论电视图像指标的变化和发展方向(上)

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【摘要】电视可能拥有很多发展方向，但前提必须是极其优质的画面、极佳的观赏效果。如果一味地追求智能化，而忽视了其本质的功能，这不是电视。电视最本质的功能在于为消费者提供“视听”的感官体验，脱离了这些，电视产品的升级和突破将失去正确的发展方向。本文运用《电视原理》知识，就目前市场上出现的高清、全高清和超高清电视，从电视图像指标变化和发展的方向这一角度，进行分析和论述，以提高业内人士的关注。

【关键词】CES-2013 视网膜屏幕 SDTV HDTV Full HD UHDTV

一.序 论

在经历了互联网电视、智能电视、云电视等发展热潮后，全球各大彩电企业终于达成共识，不论是3D，还是智能，其实最终都绕不过图像的质量。不管打什么旗帜，最核心的图像质量永远无法忽视。虽然，目前超高清的4K电视在应用上还存在挑战，但在2013-CES（2013年国际消费电子产品展）上，4K电视可讲是轰轰烈烈、大出风头。全球没有哪个厂商愿意停下脚步，因为谁更贴近这个趋势，谁就将占据领导地位。

的确，在智能电视风行的今天，人们始终没有停止对电视图像质量的追求。从模拟到数字，从标清到高清，从高清到全高清、再到超高清，人们期待着电视图像也能像苹果iphone 4手机一样，拥有视网膜屏幕的显示技术……

二.数字图像的相关概念

1.Ppi

Ppi是数字图像分辨率的单位，是英文Pixels per inch的缩写，其意是“每英寸所拥有的Pixel（像素）数”。因此要提高Ppi，一是缩少屏幕的尺寸；二是提高屏幕的分辨率。

一个分辨率为960×640的屏幕，其Ppi的计算，可由勾股定理算出对角线的像素数，再除以3.5得出。

2.Dpi

Dpi是打印或冲印设备输出分辨率的单位，是英文Dots per inch的缩写，其意是“每英寸所拥有的Dots（点）数”。

Dpi与Ppi意义一样，只是叫法不同，PC（个人电脑）市场营销人员就喜欢用Dots来表示Pixel。

3.Pixel（像素）

Pixel是由 Picture（图像）和 Element（元素）两个单词的字母组成，故称为“图素”或“像素”，是用来计算数字图像的一种单位”。

像素又分为有效像素和CCD像素两种，目前常讲的像素是指有效像素，即“基本原色素及其灰度的基本编码”。

像素最初是指CCD/CMOS上光电感应元件的数量，一个感光元件经过感光、光/电和A/D转换等步骤后，在输出的图像或照片上就形成一个点，若把它放大数倍，会发现它在屏幕上的显示，是一个染色的点，它是构成图像或照片的最小单位。

数字电视的图像也是如此，一幅图像通常包含成千上万个像素，每个像素都有自己的颜色信息，它们紧密组合在一起。由于人眼的错觉，被当成了一幅完整的图像。图像内的像素越多，拥有染色的点也就越丰富，就越能表达颜色及细节的真实感，也就越接近原始图像。

像素有多种表示方法，如：点、字节、比特、采样点、画素、斑、超集、三合点、条纹集、窗口、图形单元等等。

像素常用分辨率（又称解析度）来描述。

4.分辨率

分辨率是指单位长度中，所表达或撷取像素的数目。

一台分辨率800×600的17英寸显示器，表示在17英寸屏幕上，有800乘以600也就是48万个像素。因此，相同分辨率的17英寸和29英寸显示器，前者的图像看上去细一些，后者则粗一些。

分辨率也分很多种，如：影像分辨率（又称最大分辨率）、打印分辨率、显示器分辨、屏幕字型分辨率，当然还会有其他输出设备的分辨率。由于种类繁多，在此不详细说明，感兴趣者可以网上查阅。

