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空叔

我们期待的显示质量——向人眼极限前进

科技与未来

2009-07-01 17:19

显示器和平板电视的尺寸越来越大了，价格却越来越低了，这些成就固然令我们欢欣鼓舞，但最重要的画质却不能被忽略。在本期前沿技术栏目中，CHIP将向您介绍提高画面视觉质量的相关技术。       人通过视觉、听觉、嗅觉、触觉和味觉来感受外部的世界，其中视觉是最重要的一种感知能力。在380~780纳米这个小小的波长范围内，大自然赋予人眼奇妙的功能，可以看到斑澜的色彩，追踪高速运动的物体。在显示器上，打印纸上，照片上，投影上重现最逼真的色彩和影像，是科学家们不懈追求的目标。我们选购视觉相关的IT产品时，关注的不仅仅是分辨率、像素数等等“硬”指标，图像质量也是考量的重要因素，它大致取决于色彩、精细程度和真实程度等几个方面。在过去的数年中，显示技术的进步使得显示器、平板电视和投影机可显示的色彩越来越多，影像越来越细腻，几乎消除了拖尾和延迟，这成为显示设备大屏化、高清化潮流之中的亮点。在本期前沿技术栏目中，CHIP将向您介绍显示画面质量相关技术的最新进展。 好“色”有道：广色域型新光源       出色的图像质量离不开逼真和绚丽的色彩。在显示器发展史上，“特丽珑”和“钻石珑”曾经写下浓墨重彩的篇章，广色域CCFL和多色滤色片也为改善液晶显示的画质立下过汗马功劳。如今，我们该期待哪些色彩技术呢？高演色白光LED光源是决定液晶显示质量的重要因素之一。早期的液晶显示器使用的普通CCFL光源大约能够达到72% NTSC色域，仅仅勉强达到Windows的标准，这也使得挑剔的消费者感到难以接受。广色域CCFL光源的应用扭转了这一局面，不过它也仅仅能达到100% NTSC色域范围。LED光源则比广色域CCFL光源更具实力，在2008~2009年发布的液晶显示器和平板电视新品中，采用LED光源的高端产品已经达到80%以上。      高演色型白光LED光源比普通伪白色LED光源色彩更丰富的奥秘所在是它使用了独立的红色和绿色的荧光体，而不是像后者那样采用蓝光+黄光的方式，不过它的发光强度和寿命也略逊于后者。以夏普公司开发，并在2009年1月发布的GM4BN653C0A高演色型白光LED为例，它由蓝光氮化镓芯片和红色、绿色两种荧光体组成，通过滤光片分解后可以得到较为纯正的RGB三色光线。夏普公司新开发的产品通过提高荧光体的色彩转换效率、封装的光取出效率和蓝光LED的发光效率，使得这种LED的亮度比上一代产品提升了13%，除了采用高效的荧光材料外，夏普还加入了在红/绿色峰值之间加深波谷的荧光物质，以提高两种颜色的区分度。目前，主要液晶平板电视和面板供应商都开发了高演色型白光LED，并应用于主流平板电视和显示器产品中。从2009年开始，它们已经逐渐推广，价格也趋向平民化。 RGB三色LED       RGB三色LED的色域更加宽广。早在数年前，索尼就在自己旗下的天价液晶电视Qualia 005上使用了被称为“Triluminos”的RGB LED，此后在2007年8月发布的BRAVIA KDL-70X7000和2008年8月发布的BRAVIA XR1（这些型号都属于索尼的高端产品）上，索尼也使用了RGB LED背光，但它们的排列方式并不一样。 早期的以对红色的表现力出色而闻名的Qualia 005背光模组是平行排列的每组5枚绿/红/蓝/红/绿LED，KDL-70X7000则使用了4个一组菱形排列的上下绿色，左右分别为蓝色和红色的LED。