对视频图像及其显示的浅见

关键词： 清晰度 , 视频 , 显示器

计算机的图像可以区分成6种不同意义的分辨率，这里介绍打印机分辨率、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。

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200ppi时，在打印机上打印的就是200dpi，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上像素是不行的。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个点都没有都没有都没有喷上颜色，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。（见图1）

  

所以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，因为还要降以一个打印方阵数，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1200×2400dpi，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200ppi，而不是1200ppi，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150ppi、200ppi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1pi（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：11pi=（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300ppi~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。

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。刚开始时这个标准化的级别偏低，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，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~52kHz，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。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。

1.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幅带画面，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2、图3）

2.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。


3.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%。

4.电视机和显示分辨率

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。

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。

1.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。

2.显示器清晰度

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。

3.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，在电视机实际能显现的不到500线，而所谓蓝光盘或高清晰度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。