深入揭露：动态模糊与插黑技术内幂！转贴，虽然说的是显示器，可借鉴。

jdm001

视觉残留与动态模糊
　　以前有很多液晶显示器评测的文章都写道（包括我自己写的一些文章，为此实在是非常惭愧）：当响应时间（这里指真实的响应时间，而不是指规格标称的值，按ISO 13406-2标准测得的响应时间，并不能反映真实的响应时间）低到2-4毫秒的时候，我们就会完全忘掉显示延迟的存在，进一步降低响应时间大可不必，我们将完全看不到运动模糊和拖影。
　　终于，这样的液晶显示器出来了。目前新出的TN面板显示器，大都使用了RTC技术（即我们常说的灰阶响应时），达到平均只有几毫秒的响应速度。暂且撇开RTC技术和TN技术的先天缺点不说，在此重点讨论的是它们真正达到了2-4毫秒甚至更快的响应速度。如果把这样一部极速响应时的液晶显示器，与一部传统的CRT显示器摆在一起的话，很多人都会说还是CRT响应速度更快一些。
　　或许你会觉得奇怪，我并不建议等待液晶显示器的响应时间降到1毫秒、0.5毫秒甚至更低。当然，你可以等，但这样的面板并不能解决运动模糊和拖影问题。更进一步说，更快的液晶看起来不会比现在2-4毫秒的好多少，因为问题不在于液晶面板，而在于人的视觉的特性。
　　很多人都有过一种称为“视觉残留”的经验。盯着明亮的物体看上几秒钟，然后闭上眼睛，会发现视觉上还有该物体的影像存在，在数秒内逐渐淡去。研究表明，视网膜上准确的物体影像，在物体消失后，仍会持续10-20毫秒之久，之后该影像才快速隐退，如果物体足够明亮，还会留下一个轮廓。
　　得益于我们留意不到的不断刷新的动作，CRT很容易解决这一效应。现在的阴极射线管内的磷会有大约1毫秒的余辉，电子束每10毫秒扫描一次整个屏幕（以刷新率为100Hz计）。如果人眼没有视觉残留现象的话，会看到一条亮带，大概只有显示器宽度1/10那么窄，从上到下移动着。用不同的快门曝光时间对着CRT显示器拍照，很容易就可以证实这一现象。

　　快门1/50秒（即20毫秒）拍得的照片可以看到整个屏幕正常显示的图像。

　　快门1/200（即5毫秒）看到图像有很宽的一个区域显示为黑暗带。这是因为在这个时间里，电子束刚扫过半个屏幕（刷新率为100Hz的情况下），另一半屏幕上磷的余辉已经消失。

　　最后，1/800秒快门（即曝光1.25毫秒）下可以看到一条窄窄的亮带在屏幕上移动，在该亮带的后面留下窄窄的快速消退的区域，屏幕大部分地方都是黑色的。亮带的宽度取决于磷的余辉持续多久。
　　一方面，这种电子束扫描的方式，使我们不得不把CRT显示器的刷新率设高一些（目前的CRT基本上在推荐分辨率下都可以高于85Hz）。但另一方面，磷这样相对短的余辉时间，使CRT显示器比最快的液晶显示器还要快。
LCD与CRT动态显示的微观研究
　　让我们举个简单的例子，看看常用的TFTTest测试软件中，白色方块在黑色背景上是怎么移动的。我们取方块从左向右移动的连续的2个帧进行考察：

　　上面是这个过程的4个瞬间：第一个和最后一个是连续的那两个帧，另两个是显示顺显示前一个帧到下一个帧这个过程中的动作。
　　在使用CRT显示器的时候，在第一个帧中显示方块，但在1毫秒（磷的余辉时间）后迅速淡去，所以第一帧显示的方块在第二帧显示之前已经完全从屏幕上消失。由于视觉停留的效应，我们的眼睛会继续有10毫秒左右的时间看见它的存在，所以我们只是看到第二帧到达之前它迅速淡去。显示器显示第二帧的时候，我们的大脑同时收到2个影像：新位置上的白色方块和原位置上迅速淡去的白色方块。

