重现你所丢失的细节 用好你自己的HTPC

laihamaj82

如果电视机出现了灰阶丢失的情况，并不一定是电视机本身的问题，也很有可能是电视机不兼容计算机的色彩空间和灰阶模式造成的。如果你不了解色彩空间，那么，本文会给你答案。        当我们用HTPC连接平板电视机时，你有没有发现图像的暗部和亮部细节损失严重？而且在调节之后，图像的细节都无法还原，难道我们当初千挑万选的电视机灰阶显示能力这么差？其实，这可能并不是你的电视机出现了问题，而是你的HTPC和电视机之间因为色彩空间不兼容的原因造成的。
了解色彩空间
        目前，数字视频信号有RGB信号和YCbCr（YUV、亮彩、色差）信号两种，通常也叫做色彩空间，它们对色彩的表示方法有所区别。
        我们可以在3维立方体中通过绘制三原色(即红色、绿色和蓝色，简写为RGB)的构成比率图以表示各种颜色，其中黑色位于原点，而白色则位于原点的斜对角。得到的立方体就是著名的RGB色彩空间，它主要用于计算机设备对色彩的描述（PC Level）。

RGB色彩空间

        而另一种色彩空间YCbCr是采用一个亮度信号(Y)和两个色差信号(B-Y、R-Y)相组合，称为色差信号，主要由电视机等消费类产品（Studio Level）采用。因为当时在黑白画面过渡到彩色画面的历程中，为了兼容黑白画面(B-Y和R-Y信号为零)，电视台除了传送原来的亮度信号Y以外，再用次载波（3.58MHz）来传输色彩信号B-Y、R-Y，而不是RGB三原色信号。
        而YCbCr和RGB空间是可以相互转换的，可用如下的方程将YCbCr空间中的色彩转换为RGB色彩空间中的色彩：
        R’=1.164*(Y-16)+1.596*(Cr-128)
        G’=1.164*(Y-16)-0.813*(Cr-128)-0.392*(Cb-128)
        B’=1.164*(Y-16)+1.596*(Cr-128)
灰阶模式也有两种
        Full Range        视频信号由模拟转换为数字信号的过程中涉及到了采样技术，RGB信号在处理图像时，每个像素的色彩由3个分别对应三原色的8位二进制数字来确定，28=256个灰阶。比如（255，255，255）代表白色，（255，0，0 ）代表红色，那么灰阶总共是0～255一共256个，通常被称作Full Range。
        Limited Range        这种信号格式的每个像素记录需要24位，所需的存储空间和数据量毫无疑问比较大。而YCrCb信号如果采用13.5MHz采样频率得到的8位或10位PCM信号则称为4∶4∶4，也有256个灰阶。但是这样的话数据量太大了。研究表明，人眼察觉到的光亮度信息(Y)的60%至70%来自绿色光。
        红色和蓝色信道实际上只是亮度信息的复制，因此这些重复信息完全可以去除掉。为了减少数据储存空间和数据传输带宽，可以用较低的采样频率6.75MHz来采样B-Y和R-Y信号，称做4∶2∶2，也就是消费电子的Studio Level。
        在Studio Level设备中，8位YCbCr系统都规定亮度的取值范围介于16至235之间，而B-Y和R-Y信号的取值范围介于16至240之间。YCbCr 4∶2∶2色差信号的灰阶是16～235，通常被称作Limited Range，而RGB信号也有两种采样频率和灰阶，在PC Level系统中是0～255，而在Studio Level消费电子中则是16～235。
        灰阶出现问题        那么，视频信号有两种不同的色彩空间和灰阶模式，如果交叉互连时，灰阶就有可能出现问题。如果不同色彩空间的设备之间进行了连接，那么灰阶信号就可能因为不匹配而丢失，造成画面的细节缺失。而不同灰阶模式的设备相连也可能出现灰阶丢失的问题。我们平时所使用的显卡或者PC显示器，它们都是PC Level的设备，采用Full Range灰阶。而DVD播放器、投影机、平板电视等则是Sutio Level设备，采用Limited Range灰阶。不同设备之间的互相连接，对灰阶的处理情况可能会有不同。
  PC对色彩空间的处理
        如果你使用的是电脑显示器连接PC，那么毫无疑问，你的显示器是PC Level设备，可以显示完整的0～255灰阶。但是这个情况只是在使用桌面输出的时候，诸如DisplayX、Displaymate等测试软件时能够看到完整的灰阶，如果播放Studio Level的DVD影碟、高清视频文件时，灰阶又可能是另一回事。那么，Studio Level的视频素材在PC和PC显示器上播放的时候也要经过处理吗？
        答案是肯定的。Studio Level标准里，黑色为16，白色则为235，低于16的称为Blacker Than Black(BTB)，高于235的称为Peak White。编码时数字16对应视频电压0mV，是画面最黑的地方，这是日本NTSC制式采用的基准黑电平，235对应亮度电压714mV，这是最亮的地方。向下留有15级Footroom（下动态余量），向上留有19级Headroom（上动态余量）。
        如果DVD盘片记录的信号是16，那么在电视机中则被还原成黑色，低于16的信号则不被显示，高于235的Peak White信号则做削波处理，还原为白色。Studio Level的信号如果在PC中不处理，16～235信号就会出现发白的颜色。
        PC在播放影片的时候，一共经过了以下四个流程：来源影片→解码器→显卡→显示器
        其实我们只需要一个步骤把灰阶从16～235转换到0～255就可以了。但是，为了解决Studio Level的灰阶问题，这四个部分都有可能出现在灰阶部分进行处理的混乱情况。所以，最后影片出来的播放效果就有可能惨不忍睹。在为影片转码压制DVDrip的时候，很多压制软件就有“Extend to PC video" 的选项，将16～235灰阶扩展到0～255。

