“動態(tài)對比度”是數(shù)字“游戲”還是眼睛“戲法”？

對比度的“來歷”

    如果有人問近一段時間液晶顯示器市場最熱門的話題是什么？“對比度”的受關(guān)注程度肯定會拔得頭籌。長期以來，液晶顯示器的對比度一直在300∶1～500∶1之間徘徊；仿佛突然之間，市場上就冒出一種1600∶1的顯示器，緊接著2000∶1，甚至5000∶1(液晶電視機)大關(guān)都相繼失守。就在我們驚詫四位數(shù)對比度的同時，我們也對一個新的名詞“動態(tài)對比度”產(chǎn)生了疑問，如此夸張的參數(shù)到底是如何得來的呢？

　　在正式介紹對比度概念之前，我們先來給大家復習一下液晶顯示器的工作原理(圖1)。

圖1 液晶顯示器也就是我們常說的LCD，它的工作原理是：背光模塊可以看成均勻的面狀光源，發(fā)出的背光通過偏光片之后再經(jīng)過液晶分子層(控制液晶分子的偏轉(zhuǎn)角度進而控制不同的灰階亮度)，然后透過彩色濾光片(分離出R、G、B三原色)，經(jīng)過第二道偏光片，最后射出(人眼看到圖像)

　　對比度這個概念早在CRT(Cathode Ray Tube：陰極射線管)顯示器時代就有了，專業(yè)的說法是屏幕中最亮像素的亮度減去最暗像素亮度再除以最暗像素亮度，其具體的計算公式是：

　　但在很多場合因為最暗處亮度的數(shù)值實在太小，為方便起見，常認為白色畫面亮度與黑色畫面亮度的比值(近似值)就是對比度。

　　按照上面的計算方法，對數(shù)學敏感的讀者很快就意識到液晶顯示器在全黑屏幕下并不是完全意義上的“黑屏”，此時依然會有部分光線透射出來，否則屏幕的對比度數(shù)值上就會趨向于無窮大。

　　事實上也是如此，即使液晶分子處于“完全關(guān)閉”的狀態(tài)*依然不能實現(xiàn)無光的黑屏，這時透射出來的細微光線大約會有0.1～1.0cd/m2的亮度，這就是我們常說的“黑不下來”的情況。黑不下來帶來的負面效果是顯而易見的，專業(yè)領(lǐng)域的處理會令影像在暗處失真，工程師的“所見”未必就是“所得”；對于普通用戶來說，在欣賞圖片或者電影的時候，深色部分泛白，顏色缺乏過渡，有時甚至會嚴重影響顯示效果。

　　*注釋：“完全關(guān)閉”在工程學上是指控制液晶分子的偏轉(zhuǎn)角度，讓光線完全不能通過，但實際上并不能遮擋住全部背光。

為什么CRT顯示器就沒有對比度的“困擾”呢？

　　心細的朋友可能會納悶為什么在CRT顯示器時代，對比度沒有引起人們的廣泛關(guān)注呢？甚至現(xiàn)在用料已經(jīng)極度“精簡”的CRT顯示器，最低端的產(chǎn)品依然可以擁有比主流LCD更好的對比顯示效果，這又是為什么呢？

　　1）CRT顯示器屬于模擬顯示，在灰度上能夠連續(xù)變化，從而在理論上可以顯示出無窮多種顏色；但LCD顯示器受到材料和驅(qū)動電路的困擾，能夠?qū)崿F(xiàn)256階控制的產(chǎn)品(16.7M 色)已經(jīng)屬于中高端產(chǎn)品了，所以更不要期望它在對比度上有更好的表現(xiàn)。

　　2）CRT顯示器的發(fā)光原理是通過電子束撞擊熒光粉來主動發(fā)光，因此想降低亮度，只需控制電子的數(shù)量就可以輕松做到；顯示完全的黑屏時，控制偏轉(zhuǎn)磁場不讓電子通過即可。但是LCD顯示器要靠背光來照亮，如果背光的亮度不改變，那么即使在完全黑屏狀態(tài)下，依然會有部分光線透射出來。

