光學(xué)人生

1、 什么是像素？

簡(jiǎn)單的說(shuō)，我們通常所說(shuō)的像素，就是CCD/CMOS上光電感應(yīng)元件的數(shù)量，一個(gè)感光元件經(jīng)過(guò)感光，光電信號(hào)轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換等步驟以后，在輸出的照片上就形成一個(gè)點(diǎn)，我們?nèi)绻延跋穹糯髷?shù)倍，會(huì)發(fā)現(xiàn)這些連續(xù)色調(diào)其實(shí)是由許多色彩相近的小方點(diǎn)所組成，這些小方點(diǎn)就是構(gòu)成影像的最小單位“像素”（Pixel）。

像素分為CCD像素和有效像素,現(xiàn)在市場(chǎng)上的數(shù)碼相機(jī)標(biāo)示的大部分是CCD的像素而不是有效像素。

2、 像素的形狀

對(duì)于顯示設(shè)備來(lái)說(shuō)，像素點(diǎn)是一個(gè)挨著一個(gè)的排列，所以可以把像素分為正方形像素和長(zhǎng)方形像素，為了實(shí)現(xiàn)更為真實(shí)的現(xiàn)實(shí)效果，長(zhǎng)方形像素的像素比也會(huì)不一樣。

3、 像素比？

首先要了解一下電視制式的概念

所謂制式，就是指?jìng)魉碗娨曀捎玫募夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前世界上用于彩色廣播電視的彩色電視機(jī)制式主要有三大類(lèi)。

（1）正交平衡調(diào)幅制，簡(jiǎn)稱NTSC制。采用這種制式的主要國(guó)家有美國(guó)、加拿大和日本等。

（2）正交平衡調(diào)幅逐行倒相制，簡(jiǎn)稱PAL制。我國(guó),德國(guó)、英國(guó)和其它一些西北歐國(guó)家采用這種制式。

（3）行輪換調(diào)頻制，簡(jiǎn)稱SECAM制。采用這種制式的有法國(guó)、前蘇聯(lián)和東歐一些國(guó)家。

消隱

電子槍從左到右畫(huà)出象素，它每次只能畫(huà)一條掃描線，畫(huà)下一條之前要先回到左邊并做好畫(huà)下一條掃描線的準(zhǔn)備，這之間有一段時(shí)間叫做水平消隱（HBlank）。在畫(huà)完全掃描線之后它又回到屏幕左上角準(zhǔn)備下一次畫(huà)屏幕（幀），這之間的一段時(shí)間就是垂直消隱（VBlank）。電子槍就是在不斷的走‘之’字形。

具體的說(shuō)，電子槍從右端移動(dòng)到左端的那段時(shí)間叫做水平消隱；電子槍從右下角移動(dòng)到左上角的那段時(shí)間就是垂直消隱，垂直消隱是消除電子束作垂直掃描時(shí)的回掃線，水平消隱是消除電子束作行掃描時(shí)的回掃線。

對(duì)于PAL制式的電視來(lái)講，它規(guī)定每幀的掃描行數(shù)為625行，由于削隱現(xiàn)象的存在，在垂直削隱期間，掃描行不可能分解圖像，而垂直削隱期約占掃描時(shí)間的8%，因此625行中用于掃描圖像的有效行數(shù)為625*92%大約576行。按照4∶3的比例，如果把像素看做方形，一幀圖像在水平方向上就應(yīng)該有768*3/4=768個(gè)像素。

PAL制式的實(shí)際尺寸是768×576，NTSC制式是640×486。

但是硬件廠商出于某些原因（網(wǎng)絡(luò)上說(shuō)是制造硬件的方便，具體原因還不清楚），統(tǒng)一了制式標(biāo)準(zhǔn)D1/DV PAL為：720×576；NTSC為：720×486

但是這樣實(shí)際使用硬件播放的時(shí)候，720的畫(huà)面比768窄，為了能使720和768的畫(huà)面看起來(lái)一樣寬，唯一的辦法就是把象素拉長(zhǎng)。拉多少呢？768/720＝1.067，這就是像素比。

電視標(biāo)準(zhǔn)決定了電視顯示屏的寬/高比為4：3（將來(lái)可能普及16：9），這是固定值。

想屏幕（PAL制式電視機(jī)）上縱橫密集排列大量很小的發(fā)光方塊（像素），每行720塊，共576行。

假設(shè)：

W：為像素的寬度

H：為像素的高度

R：為像素寬高比

R = W/H

屏幕的橫向物理尺寸 = 720 * W

屏幕的縱向物理尺寸 = 576 * H

二者的比值必須為4：3，即

（720 * W）/（576 * H） = 4/3

轉(zhuǎn)換該式得：

W/H= 1.066666666666666666666666666666666666666666666666666666666

4、 什么是分辨率？

謂所的“分辨率”指的是單位長(zhǎng)度中，所表達(dá)或擷取的像素?cái)?shù)目。和像素一樣，分辨率也分為很多種，包括影像分辨率，打印分辨率，顯示器分辨率等。

