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显示器的分辨率和清晰度-视频图像(上)
作者:陈俊文 来源:家庭影院技术
日期: 2004-10-9
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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)

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