最新的XR1则是将KDL-70X7000的排列方式顺时针旋转了45度，变为矩形排列。这也反映了LED背光技术近年来的进步：由于发热量降低，LED模组可以封装得更紧密，同时，LED发光效率也有所提高，人眼敏感的颜色区域也作了相应的优化。除了索尼之外，其他厂商也推出了大量的RGB LED背光显示器和液晶电视产品，定位也多集中于高端，比如半年前发布的，拥有134% NTSC色域的惠普Dreamcolor LP2480ZX显示器，以及LG Display推出的RGB背光型17.1英寸笔记本电脑用液晶屏等等。       除了液晶显示外，投影机也对RGBLED背光青睐有加，以前在各大展会上频频亮相的超小型投影机自不必说，就连普通家用型/商用型投影机也开始采用RGB LED作为背光光源。LED背光的寿命长达50000~60000小时，耗电量和发热量都很小，虽然它们的亮度不及传统光源，但可以达到的色域也是传统光源所不能比拟的。以著名的Luminus公司为例，在该公司网站上拥有封装面积从3.9平方毫米到12平方毫米的5种投影用RGB LED，分别对应从超便携到全高清家用/商务市场的投影产品，其中PhlatLight PT120/121都可达到相当于白光3000ANSI流明的亮度。       除了LED外，激光也是受到显示厂商青睐的新型光源，它单色性好，功率高，激光光源能够显示的色彩更丰富。不过，激光方向性强的特性也决定了它目前难于在平板电视和显示器上找到用武之地，但在投影机和背投电视上，激光的应用前景却被广泛看好。       由于激光是单色性最好的光源，因此它可以达到令人惊叹的广色域。比如三菱公司2009年4月刚刚发布的一款超短焦距的投影机，除了在距离屏幕63厘米的地方就能投射100英寸的画面以及7000流明的亮度之外，它使用的RGB三色激光光源还使它的色域能够达到“液晶电视的两倍”——也就是170% NTSC色域。在背投电视上，激光光源也可以大显身手，早在2006年，三菱就展出了一款能够达到200% NTSC色域的激光背投电视，2009年4月，三菱已经将这款电视的65英寸型号推向北美市场，但6999美元的售价让人难以问津。 从500:1到200万:1：不断攀升的亮度和对比度       除了色彩技术外，亮度和对比度的改善也对画面质量的改善起着重要作用。早期的液晶显示存在着亮度和对比度不足的问题，但目前的液晶显示技术使得这两个问题得到了完美的解决。 区域亮度控制技术       区域亮度控制技术（Local Dimming）是一种依靠控制不同区域背光亮度来提高对比度的技术。CES 2008展会上，东芝展出了这一技术，它将液晶屏幕分为可以单独控制亮度的几十甚至上百个部分，显示黑色和暗色部分的区域可以熄灭或分级降低LED的光输出功率，将静态对比度提高到100万:1的级别，很好地改善了图像的质量。在此之前，杜比已经展示了类似的Dolby HDR技术。到2008年下半年，使用LED背光模组的平板电视开始纷纷引入这一技术，因为它不仅仅能提高对比度，改善画质，更可以节电40%以上，可谓一举两得。目前，区域亮度控制技术已经得到进一步的发展：端面照明型LED背光系统的区域亮度控制技术使得超薄液晶也能享受到更高的画质，更复杂的RGB LED背光系统，比如索尼的旗舰机型BRAVIA XR1系列也可以使用区域亮度控制技术。东芝采用端面照明型的白光LED的新一代机型REGZA ZX8000系列的动态对比度已经可以达到200万:1，这是一个令人惊叹的水平。       通过区域亮度控制技术，XR1可以完美地表现月光下的大竞技场，这需要极高的对比度。 