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硬件参数只是噱头 手机内部优化技术解析
手机中国
摘要:   现在的手机市场同质化十分严重,为了提高差异化,各大手机厂商纷纷展开了硬件大战,各种硬件参数记录不断被刷新。参数升高了就一定能带来品质的提升吗?实际使用过程中我们经常发现,有些采用双核处理器的手机运算速度还比不上其他品牌采用单核处理器的手机,千万级像素的摄像头拍出的照片还不如其他500万像素的摄像头拍出的好,相同的屏幕分辨率,显示效果却差距很大。这是为什么呢?
Abstract:
Key words :

  現在的手機市場同質化十分嚴重,為了提高差異化,各大手機廠商紛紛展開了硬件大戰,各種硬件參數記錄不斷被刷新。參數升高了就一定能帶來品質的提升嗎?實際使用過程中我們經常發現,有些采用雙核處理器的手機運算速度還比不上其他品牌采用單核處理器的手機,千萬級像素的攝像頭拍出的照片還不如其他500萬像素的攝像頭拍出的好,相同的屏幕分辨率,顯示效果卻差距很大。這是為什么呢?

  實際上,很多商家宣傳的硬件參數只是噱頭而已,而且并不是把所有的頂級硬件堆到一起,就能成就一款具有頂級性能的手機。這其中,手機廠商對手機內部所做的優化設計起到很重要的作用。也是體現各大手機廠商真正實力的地方。今天筆者針對手機中比較常見的優化技術給大家做一下介紹,以便大家對手機有更為深入的認識。

硬件參數只是噱頭手機<a class=內部優化技術解析" src="http://files.chinaaet.com/images/2012/02/12/62600fdc-59b9-47fd-b561-445955737c28.jpg" style="border-right: #000 1px solid; border-top: #000 1px solid; border-left: #000 1px solid; border-bottom: #000 1px solid" />
 
  第2頁:MOBILE BRAVIA ENGINE 移動圖像引擎

  在索尼愛立信LT18i發布之初,很多人對它的顯示效果并不看好,從它的配置參數來看,480×854像素的分辨率并不是最高的,而且屏幕材質也為并不先進的TFT材質,然而在實際使用過程中,LT18i的顯示效果令我們十分驚喜。這是因為它采用了MOBILE BRAVIA ENGINE(移動圖像處理引擎)。

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  索尼愛立信LT18i采用了MOBILE BRAVIA ENGINE

  要想了解MOBILE BRAVIA ENGINE,我們先了解一下BRAVIA。BRAVIA是日本索尼的一個電視品牌。BRAVIA是“Best Resolution Audio Visual Integrated Architecture”的縮寫,代表“最高品質的影音整合架構”。BRAVIA擁有索尼獨創的BRAVIA ENGINE(圖像處理引擎),能夠改良屏幕的顯示效果。現在這項技術被應用在索尼愛立信的手機上,就是我們今天要說的MOBILE BRAVIA ENGINE(移動圖像處理引擎)。

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  索尼第三代BRAVIA ENGINE圖像處理引擎

  在這里我們需要提一下,手機的屏幕是不能直接顯示手機內存儲的圖像數據的,它需要一個圖像處理器,將數據文件轉換成圖像文件,然后才能在屏幕中顯示出我們能夠看到的圖像。而MOBILE BRAVIA ENGINE實際上就是一個圖像處理器,它具備Digital Reality Creation(畫質精細高倍密技術),能將不良的影像訊號,轉換成精細而層次分明的畫質,同時過濾噪聲,加倍提升銳利度,呈現出高分辨率、豐富的立體層次。

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  MOBILE BRAVIA ENGINE開啟和關閉時的顯示效果對比

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  MOBILE BRAVIA ENGINE開啟和關閉時的顯示效果對比

  MOBILE BRAVIA ENGINE實際上對屏幕本身的好壞并沒有什么影響,它是在將數據轉換成圖像的過程中,對原本比較粗糙的視頻和圖片文件進行一系列的優化,提高對比度和銳度、增加色彩飽和度、降低噪點、對圖像邊緣和細節進行修復等,然后再通過屏幕呈現出來。所以,圖像通過LT18i的屏幕顯示出來的效果比原圖像看起來更加鮮艷、銳利,細致、層次感更強。

