像素排列 p(Pentile)排列 RGB 排列

看到有不少兄弟糾結於i9000屏幕的“顆粒感”的,在這裏我先說明一下,因爲我原來是M8的用戶,所以對屏幕顯示效果比較敏感,i9000的顆粒感在我看來是很明顯的——雖然絕大多數時候並不影響使用。但爲什麼i9000以及其他用大部分AMOLED的手機屏幕會顯現出顆粒感,下面我們就來分析一下這其中的根源。

        首先要說明的是,顆粒感和AMOLED材質本身無關,而它完全和屏幕本身的子像素排列有關係。讓我們來看看什麼是子像素。

        我們知道白色的光線是由紅到紫的連續光譜組成的,而在計算機圖形學裏,則採用紅綠藍也就是RGB三種顏色的視覺等亮度混合(注意,不是光學等強度)來調和出白色光。我們知道顯示屏是由許許多多的像素構成的,而爲了讓每一個單獨的像素可以顯示出各種顏色,就需要把它分解爲紅綠藍三個比像素更低一級的子像素。也就是說,3個子像素構成一個整體,即彩色像素。當需要顯示不同顏色的時候,三個子像素分別以不同的亮度發光,由於子像素的尺寸非常小,在視覺上就會混合成所需要的顏色。

        知道了子像素,那麼我們就可以進入下一個問題,那就是子像素的排列。

        首先是最簡單的情況,也就是把一個方塊形的像素,平均分成三等分,每一塊賦予不同的顏色,這樣就可以構成一個彩色像素。這也是絕大多數液晶顯示器所採用的子像素排列方法(當然,三個像素的順序是隨意的,不國一般都是【紅綠藍】或者【藍綠紅】)。

Pentile排列是AMOLED顯示技術的硬傷[轉] - 山山 -

         這樣,只要我們把足夠多這樣構造的像素排列到一起,就可以顯示出我們所需要的圖案了。

Pentile排列是AMOLED顯示技術的硬傷[轉] - 山山 -

         事實上,絕大多數的液晶顯示器,採用的都是這種子像素排列。它的好處是像素獨立性高,每一個像素都可以自己顯示所有的顏色。但缺點是要製作m*n的顯示器,總共需要製作3m*n個像素(在製造過程中,子像素是最基本的製造單位,它們本身沒有顏色,顏色是靠濾光片而產生的)。這在液晶上是沒什麼問題的,因爲液晶採用的是印刷工藝,製作多少個像素對成本的影響並不高。

        但是這個問題到了AMOLED時代就不一樣了,AMOLED面臨2個問題:第一個是像素總個數直接決定生產成本,第二個是AMOLED的發光效率並不高。如果採用和液晶一樣的工藝,就需要更高的發光亮度,才能得到和液晶一樣的觀感,同時也會增加製造成本,所以三星在製造AMOLED面板的時候,採用了一種不同於上面的子像素排列方法,這種子像素排列方式叫做RGB Pentile,有許多變種,我們來看一下i9000、Nexus One、Desire等手機採用的那種排列方法。

Pentile排列是AMOLED顯示技術的硬傷[轉] - 山山 -

        圖中左邊就是i9000所採用的Pentile RGB排列子像素的子像素排列方法。可以看到,同樣顯示3x3個像素,Pentile在水平方向只做了6個子像素,而標準RGB做了9個,子像素數量減少了1/3。也就是說,Pentile技術下一個像素只包含兩個子像素,要麼是綠+紅,要麼是綠+藍。大家可能要奇怪了,Pentile爲什麼可以縮減1/3的子像素而保持總像素不變呢?既然缺少一種子像素,那它又是怎麼達到依然顯示3x3全綵色像素的結果的呢?這裏面的關鍵在於相鄰像素之間的“共用子像素”。我們來看一下Pentile在工作時的子像素點亮情況就知道了。

        首先是顯示水平間隔的白色線條。

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        可以看到,水平方向,每個像素和相鄰的像素共享自己所不具備的那種顏色的子像素,共同達到白色顯示。