5.分辨率和像素的关系

分辨率是图像的密度；像素是图像的单位，并组成了图像的分辨率。

像素和分辨率成正比关系，像素越多，分辨率也就越高；分辨率越高，像素也就越多。

6.视网膜（Retina）与视觉

人眼视网膜上面有许多感光细胞，当受到光的刺激后，由视觉神经传到大脑即形成了视觉。

人的视觉水平是有限的，正常人能分辨出的最大分辨率是300 Dpi，超过这个分辨率，人也看不出差别，也就是说300 Dpi和600 Dpi在人眼看来是一样的。这也是目前冲印设备最大设计输出分辨率为300 Dpi的原因所在。一般来说，当达到200 Dpi时，就能让大家满意了，当然每个人的视觉水平及分辨率也不一样。

7.视网膜屏幕

视网膜屏幕是苹果公司近年来在部分移动产品中应用的一种显示技术。

在2010年6月8日的iPhone 4会上，乔布斯首次提出了“视网膜屏幕”概念：当屏幕距离你10～12英寸（约25～30cm）时，屏幕的分辨率只要达到300 Ppi以上，你的视网膜就无法分辨出像素点了，超过300 Ppi的屏幕都可称为“视网膜屏幕”。

随后，一些专家、学者，从人眼的视力水平、观看距离，以及iPhone 4屏幕等方面，进行了验证和分析，其结论是：

（1）iPhone 4屏幕的像素达到326 Ppi，是常用PC分辨率72 Ppi的4倍多。

（2）苹果公司是以一个“1.0”视力的“标准人”，作为iPhone 4的使用者，得出300 Ppi“视网膜屏幕”概念。当一个人的视力为“2.0”时，其视网膜分辨能力的极限将会提升，远不止300 Ppi。

（3）大部分人眼的实际分辨能力应该高达450 Ppi以上。

8.Full HD全高清超极屏幕

“视网膜屏幕”概念，确实影响了人们的认知。但提供屏幕元件的生产厂商在技术研制上并没有停滞不前。2013年元月开卖的国产OPPO Find5手机，其屏幕像素密度高达441 Ppi，分辨率达到1920×1080 Full HD级别。

Full是全部、完整的意思；HD是High Definition的简写，是高清的意思；Full HD即为全高清。是指分辨率高达1920×1080屏幕，包括能显示数字电视1080i和1080p等图像节目的电视机及显示屏幕。

三.电视图像的显示模式

1.高清电视标准的主要内容

高清电视的全名为高清晰度彩色电视，英文名是High Definition Television，如今专指数字电视方式，简写为HDTV。

HDTV标准是一个模糊的概念，可分为制作标准、显示标准和传输标准三个；其中的传输标准又可再细分为无线传输标准、有线传输标准和卫星传输标准三种。

ITU（国际电信联盟）在其801报告中明确：“HDTV是一个系统，即一个具有正常视觉的观众，在距该系统显示屏高度的三倍距离上所看到的图像质量，应具有观看原始景物或表演时的质量。HDTV图像的水平分辨率与垂直分辨率较常规电视都提高一倍以上，视频必须至少具备1080i或720p电视线。其显示屏宽高比为16∶9，水平视角30度。信息量是常规电视的五倍多。图像质量可与35mm电影首映质量媲美。伴音则采用多个声道，如：采用五个声道（左、中、右、左后、右后），具有环绕立体声效果，并可加一个重低音声道，每个声道的收听质量与CD（激光唱片）相当。”

国家广电总局在《高清晰度电视节目图像、制作及交换标准》（GY/T 155-2000）中，明确规定了我国HDTV节目的图像、制作及交换的“图像分辨率为1920×1080，频率为24p、25p和50i三种。”

国家数字电视接收设备和性能标准制定工作组，在《高清电视接收机的要求及规范》中，也明确：“能接收地面HDTV的射频信号，其图像的垂直分辨率不小于720线、图像显示模式为1920×1080i、宽高比为16∶9、向下兼容SDTV（标准清晰度彩色电视）等。”

国家信息产业部在《数字电视接收设备 —— 显示器标准》中，也明确了“等离子和液晶电视的图像垂直清晰度和水平清晰度必须达到720线以上才算高清电视”。

可见，国内各主管部门所明确规定的HDTV标准的图像显示模式、电视线、分辨率等主要指标与ITU基本相同。

2.HDTV图像的显示模式

几乎在HDTV概念出现的同时，1080i、720p和1080p就像影子一样跟着出现。这里的i是Interlace的简写，称为隔行扫描方式，是交错的意思；p是Progressive的简写，称为逐行扫描方式，是进步或非交错的意思。这两个名词，源自《电视原理》的CRT（阴极射线管即显像管）电视技术系统。

