DCI 為什麼要求數字影院放映系統的解析度為 4K 或 2K

（本文章屬於搬送，作者為北京電影學院數字媒體技術研究所的李銘教授）

【摘要】上世紀 90 年代初, 美國電影電視工程師學會 「數字影像層級結構」 特別工作小組對成像系統的空間解析度要求進行了研究。該小組從解析度的角度將顯示器分為低解析度、 常規解析度、 高解析度和超高解析度等四個層級。該小組基於以下幾個基本概念, 提出了空間解析度層級的設計理念:

———基於常用的數字處理和存儲體系結構的一種層級整數遞進 ;

———支持基於影像貼片 (im ag e tile)的各種寬高比和空間解析度;

———能夠利用適宜解析度的貼片 , 針對任何應用要求來構建顯示器 。

通過使用貼片和僅僅四個解析度層級 , 便有可能構建出適用於任何用途的新顯示器, 而且這種顯示器還可以用於顯示來自任何其它層級的影像。

美國數字電影倡導組織 (DCI)要求數字影院放映系統的解析度為 4K 或 2K , 屬超高解析度或高解析度的級別。

【關鍵詞】影像 顯示器 解析度 數字影院 DCI

上世紀 90 年代初, 美國電影電視工程師學會「數字影像層級結構」 特別工作小組對成像系統的空間解析度要求進行了研究。該小組從解析度的角度將顯示器分為如下四個層級:

(1)低解析度 (low reso lution):旨在近距離、窄視角地觀看, 特別是在受到成本或比特率限制的情況下 , 以低於一般人的視敏度提供影像。視頻會議、 視頻郵件和個人娛樂系統是低解析度成像應用的典型例子。

(2)常規解析度 (no rmal reso lution):旨在以大致相當於一般人的視敏度來提供影像 , 適於顯示自然風光的影像, 多數娛樂應用均屬這種情況。標清電視屬這一層級的範圍之內, 演播室質量的模擬分量電視位於這一層級範圍的高端。

(3)高解析度 (hig h resolutio n):旨在提供寬視野、 高空間解析度和 (或)高時間解析度的影像 ,這樣的解析度接近人的視覺極限。應用包括:影院放映的電影、 為大量觀眾放映的娛樂節目或資訊節目以及個人計算機的顯示器。

(4)超高解析度 (ultra hig h resolutio n):旨在以人類視覺空間解析度極限和空間解析度極限提供覆蓋甚至超過整個視野的影像 , 休斯坎影院和艾麥克斯影院屬於這一範疇。模擬用的電子成像系統也達到了這一水平。

（5）我們知道, 針對各種特定的成像系統 , 需要有各種各樣的影像解析度。現在 , 我們可以根據視野的大小和每度角度內要求分辨的周數 (每毫米可分辨的線對數), 進一步劃分解析度的層次。

實驗表明, 在一定的條件下, 對於高反差的黑白線條 (線對)標靶來說 , 人的視敏度可以達到 40線對/度 (周/度)以上, 而在其達到大約 22 線對/度(周/度)的情況下, 看上去是清晰銳利的影像。

對於個人顯示器、 家庭娛樂顯示器和影院顯示器來說, 觀察者相對於顯示影像的距離是不一樣的,因此, 在一個重要的範圍內, 所感知的解析度是不同的 (圖 1)。

圖1 中的四組字母代表了從 1 級到 4 級 (從上至下)這四個層級的解析度的相對水平。為了更好地理解在顯示器中的實際應用, 可以將本圖置於 76cm 至 38 cm 之間的某個距離上觀看 。在 76 cm 處,4 級的字母應該是邊緣清晰的 , 隨著距離的加大,較低層級的字母將逐漸變得邊緣清晰。

考慮到人們在視敏度上存在著差異 , 以及針對不同的應用、 不同觀看距離, 通常的做法是根據每種應用中的平均觀看條件來設計顯示系統。表 1給出的低解析度、 常規解析度、 高解析度和超高解析度覆蓋範圍 , 相互之間存在著一定的重疊, 就是考慮了這些差異的存在。

頭戴式顯示器是個例外, 這種顯示器觀看距離是固定的 , 顯示器製造商必須根據具體的用途來選擇適宜的解析度水平 , 並據此進行結構設計。

根據這一指導思想 , 對於為 35°視野設計的高解析度顯示器, 在 30 周/度的情況下, 每行將需要有大約 2000 個像素。在桌面計算機用途中, 觀察者距離顯示器 76 cm , 有效行的長度 (顯示器的寬度)為 48 cm 。在娛樂應用中 , 電視接收機的觀看距離為 274 cm , 有效行的長度約為 170 cm 。

這些示例在表 2 中作了說明。在該表中 , 運用了上面所說的原理來闡明四個層級解析度與各種顯示應用之間的關係。表中給出的數值, 尤其是涉及影像尺寸 (以像素數計), 完全是相對性的, 僅僅作為在平均觀看的距離上和平均視野內, 為實現規定的感知解析度所需像素數的例子。

美國數字電影倡導組織 (DCI)要求數字影院放映系統的解析度為 4K 或 2K , 便是基於表 2 所提供的數據 (超高解析度或高解析度)。

需要指出, 隨著家庭娛樂顯示器尺寸變大 , 超過了今天電視接收機的窄視野 , 很多表面上不同的應用, 諸如個人計算機顯示器和家庭娛樂顯示器 ,已經有了相似的解析度。另外 , 家庭娛樂用的直接觀看的 C RT 顯示器 (對角線最大約為 40 英寸)需要具備常規範圍內的解析度。

空間解析度層級示例是圍繞下述幾個基本概念而設計的:

———基於常用的數字處理和存儲體系結構的一種層級整數遞進 ;

———支持基於影像貼片 (image tile)的各種寬高比和空間解析度;

———能夠利用適宜解析度的貼片 , 針對任何應用要求來構建顯示器。

層級遞進是基於使用 2 的整數次冪。這樣 ,高一層級的解析度便加大一倍 (1 、 2 、 4 、8 ……), 低一層級的解析度便縮小一半 (1/2 、1/4 、 1/8 ……), 見表 3 。

貼片概念同樣可以適用於顯示器的製造。在這種情況下, 顯示器貼片實體將相當於一個概念上的貼片, 而對於不同尺寸的顯示器 , 貼片實體將有不同的物理尺寸;對於不同的解析度要求, 將有不同的像素密度。同樣地, 通過選擇適宜的貼片, 可以構建出不同寬高比的顯示器 (表 4)。

這樣, 通過使用貼片和四個解析度層級, 便有可能構建出適用於任何用途的新顯示器, 而且這種顯示器還可以用於顯示來自任何其它層級的影像。

參考文獻：

Report of the Task Force on Digital Image A rchitectu re, SM PTE J ou rnal , Decem ber, 1992