        然後是現實垂直間隔的白色線條。

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公用情況也是一樣的。

下面來顯示黑白點陣。

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        注意,問題來了:應該有的藍色像素不見了!這是因爲每一個像素都失去了鄰居,無法公用,所以Pentile屏幕無法精確顯示這樣的圖案。這個問題非常麻煩,爲了讓顯示的結果仍然爲白色,就需要把原本應該熄滅的藍色像素重新點亮,結果就是顯示白色點陣失敗。

        現在我們知道了,Pentile技術的精髓就是要做到相鄰像素的子像素公用。這要求屏幕上顯示的任何像素都需要有相鄰像素的存在,但實際情況中,並不是時時刻刻都可以滿足這點的,比如下面我們可以在實際中可能遇到的情況就是。這些情況下會出現什麼問題呢?

        首先,是顯示垂直方向的黑白交界線。可能出現的位置:文字邊緣。

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        我們可以看到,在最左邊一條,出現了紅藍紅藍像素的垂直交替排列。這在視覺上會導致明顯的“彩邊”現象。

        然後,是45度傾斜的黑白分界線。可能出現位置:文字邊緣。

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        可以看到,邊緣期待的白色變成了紅色。

        更多的情況就不一一分析了,在這些情況下,會出現的問題都是屏幕上會出現非白色的邊緣,這和我們要求的想去甚遠,畢竟誰都不希望把黑白照片顯示的花花綠綠吧?所以Pentile技術會對這些情況作出一定的修正,那就是把一些本該熄滅的子像素點亮,人爲的製造一些相鄰像素,來實現顏色的正常顯示。但這就帶來了一個問題,那就是本來平整的邊緣變得不再平整,成爲了鋸齒狀。這也是Pentile之所以會出現邊緣毛刺的原因。具體的圖我就不畫了。

        上述的討論都是在顯示黑色和白色的基礎上進行的,實際顯示彩色畫面的時候Pentile還會遇到一些更奇怪的問題。舉例來說,當我們需要顯示純黃色的時候,就需要把屏幕上所有藍色的像素都關閉。但由於紅色像素是間隔排列,而不是緊密排列的,所以導致肉眼可以輕易看出其間夾雜的黑色斑點,它們之間的距離是兩倍於像素距離的,導致出現“網紋”。而當顯示淡橙色的時候,紅色和綠色像素會100%發光,而藍色像素則以50%亮度發光,此時這些不發光的藍色像素會構成暗點,導致本來應該是純淨的顏色表面出現兩倍於像素距離程斜向分佈的“顆粒感”。

        追其根本,Pentile是一種通過相鄰像素公用子像素的方式,減少子像素個數,從而達到以低分辨率去模擬高分辨率的效果。優點是同樣亮度下視覺亮度更高,以及成本更低,但缺點也不言而喻——模擬的自然比不過真貨。一旦需要顯示精細內容的時候,Pentile的本質就會顯露無遺,清晰度會大幅下降,導致小號字體無法清晰顯示;而爲了彌補色彩問題,所以在Pentile技術下顯示色彩分割區的時候,分割線會產生兩倍於實際像素點距的鋸齒狀紋路,也就是會產生鋸齒狀邊緣。最後一點就是隻要顯示的內容不是白色,就會出現兩倍於點距的網格狀斑點。所以說,Pentile技術的顯示屏必須需要擁有足夠高的分辨率,纔可以彌補由於會產生兩倍點距紋理帶來的視覺效果下降。因此在i9000這樣的4寸顯示屏上使用Pentile技術的AMOLED顯示屏,這樣的問題還是蠻明顯的,雖然不會導致明顯的問題,但對屏幕顆粒感有要求的同學,最好還是先看真機再決定。

        最後補兩張屏幕實際照片,分別是HTC Legend和Desire。

Legend:
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標準RGB

 

 

Desire:
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 Pentile RGB

Google Nexus One VS Apple iPhone 3GS


Nexus One: NASA 照片 – 火星日出

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 Nexus One: Intensity Scale Ramps

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 不平滑,白色不純

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