The KMPlayer在“色阶控制”选项中可以控制灰阶输出

        显卡在渲染视频画面时，也分Overlay和VMR9等模式。用Overlay（覆盖）模式渲染时，会把视频信号里的0～15和236～255丢弃，把16～235扩展为0～255，并输出到显示器上。与之配合的PC Level显示器把显卡输出的0对应于最黑，输出的255对应于最亮。在Overlay模式下，多余的BTB和Peak White信号都被忽略掉了。这样做可能会丢失部分场景的高光细节，而原本的219级灰阶扩展为256级灰阶后，也会出现某些灰阶图像过渡不够自然的情况。

CoreAVC中和灰阶相关的选项

        而在VMR9渲染模式下时，显卡对视频信号不做任何变换，直接输出给显示器。如果显示器还是按PC Level调整的，0是最黑，255是最白，那么参考黑位在显示器上就是（16，16，16），结果看起来就是不那么黑，有点发白。 解决办法就是把显示器按照Studio Level调整，把亮度调低点。
        现在，很多播放软件和视频插件也支持输出灰阶调整功能。以The KMPlayer播放软件为例，打开参数选项中的“模糊/色阶”，然后在“色阶控制”选项中选择开启，在输出幅度位置选择16～235替代默认的0～255。CoreAVC、gabest、ffdshow等解码器都有相关的灰阶扩展选项。
        而在显示器方面，一般我们使用的是0～255灰阶的PC Level设备，但是我们也可能使用Studio设备的平板电视机。所以，在上述的几个步骤中，无数的混乱造成影片播放时灰阶的严重丢失。要调整好它们之间的关系，不下一番苦功夫是不行的。
HTPC和电视机的连接
        AV领域的视频设备是从16～235之间取值的，不过实际上很多中高端的DVD播放器、电视机和投影机都可以选择PC Leve（l Full Range）或者Studio Level（Limited Range）模式来适应不同的状况。

SONY PS3中的RGB Full Range灰阶选项，可以选择“有限”或者“全取”

        如果HTPC输出的信号是0～255的Full Range灰阶信号，而Studio Level的电视机则是以16作为基准黑，235作为基准白的。这个时候，原本0～15和236～255之间的细节都显示不出来了。不过，这部分细节并没有被丢掉，只是被电视机藏到了一个不易被人注意的角落。因为Studio Level仍然还有BTB和Peak White信号，我们只要对电视机的gamma重新进行调节，就可以把大部分细节还原出来。

在高端投影机中，一般都有针对色彩空间和灰度的选项

        如果是直接用HDMI接口连接视频播放设备和电视机呢？也有可能因为输出的灰阶格式和机电视机的兼容格式不同造成灰阶的丢失。比如，蓝光播放器输出的是RGB Full Range格式，而电视机则只支持Limitel Range，就需要对输出端进行调整。在PS3、蓝光播放器等HDMI设备中，都可以对HDMI接口的灰阶深度进行调整，比如在PS3上，有一个RGB Full Range（HDMI）的选项，选择“有限”则是以16～253的范围输出RGB信号，选择“全取”则是以0～255的范围输出RGS信号。