　　基于以上兩點，CRT顯示器有著比LCD顯示器更優(yōu)秀的對比度表現(xiàn)，在購買CRT顯示器時，對比度參數(shù)就不是那么重要了。

提高亮度可以提高對比度嗎？

　　單看對比度的計算公式，很多朋友可能會想：提高對比度除了讓“黑的更黑”，還有一種辦法就是讓“白的更白”，那提高顯示器亮度不就可以了？

　　隨著技術(shù)的進步，制造出高亮度的背光模塊并不是什么難題�，F(xiàn)階段LCD的亮度普遍都達到了200cd/m2以上(CRT顯示器通常只有100cd/m2左右)，如果我們制造出一臺800cd/m2的顯示器，那對比度參數(shù)豈不是要翻兩番？

　　但事實上并不是這么簡單，一味地提高亮度，會造成圖像過曝、高亮度部分失真的問題。而且過高的亮度看起來非常刺眼，用戶使用時還要自己去把亮度降下來，實在多此一舉。最主要的原因還在于亮度提高的同時，相應的漏光問題并沒有得到解決，黑色亮度(下限)也會相應提高，反而會造成對比度參數(shù)下降，因為相比上限的增加，下限的變化要更快一些。

　　在顯示器上，想通過單純增加亮度來提升對比度的方法遭遇“兵敗滑鐵盧”；不過在液晶電視上，高亮度的面板卻得到了推廣，主要是二者的應用領(lǐng)域和用途并不完全相同。

提高對比度都有哪些“捷徑”？

　　現(xiàn)在我們大家都知道了對比度的不足之處在于“黑不下去”，那就要想辦法來解決這個問題。其中既有革新性的技術(shù)，當然也有不少“曲線救國”的妙招。

　　●扎扎實實：面板上的革新

　　只要液晶顯示器的面板還是用液晶分子來遮光的，就不能稱之為革命，所以我們把面板上的改進稱作“革新”。面板上的革新實際上就是在液晶材料上想辦法，尋找遮光能力更好的液晶分子，并在液晶分子的排列上做文章，以期待改進后的結(jié)構(gòu)可以遮住更多的光。這些革新與提高液晶面板可視角度的技術(shù)組合在一起，就是現(xiàn)在眾多的廣視角面板，如S-PVA、S-IPS等。從指標上來看，新面板并沒有在數(shù)字指標上突飛猛進，但是它們將液晶顯示器的對比度參數(shù)提高到700∶1，甚至1000∶1。

　　●另辟蹊徑：動態(tài)對比度

圖2 TN(左)、MVA/PVA(中)、IPS(右)面板在像素組成結(jié)構(gòu)上的差異

　　液晶顯示器的特性決定了其沒有辦法像CRT一樣顯示出真正的黑色，但是如果能夠降低燈管的亮度就可以讓黑色看起來更黑，這種方法是切實可行的，于是各家公司都在這方面做起了文章，比較有代表性的就是三星的Magic Contrast和LG的Digital Fine Contrast(DFC技術(shù)，有興趣的讀者可以參考本刊9月上第150頁的《LG銳比技術(shù)探秘》一文)，它們都是通過分析輸入信號中的亮度信息來實時調(diào)整背光亮度，達到更好的對比度效果(詳見后文)。

對比度是如何測出來的呢？

　　目前業(yè)內(nèi)認可的對比度測量方式是ANSI(美國國家標準化組織)的標準測試方法，其具體步驟是先將待測顯示器的亮度參數(shù)和對比度參數(shù)進行優(yōu)化，在保證細節(jié)層次的情況下把亮度和對比度調(diào)節(jié)至最大，然后讓顯示器顯示ANSI對比度測試圖(圖3)，測試圖由16個黑白相間色塊組成。

圖3 ANSI對比度測試圖

　　分別測出16個色塊中心的亮度，8個白色塊的亮度平均值就是最亮亮度，8個黑色塊的亮度平均值就是最暗亮度，然后二者之商就是最后得到的對比度參數(shù)。這種測試方法能夠真實反映顯示器的實際工作狀況，因此測量值被稱為“有效對比度”或者優(yōu)化對比度。

　　按照有效對比度的測量方法，絕大多數(shù)廠商的顯示器是根本達不到1000∶1以上的對比度的，那么它們所謂的“動態(tài)對比度”又是如何測量出來的呢？下面我們來看一個例子。

　　這種測試方法又被稱作Full On/Full Off(全開全關(guān))測試法，按照這種方法，我們可以看到這臺顯示器的對比度就是243÷0.151=1609∶1(近似值)。

