Pentile排列的AMOLED显示屏硬伤.docx

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1、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

2、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】

3、）。 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

4、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RGB Pentile，有许多变种，我们来看一下i9000、Nexus One、Desire等手机采用的那种排列方法。 图中左边就是i9000所采用的Pentile RGB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，Pen

5、tile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

6、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

7、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

8、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

9、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HTC Legend和Desire。Legend：标准RGB

10、Desire：Pentile RGB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SUPER AMOLED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

11、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

12、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 Raymond Soneira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

13、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 Raymond Soneira 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 Raymond Soneira 博士报告的更多消息转载：這一篇科學實驗報導讓Nexus One的AMOLED螢幕遜色不少 有很多文章主觀稱贊或否定 Nexus One 所用 OLED螢幕的表現，DisplayMate 技術公司總裁 Raymond Soneira 博士則對

14、Nexus One 和 iPhone 3GS 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 Nexus One 和 iPhone 3GS 的螢幕顯示效果 iPhone 采用傳統的 LCD 顯示屏，分辨率 480320；而 Nexus One 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；Nexus One 屏幕尺寸爲 3.7 英寸，分辨率高達 800480，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 Nexus One 的屏幕采用

15、 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 800480 的 PenTile 顯示屏像素僅有普通 800480 LCD 顯示屏的三分之二，PenTile 顯示的圖像沒有那麽銳利。（因此 Nexus One 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

16、容見文末。Google Nexus One VS Apple iPhone 3GSNexus One: NASA 照片 火星日出Nexus One: Intensity Scale Ramps不平滑，白色不純測試圖像均爲 24 Bit 色 bmp 文件，分辨率對應各自的原生分辨率色深和粒度：Nexus One：16 Bit 色；64 級綠、32 級紅/藍iPhone 3GS：18 Bit 色，通過抖動模擬 24 Bit 色；256 級紅/藍/綠 Nexus One 只有 16 Bit 色令人震驚，這意味著紅色和藍色最多只有 32 個強度級（intensity levels），綠色只有 64 級

17、。這在廉價的低端手機上很普遍，但 Nexus One 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 18 Bit 色，並通過抖動模擬 24 Bit 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：Nexus One：文字、圖標、菜單圖形顯示出色；圖片

18、效果糟糕；分辨率拉伸尤其糟糕。iPhone 3GS：除了色彩飽和度以外都很好 Nexus One 的高分屏第一眼看上去很美，但它的色彩/灰階精確度問題不少，還有硬件、固件、軟件處理錯誤造成的問題。其中有些問題對于很多手機功能而言無關緊要，但照片等高細節圖像顯示受影響很大。一方面，Android OS 內嵌的文字、圖標、菜單圖形效果出衆，顯示銳利，PenTile 渲染正確。另一方面，外來的照片、圖片內容渲染效果糟糕，不精確色彩過度飽、彩色和灰階不精確、大量彩色和灰階軌迹錯誤、校准錯誤、過渡的邊緣處理和銳化處理産生大量圖像噪聲、出現大量僞影。NASA 的火星日出照片就是一個例子。 一個令人震驚的地

19、方是 Android OS 的分辨率拉伸功能（將圖片拉伸至 800480 的原生分辨率以適應屏幕）是造成大量僞影和糟糕的圖片質量的一大因素。而這是一項至關重要的功能，說明算法很失敗，丟失大量像素內容，帶來很多色彩邊紋和幹擾龜紋（moirs）。 色彩飽和度和對比度是 LCD 面板的弱項。而 iPhone 3GS 顯示的圖像基本上見不到僞影，就連拉伸各種內容以適應原生 480320 分辨率時都見不到。有點令人意外的是 iPhone 顯示一些 480320 原生分辨率圖像時會出現微量壓縮/縮放僞影。觀感測試：Nexus One：華而不實的照片質量iPhone 3GS：對比度和色彩飽和度低 我們把手機

20、放在校准後的 Sony 高清彩監邊上進行對比，測試內容爲 DisplayMate 校准與測試照片。Nexus One 顯示的所有照片的對比度和色彩飽和度都嚴重過度，華而不實，人臉以及水果、蔬菜、花草甚至可口可樂罐子等我們熟知的物體尤爲嚴重。消防車之類色彩鮮豔的物體看起來很難受。很多照片上出現了過度處理造成的明顯輪廓錯誤和圖像噪聲。這種效果非常類似于你把高清電池開到 Vivid 模式再調高色彩和銳度選項。Nexus One 的過度處理初看可能會讓人驚豔，但過上一段時間就會令人不快。 iPhone 上顯示的所有照片的圖像對比度和色彩飽和度都過低，就是說看起來泛白，特別在各種我們熟知的物體上尤爲明顯

21、。這是色域過小和烈度不足造成的。工廠校准和品控：Nexus One：非常糟糕iPhone 3GS：非常好 OLED 是當前的尖端顯示技術仍在開發之中，作爲消費類産品還需優化。如果一款 LCD 屏幕顯示出 Nexus One 的效果，那它就是目前量産的最糟糕的 LCD 産品之一。有些問題是 Android 系統、軟件和顯示屏的整合不佳所造成。但還有很多是由于非常糟糕的工廠校准和品質控制，特別是彩色和灰階校准不佳。屏幕很可能在下線後直接裝上手機，工廠這麽做很普遍，因爲他們要最大化産量、壓縮生産時間和成本。這對于低端手機的廉價顯示屏而言無可厚非，但對于 Nexus One 這種應該提供高質來那個照片

