Pentile排列的AMOLED显示屏硬伤

Pentile排列的AMOLED显示屏硬伤[转]看到有不少兄弟纠结于i9000屏幕的“颗粒感”的，在这里我先说明一下，因为我原来是M8的用户，所以对屏幕显示效果比较敏感，i9000的颗粒感在我看来是很明显的——虽然绝大多数时候并不影响使用。但为什么i9000以及其他用大部分AMOLED的手机屏幕会显现出颗粒感，下面我们就来分析一下这其中的根源。首先要说明的是，颗粒感和AMOLED材质本身无关，而它完全和屏幕本身的子像素排列有关系。让我们来看看什么是子像素。我们知道白色的光线是由红到紫的连续光谱组成的，而在计算机图形学里，则采用红绿蓝也就是RGB三种颜色的视觉等亮度混合（注意，不是光学等强度）来调和出白色光。我们知道显示屏是由许许多多的像素构成的，而为了让每一个单独的像素可以显示出各种颜色，就需要把它分解为红绿蓝三个比像素更低一级的子像素。也就是说，3个子像素构成一个整体，即彩色像素。当需要显示不同颜色的时候，三个子像素分别以不同的亮度发光，由于子像素的尺寸非常小，在视觉上就会混合成所需要的颜色。知道了子像素，那么我们就可以进入下一个问题，那就是子像素的排列。首先是最简单的情况，也就是把一个方块形的像素，平均分成三等分，每一块赋予不同的颜色，这样就可以构成一个彩色像素。这也是绝大多数液晶显示器所采用的子像素排列方法（当然，三个像素的顺序是随意的，不国一般都是【红绿蓝】或者【蓝绿红】）。这样，只要我们把足够多这样构造的像素排列到一起，就可以显示出我们所需要的图案了。事实上，绝大多数的液晶显示器，采用的都是这种子像素排列。它的好处是像素独立性高，每一个像素都可以自己显示所有的颜色。但缺点是要制作m*n的显示器，总共需要制作3m*n个像素（在制造过程中，子像素是最基本的制造单位，它们本身没有颜色，颜色是靠滤光片而产生的）。这在液晶上是没什么问题的，因为液晶采用的是印刷工艺，制作多少个像素对成本的影响并不高。但是这个问题到了AMOLED时代就不一样了，AMOLED面临2个问题：第一个是像素总个数直接决定生产成本，第二个是AMOLED的发光效率并不高。如果采用和液晶一样的工艺，就需要更高的发光亮度，才能得到和液晶一样的观感，同时也会增加制造成本，所以三星在制造AMOLED面板的时候，采用了一种不同于上面的子像素排列方法，这种子像素排列方式叫做RGBPentile，有许多变种，我们来看一下i9000、NexusOne、Desire等手机采用的那种排列方法。图中左边就是i9000所采用的PentileRGB排列子像素的子像素排列方法。可以看到，同样显示3x3个像素，Pentile在水平方向只做了6个子像素，而标准RGB做了9个，子像素数量减少了1/3。也就是说，Pentile技术下一个像素只包含两个子像素，要么是绿+红，要么是绿+蓝。大家可能要奇怪了，Pentile为什么可以缩减1/3的子像素而保持总像素不变呢？既然缺少一种子像素，那它又是怎么达到依然显示3x3全彩色像素的结果的呢？这里面的关键在于相邻像素之间的“共用子像素”。我们来看一下Pentile在工作时的子像素点亮情况就知道了。首先是显示水平间隔的白色线条。可以看到，水平方向，每个像素和相邻的像素共享自己所不具备的那种颜色的子像素，共同达到白色显示。然后是现实垂直间隔的白色线条。公用情况也是一样的。下面来显示黑白点阵。注意，问题来了：应该有的蓝色像素不见了！这是因为每一个像素都失去了邻居，无法公用，所以Pentile屏幕无法精确显示这样的图案。这个问题非常麻烦，为了让显示的结果仍然为白色，就需要把原本应该熄灭的蓝色像素重新点亮，结果就是显示白色点阵失败。现在我们知道了，Pentile技术的精髓就是要做到相邻像素的子像素公用。这要求屏幕上显示的任何像素都需要有相邻像素的存在，但实际情况中，并不是时时刻刻都可以满足这点的，比如下面我们可以在实际中可能遇到的情况就是。这些情况下会出现什么问题呢？