“動(dòng)態(tài)對(duì)比度”是數(shù)字“游戲”還是眼睛“戲法”？

對(duì)比度的“來(lái)歷”

    如果有人問(wèn)近一段時(shí)間液晶顯示器市場(chǎng)最熱門(mén)的話(huà)題是什么？“對(duì)比度”的受關(guān)注程度肯定會(huì)拔得頭籌。長(zhǎng)期以來(lái)，液晶顯示器的對(duì)比度一直在300∶1～500∶1之間徘徊；仿佛突然之間，市場(chǎng)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(jī))大關(guān)都相繼失守。就在我們驚詫四位數(shù)對(duì)比度的同時(shí)，我們也對(duì)一個(gè)新的名詞“動(dòng)態(tài)對(duì)比度”產(chǎn)生了疑問(wèn)，如此夸張的參數(shù)到底是如何得來(lái)的呢？

　　在正式介紹對(duì)比度概念之前，我們先來(lái)給大家復(fù)習(xí)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(shuō)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(guò)偏光片之后再經(jīng)過(guò)液晶分子層(控制液晶分子的偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)而控制不同的灰階亮度)，然后透過(guò)彩色濾光片(分離出R、G、B三原色)，經(jīng)過(guò)第二道偏光片，最后射出(人眼看到圖像)

　　對(duì)比度這個(gè)概念早在CRT(Cathode Ray Tube：陰極射線(xiàn)管)顯示器時(shí)代就有了，專(zhuān)業(yè)的說(shuō)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(jì)算公式是：

　　但在很多場(chǎng)合因?yàn)樽畎堤幜炼鹊臄?shù)值實(shí)在太小，為方便起見(jiàn)，常認(rèn)為白色畫(huà)面亮度與黑色畫(huà)面亮度的比值(近似值)就是對(duì)比度。

　　按照上面的計(jì)算方法，對(duì)數(shù)學(xué)敏感的讀者很快就意識(shí)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(shí)依然會(huì)有部分光線(xiàn)透射出來(lái)，否則屏幕的對(duì)比度數(shù)值上就會(huì)趨向于無(wú)窮大。

　　事實(shí)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(shí)現(xiàn)無(wú)光的黑屏，這時(shí)透射出來(lái)的細(xì)微光線(xiàn)大約會(huì)有0.1～1.0cd/m2的亮度，這就是我們常說(shuō)的“黑不下來(lái)”的情況。黑不下來(lái)帶來(lái)的負(fù)面效果是顯而易見(jiàn)的，專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的處理會(huì)令影像在暗處失真，工程師的“所見(jiàn)”未必就是“所得”；對(duì)于普通用戶(hù)來(lái)說(shuō)，在欣賞圖片或者電影的時(shí)候，深色部分泛白，顏色缺乏過(guò)渡，有時(shí)甚至?xí)��?yán)重影響顯示效果。

　　*注釋?zhuān)骸巴耆�關(guān)閉”在工程學(xué)上是指控制液晶分子的偏轉(zhuǎn)角度，讓光線(xiàn)完全不能通過(guò)，但實(shí)際上并不能遮擋住全部背光。

為什么CRT顯示器就沒(méi)有對(duì)比度的“困擾”呢？

　　心細(xì)的朋友可能會(huì)納悶為什么在CRT顯示器時(shí)代，對(duì)比度沒(méi)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(jiǎn)”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(duì)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(wú)窮多種顏色；但LCD顯示器受到材料和驅(qū)動(dòng)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(duì)比度上有更好的表現(xiàn)。

　　2）CRT顯示器的發(fā)光原理是通過(guò)電子束撞擊熒光粉來(lái)主動(dòng)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?xí)r，控制偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)不讓電子通過(guò)即可。但是LCD顯示器要靠背光來(lái)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(huì)有部分光線(xiàn)透射出來(lái)。

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

提高亮度可以提高對(duì)比度嗎？

　　單看對(duì)比度的計(jì)算公式，很多朋友可能會(huì)想：提高對(duì)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(jìn)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(dá)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(tái)800cd/m2的顯示器，那對(duì)比度參數(shù)豈不是要翻兩番？

