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技术文手机PPI竞赛极限何在2K纯噱头无必要

发布时间:2020-02-20 03:06:34 阅读: 来源:车床厂家

本文主要是对手机PPI与人眼可视方面的解析,当然技术术语较为枯燥,喜欢看结论的朋友只看蓝字标出的内容即可。

有个问题一直不为人所熟知——自从Android的OEM厂商(原始设备制造商)发布显示能力超过300-400PPI(译者注:每英寸像素数)“视网膜”范围的设备以来,在AndroidOEM厂商之间引起了一场关于单纯追求PPI的价值的广泛讨论。这次讨论中,争论的重点往往集中于提高分辨率带来的各种其它方面的负面效果(例如电池续航)是否值得以及单纯提高PPI是否真的能够增加真实感。

如果单纯用一个数字的方式来代表分辨率,我们可以用苹果公司指代“视网膜显示屏”显示能力的1弧分(arcminute)来作为基本表达方法。这个数字相当于距离人眼10-12英寸时,看到的大约300PPI的屏幕。换句话说,这大约是60PPD(译者注:每度像素数)。每度像素数(PPD)是一种既包含显示距离又包含显示屏分辨率的计算方式,这意味着所有的信息不只局限于智能显示设备,而且也适用于任何其他类型的显示屏。虽然在通常情况下该数值是合理的,但是由于人眼和大脑对图像感知的复杂性使得这个数字并不那么精确。例如,人的视觉系统能够判断两条直线(大约为2弧秒)是否精确地重合。如果用每度像素数的方式有效表达的话,这相当于1800PPD。可以用一个例子进行对比:一个分辨率为2560X1440的5弧秒的显示屏也不过只有123PPD。而且由于人眼部水分的浑浊性,理论上人眼的理想分辨率大约是0.4弧分或者150PPD。最终,在理想实验条件下,可分别敏锐度的最小值(指人眼区分两条不同线的最小分别能力)大约是0.5弧分或者120PPD。用不同的方式计算的这些分辨率数值之间似乎相互矛盾,其原因是大脑只是负责对接受到的图像信息进行解释。这意味着当角度的差别远低于眼睛能够明确解释的范围时,大脑能够进行一定水平的修改以准确确定所讨论的对象的具体位置。不言而喻,大脑具有不间断视觉处理的能力,这可以用一个例子很好的解释——用手电筒光线可以改变视网膜上面血管的阴影。伴随产生的各种形式的象差以及在视网膜上形成的图像的其他缺陷,最终都由大脑进行处理而呈现一个清晰的图像。

虽然对人类视觉而言所有这些分辨率数值似乎都有其道理,但是事实上这些数值之间却又不完全相同。上图是Snellen视力测试,这是一个由很多尺寸逐渐减小的高对比度的线条组成的一个较为出名的图表,对成人而言给出的指导值为1弧分或者60PPD,而对儿童而言则是0.8弧分或者75PPD。值得注意的是该项测试是在理想的条件下进行的——高对比度、明亮的空间中。

所以经过仔细研究这些可能的分辨率,我们能够得出人类视觉分辨率的最合理上限为0.5弧分,移动显示设备分辨率在300-400PPI时人眼感知细节的能力会显著提高。但是要求所有显示设备制造商大规模生产距离眼睛12英寸时具有1800PPD分辨率的屏幕,这是极不可能的。然而,在距离人眼12英寸时0.5弧分相当于600PPI的像素密度。当然,如果这么容易就能解决分辨率问题,那么在业界就不会有这么多的争论了。事实上,人类的实际分辨率似乎只有0.8到1弧分。对绝大多数边界情况而言,像素密度达到600PPI时意味着刚刚接近零可感知像素值,当超过1弧分时反馈信息就会消失。智能手机的屏幕对角线长度为4.7-5英寸之间,在此情况下要形成有效的帧对屏幕分辨率的要求应该达到300-600PPI之间。对于OLED(发光二极管)和LCD(液晶)两种显示屏,在给定亮度值的前提下提高像素密度就毫无意义地增加了能源消耗。对于330-470PPI的LCDIPS显示屏而言就会多消耗20%的,而这可以通过更加节能的SoC、功率更加强大的电池等方式进行补偿,以及改善RF(射频)子系统的能耗。能耗的增加也可以通过提高屏幕面板技术的方式进行补偿(三星公司的OLED技术的发展就是一个例子),但是相对于降低显示屏像素密度而言还是增加了一部分的能耗。对于LCD的显示屏,用较强的背光作为提高像素密度的方式意味着液晶晶体管在显示屏中具有较高的比例(OLED屏幕也是如此),而问题是为了保持相同的亮度水平显示屏上即使只有较小比例的有机荧光物也需要耗费较大的能量。这可以通过下面这幅LCD屏幕晶体管的照片看出来,第二幅图片是点亮TFT(液晶屏幕一种材质)时的照片。

