作者：山东电视台 叶明勤
 
    近年来，电视技术实现了数字化，高清晰度电视（HDTV）在世界各地迅速发展起来，高清晰度电视的显示技术也成为人们广为关注的一个重要课题。

    一 HDTV图像标准对显示设备的要求

    1. HDTV图像标准

    我国HDTV行业标准于2000年公布，采用1125/50/2:1格式，通常表达为1920/1080/50i格式。世界上多数国家的电视台都采用1920/1080/50i或60i格式。美国允许使用720p、1080i、1080p等多种HDTV图像格式，Disney集团的ABC、ESPN等公司采用了1280/720p格式，新闻集团的FOX电视网也选择了1280/720p格式。

    2. HDTV图像标准对显示设备的要求

    HDTV显示设备的屏幕宽高比为国际统一的16:9格式。屏幕亮度应大于300尼特，对比度高于400:1。RGB三基色的量化比特深度不低于10bit。对于1920/1080格式，数字显示器清晰度应达到1920×1080像素水平，对于1280×720格式，显示器清晰度不应低于1280×720像素水平。显示器的屏幕尺寸，美国推荐的相关标准是，观看距离为屏幕宽度的1.5到2倍。如果观看距离为2至2.6米之间，显示器的对角线尺寸应为60英寸。

    3. HDTV显示图像的混叠率与极限清晰度

    混叠是插入在图像数据中的人工产物，以许多不同的形式出现在图像中，如锯齿、闪烁、轮廓不清和莫尔条纹等。国际标准组织ISO12233标准定义的混叠率公式为：AR=1-Cos（πk/2）/1+Cos（πk/2） 其中AR（Aliasing Ratio）为混叠率，k为图像信号频率与奈奎斯特频率之比，1/2抽样频率称之为奈奎斯特频率。

    从公式中可以看出，减小混叠率的主要方法是增加抽样频率，即增加像素计数。抽样频率越高，像素计数越多，则混叠率越低，清晰度越高。根据ISO12233标准规定，极限清晰度是图像频率的振幅响应为5%时的图像清晰度。与此相对应的混叠率为10%，混叠人工产物的振幅为0.5%。图像水平方向为1920像素，混叠率为10%时，极限清晰度为420LW/PH（Line Widths/Picture Height，每图像高度线宽）。图像水平方向为1280像素，极限清晰度为280LW/PH。显示器图像的水平方向像素数越多，混叠率越低，清晰度越高。对于数字技术处理的运动图像系统，按照10%混叠率的要求，1.85:1宽高比电影图像格式水平方向的像素数，应该是极限清晰度LW/PH的4.6倍。经过测试，在振幅响应为10%时，35mm电影负片的清晰度为2100LW/PH，发行放映影片的清晰度为1000LW/PH。因此数字电影图像的像素数，在水平方向应该大于4600像素以上。

    由此看来，用水平方向为1920像素的HDTV显示器观看数字电影图像，在清晰度方面还存在着不小的差距。国际相关组织建议的数字影院放映格式，图像水平方向为4096像素。

    二 HDTV显示设备的发展现状

    1. DLP显示设备

    DLP（Digital Light Processing， 数字光处理）显示设备的核心器件是DMD（Digital Micromirror Device，数字微镜器件）。DLP前投影和背投影显示设备具有亮度高、对比度高、图像质量高、重量轻、寿命长等特点。DLP投影机的光效率高于60%，巴可公司的数字影院投影机的光输出达到了27000ANSI流明。DLP投影图像的对比度很高，已经有几十种DLP投影机的对比度达到了2000:1水平，采用HD2加DMD芯片的DLP投影机的对比度为2800:1到5000:1。DLP投影全数字化显示的无缝图像，提供了更高的主观视觉分辨率。科视公司和巴可公司还采用了RGB 15bit的量化深度，保证了图像的灰度层次和精确的彩色重现。许多看过DLP数字电影的人认为，图像质量高于传统电影。DMD芯片的寿命为10万小时，可以实现24×7小时连续不间断工作。但是，DMD芯片的清晰度还需要进一步提高，目前只有数字影院用的1.2英寸DMD芯片达到了2048×1080像素水平，采用这种芯片的典型DLP产品有科视数字公司的CP2000H型和巴可公司的XLM H25型等数字影院投影机。家庭影院用的0.79英寸DMD的清晰度为1280×720像素，另一种0.95英寸DMD的清晰度是1400×1050像素，还达不到HDTV高清图像标准的水平。DMD芯片的成本也还需要进一步降低。