　　但事實(shí)上并不是這么簡(jiǎn)單，一味地提高亮度，會(huì)造成圖像過(guò)曝、高亮度部分失真的問(wèn)題。而且過(guò)高的亮度看起來(lái)非常刺眼，用戶(hù)使用時(shí)還要自己去把亮度降下來(lái)，實(shí)在多此一舉。最主要的原因還在于亮度提高的同時(shí)，相應(yīng)的漏光問(wèn)題并沒(méi)有得到解決，黑色亮度(下限)也會(huì)相應(yīng)提高，反而會(huì)造成對(duì)比度參數(shù)下降，因?yàn)橄啾壬舷薜脑黾�，下限的變化要更快一些�?

　　在顯示器上，想通過(guò)單純?cè)黾恿炼葋?lái)提升對(duì)比度的方法遭遇“兵敗滑鐵盧”；不過(guò)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(yīng)用領(lǐng)域和用途并不完全相同。

提高對(duì)比度都有哪些“捷徑”？

　　現(xiàn)在我們大家都知道了對(duì)比度的不足之處在于“黑不下去”，那就要想辦法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。其中既有革新性的技術(shù)，當(dāng)然也有不少“曲線(xiàn)救國(guó)”的妙招。

　　●扎扎實(shí)實(shí)：面板上的革新

　　只要液晶顯示器的面板還是用液晶分子來(lái)遮光的，就不能稱(chēng)之為革命，所以我們把面板上的改進(jìn)稱(chēng)作“革新”。面板上的革新實(shí)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(jìn)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(biāo)上來(lái)看，新面板并沒(méi)有在數(shù)字指標(biāo)上突飛猛進(jìn)，但是它們將液晶顯示器的對(duì)比度參數(shù)提高到700∶1，甚至1000∶1。

　　●另辟蹊徑：動(dòng)態(tài)對(duì)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(méi)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(lái)更黑，這種方法是切實(shí)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(yè)的《LG銳比技術(shù)探秘》一文)，它們都是通過(guò)分析輸入信號(hào)中的亮度信息來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整背光亮度，達(dá)到更好的對(duì)比度效果(詳見(jiàn)后文)。

對(duì)比度是如何測(cè)出來(lái)的呢？

　　目前業(yè)內(nèi)認(rèn)可的對(duì)比度測(cè)量方式是ANSI(美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化組織)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，其具體步驟是先將待測(cè)顯示器的亮度參數(shù)和對(duì)比度參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在保證細(xì)節(jié)層次的情況下把亮度和對(duì)比度調(diào)節(jié)至最大，然后讓顯示器顯示ANSI對(duì)比度測(cè)試圖(圖3)，測(cè)試圖由16個(gè)黑白相間色塊組成。

圖3 ANSI對(duì)比度測(cè)試圖

　　分別測(cè)出16個(gè)色塊中心的亮度，8個(gè)白色塊的亮度平均值就是最亮亮度，8個(gè)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(duì)比度參數(shù)。這種測(cè)試方法能夠真實(shí)反映顯示器的實(shí)際工作狀況，因此測(cè)量值被稱(chēng)為“有效對(duì)比度”或者優(yōu)化對(duì)比度。

　　按照有效對(duì)比度的測(cè)量方法，絕大多數(shù)廠(chǎng)商的顯示器是根本達(dá)不到1000∶1以上的對(duì)比度的，那么它們所謂的“動(dòng)態(tài)對(duì)比度”又是如何測(cè)量出來(lái)的呢？下面我們來(lái)看一個(gè)例子。

　　這種測(cè)試方法又被稱(chēng)作Full On/Full Off(全開(kāi)全關(guān))測(cè)試法，按照這種方法，我們可以看到這臺(tái)顯示器的對(duì)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(duì)比度參數(shù)等待測(cè)試

圖5 Step 2：在全黑環(huán)境下讓LCD輸出全黑畫(huà)面來(lái)測(cè)量其最暗亮度——0.151cd/m2。(注意：此時(shí)顯示器正在啟用動(dòng)態(tài)對(duì)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(lái)測(cè)量其最大亮度——243cd/m2