其中最常見(jiàn)的就是影像分辨率，我們通常說(shuō)的數(shù)碼相機(jī)輸出照片最大分辨率，指的就是影像分辨率，單位是ppi（Pixel per Inch）。

打印分辨率也是很常見(jiàn)的一種，顧名思義，就是打印機(jī)或者沖印設(shè)備的輸出分辨率，單位是dpi（dot per inch）。

顯示器分辨，就是Windows桌面的大小。常見(jiàn)的設(shè)定有640x480、800x600、1024x768…等。

5、 分辨率與像素的關(guān)系？

1. 影像分辨率和像素的關(guān)系

像素和分辨率是成正比的，像素越大，分辨率也越高。

舉例說(shuō)明:

前文已經(jīng)提到，像素分有效像素和CCD像素，通常來(lái)說(shuō)200萬(wàn)像素的數(shù)碼相機(jī)，最大影像分辨率是1600×1200＝192萬(wàn)像素，也就是說(shuō)，實(shí)際的有效像素就是192萬(wàn)。通常所說(shuō)的300萬(wàn)像素的數(shù)碼相機(jī)，最大影像分辨率是2048×1536＝3145728像素，也就是說(shuō)有效像素為314萬(wàn)。可以看出，像素越高，最大輸出的影像分辨率也越高。

2.  打印分辨率和像素的關(guān)系

打印分辨率，關(guān)系到我們沖印照片的大小。

計(jì)算方法：

        200萬(wàn)像素的數(shù)碼相機(jī)，有效像素192萬(wàn)，最大輸出1600×1200的相片

                       寬：1600 Pixels/300 dpi=5.3' 

                       高：1200 Pixels/300 dpi=4'

        也就是說(shuō)如果用300dpi輸出分辨率沖印，最多能沖印5.3×4英寸的照片，而通常照片的尺寸是：

                       5寸：5×3.5

                       6寸：6×4

很明顯，200萬(wàn)像素能以300dpi的效果沖印最大5寸的照片。

（注：人眼能分辨出的最大分辨率是300dpi，超過(guò)這個(gè)分辨率，人的眼睛是無(wú)法看出差別的，也就是說(shuō)300dpi和600dpi在人眼看來(lái)是沒(méi)有差別的，所以現(xiàn)在的沖印設(shè)備最大的設(shè)計(jì)輸出分辨率，就是300dpi，當(dāng)然每個(gè)人對(duì)于清晰度的要求是不一樣的，一般來(lái)說(shuō)能達(dá)到200dpi就能讓大部分人滿意，所以200萬(wàn)像素沖印6寸的照片，在大部分人看來(lái)還是很清晰的。）

6、 像素比、寬高比？

1：1像素（即正方形像素）比是我們下載的RMVB寬屏電影常見(jiàn)的一種比例。要想知道是否要修改比例必須先區(qū)分一下像素比和畫(huà)面比：

像素比：

是指每個(gè)格子是方的還是扁的，1：1就是正方的，4：3是有點(diǎn)扁，16：9是很扁。

畫(huà)面比（寬高比）：

是指，不管棋盤(pán)被橫向和縱向分成多少個(gè)格子，也不管每個(gè)格子是方是扁，就直接用尺子去量這個(gè)棋盤(pán)的橫邊和豎邊，得數(shù)一除就是畫(huà)面寬高比啦。（你也可以播放一個(gè)文件試試，用尺子量一量你的顯示器上的窗口看是不是這么回事。前提是你的電腦使用的是最佳分辨率）。

這方面的問(wèn)題其實(shí)很微妙，用個(gè)簡(jiǎn)單的例子說(shuō)一下吧：

比如我這里有一部“國(guó)家寶藏2.rmvb”，用MediaInfo驗(yàn)看得知分辨率為640*360，畫(huà)面寬高比例為16:9（正好是640:360），那么其像素比就是1:1。這就意味著，整個(gè)電影畫(huà)面被分成640X360塊，每一小塊都是一個(gè)正方形像素。

又比如我們常見(jiàn)的VCD規(guī)格的MPG或DAT文件的像素比是12：11，分辨率為352*288，意思是說(shuō)屏幕畫(huà)面被分成352X288個(gè)小塊，每個(gè)小塊都是個(gè)長(zhǎng)方形，寬是12份的話，高就是11份，暫且用12a和11a表示。下面我們來(lái)計(jì)算一下最終的畫(huà)面形狀，也就是我們最終看到的屏幕效果：