  第3頁:DNIe數碼自然影像技術

  去年三星推出了高端智能機I9100,其艷麗細膩的屏幕得到了眾多用戶的好評,這不僅得益于其搭載的SUPER AMOLED Plus魔麗屏,和它采用的DNIe(數碼自然影像技術)也是分不開的。

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  DNIe數碼自然影像技術

  DNIe和索尼MOBILE BRAVIA ENGINE有些類似,不過DNIe是三星電子耗時6年,重金打造的一項專利技術。這項技術主要用于改善源圖像的品質,為用戶呈現最佳的顯示效果。

  DNIe的主要作用是,分析輸入的所有信號,通過“6倍精密顯像、3D動態最優化、對比度加強、細節放大、色彩最優化及多功能影像最優化”六個處理程序,將輸入信號轉換成最佳的輸出信號,來保證栩栩如生的最佳畫質。

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  三星I9100采用DNIe技術

  這項曾獲得85個專利的技術應用尖端影像處理芯片,在動態畫面中可以從任何角度成像,修補畫面邊緣,完美配合數字信號的播放效果,并可以運用獨特的處理過程分析輸入的任何信號(包括DVD)等。DNIe芯片可以將輸入的信號進行濾波檢測,對信號進行優化,去除影像中的托尾現象和細小的噪波,還原出真實的畫面,尤其是3D畫面的輸出。不僅能夠大幅提高對比度,而且在噪波被消除的同時,保證圖像的整體色彩和平均亮度。通過芯片的對比調整,可以在保持信號亮度水平均衡不變的同時,將圖像色彩調整至設定的狀態,并對數字信號進行篩選,針對性地消除圖像鋸齒邊緣,從而打造出銳利生動的畫面。

  接下來對DNIe對輸入信號的六個處理程序分別經行一下介紹。

  1、6倍精密顯像

  DNIe的一個核心技術為6倍精密顯像。通過運用非線性濾波器大幅提高信號的像素密度,增加象素輸入,使畫面細膩逼真。普通的顯像技術一般都在3倍左右,在一個單位面積內部,有2×1.3個像素單位。而三星的第三代DNIe技術利用濾波器,將單位面積中的像素水平提高到2×3個。眾所周知,在面積一定的情況下,像素越多,所表現出來的圖像越逼真,色彩越銳麗。所以通過DNIe技術處理過的圖像,就能夠逼真的還原到屏幕。

  2、3D動態最優化

  動態優化處理可對視頻數據進行讀取,并自動拆分成圖像和聲音,在不損害原數據的前提下,可消除噪聲和模糊背景。這可使圖片具有驚人的清晰度,無論是動態的還是靜態的。

  3、對比度加強

  傳統的色彩反差功能會產生一些噪聲并引發屏幕閃動。三星公司做出革命性的創舉,解決了以上問題。他們的對比增大器包含百萬條以上的對比標準,并可在一個框架內對逾七萬個局部圖像進行分析,即使再微小的細節也可產生豐富的色彩對比。

  4、細節放大

  細節放大器可對選定放大部分進行自動分析,找出干擾因素并對比進行清除,使圖片銳利逼真。

  5、色彩最優化

  色彩優化通過對不同場景模式下輸入信號的紅色、綠色和藍色飽和度進行統計和調節,使圖片富有人眼能接受的最自然色彩。

  第4頁:標準RGB排列與RGB PenTile排列

  現在的手機,屏幕越來越大,分辨率也越來越高,很多人在購買手機時,往往認為,分辨率越高,屏幕顯示效果越清晰。實際上,這種想法是不全面的。屏幕的材質以及子像素的排列方式也是影響屏幕顯示效果的重要因素。屏幕子像素的排列方式一般分為兩種,一種是標準RGB排列方式,另一種是RGB PenTile排列方式,那么它們都是什么意思呢?采用哪種子像素排列方式的屏幕更好呢?接下來筆者為大家詳細的解答。

  我們知道白色的光線是由紅到紫的連續光譜組成的,而在計算機圖形學里,則采用紅綠藍也就是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,而為了讓每一個單獨的像素可以顯示出各種顏色,就需要把它分解為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,由于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,那么我們就可以進入下一個問題,那就是子像素的排列。

