都是一样。


六、从象素计算水平清晰度

VGA(640×480,4:3屏幕):480电视线
SVGA(800×600,4:3屏幕):600电视线
XGA(1024×768,4:3屏幕):768电视线
720P(1280×720,16:9屏幕):720电视线
1080I(1920×1080,16:9屏幕):1080电视线


七、从带宽计算水平清晰度

清晰度H=2×T÷A×F
其中T为水平扫描正程时间,对某一电视图像格式,它是固定的;
A为显像管的宽高比(4:3或16:9),F为电视机的信道带宽,T和A为常数。

以PAL制来讲,亮度信号的最大带宽为6MHz,行频为15625Hz/s。如果图像信号是最高频率6MHz单频,那么每行能显示6000000/15625=384周。如果正半周为白,负半周为黑,每个行周期能显示768条黑白线。每一个行周期又分为正程和逆程,只有正程对分解力有贡献。PAL制的水平逆程为18%,所以每行正程最多能显示的黑白线总数不会超过768×0.82 = 629.76。也就是说,PAL制的水平分解力的极限是630条黑白线,换算成电视线的说法就是470电视线左右。

当然不必每次都这么复杂的来计算,我们用一个经验算法来计算:1MHz带宽=81电视线。这样:

VHS录像机:3MHz带宽,240线左右

NTSC制电视:4MHz带宽,320线左右

PAL制电视:6MHz带宽,480线左右

DVD:6.75MHz,540线左右


八、流行数据和名词:1250线、31250线、30MHz带宽、两百万象素、超精细显像管

这些就是推销员“推销”在你面前的流行数据和名词,如果在没有看本文之前,你可能只有一头雾水。现在有了前面的知识做铺垫,我们来揭开这些数据名词的面纱。同样是“线”这个字,可能是讲“水平扫描线”(垂直清晰度),也可能是讲水平方向整个屏幕上一共有多少线,还可以是讲在屏幕高度的水平宽度上有多少线(电视线)。

1、1250线

这是倍频扫描电视机的专有名词。由于倍频扫描讲场扫描的频率提高了一倍,原来每帧扫描的625行,现在就成了1250行,因此称做1250线,这里的“线”是指水平扫描线。

2、31250线

这明显是一个唬人的数字,指的是在一秒钟内,倍频电视机一共扫描了31250线,这和每一帧扫描1250线是同一个意思(31250/秒=1250线/帧×25帧/秒)。这个说法如果再进一步的话,就是200万线,当然这里的200万线指的是每分钟扫描的线数(31250线/秒×60秒/分钟)。这里的“线”是也指水平扫描线。

3、30MHz带宽

按照前面我们介绍过的方法,可以计算得到30MHz带宽就是1920×1080。30MHz带宽是模拟信号的说法,而1080I是数字信号的说法,两个是等价的。那30MHz带宽是不是就牛得一塌糊涂呢?不是!

如果信号源还是PAL制的,带宽只有6MHz,这30MHz的处理带宽显像浪费得一塌糊涂,但是并不能提高图像质量。

即使有了30MHz带宽,还必须要有30MHz得信号源(高清电视),和能够显示1920×1080的显像管,没有这两者的支持,30MHz只是一个唬人的数据而已。

4、两百万象素

某些品牌的电视机就号成两百万象素处理,声称可以怎样怎样提高图像清晰度。这“两百万象素”从何而来呢?这些电视机的数字处理电路部分采用了1920×1080的HDTV处理方式,因此每幅画面就有“两百万象素”了。

但是请你再看一看上面的图七,如果电视机的信号源是720×576(41.5万象素),处理性能再好,最后的图像仍然是720×576(41.5万象素)。在“两百万象素”处理中,每5个象素实际上是完全相同的一个象素。而且别忘了,我们前面讲到的图像清晰度的三要素中的显示方式这一条,虽然进行了两百万象素的处理,可是最终的显像管还是普通的显像管,还是只能显示720×576(41.5万象素),那即使是两亿象素处理,也丝毫不能提高图像质量。如图九:在左边的图中,每一个黑点由4个小黑点组成,灰点也由四个小灰点组成,这个图像的实际观看效果和右边的完全一样。实际上,显像管中的每一个点由红、绿、蓝三个小点组成,而每个小点又由数不清的荧光粉组成,这些数不清的荧光粉点显示的是“同一个象素”,但是你显然不能称分辨率是由“这些数不清的荧光粉点”组成的吧?

图九、两百万象素

30MHz带宽和两百万象素处理是同一个意思。只不过30MHz沿用了传统模拟信号处理的称呼,而两百万象素是“数字新贵”的流行用语。这两个名词实际上表达的是同样的一个性能指标。

5、超精细显像管

“两百万象素”的致命伤在显像管不是“两百万象素”的,所以最后的图像清晰度由于显像管而大打折扣,和普通的处理方式相差无几。

那如果“两百万象素”处理+超精细显像管呢?这距离更美好的图像又近了一步,但是还没有达到。

三要素之中只有最后两个要素解决了。还必须要第一个要素--信号源的支持。在没有高清晰的信号源支持的情况下,“两百万象素”+超精细显像管和最普通的电视机并没有本质区别。

什么时候有了和高清处理电路和高清显像管相匹配的高清电视节目之后再买也不迟。否则,这样高价格换来的“高级”电视机其实只是摆设而已。你在高清电视机上看VCD节目,看到的图像质量还是VCD级别的,并不是高清的。


总结:

1、带宽、象素、电视线都是用来标称电视清晰度的方法。
带宽是主要侧重于模拟电路处理部分。
象素是延用电脑业的称呼方法。
电视线是延续传统的称呼方法。
对于理论上的1920x1080I高清晰度电视来讲:
30MHZ
带宽=1920象素(从最左边到最右边)=1080电视线(每屏幕高度的象素) 

2、图像清晰度

图像清晰度=信号源的图像质量×处理电路的处理水平×显示方式的显像质量

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