        用于灰阶测试的ramp.ts视频画面，如果灰阶丢失以后，白点和黑点以外的色块就不可见了。

        而现在，NVIDIA显卡和ATI显卡也可以通过驱动面板对HDMI的灰阶进行调整，选择RGB Full Range、RGB Limited Range或YCrCb 4:4:4的数字颜色格式。
实际测试和调节
        我们使用HTPC和松下42PV70C等离子电视机相连，实际考察HTPC和电视之间的兼容情况。HTPC这边使用了原生HDMI接口的Radeon HD 3450显卡、DVI接口转接HDMI的RadeonHD 3650显卡和DVI接口转接HDMI的GeForce 8800 GT显卡，通过HDMI接口连接到电视机上。
        平时，松下42PV70C电视机的HDMI接口已经通过连接PS3游戏机设置好了亮度和对比度值，设置为对比度为85，亮度为50时，画面的细节有较好的表现。

        在ATI最新的8.11驱动中，如果你用HDMI连接，会有一个像素格式的选择，可以选择计算机标准Full RGB、Studio视频Limited RGB以及YCbCr 4:4:4/4:2:2。

        而HTPC通过DVI转接的HDMI接口在连上电视及以后，我们打开了一张灰阶测试图片，黑色灰阶16以下的全部不可见，而白色灰阶235以上的也不可见。这正好说明了电视机以16灰阶作为黑色，丢弃了大部分的暗部细节。接下来，我们播放了一段ts格式测试视频片段，黑色和白色各有一个色块在播放中丢失了。而我们换用原生HDMI接口的Radeon HD 3450显卡后，也发现灰阶丢失同样非常严重。不过，无论是DVI转接还是原生的HDMI接口的显示图像都可以通过调节电视机的亮度和对比度提升细节表现能力，在降低对比度到40，提升亮度到90以后，大部分灰阶都可以看到了。但是，此时的画面相对比较暗淡，且仍然有6以下的黑色灰阶不可见，黑色部分的噪点也增加了。可以说，细节出来了，但是画面的观感还不如调节前。
        接下来，我们又通过VGA接口连接PC到42PV70C电视机上进行测试。此时，在先前的对比度80，亮度50的设置下，所有的灰阶都正常，1～254灰阶都可以正常辨识。由此看来松下42PV70C电视的HDMI接口只能兼容Limited Range的灰阶，在连接HTPC时其表现还不如VGA接口。通过VGA接口的显示效果都要比HDMI更好。

        NVIDIA显卡在动态范围调节选项里有灰阶的调节，并对该选项进行了说明。而且在使用HDMI接口之后，还可以支持RGB和YCrCb色彩空间的选择。

        除了调节显示器以外，我们还可以通过软件调节的方法增加画面细节。但是，通过软件的调节大多数只能调节视频的Gamma值，对桌面的显示输出没有改变。除了前面我们讲到的调节The KMPlayer、CoreAVC等解码器之外，还可以调节显卡驱动。在ATI显卡的Avivo驱动面板中可以调节视频亮度和对比度，来增加视频的细节。通过调整以后，测试的ramp.ts视频画面中缺失的色块又回来了。只是我们在前面说过，该调节仅仅是调整的视频画质，桌面显示和图片的质量仍不理想。在ATI最新的8.11驱动里，如果使用HDMI接口连接，还增加了一个像素格式的选项，可以选择计算机标准Full RGB、Sudio视频Limited RGB以及YCbCr 4:4:4、YCbCr 4:2:2。如果选择YCbCr 4:2:2，细节表现能力也会提升。
        在高清音频领域，有一个名词正在流行，那就是“点灯”。意思是可以实现高清音频源码输出的播放设备加次世代功放的组合，在经过正确的设置后，实现了高清音频的正确解码，功放上对应高清音频解码灯成功亮起。而在HDMI视频领域，我们也可以用“点灯”来形容灰阶的正确输出和显示，但是这个设置和判断是非常困难的，不知道你成功“点灯”了吗?