其他部件的改进       对TFT、光学膜等方面的改进也使得液晶显示的亮度和对比度得到提升。在FPDI 2008上，多家公司报道了面向大屏幕液晶显示的低电阻铜布线工艺技术。这些铜合金包括铜锰合金、铜镁钙合金等等。使用铜布线代替此前的铝布线工艺可以有效地减轻画面模糊、斑点，并提高液晶面板的开口率。       在光学膜等方面的改进也可以有效提高液晶显示的亮度和对比度，比如3M公司开发的一款新型反射膜就同时具有增透和反射型偏光功能，日本制纸化学则开发了 兼具高对比度和防反射能力的光学薄膜。日本Taica公司开发了一种柔软的硅基凝胶，它在380nm～780nm可见光区的透射率高达99%以上，并具有接近于聚甲基丙烯酸甲酯的柔韧性，缓冲性、低应力、耐久性及耐光性也十分出色。如果把这种硅胶填充在液晶面板表面的聚甲基丙烯酸甲酯板和偏光层之间，可以使显示器的亮度提高10%。填充在LED光源和导光板之间时，可以使亮度增加15% 。这种凝胶还可用作涂层，以改善显示器的视角和对比度。 PDP的改进       与液晶的风光无限相比，等离子显示（PDP）却由于能耗、成本等因素显得日薄西山。特别是先锋、东芝先后退出等离子面板业务之后，松下显得更加形单影只。不过，等离子电视一直在逆境中前行。目前等离子电视的对比度也已经上升到10万:1，通过使用发光效率为原来3倍的荧光粉，新型放电气体和电子源材料，以及改进电极结构，松下在2009年初发布的新PDP面板也值得用户瞩目。特别是它的耗电量已经接近液晶电视，厚度也仅有8.8毫米。 平民的广视角       在液晶显示器领域，虽然高端产品一直被VA和IPS两类广视角产品把持，但主流产品中却一直缺乏广视角产品。不过，从2008年下半年来，广视角面板也逐步走向平民化，厂商通过改进电极结构、简化光学膜等手段，降低了广视角液晶面板的成本。以目前最热门的E-IPS为例， 它比起高端的H-IPS在色域、色彩饱和度等方面虽然有不少差距，但与普通TN型显示器相比，在视角方面拥有相当大的优势，几乎不弱于高端的H-IPS。我们知道，屏幕越大，视角问题也就越突出，采用广视角屏幕的必要性也就越大。随着大屏，全高清液晶显示器的普及，未来平民型广视角产品将取代TN液晶占领主流市场。 更精细的图像：图像计算的威力       除了色彩、亮度和对比度以及分辨率外，图像的精细程度影响也是显示效果的重要因素。液晶电视和显示器通过哪些手段显示完美的高速动态画面？如何让低分辨率视频在全高清屏幕上有更佳的播放效果？计算技术可以解决这些问题。 多倍频显示技术       早期的液晶显示器和电视在播放高速动态画面，比如F1赛车、足球等节目时，总会产生讨厌的拖尾。为了消除这些拖尾， 过驱动技术应运而生，通过精细地控制偏转电压，过驱动技术有效缩短了液晶分子的响应时间。不过，过驱动技术并非万灵药，目前使用的液晶响应速度的极限大约为4毫秒，想要更好地表现动态画面，就必须另辟蹊径。一条技术路线是采用新型的液晶分子，比如三星公司开发的蓝相液晶技术，它的响应速度比普通液晶快得多，可以轻松达到240Hz的刷新率，但目前还不成熟；另一条技术路线就是想办法“欺骗”人眼。根据视觉原理，科学家又开发了插入黑帧技术，通过在两帧图像之间插入一幅黑帧来得到更快的响应。但是，这一技术对响应较快的TN液晶还算适用，但对于响应速度慢的VA或IPS方式就有些力不从心，因此一些广视角型号采取了关闭背光的形式来得到黑帧。       在液晶电视的应用上，仅仅插入黑帧的效果也很难令人满意，倍频和多倍频技术则是目前流行的解决方案。