　　与CRT显示器不同，主动矩阵液晶显示器没有闪烁。它在两个帧之间一直保持着显示。一方面，这解决了刷新率的问题（屏幕不会以任何频率闪烁），但另一方面，就象上面的图解所示。CRT显示器上两帧之间的前一帧迅速淡去，而液晶面板上的前一帧保持不变的显示。当第二帧到来，显示器在新的位置显示白色方块，并且旧的帧要在1-2毫秒之后才开始淡去（这里所用的数字都是以市面上新一代高速TN面板的液晶显示器为例）。但图像消失之后眼睛视网膜上的影像仍会保持10毫秒之久！并且在这个期间印刻与新的图像组合在一起。结果，第二帧显示之后大脑有10毫秒左右的时间同时收到2个图像信息：显示器上真实的第二帧画面和视网膜上残留的第一帧影像。这与大家熟知的模糊效应不同，旧的画面不是残留在响应速度慢的显示器上，而是残留在我们眼睛的视网膜上！
　　简而言之，当液晶显示器的响应速度低于10毫秒的时候，进一步加快只能起到比预期小的效果，因为人类视觉残留效应成为其中一个重要的影响因素。进一步说，就算液晶显示器的响应时间降到很低的值，主观上看起来还是会比CRT慢。区别在于视网膜上的后像保持时间：对于CRT显示器来说是从第一帧显示加上1毫秒算起；液晶显示器则是从第二帧到达的时间算起。这样，两种类型的显示器差别算起来有10毫秒的距离。
　　解决这个问题的办法是显而易见的。如果CRT屏幕看起来快是因为两个连续帧之间的大部分时间是黑的，从而允许视觉后像在新的一帧到来之前有足够的时间从视网膜上消失，那么我们就应该有意在液晶显示器的两个连续帧之间插入黑色的帧。
几种插黑技术的优缺点分析
　　BenQ已经把这一理念贯彻于BFI（Black Frame Insertion）插黑技术中。带插黑技术的液晶在输出画面之间插入额外的黑帧，从而仿效传统CRT的效果。

　　首先，选择在显示的图像之间插入黑帧而不是关闭背光。这对高速TN面板有效，但对MVA和PVA面板来说不断转向黑色太慢了。对目前的高速TN面板来说，切换黑色只花数毫秒时间，但就算最好的VA面板也要用上10毫秒时间。所以，VA面板插入黑帧的时间比从一帧转换到另一帧的时间还长，BFI插黑技术不适用。而且，不仅是帧的再生期（液晶显示器标准的刷新率是60Hz，那就是16.7毫秒），我们的眼睛也不能接受这么长的黑帧时间。如果黑帧持续时间太长，显示器就会象60Hz刷新率的CRT显示器那样闪烁。我想没有人会喜欢这样。
　　顺便提一下，有些评测说BFI插值使用翻倍的帧速，是不完全正确的。面板自身的频率随着插入的黑帧提高，但帧速仍然保持不变。从显卡的角度，根本没有发生任何改变。
　　所以当BenQ推出使用24寸PVA面板的FP241WZ显示器时，转而使用了另一种能达到同样目的的技术：黑帧不是插入到液晶矩阵，而是背光灯。也就是在适当的时候关闭背光灯。
　　用这种方式实现插黑不受面板响应时间影响，所以它既适用于TN面板，也适用于其它类型的面板。以FP241WZ为例，它的面板后面有16根独立控制的背光灯管。在每一个瞬间，16根背光灯中的15根是亮的，另一根处于半闭状态，以此模仿前面CRT显示器的效果，只不过CRT显示器是一条亮带从上到下运动，而BenQ液晶是一条黑带从上到下在运动。