nhsee

这个内容不错 值得学习[s:20]

laihamaj82

上面的文章是我从《微型计算机》转过来的，不过我觉得作者好像忘； 还有一种模式，就是HTPC+功放+显示设备
我马上要上手的就是这种模式
刚刚买的电视是松下的50PV80C，基本可以肯定和文章种所说的42PV70C是一样的，VGA支持做的比较好，HDMI接口只能兼容Limited Range的灰阶
我用的功放是哈曼354，从种种迹象表明，松下50PV80C应该是具备全灰阶显示的能力的（vga接口就能显示）只是HTPC的HDMI接口输出的灰阶信号被阉割了..那么经过功放再到电视的情况又是如何呢？
1.现在的问题是，哈曼的功放在接收HTPC通过HDMI接口传输过来的视频信号的时候，是不是能完整的处理灰阶。或者说经过功放处理之后传到电视上（也是通过HDMI接口）的时候，能不能完整的显示出所有的灰阶？
2.文章还提到：“蓝光播放器输出的是RGB Full Range格式，而电视机则只支持Limitel Range，就需要对输出端进行调整。在PS3、蓝光播放器等HDMI设备中，都可以对HDMI接口的灰阶深度进行调整，比如在PS3上，有一个RGB Full Range（HDMI）的选项，选择“有限”则是以16～253的范围输出RGB信号，选择“全取”则是以0～255的范围输出RGS信号。”那么哈曼的354功放有没有对输出灰阶深度调整的选项呢？（由于是英文界面，俺看不懂....求教高手）或者说HTPC输出全部灰阶信号的时候，354有没有能力识别并转换成松下等离子能识别的，跟蓝光播放机相近的灰阶信号传给电视呢？
是否有有心人，或者有缘人刚好手头也有354和等离子电视的朋友试验一下，解答一下我的疑惑....过个几天俺的装备也能弄好了，可惜水平太菜（特别是英文）谢谢诸位了

[ 本帖最后由 laihamaj82 于 2009-1-8 15:28 编辑 ]

laihamaj82

SONY 的蓝光HDMI输出就有灰阶调整的功能......
隔行分量端子和逐行分量端子共用，端子标识为YPbPr/YCbCr
一般人们所讲的YUV大多是指YCbCr。YCbCr 有许多取样格式, 如4∶4∶4 , 4∶2∶2 , 4∶1∶1 和4∶2∶0。
要的采样格式有YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:1:1和 YCbCr 4:4:4。其中YCbCr 4:1:1 比较常用，其含义为：每个点保存一个 8bit 的亮度值(也就是Y值), 每 2x2 个点保存一个 Cr 和Cb 值, 图像在肉眼中的感觉不会起太大的变化。所以, 原来用 RGB(R,G,B 都是 8bit unsigned) 模型, 4 个点需要 8x3=24 bites（如下图第一个图）. 而现在仅需要 8+(8/4)+(8/4)=12bites, 平均每个点占12bites(如下图第二个图)。这样就把图像的数据压缩了一半。
上边仅给出了理论上的示例，在实际数据存储中是有可能是不同的
YUV 4:2:2　每个色差信道的抽样率是亮度信道的一半，所以水平方向的色度抽样率只是4:4:4的一半。对非压缩的8比特量化的图像来说，每个由两个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用4字节内存。
下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]
存放的码流为: Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3
映射出像素点为：[Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3]
YUV 4:4:4　　YUV三个信道的抽样率相同，因此在生成的图像里，每个象素的三个分量信息完整（每个分量通常8比特），经过8比特量化之后，未经压缩的每个像素占用3个字节。　　
下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]
存放的码流为: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3


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转别人的看法:  這是沒有一定的

一般PC信號為了要呈現畫面的真實性所以採用RGB,而消費性產品video都是採用YCbCr,以信號level來說RGB為0(全黑)~255(全白)

YCbCr為16~235,因為人眼對顏色的敏銳度沒有亮度來的強,所以Y(亮度)取樣會多一些, 而顏色CbCr會少一些

這也是為什麼市面上還看的到有些player會有4:4:4, 4:2:2, 4:2:0這幾個選項,我個人還是覺得video信號採用YCbCr在顏色呈現度上會比RGB來的柔和



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引用: 挺复杂的  既然找资料 就搞搞清楚

关于分量接口的问题一再被网友提起，尽管过去已经有过多次的讨论。问题的关键在于分量接口的标识一再被一些厂商误用，导致普通消费者在判别上的糊涂和混淆。
一、目前市场的现状
目前市场上大致有三种表示方法：
1、隔行分量端子和逐行分量端子分开设置。在这种情况下，根据说明书，用YCbCr表示隔行分量端子，用YPbPr表示逐行分量端子。
2、隔行分量端子和逐行分量端子共用，端子标识为YPbPr/YCbCr，根据说明书，无论隔行分量信号还是逐行分量信号都是从这个端口输处（输入）。
3、隔行分量端子和逐行分量端子共用，端子标识为YPbPr。根据说明书，无论隔行分量还是逐行分量都是从此端口输出（输入）。