这种技术的要点是向相邻的两帧之间插入经过计算得到的一幅到多幅相似的过渡帧，从而减弱液晶分子的稳态效应，使得回放动态视频更加流畅。随着电视处理器的进步，2007~2008年出现的120Hz技术（1:1插入）已经进化到了更为流畅的240Hz技术，这意味着针对每帧画面要生成3帧插入画面，这样的刷新率对液晶电视处理器是一个很大 的考验，也接近了通用液晶分子响应速度的极限。2009年初以来，索尼、东芝、三星、LG等国际厂商和康佳等国内厂商都推出了相应的240Hz产品。LG则更进一步展示了Trumotion 480Hz技术，它结合了240Hz技术和背光扫描技术，可以更流畅地显示动态画面，相关产品将在2009年下半年上市。 图像精细化技术       在使用高分辨率的平板电视和显示器全屏显示播放低分辨率的视频时（比如用全高清电视播放DVD），较为粗糙的画面可能会让用户感觉非常不爽，因此厂商开发了图像精细化技术，试图通过图像计算，由原图生成更精细的图像来解决这一问题。       在各类图像精细化技术中， 索尼的技术实用化较早，但以东芝的超解像技术最为有名。早在2 0 0 8年，东芝就演示了使用Ce l l 处理器进行图像精细化处理， 将数字微波电视节目（1440×1080）转化为全高清的超解像技术，在CES 2009上，东芝进一步演示了用Cell处理器将全高清内容转化为4KX2K的超解像技术，处理水平也比前者提高了很多。东芝采用的超解像算法是首先分析输入的讯号，并将信号区分为“纹理部分”、“边缘部分”和“平坦部分”三类，然后针对纹理部分进行超解像处理，生成边缘清晰的影像。接下来再对缩放后的图像进行一次降频转换，检测出与原输入图像的差分，再对差分部分进行补偿，最后生成画质更好的超解像图像。针对一帧图像，强大的Cell处理器可以将它重构化三次，以得到最佳的超解像画面。令人遗憾的是，Cell处理器目前尚未应用在东芝的量产机型上，这可能是成本的原因。不过在REGZA系列电视上，东芝配备了“简化版”的超解像技术，能将各类低清晰视频，如DVD画质转换为接近全高清画质输出，它的原理与前述的方法一样，但针对每帧画面只能进行一次重构化。目前这一技术已经进化到第二代，并应用于预定今年夏天发售的ZX8000/ZH8000等系列机型上。除了在电视上应用超解像技术以外，东芝还在笔记本电脑上也应用了超解像技术，并开发了面向Web内容的功能，能够将那些上传至视频共享网站的低帧率视频，比如利用数码相机的视频功能拍摄的10～15帧/秒的帧率提高至2倍，最大可提高至60帧/秒。       日立也开发了自己的超解像技术，但没有公布具体的技术细节，但基本原理是通过分析输入影像的亮度信号计算出解像度，然后对画面的多个部分同时进行超解像处理，因此可分别为同一画面上同时显现的SDTV影像与HDTV影像（如实况转播画面）变换处理内容。该技术还可识别出高清晰部分（近景等）以及模糊部分（背景等），然后进行超解像处理，不会破坏画面的距离感。而此前的超解像技术将SDTV影像转换为HDTV影像时，通过使用固定倍率放大显示具有不同解像度的影像的效果则会使画面的层次感大打折扣。此外，三菱电机也在最新发布的一款23英寸显示器上搭载了针对网络、DVD等视频应用的超解像技术，这一技术为该公司自主开发，细节目前还不得而知。 转自http://www.chip.cn/index.php?option=com_content&view=article&id=531:2009-07-01-10-14-32&catid=6:science-future&Itemid=14