  RGB排列

  RGB排列是最標準的排列方式,它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采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”)。

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  標準RGB排列單個像素點

  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。

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  標準RGB排列顯示原理

  事實上,絕大多數的液晶顯示器,采用的都是標準RGB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。但缺點是要制作m*n的顯示器,總共需要制作3m*n個像素(在制造過程中,子像素是最基本的制造單位,它們本身沒有顏色,顏色是靠濾光片而產生的)。這在液晶上是沒什么問題的,因為液晶采用的是印刷工藝,制作多少個像素對成本的影響并不高。

  RGB PenTile排列

  RGB PenTile排列是現在一些采用OLED材質的手機RGB子像素的排列方式。它與標準RGB排列單個像素點是不一樣的,標準RGB排列的像素點是由紅綠藍三個子像素組成的,而PenTile的單個像素點只有“紅綠”或者“藍綠”兩個子像素點組成。圖中左邊就是RGB PenTile排列的子像素排列方法。可以看到,同樣顯示3x3個像素,RGB 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。我們知道只有三基色才能構成所有的顏色,而兩種顏色是不可以構成所有顏色的,所以在實際顯示圖像時,RGB PenTile的一個像素點會“借”用與其相鄰的像素點的另一種顏色來構成三基色。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。

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  RGB PenTile與標準RGB子像素排布對比

  RGB PenTile為什么可以縮減1/3的子像素而保持總像素不變呢?既然缺少一種子像素,那它又是怎么達到依然顯示3x3全彩色像素的結果的呢?這里面的關鍵在于相鄰像素之間的“共用子像素”。我們來看一下RGB PenTile在工作時的子像素點亮情況就知道了。首先我們模擬一下RGB PenTile顯示水平間隔的白色線條。

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  RGB PenTile顯示水平間隔的白色線條

  從上圖可以看到,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。

  然后我們模擬一下RGB PenTile顯示垂直間隔的白色線條。公用情況也是一樣的。

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  RGB PenTile顯示垂直間隔的白色線條

  接下來我們再模擬一下RGB PenTile顯示黑白點陣。

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  RGB PenTile顯示黑白點陣

  注意,問題來了:應該有的藍色像素不見了!這是因為每一個像素都失去了鄰居,無法公用,所以RGB PenTile屏幕無法精確顯示這樣的圖案。這個問題非常麻煩,為了讓顯示的結果仍然為白色,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,RGB 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,并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么問題呢?

  首先,我們看一下當RGB PenTile顯示垂直方向的黑白交界線時,會發生怎樣的情況?這種情況通常發生在文字邊緣的位置。

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  RGB PenTile顯示垂直方向的黑白交界線

  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。

  然后,我們看一下當RGB PenTile顯示45度傾斜的黑白分界線。這種情況也經常出現在文字邊緣的位置。

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  RGB PenTile顯示45度傾斜的黑白分界線

  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RGB 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,人為的制造一些相鄰像素,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,成為了鋸齒狀。這也是RGB PenTile之所以會出現邊緣毛刺的原因。

  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RGB 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。但由于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于像素距離的,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,導致本來應該是純凈的顏色表面出現兩倍于像素距離程斜向分布的“顆粒感”。

  追其根本,RGB 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;而為了彌補色彩問題,所以在PRGB PenTile技術下顯示色彩分割區的時候,分割線會產生兩倍于實際像素點距的鋸齒狀紋路,也就是會產生鋸齒狀邊緣。最后一點就是只要顯示的內容不是白色,就會出現兩倍于點距的網格狀斑點。所以說,RGB PenTile技術的顯示屏必須需要擁有足夠高的分辨率,才可以彌補由于會產生兩倍點距紋理帶來的視覺效果下降。

  目前采用RGB PenTile排列的屏幕主要為三星的AMOLED屏幕以及Super AMOLED屏幕等衍生品。直到三星推出I9100后,其搭載的Super AMOLED Plus屏幕才改為標準RGB排列方式。大家在購買時需要注意。