传统的CRT电视工作原理，是通过电子束在显像管屏幕上一行行地扫描所发出的光点来显示图像的，电视信号在传输过程中，由于受带宽及当时技术条件的限制，只能传递隔行扫描的信号。

隔行扫描和逐行扫描的基本方式如下：

以我国模拟彩色电视制式 —— PAL（相位逐行倒相制）为例，其图像扫描过程是把一幅625行的电视图像分成两场来扫，第一场称奇数场，只扫描625行中的奇数行（即：依次扫描1、3、5 …… 行）；而第二场称偶数场，只扫描625行中的偶数行（即：依次扫描2、4、6 …… 行）；通过两场的扫描来完成原来一帧图像扫描的行数，这就是隔行扫描方式。

这样，PAL制电视中的一幅图像625行扫描线，以及每秒50场图像，若采用隔行扫描方式，可表示为625i或50i；若采用逐行扫描方式，就表示为625p或50p。NTSC（正交平衡调幅制）电视的一幅图像中的525行扫描线，以及每秒60场图像，若采用隔行扫描方式，可表示为525i或60i；采用逐行，就表示为525p或60p。

简要地讲：隔行扫描方式就像百叶窗，是不完整的图像，是由两次扫描来显示一幅完整的图像。而逐行扫描方式才是一次扫描来显示一幅完整的图像。

在HDTV系统中，同样存在着隔行和逐行两种扫描方式以及由其产生出的两种图像显示模式，这就使得HDTV标准在具体的应用中，出现了目前的1080i、720p和1080p。1080、720则代表图像垂直方向所能达到的分辨率，但千万不能认为1080i会完全比720p好，尽管1080i可以提供更高的像素（1920×1080=207万），比720p的像素（1280×720=92万）高出不少。但从图像画面的稳定度来讲，720p更具有优势。当然，1080p是目前HDTV中最高规格的图像显示模式。

3.图像显示模式的线与电视线

（1）线与电视线不是一回事

按照要求“HDTV图像的垂直清晰度和水平清晰度必须达到720电视线以上”。对于图像垂直清晰度，比较好理解，如平板式（液晶、等离子）电视，其垂直方向上有多少像素数，就可认为图像垂直清晰度是多少线，但不能认为是多少电视线。

《电视原理》中明确“线与电视线不是一回事”，如今在一些文献以及技术刊物中，不够明晰。垂直方向上的像素数并不能代表相应的电视线，只有在最理想的情况下才能达到。对于电视的图像清晰度而言，垂直清晰度并不重要，可不予计较。

（2）图像垂直清晰度的单位是线

一台图像分辨率为852×480的平板式电视，852为图像水平方向上的像素数，480为图像垂直方向上的像素数，我们可以认为其图像垂直清晰度是480线；若图像分辨率为1024×768时，其图像垂直清晰度就是768线。

线是垂直清晰度的单位。一般来讲，垂直清晰度，都可达到HDTV的要求，而水平清晰度是很难达到要求的。

（3）图像水平清晰度的单位是电视线

图像水平清晰度这个概念比较复杂，电视原理中解释为：“图像水平方向上的像素数量，并不代表水平清晰度，水平清晰度的单位是电视线”，对于HDTV中16∶9的平板式电视而言，其图像水平清晰度的电视线数值为：

图像水平方向上的像素数 ÷ 1.78

这样，一台图像分辨率1366×768的平板式电视，水平清晰度为1366÷1.78=768电视线，高于720电视线，但不能说：“图像水平方向上有1366个像素，清晰度一定可以达到768电视线”；只能说：“水平清晰度最高不可能超过768电视线”。