　　为什么选择这种方式而不是只亮一根灯管（这样就可以真正模拟CRT显示器了）或每次开关所有的灯管呢？现代的液晶显示器工作在60Hz的刷新率，所以完全按CRT的做法会产生闪烁的画面，窄的黑带与显示器的刷新率同步（灯管关闭之前的地方显示前一帧，重新亮起之后显示新帧）这样可以部分解决前面所说的视觉残留现象，而又不产生可察觉的闪烁。
　　这种控制背光灯的方法会在一定程度上减低显示器的最高亮度，但对于时下亮度足够的液晶显示器不构成问题（很多显示器的亮度都已经高达400流明）。
插黑技术在3D游戏中的问题
　　测试表明，FP241WZ确实让主观上看到的显示器响应速度快了，不过虽然每一瞬间只是16支灯管中的一支关闭，某些情况下还是能够察觉到显示器有闪烁，特别是在显示大片纯色的时候。
　　这可能是因为刷新率不够高。正如前面所说，背光灯的开关与刷新率同步，所以一个周期是16.7毫秒（刷新率为60Hz的情况下）。人类的眼睛对闪烁的敏感度受很多因素的影响（譬如说，当100Hz的冷光灯出现在视野中间也就是你直视它的时候，很难察觉它在闪烁，但出现在视野边缘的话，要感觉它的闪烁就容易很多），因此可以认为是显示器垂直刷新频率还是不够，不过16根背光灯带来的总体效果还是更好的。正如我们所熟知的CRT那样，如果整个显示器以60Hz闪烁，不用特别留意就可以感觉到闪烁，用这样的显示器工作是件相当痛苦的事。
　　一种简单的解决办法就是把液晶显示器的刷新率提高到75Hz或85Hz。或许你会说很多液晶显示器本来就支持75Hz，但我说出真相的话会令你非常失望：这一刷新率的支持多数只是字面上的虚标。显示器每秒从主机接收75帧，但每5帧就会丢失1帧，实际面板上仍然是以60帧的速度显示。这可以用长时间暴光拍摄（约1/5秒，这样相机就可以捕捉到显示的一系列帧）显示的快速移动的特体的方法证实。从照片上可以看到，很多的显示器在60Hz刷新率下物体均匀移动着，但在75Hz下移动的特体会有跳动的现象，主观上看起来就象移动不流畅那样。
　　好的消息是，这个问题是完全可以解决的，很多显示器厂商都已经着手进行，不过还有另一个问题：更高的刷新率需要显示器接口更高的带宽支持。具体一点，1600x1200和1680x1050像素分辨率的显示器，将必须使用Dual Link DVI才能传输75Hz刷新率的信号，因为Single Link DVI只有165MHz的带宽已经不够用。给显示器加入Dual Link DVI支持不是什么难事，但会产生跟很多显卡不兼容的问题，特别是很多旧显卡。
　　实在太有趣了，面板响应时间不变的情况下，提高刷新率就可以降低模糊现象。这又与视觉残留现象有关。试想一个图像在刷新率为60Hz的一个帧的时间内（16.7毫秒）移动1厘米。当下一帧到来的时候视网膜上看到新的图像加上上一帧的残像而且两者之间有着1厘米的距离。如果帧速提升1倍，眼睛将接收到间隔8.3毫秒而不是16.7毫秒的帧。这意味着新旧两个相邻画面之间的距离减少一半。从视觉上来说，移动物体后面的拖尾也缩短一半。由此，非常高的帧速看起来就象现实生活中看到的一样，也就是说没有任何模糊现象。
插黑技术与视频播放的难题
　　不过，还有一点必须弄清楚，简单提高显示器的刷新率，也就是象CRT显示器那样以避免闪烁，是不够的。必须所有的帧都是独立的，否则提高帧速只是枉然。