然而,为了提高分辨率也有多种折中的方式。虽然越接近0.5弧分越无法看清像素,而且具有功率的损耗,同样值得注意的是如果亮度已经达到了OEM制造商屏显亮度的上限,当给定能量消耗水平时在亮度峰值处的能量损失意味着降低了在户外的情况下的可见度。随着分辨率成为大家关注的焦点,这也意味着生产高分辨率屏幕增加的成本可以被其他方面抵消,如旧的屏幕越来越难以在市场上出售,而低反射率、高精度颜色以及其他方面的显示性能都需要更加细致地了解底层技术。高的分辨率同时要求SoC高图形处理能力,结果是用户界面的流畅性受GPU的不足影响巨大。而从长远来看,对GPU绘制操作能力更高的需要则降低了电池的续航能力。

当然,为达到120PPD的分辨率而对其他一些方面做出一些牺牲,这是完全可行的。但是当OEM厂商生产的产品越接近这个数值,人们越不能区分高像素密度和低像素密度屏幕之间的差别。而且,分辨率超过60PPD后,公司收益会明显减少。真正的问题是当屏幕分辨率达到60-120PPD时就完全足够了。现在1080p的智能手机上的屏幕分辨率为90-100PPD,保持这一分辨率似乎是一种最合适的选择。

如上图所示,屏幕假设是利用RGB条纹呈色,并且三星屏幕的各子像素层具有有机荧光物质的特质,如:红绿蓝三种不同子像素不均匀老化特性,蓝色老化是最快的,其次是绿和红。有一个最明显的应用示例——如果显示屏的使用时间和智能手机服务寿命一样长,那么如此长的运行时间内完全能够表现图片中的那个白点是如何急剧下降的。对于RGB的绿像素层,正如我们在下图中看到的,对角线为5英寸2560×1440分辨率的显示屏理论上只能提供415.4次像素SPPI的红色和蓝色子像素,而只有绿色子像素能够达到587SPPI。由于人眼对绿色波长具有较高的敏感性,所以绿色像素数越高,被隐藏的分辨率越少。在这种情况下,毫无疑问仍然可能会发现不同的像素层,并且在高对比度的边缘区域该状况最为明显。因此,为了使红色和蓝色像素也达到587PPI,这就需要大约3616×2034的分辨率满足视力水平的要求。实际上这相当于881PPI。显然,对于如此高的分辨率,想要达到RGB绿像素层对次像素SPPI的需要只靠2014年发布的SoC,甚至2015年发布的SoC是不可能实现的。

要尽可能地使应用程序(应用程序对电量的需要不成问题)在PPD像素问题上发挥作用。手机屏幕需要功率作为强大的支撑,并且这要求对性能和功率之间进行一种平衡。当屏幕成为智能手机电池最主要消耗者时,似乎很明显,接下来的最主要工作是要集中于提高电池的使用寿命。毫无疑问,1440p在某些特定情况下具有重要意义,但在这个范围内很难被证明手机具有这么高的分辨率,并且这是在4K屏幕进入实测之前。虽然厂商不愿意承认,但我认为认实现600PPI分辨率的屏幕仅为了市场营销而已(而非为了实际的显示效果)。

(责任编辑:硅谷网·)

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