首先，是显示垂直方向的黑白交界线。可能出现的位置：文字边缘。我们可以看到，在最左边一条，出现了红蓝红蓝像素的垂直交替排列。这在视觉上会导致明显的“彩边”现象。然后，是45度倾斜的黑白分界线。可能出现位置：文字边缘。可以看到，边缘期待的白色变成了红色。更多的情况就不一一分析了，在这些情况下，会出现的问题都是屏幕上会出现非白色的边缘，这和我们要求的想去甚远，毕竟谁都不希望把黑白照片显示的花花绿绿吧？所以Pentile技术会对这些情况作出一定的修正，那就是把一些本该熄灭的子像素点亮，人为的制造一些相邻像素，来实现颜色的正常显示。但这就带来了一个问题，那就是本来平整的边缘变得不再平整，成为了锯齿状。这也是Pentile之所以会出现边缘毛刺的原因。具体的图我就不画了。上述的讨论都是在显示黑色和白色的基础上进行的，实际显示彩色画面的时候Pentile还会遇到一些更奇怪的问题。举例来说，当我们需要显示纯黄色的时候，就需要把屏幕上所有蓝色的像素都关闭。但由于红色像素是间隔排列，而不是紧密排列的，所以导致肉眼可以轻易看出其间夹杂的黑色斑点，它们之间的距离是两倍于像素距离的，导致出现“网纹”。而当显示淡橙色的时候，红色和绿色像素会100%发光，而蓝色像素则以50%亮度发光，此时这些不发光的蓝色像素会构成暗点，导致本来应该是纯净的颜色表面出现两倍于像素距离程斜向分布的“颗粒感”。追其根本，Pentile是一种通过相邻像素公用子像素的方式，减少子像素个数，从而达到以低分辨率去模拟高分辨率的效果。优点是同样亮度下视觉亮度更高，以及成本更低，但缺点也不言而喻——模拟的自然比不过真货。一旦需要显示精细内容的时候，Pentile的本质就会显露无遗，清晰度会大幅下降，导致小号字体无法清晰显示；而为了弥补色彩问题，所以在Pentile技术下显示色彩分割区的时候，分割线会产生两倍于实际像素点距的锯齿状纹路，也就是会产生锯齿状边缘。最后一点就是只要显示的内容不是白色，就会出现两倍于点距的网格状斑点。所以说，Pentile技术的显示屏必须需要拥有足够高的分辨率，才可以弥补由于会产生两倍点距纹理带来的视觉效果下降。因此在i9000这样的4寸显示屏上使用Pentile技术的AMOLED显示屏，这样的问题还是蛮明显的，虽然不会导致明显的问题，但对屏幕颗粒感有要求的同学，最好还是先看真机再决定。最后补两张屏幕实际照片，分别是HTCLegend和Desire。Legend：标准RGBDesire：PentileRGB原文：关于i9000屏幕所用的特殊技术以及“颗粒感－－－－－－－－－－－－七拼八凑的分割线－－－－－－－－－－－－－优点：一、对比传统LCD，AMOLED屏幕非常薄，并且可以在屏幕中集成触摸层，所以在做超薄机方面，它更有优势。二、AMOLED自发光，单个像素在显示黑色时下不工作，显示深色时低功耗。所以AMOLED在深色下省电，并且具有传统LCD几百倍的对比度，还不会漏光。三、AMOLED具有一定的柔韧性，比玻璃基板的LCD屏幕不易损坏。四、AMOLED和SUPERAMOLED的色域都非常广（但严重偏色）。缺点：AMOLED优点非常明显，而且某些优点在检测的数值方面都是胜过LCD数倍数十倍，但为什么OLED现在还是没有一统天下？除了产能问题，更多是其让人皱眉的大缺点。而这些致命的缺点相关厂商却只字不提。而这个星球上‘部分地区’不负责任的媒体和无良的编辑们，却在各种产品评测中避重就轻，甚至颠倒黑白，误导大众。一、AMOLED采用Pentile像素排列方式，实际分辨率仅可达到标称的三分之二，在较低dpi的情况下颗粒感会非常重，近看可见很明显的彩点，文字、表格、图形等所有色块边界在显示时需要临近像素协助发光，导致边缘发虚、带杂色等严重不可避免的问题。二、AMOLED强调绿色，造成其过于鲜艳的效果，长时间观看产生视疲劳。AMOLED的色温有问题（还是Pentile的问题）。