以上的标识中只有第三种情况是正确的，1和2都是错误的。但是为什么厂商会犯这样的错误，而且还在继续呢？我们将分析造成这种错误的原因，为了理解的方便，我们先简要介绍一下数字电视的色彩空间。
二、数字电视的色彩空间
数字电视的色彩空间和计算机不同，不是RGB空间，而是采用一个亮度信号(Y)和两个色差信号(R-Y、B-Y)的YUV空间或者叫YCbCr空间。数字电视采用YUV(YCbCr)色彩空间的原因主要就是为了减少数据储存空间和数据传输带宽，同时又能非常方便的兼容黑白电视(R-Y和B-Y信号为零)。YUV(YCbCr)空间和RGB空间可以相互转换，转换公式如下：
Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B
Cb = - 0.1687 R - 0.3313 G + 0.5 B + 128
Cr = 0.5 R - 0.4187 G - 0.0813 B + 128

反过来也可以：
R = Y + 1.402 (Cr-128)
G = Y - 0.34414 (Cb-128) - 0.71414 (Cr-128)
B = Y + 1.772 (Cb-128)

从以上可以看出，整个YUV(YCbCr)色彩空间并没有涉及到YPbPr。当逐行DVD机还没有出现以前，几乎所有具备分量输出的DVD机的分量端子都是标识为YCbCr！因为DVD碟片上储存的图像的色彩空间就是YCbCr的，一切似乎都很合情合理，然而就此埋下了日后概念混淆的祸根。就好像有些厂商喜欢别出心裁的将S端子标识为Y/C端子一样，YCbCr的标识一直使用的没有丝毫的问题，直到有一天，逐行DVD机出现了，厂家们对如何标识逐行分量端子翻了难了。他们终于在美国市场看见了一种标识为YPbPr的端子，好比在汪洋大海中捞起了一根救命稻草，于是就有了本文一开始所描述的标识混乱。
三、拨乱反正
数字电视的YUV(YCbCr)色彩空间是由ITU（国际电信联盟）规定的，但是分量接口尤其是模拟分量接口并没有国际统一的标准，目前最为常见的是***的D端子、欧洲的SCART端子和美国的三线端子。我国目前采用的是美国的三线端子，这个端子是由美国EIA（电子工业协会）标准EIA-770.2a规定的，按照这个标准，下到480i，上到720p的信号都是采用这个端子传输，而且并没有隔行、逐行的分别。其实***的D端子和欧洲的SCART端子也是不分隔行逐行的，D端子的D1到D5的标识不同只是告诉使用者这个机器只能输出（输入）某一个格式以下的信号（譬如D4就表示支持720p及以下格式）。
所以，YCbCr表示的是数字电视（视频）的色彩空间及数字接口，这是国际通用的标准。YPbPr表示的仅仅是模拟视频分量接口，而且仅仅是美国的标准（包括采用美国标准的其他国家）。

----其实AV领域的视频数字化都是从16－235取值的，而PC则一直是0－255。尽管HDMI规范中指出当接入的信号源来自DVI时，需要变换到兼容DVI1.0模式，但有三种情况例外，所以如果你的电视出现灰阶丢失的情况，要么是显卡或者电视厂商偷懒，要么就是碰到了那三种例外。实际在很多中高档DVD或者电视、投影机中都可以选择“FullRangeRGB”和“RGB”模式，来适应不同的状况。 请查看你的tv\pj 实际情况设置
以上文章援引N版的大作搭上08年的末班车--记SONY S550 BD-PLAYER,更新 与ps3的对比http://www.jd-bbs.com/viewthread.php?tid=1809022&page=1
上上下下看了好几遍了，发现.80%看不懂，就看懂最后一句...

[ 本帖最后由 laihamaj82 于 2009-1-8 15:23 编辑 ]

laihamaj82

看帖要顶的啊

mxg

太复杂了，能不能说的简单点。

laihamaj82

原文就这么复杂....而且感觉也不严密...我是弄不明白，才来请教高人的..

laihamaj82

沉了

emufan

其实没那么复杂....
功放不对HDMI视频灰阶进行改变
RGB还是Ycbcr这其实很好解决，如果你的显示设备支持，就用RGB，YCbcr其实还是有转换损失的，指4：2：2，如果不支持RGB，那自然就选Ycbcr 4：4：4

shengge_1980

转的好啊 已经下载下来了 谢谢lz

w0203j

很好的文章。。。感谢分享

醉大饿极

很有启发!

lamship

先收藏，再学习。

那接个VGA口，不是最简单快捷了？

优雅一剑

这么专业。

yashang11

留个脚板，谢谢了。