  第5頁:Exmor R CMOS 背照式影響傳感器

  現在手機攝像頭的像素越來越高,動輒上千萬像素,然而越來越高的像素真的能帶來更好的畫質嗎?答案必然是否定的。影響拍照質量的因素有很多種,唯獨不包括像素數量。回首目前市面上拍照最好的手機,要么采用了大尺寸的感光元件,例如諾基亞N8;要么采用了Exmor R CMOS(背照式影響傳感器),例如蘋果iPhone 4S和索尼愛立信LT18i。可見,感光元件是影響拍照質量的最關鍵因素。在小巧的手機中采用大尺寸感光元件,必然會大幅度增加手機的體積和成本,實用性不高。而Exmor R CMOS是則是最佳的選擇。

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  Exmor R CMOS背照式影響傳感器

  Exmor R CMOS是一項全新的影像傳感器技術,主要用于改善小尺寸影像傳感器在弱光環境下感光能力不足的問題。傳統的小尺寸傳感器在夜晚或光線昏暗的室內排出的照片,往往曝光不足,噪點嚴重,細節和色彩損失也比較大,大大的影響了視覺感受。而采用了Exmor R CMOS的攝像頭,感光能力提升了2倍,并且有效地減少了噪點,即使拍夜景時,也能得到畫質出色的照片。

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  為什么采用Exmor R CMOS的攝像頭能夠拍出優秀的照片呢?與傳統的CMOS傳感器有什么區別呢?接下來筆者為大家介紹一下Exmor R CMOS的感光原理。

  傳統的CMOS傳感器每個像素點都要搭配一個對應的A/D轉換器以及對應的放大電路,而這些電路線是放在感光層上面的(如下圖左側所示),當光線入射到感光層的時候,覆蓋在上面的電路線必然會遮擋一部分光線,造成了傳感器感光能力下降。影響了拍照質量。

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  Exmor R CMOS感光原理

  而Exmor R CMOS的感光原理恰恰相反,將感光層放在了電路線上面(如上圖右側所示),這樣一來,感光層就能充分接收到入射進來的光線。大大提高了傳感器的感光能力。

  第6頁:Retina 視網膜技術

  Retina屏幕顯示技術也稱視網膜屏幕顯示技術。是應用在部分蘋果移動設備中的一項屏幕顯示技術。最早應用在蘋果iPhone 4的屏幕上,這項技術為iPhone 4的屏幕帶來極清晰的顯示效果。

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  iPhone 4采用Retina顯示屏

  Retina屏幕是一種具備超高像素密度的液晶屏,它可以將960×640的分辨率壓縮到一個3.5英寸的顯示屏內。。也就是說,該屏幕的像素密度達到326像素/英寸。對現實分辨率熟悉的用戶會知道,通常我們電腦顯示屏幕的分辨率為72像素/英寸。iPhone 4的分辨率為電腦的4倍多,甚至超過了人眼能分辨的范圍。所以顯示會非常細膩。電子書、網頁和電子郵件中的文字以任何大小顯示都清晰明銳,影片和照片中的圖像從任何角度觀看都令人驚艷,所見一切都更清晰。

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  iPhone 4顯示效果極為細膩

  大家都知道,手機屏幕的細膩程度與屏幕的尺寸和分辨率有直接的關系,而評判屏幕細膩程度有一個專業的量詞——PPI,PPI數值越高,代表屏幕越細膩。而iPhone 4達到了驚人的326PPI(326像素/英寸),超過了人言可識別的范圍。屏幕PPI值是通過一個公式進行計算出來的,下面就是屏幕PPI計算公式,我們以iPhone 4為例。

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  PPI計算公式

  Retina顯示屏采用板內切換 (IPS) 技術,以實現較標準液晶顯示器更寬闊的視角。這意味著你幾乎可以用任何方式握持 iPhone ,都能獲得絢麗的畫面效果。非常適合與朋友分享照片,或在玩駕駛類以及飛行類游戲時操控 iPhone。不僅如此,Retina 顯示屏呈現的對比度是以往顯示屏的4倍,淺色更明亮、深色更沉穩,一切都顯得更加動人。

  結束語:

  由于時間關系,只能為大家簡單介紹以上幾種手機優化技術,相信大家此時已經對手機有了更為深入的了解,在以后選購手機的時候可以更加理智的判斷,避免被奸商拿各種噱頭所忽悠。

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