　　简单提高显示器刷新率会在游戏中产生可笑的效果。就算是用新一代的主流显卡，多数新的3D游戏能达到60fps就很不错了，除非使用非常强劲的显卡，否则提升液晶显示器的刷新率不会对改善模糊现象有任何作用。也就是说，游戏中的模糊现象由显卡和液晶显示器共同决定，只有显卡的帧速达到85或100fps时，把LCD显示器的刷新率提升到85或100Hz才有意义，过去认为模糊完全取决于显示器属性的想法是错误的。
　　视频的情况更为复杂。不管你用什么显卡，多数情况下视频都只有25fps，或30fps。有一个解决办法：在视频播放的时候，按每对相邻帧的平均值生成更多的帧数，把这些帧插入到视频流中。通过这种方法，就算在目前的显示器上也可以有效降低模糊现象，因为目前的显示器60Hz的刷新率已经是视频帧速的2倍。
　　这一方案已经应用于三星100Hz的LE4073BD电视机。它整合了一个DSP数字信号处理器，能够自动生成中间帧并把它们插入到视频流的主帧之间。一方面，与没有这种功能的电视机相比，LE4073BD确实有效地把模糊现象降低了很多。不过这种新技术同时也产生了意外的副作用：画面中的运动看起来显得不自然地平滑。有些人喜欢，但多数人宁可忍受平常显示器轻微的模糊也不愿看到这种看起来奇怪的感觉，特别是在当今液晶显示器的视频模糊现象已经降到不是很容易察觉的情况下。
总结：液晶的现在与未来
　　除了这些问题之外，还会有一些纯技术的问题。譬如，把刷新率提升到60Hz以上，将逼着1680x1050分辨率的显示器也非用Dual Link DVI不可。
　　最后总结一下，有三点是特别需要强调的：
　　A：对于实际响应时间低于10毫秒的液晶显示器来说，进一步降低响应时间带来的效果甚微，因为这时人类视觉残留现象成为一个需要考虑的关健因素。CRT显示器帧之间的黑色显示给了视网膜足够的时间以“忘掉”前一帧，但传统的液晶显示器没有这样一个黑色显示的阶段——每一帧都是连续的。这样一来，进一步提升液晶显示器速度的努力主要在于如何解决视觉残留效应，而不是进一步降低响应时间。顺便说一下，这不仅是液晶显示器的问题，同时也是其它使用主动矩阵技术像素点持续发亮的显示器的问题。
　　B：目前最有效的技术是象BenQ FP241WZ那样暂时关闭背光灯的技术。而且这技术相当容易实现（唯一不好的是必须使用很多支背光灯管，不过这对于大屏显示器来说是可以解决的问题）。这种技术适用于任何类型的矩阵式显示器并且没有严重的缺陷。或许这种新型的显示器必须提升到75-85Hz，不过厂商会通过其它的途径解决闪烁的问题（在前面提到的FP241WZ中仍然可以察觉到，没有解决好），所以应该等待其它更为完善的背光闪烁产品出现。
　　C：通常情况下，就算不使用前面提到的新技术，当今的显示器（任何一种矩阵式）对大多数用户来说都已经足够快。所以如果对目前市面上的显示器仍不满意的话，就只好等待成熟的背光闪烁技术的显示器了。
　　前面只是粗略讲解了液晶响应时间与动态模糊问题的新进展，在接下来的文章中，还会一一对显示器的接口类型、对比度（标称值、实际值、动态值）、色彩还原（色域与LED背光、色温问题）、周围环境与显示器设置的问题进行探讨，敬请关注。

fish2005

楼主你这文章太老了，还是灯管时期的理论呢，现在led背光都5年了。
再一个响应时机5ms，是指液晶最快的颜色转换，平均颜色转换要15-20ms，因此怎么折腾也没用。
要想没有延迟，用oled，真正的无拖影，无漏光，无可视角度问题。但是现在没有平面的，另外寿命也不行

KEN大评测

现在所谓的插黑，其实就是关闭背光灯，文章确实有点跟不上时代~

jdm001

虽然是老文章，还是有很多新人需要教育。