yekai

文章立论错了。

个人以为，最高的显示质量不是“人眼极限”。

而是再现大自然。
也就是说显示出来的图像和你真正看到的大自然的图像。不管是黑的伸手不见五指，还是亮如日光。

（做得到吗？）

而人眼是会调光、调聚焦的，人眼是会自动调整的。
人眼可以看亮环境（如商场）的平板电视机，人眼也可以看全黑环境下的电影院画面。

[ 本帖最后由 yekai 于 2009-7-27 20:40 编辑 ]

空叔

理论上是做不到的，就好比想真正“模拟地球”的计算机，因为地球上存在一个它，它和他自身的能力是相同的，所以无法做到完全真正的模拟地球。

我心微红

学习了，谢过楼主。

xianpiao

原帖由 yekai 于 2009-7-27 20:38 发表
文章立论错了。

个人以为，最高的显示质量不是“人眼极限”。

而是再现大自然。
也就是说显示出来的图像和你真正看到的大自然的图像。不管是黑的伸手不见五指，还是亮如日光。

（做得到吗？）

而人眼是 ...

还是版主看问题客观，一针见血指出该文章的弊端!佩服!

小狗飞刀

路过看看。。。。。。。

友山

ＬＣＤ来挑战人眼极限太强为所难了．还是期盼ＯＬＥＤ和激光电视吧．[s:14]

SDCITIC

有梦想就有希望

空叔

原帖由 yekai 于 2009-7-27 20:38 发表
文章立论错了。

个人以为，最高的显示质量不是“人眼极限”。

而是再现大自然。
也就是说显示出来的图像和你真正看到的大自然的图像。不管是黑的伸手不见五指，还是亮如日光。

（做得到吗？）

而人眼是 ...

科技以人为本，很多显示设备的显示方式也是建立在满足人眼的特性上，所以强求本真不如寻求满足人眼极限来的实际。

就拿分辨率来说，一部播放电影画面的显示设备，追求其画面中的物体能够清晰到用专业显微镜看清夸克级的显示是没有必要的。

emufan

只是个08年显示新技术汇总的文章，标题党了一下

fff91

人眼对光线更敏感，还追求人眼极限，汗死。你人眼睛分辨能力你知道吗，还极限，老是玩些空洞的理论上的东西，真服了你空叔，空叔果然很空啊。
就是印刷上用的色彩，不是专业人士已经分辨不出什么区别了，而且每个人对颜色看出都或多或少有偏差，还极限，那我请教RGB就相差1，你能区分出吗？显示设备肯定能显示，你人眼能分辨吗？
另外电视的色彩不算多吧，但是人眼能区分出多少呢？人的眼睛识别色彩的能力是有限的，根本不是所谓的显示设备跟不上人眼的极限。而是人对色彩或者相近色的识别能力很有限。

空叔

原帖由 fff91 于 2009-7-28 10:10 发表
人眼对光线更敏感，还追求人眼极限，汗死。你人眼睛分辨能力你知道吗，还极限，老是玩些空洞的理论上的东西，真服了你空叔，空叔果然很空啊。
就是印刷上用的色彩，不是专业人士已经分辨不出什么区别了，而且每个人 ...

好，既然你请教了，就指导你下RGB值差1的辨识问题~

下图左上角方块同背景之间RGB值就差1，合格的显示设备可以轻松明晰的显示，正常人眼也都可识别~

空叔

对于连
Dolby TrueHD5.1与Dolby Digital5.1
DTS-HD Master Audio   与 DTS
都认为没区别的人，去质疑标准制定者吧~

fff91

原帖由 空叔 于 2009-7-28 10:23 发表


好，既然你请教了，就指导你下RGB值差1的辨识问题~

下图左上角方块同背景之间RGB值就差1，合格的显示设备可以轻松明晰的显示，正常人眼也都可识别~

懒得回复你了，RGB相差1的色彩，我不放在同一图象上，你能看出区别是差1？同样背景都是黑色，只是这黑色的值就是多1和少1，你眼睛能分辨出来，那我不说了，行了吧，伟大的空洞专家空叔。

fff91

原帖由 空叔 于 2009-7-28 10:32 发表
对于连

都认为没区别的人，去质疑标准制定者吧~

恩，区别是有，就怕给你听你也未必能分辨得出，发现您这空叔可够空洞的。你怎么不说人人的耳朵都很专业呢，人家大部分人2.1都觉得听得很满意，电视的2声道立体声也没觉得什么不好，像你这样音频视频超专业的专家可真少见呢[s:14] 只可惜发来发去的全是些空洞的，我不是胡说，你先普及下你所说的Dolby TrueHD5.1与Dolby Digital5.1
DTS-HD Master Audio   与 DTS区别吧[s:14] 。