1. 用單個(gè)像素的寬 12a 乘以畫(huà)面橫向像素?cái)?shù)352（分辨率中較大的那個(gè)數(shù)字），得4224a ；

2. 再用單個(gè)像素的高 11a 乘以畫(huà)面縱向像素?cái)?shù)288（分辨率中較小的那個(gè)數(shù)字），得3168a 。

3. 最后用 4224a 和 3168a相除，得出最后看到的畫(huà)面寬度與長(zhǎng)度的比例是4224a : 3168a = 4:3

因此：分辨率的兩個(gè)數(shù)值相除不一定等于畫(huà)面比。只有在像素比為1:1的情況下，才可以用分辨率相除的辦法計(jì)算視頻文件的畫(huà)面比（寬高比）。

7、 像素比、寬高比、分辨率的關(guān)系？

一個(gè)視頻文件，應(yīng)該至少提供像素比、分辨率和畫(huà)面比當(dāng)中的兩個(gè)，另外一個(gè)可以通過(guò)計(jì)算得知。其中兩個(gè)的得到方法見(jiàn)：怎樣查看一個(gè)視頻文件的編碼信息（格式）？

下面我們列三個(gè)計(jì)算公式：

符號(hào)定義：

像素比= a : b

分辨率= xy

畫(huà)面比= m : n

計(jì)算公式：

(畫(huà)面比)

(像素比)

(分辨率)

一般的視頻文件的分辨率和畫(huà)面比都很好查看，像素比卻不一定都能查看得到。

下面我們看幾個(gè)計(jì)算像素比的例子：

示例1：

源視頻文件名：[POPGO][Mobile_Suit_Gundam_00_2nd_Season][01][GB][X264_AAC](61438357)_Track1.h264

查看編碼信息得到：

畫(huà)面寬度                            : 1280像素

畫(huà)面高度                             : 720像素

畫(huà)面比例                             : 16/9

代入公式計(jì)算像素比：

示例2：

源視頻文件名：Alizee-Gourmandises MTV.mpg

編碼信息為：

Audio:MPEG Audio 48000Hz stereo 128Kbps [Mpeg-1]

Video:MPEG2 Video 352x288 (4:3) 25.00fps 1800Kbps [Video]

代入公式計(jì)算像素比：

有時(shí)這種計(jì)算方式會(huì)有微小的誤差，但因?yàn)闃O其微小，所以不會(huì)影響到畫(huà)面上的人物比例。

有一款軟件：ARSCalculator可以方便進(jìn)行計(jì)算。

8、縱橫比基礎(chǔ)知識(shí)

像素縱橫比是指像素的寬 (x) 與高 (y) 之比。正方形像素的比例為 1:1，但非正方形（矩形）像素的高和寬不相同。這一概念類(lèi)似于幀縱橫比，后者是圖像的整個(gè)寬度與高度之比。通常，電視像素是矩形，計(jì)算機(jī)像素是正方形。因此，在計(jì)算機(jī)顯示器上看起來(lái)合適的圖像在電視屏幕上會(huì)變形，顯示球形圖像時(shí)尤其明顯。在 MicrosoftExpression Encoder 中，可以設(shè)置一些選項(xiàng)，以便正確顯示非正方形像素媒體，以及輸出非正方形像素內(nèi)容。

圖像的幀縱橫比不一定限定像素縱橫比。幀縱橫比為 16:9 的寬屏圖像可以包含正方形或非正方形像素。例如，幀縱橫比為 720x486 的數(shù)字視頻通常被視為寬屏視頻，且使用矩形像素創(chuàng)建。但是，幀縱橫比相同的圖像實(shí)際上卻可能是在圖像編輯程序中創(chuàng)建的，因此是在正方形像素環(huán)境中創(chuàng)建的。

像素縱橫比

如果使用像素看似正方形但卻非正方形的像素對(duì)視頻源編碼，則輸出將變形，如下圖所示。

使用矩形像素創(chuàng)建的圓（左）和在計(jì)算機(jī)顯示器上顯示的同一圓（右）

如果您知道圖像源的幀縱橫比 (Ix:Iy) 和確切的高和寬，則可以使用以下公式確定像素縱橫比的 x 值和 y 值：

PixelAspectRatioX / PixelAspectRatioY = (Ix * height) / (Iy * width)

例如，如果圖像為 720 x 360 像素，幀縱橫比為寬屏 (16:9)，則將使用以下公式：

PixelAspectRatioX=8 and PixelAspectRatioY=9

PixelAspectRatioX / PixelAspectRatioY = (16*360) / (9*720) = 8/9

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