    2. PDP显示设备

    PDP（Plasma Display Panel，等离子平板）显示器，因为是荧光粉光源直接发光，所以图像对比度高，锐度高，色彩精确，色彩饱和度好。PDP显示器的视角大于160度，机体轻薄。JVC公司生产的GD-V500PZU型50英寸PDP显示器的厚度只有98mm，清晰度为1366×768像素，对比度为3000:1，亮度为500流明。PDP显示器清晰度的提高比较难，屏幕为63英寸的PDP的清晰度也还达不到1920×1080像素水平。大于70英寸以上的PDP的清晰度达到了1920×1080像素，但是目前还处在试生产阶段。现在PDP的价格已经降到了每英寸对角线低于100美元的水平。但是PDP的生产工艺仍然还比较陈旧。PDP耗电量大，存在内部烧伤问题，寿命比较短。厂方标称寿命为2.5万至3万小时，实际的使用寿命还要更短一些。如果PDP的缺点长期得不到改进，其存在的意义将受到置疑。

    3. LCD投影显示设备

    LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示）投影设备，有图像锐度高，色彩饱和度高，清晰度高等特点。因为是穿透式投影，所以图像对比度较低，通常为400:1。市场上最好的LCD投影机，清晰度为1600×1200像素，对比度为550:1至1000:1，光通量为2000至7700ANSI流明。根据光通量不同，价格为1万至5万美元不等。LCD投影机在长时间工作后，存在性能下降的问题。相关测试表明，连续工作4700小时之后，对比度下降50%至60%，并出现了彩色不平衡、图像亮度不均匀、图像质量降级等问题。LCD面板的寿命一般为1万小时。如果连续工作，4000小时之后，就应该考虑更换LCD面板。

    4. LCoS液晶硅投影显示器

    LCoS（Liquid Crystal on Silicon，液晶硅投影机），是一种新型的反射式投影机。近几年，JVC公司发明了D-ILA（Direct-Drive Image Light Amplifier， 直接驱动影像放大）技术。该公司的DLA-QX1G型投影机采用对角线为1.3英寸的LCoS芯片，清晰度为2048×1536像素，亮度输出为7000ANSI流明，对比度为1000:1。索尼公司近期推出了SRX-R110型液晶硅反射显示的数字影院投影机，清晰度为4096×2160像素，达到了数字影院的清晰度标准。光通量为10000ANSI流明。JVC公司的DLA-SX21U型家庭影院投影机，清晰度为1400×1050像素，光输出1500ANSI流明，价格为7499美元。

    LCoS投影机的优点突出。一是光利用效率高，由于LCoS为反射式成像，开口率又很高，所以光利用效率也很高。索尼公司的SRX投影机的光反射率达到了70%，与DLP投影机相当；二是清晰度高；三是图像质量高，由于LCoS投影机的像素间距很小，有超高的开口率，可以产生如细丝一样细腻、清晰的图像，比LCD液晶投影机的图像更鲜亮，彩色更逼真、灰度层次和对比度更高。

    5. LCD平板显示器

    近几年LCD平板显示器发展比较快。市场上大于40英寸的LCD显示器，清晰度已经达到了1920×1080像素，对比度为800:1到1200:1，亮度为300到500尼特。夏普公司的LC-45GX6U型45英寸LCD平板电视机，清晰度为1920×1080像素。三星公司的LT-P468W型46英寸LCD平板电视机，清晰度为1920×1080像素，对比度为800:1，亮度为500流明。LCD显示器的价格还比较贵，目前大于40英寸的LCD显示器的价格多数高于5000美元。

    6. CRT显示器

    CRT（Cathode Ray Tube， 阴极射线管）显示器，有背投影和直视两种方式。背投影CRT显示器的清晰度可以达到800LW/PH到1000LW/PH。直视式电视机，清晰度最高的是索尼公司的产品，其中屏幕尺寸为38英寸（4:3）的电视机，重量大于100公斤，36英寸与34英寸（4:3）电视机的重量为80公斤以上。显像管的像素最小点距为0.38毫米，34英寸电视机图像的水平方向可以显示1465像素。36英寸和38英寸电视机的像素数则更多一些。CRT显示器属于模拟显示方式，显像管笨重，提高显像管的电子束精细度和增加图像对比度、亮度有矛盾。RGB三电子束的会聚质量，将直接影响到图像的清晰度。

    三 结束语

    目前HDTV显示设备的图像质量，以DLP数字投影机为最好，DLP投影机的性能价格比也比较高。目前1280×720像素和1280×1024像素的DLP投影机，光通量大于1000ANSI流明，多数产品的市场价格为1600美元。背投影式依据屏幕尺寸大小，价格为2000至3000美元不等。许多人也在期待着更高清晰度的具有1920×1080像素的DLP家庭影院投影机早日上市。PDP显示器需要解决工艺陈旧和器件寿命短等问题。LCoS显示器需要进一步提高对比度和性能价格比。JVC公司的DLA-HX1型LCoS家庭影院投影机，清晰度为1400×788像素，对比度为800:1，光输出为1000ANSI流明，价格为8999美元。LCD投影机要解决热稳定性不良和寿命短的问题。LCD平板显示器在排除高成本和高价格因素的影响之后，将会有更快的发展。CRT显示器在HDTV显示器市场中的占有率将会进一步下降。