对于42英寸的等离子电视而言，图像分辨率有852×480、1024×768、1024×1024、1024×1080等几种，852×480的图像清晰度为852÷1.78=479电视线，也就是说852×480的等离子电视的图像水平清晰度，最高不可能超过479电视线；而1024×768、1024×1024、1024×1080三种等离子电视，其图像水平清晰度最高也不可能超过576电视线。因此，42英寸的等离子电视，图像清晰度都达不到720电视线，都不算HDTV。

而50英寸以上的等离子电视，图像分辨率一般为1366×768，水平清晰度为1366÷1.78=768电视线，最高可达到768电视线，符合HDTV的要求。因此，只有50英寸以上的等离子电视，才能达到HDTV标准图像的显示要求。

对于液晶电视而言，在图像分辨率上要比等离子电视具有优势。26英寸以上的液晶电视，其图像分辨率一般为1366×768，符合HDTV的要求。而且37、42、47英寸的液晶电视，图像分辨率很多达到1920×1080，远远高出HDTV的显示标准。

四.1080i、720p和1080p含义及应用

1080i、720p和1080p是ITU根据HDTV图像节目的扫描方式的不同，制定的格式标准。

由于HDTV的图像节目都是数字信号，因此有时只要用分辨率表示就可以了。但在HDTV节目拍摄时，也要分隔行和逐行两种扫描方式，因为他们的场频（每秒钟显示的隔行图像数量）或帧频（每秒钟显示的逐行图像数量）也不相同。

1.1080i

1080i分为1080i/50Hz和1080i/60Hz两种，对于使用PAL电视制式的国家来说，应采用1080i/50Hz格式标准，因为1080i/50Hz的场频同PAL模拟电视相同，对于使用NTSC（正交平衡调幅制）电视制式的国家来说，应采用1080i/60Hz格式标准，因为1080i/60Hz的场频同NTSC模拟电视相同。

1080i是世界各国快速建立HDTV系统的最佳方案，全球应用情况见表1所示。

1080i/50Hz和1080i/60Hz虽然在扫描线数上突破了1000线，但由于它们采用的都是隔行扫描方式，都是通过两次扫描来完成1080线，因此，每场实际扫描线数只有一半，即1080÷2=540（线）。

这样，每秒钟在奇数行和偶数行交错提供25幅或30幅画面，这将在显示精细画面尤其是显示静止画面时出现轻微的闪烁和爬行现象（由于多数时候电视图像都是动态画面，隔行扫描的缺点并不明显）；另外更重要的原因是早期电视技术的限制，采用逐行扫描方式将大大提高电视技术难度和建设成本，以至在上世纪80年代早期的高清电视标准研发中，专家学者首先提出的还是（只有）隔行扫描方式的1080i。

1080i电视图像节目在编、播中比较烦杂，如果是50i的节目，只能在1080/50i的电视系统播出，如果是60i的节目，只能在1080/60i的电视系统播出。

2.720p

720p是PC制造商和网络经营商，为了能更深地渗透到数字电影领域，“孕育”出的，随后被数字电视技术引用的显示技术标准。

720p最初是以高清电影及HDTV光盘为载体，在影碟播放机领域拓展地盘；近几年进入电视领域。目前全球除美国之外（世界上只有美国有一些电视台在使用），还没有一个国家采用720p的标准。

720p是一个统称，其格式标准分60p、50p、30p、25p、24p五种帧频，以适应不同领域和系统平台，分别表示为720/60p（美国ABC电视台采用）、720/50p、720/30p、720/25p 、720/24p（FOX电视台采用），电视扫描频率一律为60Hz。

由于720p采用的是逐行扫描的图像显示模式，一幅完整画面一次显示完成，单次扫描线数可达720线，水平扫描达到1280点画面既稳定清晰又不闪烁。

720p虽有很多优势，在国内很少得到厂家全面支持，国外也只有SONY公司提供720p图像显示模式的支持。这是因为720p原本只应用在PC领域，在电视机上的实现有很大的技术难度，运作成本较高。

随着社会的进步，人们逐渐对HDTV的静止图像画面也提出了需求，导致了消费电子与PC领域的技术融合，作为PC显示基础的逐行扫描图像显示模式，也被吸纳到HDTV标准中来。

实际上720p是HDTV第一次使大动态运动画面和高清晰静止画面两方面的显示都达到了完美的平衡。