三、AMOLED的对比度超高，但在显示较暗的画面时，容易出现色块，尤其是动态画面（非视频压缩问题，具体可参看第六点和底下来自DisplayMate技术公司总载RaymondSoneira博士的报告）；而且它的超高对比度一定程度上是来自于不发光的黑色。四、AMOLED各像素都是独立的发光体，所以在老化过程中可能会出现不同像素老化程度不一样导致亮度不一样，这样偏色问题将变得更加复杂！五、省电？但只在显示深色和黑色时，因为暗色不需要发出较亮的光线，黑色则完全不亮，但显示白色时AMOLED耗电量比LCD还要大！所以为什么使用AMOLED屏的手机UI均为深色系。但目前上网、游戏、电子书等应用的画面几乎均为高亮度的色彩，且多数网站的背景色为白色。六、AMOLED色域虽然号称达到NTSC的114%，但一份来自DisplayMate技术公司总载RaymondSoneira博士的报告表明AMOLED显示屏在色彩方面数据实在令人不敢恭维，仅可显示6.5万颜色，更多的颜色则靠软件插值来产生，关于颜色数量插值的详情可GOOGLE搜索。关于RaymondSoneira博士报告的更多消息转载：這一篇科學實驗報導讓NexusOne的AMOLED螢幕遜色不少有很多文章主觀稱贊或否定NexusOne所用OLED螢幕的表現，DisplayMate技術公司總裁RaymondSoneira博士則對NexusOne和iPhone3GS的螢幕進行了科學分析。這一系列文章分爲三部分，前兩部分分別測試了NexusOne和iPhone3GS的螢幕顯示效果iPhone采用傳統的LCD顯示屏，分辨率480×320；而NexusOne的顯示屏在很多方面與衆不同：它是采用自發光技術的OLED顯示屏，而大多數移動産品使用LCD顯示屏，在面板後有靜態背光；NexusOne屏幕尺寸爲3.7英寸，分辨率高達800×480，寬高比1.67，超過iphone的1.50，但低于1.78的標准寬屏。另一個非常不同的地方在于NexusOne的屏幕采用PenTile像素排列方法，每個像素僅包括兩個亞像素（綠、紅；綠、藍兩種組合）而不是通常的三個（紅、綠、藍），見下圖：理論上說，每個像素缺少一種顔色問題不大，顯示驅動可以用臨近的進行顯示。但實踐中這對軟件要求更高，而且圖像很可能會産生僞影。此外800×480的PenTile顯示屏像素僅有普通800×480LCD顯示屏的三分之二，PenTile顯示的圖像沒有那麽銳利。（因此NexusOne的屏幕明顯不如MileStone精細）顯示技術的內部細節很有意思，但我們更關注實際顯示的圖像質量。所以我們把實現方法先抛一邊，通過測試來看看它們的表現先看最後結果具體的測試方法和內容見文末。GoogleNexusOneVSAppleiPhone3GSNexusOne:NASA照片–火星日出NexusOne:IntensityScaleRamps不平滑，白色不純測試圖像均爲24Bit色bmp文件，分辨率對應各自的原生分辨率色深和粒度：NexusOne：16Bit色；64級綠、32級紅/藍iPhone3GS：18Bit色，通過抖動模擬24Bit色；256級紅/藍/綠NexusOne只有16Bit色令人震驚，這意味著紅色和藍色最多只有32個強度級（intensitylevels），綠色只有64級。這在廉價的低端手機上很普遍，但NexusOne是昂貴的所謂“超級手機”。所有的色彩由RGB三原色混合而成，級數如此之少使得圖像色彩粗陋而不准確，在很多圖片和照片裏生成了礙眼的錯誤輪廓。由于綠色強度級爲紅色或藍色的兩倍，它的過渡更平滑，導致圖像會出現綠色和品紅色的幹擾。大多數電腦、高清電視和移動顯示屏（包括iPhone在內），都有至少18Bit色，並通過抖動模擬24Bit色，紅、綠、藍三色都有256級，這就生成了更好的色彩、更平滑的過度，而且沒有醜陋的僞影。上面的對比圖就能說明問題。圖片顯示質量、色彩和僞影：NexusOne：文字、圖標、菜單圖形顯示出色；圖片效果糟糕；分辨率拉伸尤其糟糕。iPhone3GS：除了色彩飽和度以