圖4 Step 1：首先調(diào)整好LCD顯示器的亮度和對比度參數(shù)等待測試

圖5 Step 2：在全黑環(huán)境下讓LCD輸出全黑畫面來測量其最暗亮度——0.151cd/m2。(注意：此時顯示器正在啟用動態(tài)對比度技術(shù)，背光模塊幾乎到了不工作的狀態(tài)。)

圖6 Step3：在屏幕的右上角輸出白色方塊來測量其最大亮度——243cd/m2

動態(tài)對比度，“噱頭”還是“餡餅”？

　　現(xiàn)在相信大家對動態(tài)對比度這個概念已經(jīng)非常清楚了，那么動態(tài)對比度到底都有哪些用武之地呢？它是廠商宣傳時的噱頭，還是用戶實實在在的餡餅呢？

　　就像“聲學心理學家”通過對人耳的分析最后能夠用兩只音箱模擬出環(huán)繞聲一樣，現(xiàn)在“視覺心理學家”也在做同樣的事情。動態(tài)對比度的出現(xiàn)就是利用了人眼生理學的特點，人眼在視覺上的特點與測試儀器并不完全相同，最終人眼感受到圖像的好與壞，并不能用單純的數(shù)字指標去衡量。下面就讓我們一起去看看動態(tài)對比度是如何來“欺騙”我們眼睛的。

　　在一個場景中，液晶顯示器顯示的是藍天白云，這時只有很明亮的屏幕才能正確表達出天空的碧藍和云彩的潔白；如果此時屏幕亮度偏低，我們會看到天空變得灰暗，而且云彩周圍沒有細節(jié)，過渡變得非常不明顯(圖7)。

圖7 對于整體顏色較明亮的場景，液晶顯示器就需要較高的亮度去表現(xiàn)

　　在另外一個場景中，我們需要表達的是一個黑夜，本來應該是漆黑的天空因為黑色不純而變得灰蒙蒙的，看起來顯得有些泛白，天上的星星就顯得更不合邏輯(圖8)……

圖8 對于整體顏色偏暗的場景，如果使用較高的亮度去表現(xiàn)，就會出現(xiàn)嚴重的失真

　　這些場景在以前都是非�？简炓壕э@示器的，不過動態(tài)對比度技術(shù)另辟蹊徑解決了這些問題。首先對于第一個場景，如果顯示器發(fā)現(xiàn)場景的整體亮度較高，它會“通知”背光模塊增加背光的強度，這樣一來天變藍了，云朵重疊的輪廓也可以更清晰的表現(xiàn)出來(此時暗部的亮度也隨之提高)。在第二個場景下，液晶顯示器會自動降低背光模塊的輸出亮度，雖然此時星星的光芒會變得更加暗淡一些，但在更黑的夜空背景中反而更加真實了(此時亮部的最大亮度也隨之降低了)。

圖9 包裝箱上的比對度

　　所以動態(tài)對比度的意義就在于動態(tài)地改變背光的強度，以實現(xiàn)更高的對比度效果。從技術(shù)上來講，這是一種非常有實際意義的創(chuàng)新，而且也是以后顯示器發(fā)展的一種趨勢。不過現(xiàn)在的動態(tài)對比度技術(shù)仍然有一些不足，那就是只能控制整個背光模塊亮度的變化，而不能單獨控制某一塊區(qū)域；正是這種限制，造成顯示器的最大亮度和最小亮度并不能出現(xiàn)在同一幀畫面上。因此也有人把“動態(tài)對比度”看作是廠商宣傳的一種噱頭，但是相信新技術(shù)的引入會逐步改變這一尷尬場面，比如配合LED背光技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)可以生產(chǎn)出104∶1(有效)對比度的液晶面板。

　　結(jié)語

　　“動態(tài)對比度”對于廣大新手朋友們來說可能還是一個全新而且夸張的概念，對于很多成熟的老鳥來說也許根本不屑一顧，但對于這樣一個“亦正亦邪”的新事物，需要大家用正確的心態(tài)去看待，也需要廠商去合適地去使用和宣傳。從技術(shù)上來說，動態(tài)對比度是以后發(fā)展的必然趨勢；從觀看習慣的角度考慮，動態(tài)對比度是向更討好人眼的方向發(fā)展。只不過廠商在宣傳時，不要去打擦邊球，也不要故意設(shè)置高對比度的概念陷阱或者陷入唯指標論的泥潭，這樣大家在接受“動態(tài)對比度”時會變得更加輕松一些。