22、、視頻、網頁內容顯示效果的手機而言是非常可悲的失敗。 iPhone 3GS 的白點和彩色都很准確，灰階軌迹也不錯。圖像基本沒有僞影。它的色彩准確度在 LCD 面板裏表現很好。一個主要的缺陷是烈度過低，降低了圖像對比度乃至色彩飽和度。Gamma 值應該改爲標准的 2.2。具體測試測試所用手機的軟硬件都未進行任何改動。測試圖像由 DisplayMate Multimedia Edition for Mobile Displays 軟件生成，光譜儀采用 Konica Minolta CS-200 ChromaMeter。所有測試均在完全黑暗的實驗室環境下進行。手機亮度都手動調節，關閉自動亮度調節。測

23、試時接電源線，電量全滿，因此電池不會對測試造成影響。1. 峰值亮度:Nexus One：229 cd/m2 糟糕，對于移動産品而言亮度不足iPhone 3GS：428 cd/m2 對于移動産品而言很出色這是顯示屏所能提供的最高亮度，也被稱爲白色峰值亮度。229 cd/m2 在室內還行，但在環境光較亮的時候太低，屏幕內容難以閱讀，特別是在室外。別想在陽光下看清內容；428 cd/m2 基本上是你能在移動顯示器上見到的最高水平。2. 黑位亮度：Nexus One：0.0035 cd/m2 極佳iPhone 3GS：3.1 cd/m2 糟糕，太亮了黑位是顯示屏所能産生的最接近純黑的顔色。幾乎所有顯示

24、屏顯示的都是可見的深灰色而不是純黑。這是 LCD 的一個主要問題，降低了圖像對比度和屏幕可讀性，讓圖像顯得泛白，在黑暗環境下很惱人。OLED 屬于自發光技術，因此 Nexus One 的黑位可以非常接近純黑。事實上它的黑位亮度低到 CS-200 無法檢測的地步，Konica Minolta 把他們的旗艦産品 CS-2000 光譜儀借給我們才完成測試。哪怕在完全沒有光的實驗室裏，我們的眼睛也要花幾分鍾時間進行暗適應才能看到 Nexus One 的屏幕。而 iPhone 3GS 的黑色則是我們測試過的最亮的之一。3. 對比度（僅在低環境光條件下有意義）Nexus One：65,415 極佳iPho

25、ne 3GS：138 糟糕，非常低對比度用來衡量顯示屏能夠生成的全域亮度，從峰值亮度到黑位亮度的比例。對比度越高越好，但這僅在低環境光條件下有意義，因爲屏幕在高環境亮度下的反光會影響黑位。注意，人眼幾乎無法分辨超過 5000 的對比度，除非在非常暗的環境下看暗色調的內容。Nexus One 的 OLED 屏幕由于黑位上的優勢，在這裏表現非常出色。Apple 爲何仍然使用如此低對比度的屏幕則讓人費解，目前好的 LCD 顯示屏往往能夠提供 1000 以上的對比度，有的甚至超過 1500。（注意：另外很多顯示器廠商對外公布的對比度其實是水分十足的動態對比度）4. 屏幕反射：Nexus One：15.

26、5% 糟糕, 比較高iPhone 3GS：9.2% 非常好，比較低常常被忽視的屏幕反射其實是移動産品顯示屏最重要的指標之一，甚至比峰值亮度還要重要。屏幕會反射一定比例的環境光，提高屏幕亮度，洗白所顯示的圖像，造成閱讀困難。Nexus One 的 15.5% 在移動産品裏很高，是我們測試過的最高的之一。5. 高環境光下的對比度：Nexus One：15 糟糕, 比較低iPhone 3GS：47 非常好高環境光下的對比度高低關系著屏幕在明亮環境下，尤其是室外的顯示效果。15 比較低，對于所有移動産品而言，高環境光下的對比度比絕對的對比度更重要。6. 動態色彩和動態對比度：Nexus One：開啓

27、糟糕的主意，應該作爲可選項iPhone 3GS：沒有 這樣更好有些顯示器會根據內置圖像處理算法動態調整每一幅圖片的色彩、灰階和對比度。目的是通過誇大色彩和烈度來“增強”圖片。這和很多數碼攝像機和高清電視的 Vivid 模式類似。由于這種模式不停地歪曲圖像原本的色彩，它最好作爲一個可選項以供完全不關心圖片精確度和真實度的人使用。動態模式一般通過改變平均色級的方式完成，有個簡單的方法進行測試，分別測量紅、綠、藍三張圖片的亮度，如果它們的總和不等同于白色的亮度，就說明采用了動態模式。Nexus One 的結果是：紅色 81 cd/m2；綠色 193 cd/m2；藍色 18cd/m2 ，比白色的 229 cd/m2 高了 28%，因此 Nexus One 使用了動態色彩和對比度。iPhone 3GS 的結果是：紅色 84 cd/m2；綠色 288 cd/m2；藍色 65 cd/m2。相比白色的 437 cd/m2 僅有 2% 的誤差，因此 iPhone 沒有使用動態色彩和對比度。凑热闹的分割线 有句话是这么说的，广告就是告诉你钱还可以这样花！其实除此外，广告往往也告诉你，我有这些优点。没有说出口的是，这样花钱很伤钱；我只告诉你优点，但我的缺点超出你的想像。