動(dòng)態(tài)對(duì)比度，“噱頭”還是“餡餅”？

　　現(xiàn)在相信大家對(duì)動(dòng)態(tài)對(duì)比度這個(gè)概念已經(jīng)非常清楚了，那么動(dòng)態(tài)對(duì)比度到底都有哪些用武之地呢？它是廠(chǎng)商宣傳時(shí)的噱頭，還是用戶(hù)實(shí)實(shí)在在的餡餅?zāi)兀?BR>

　　就像“聲學(xué)心理學(xué)家”通過(guò)對(duì)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(jué)心理學(xué)家”也在做同樣的事情。動(dòng)態(tài)對(duì)比度的出現(xiàn)就是利用了人眼生理學(xué)的特點(diǎn)，人眼在視覺(jué)上的特點(diǎn)與測(cè)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(biāo)去衡量。下面就讓我們一起去看看動(dòng)態(tài)對(duì)比度是如何來(lái)“欺騙”我們眼睛的。

　　在一個(gè)場(chǎng)景中，液晶顯示器顯示的是藍(lán)天白云，這時(shí)只有很明亮的屏幕才能正確表達(dá)出天空的碧藍(lán)和云彩的潔白；如果此時(shí)屏幕亮度偏低，我們會(huì)看到天空變得灰暗，而且云彩周?chē)鷽](méi)有細(xì)節(jié)，過(guò)渡變得非常不明顯(圖7)。

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

　　在另外一個(gè)場(chǎng)景中，我們需要表達(dá)的是一個(gè)黑夜，本來(lái)應(yīng)該是漆黑的天空因?yàn)楹谏�不純而變得灰蒙蒙的，看起�?lái)顯得有些泛白，天上的星星就顯得更不合邏輯(圖8)……

圖8 對(duì)于整體顏色偏暗的場(chǎng)景，如果使用較高的亮度去表現(xiàn)，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的失真

　　這些場(chǎng)景在以前都是非�？简�(yàn)液晶顯示器的，不過(guò)動(dòng)態(tài)對(duì)比度技術(shù)另辟蹊徑解決了這些問(wèn)題。首先對(duì)于第一個(gè)場(chǎng)景，如果顯示器發(fā)現(xiàn)場(chǎng)景的整體亮度較高，它會(huì)“通知”背光模塊增加背光的強(qiáng)度，這樣一來(lái)天變藍(lán)了，云朵重疊的輪廓也可以更清晰的表現(xiàn)出來(lái)(此時(shí)暗部的亮度也隨之提高)。在第二個(gè)場(chǎng)景下，液晶顯示器會(huì)自動(dòng)降低背光模塊的輸出亮度，雖然此時(shí)星星的光芒會(huì)變得更加暗淡一些，但在更黑的夜空背景中反而更加真實(shí)了(此時(shí)亮部的最大亮度也隨之降低了)。

圖9 包裝箱上的比對(duì)度

　　所以動(dòng)態(tài)對(duì)比度的意義就在于動(dòng)態(tài)地改變背光的強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)更高的對(duì)比度效果。從技術(shù)上來(lái)講，這是一種非常有實(shí)際意義的創(chuàng)新，而且也是以后顯示器發(fā)展的一種趨勢(shì)。不過(guò)現(xiàn)在的動(dòng)態(tài)對(duì)比度技術(shù)仍然有一些不足，那就是只能控制整個(gè)背光模塊亮度的變化，而不能單獨(dú)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(huà)面上。因此也有人把“動(dòng)態(tài)對(duì)比度”看作是廠(chǎng)商宣傳的一種噱頭，但是相信新技術(shù)的引入會(huì)逐步改變這一尷尬場(chǎng)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(duì)比度的液晶面板。

　　結(jié)語(yǔ)

　　“動(dòng)態(tài)對(duì)比度”對(duì)于廣大新手朋友們來(lái)說(shuō)可能還是一個(gè)全新而且夸張的概念，對(duì)于很多成熟的老鳥(niǎo)來(lái)說(shuō)也許根本不屑一顧，但對(duì)于這樣一個(gè)“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(chǎng)商去合適地去使用和宣傳。從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，動(dòng)態(tài)對(duì)比度是以后發(fā)展的必然趨勢(shì)；從觀(guān)看習(xí)慣的角度考慮，動(dòng)態(tài)對(duì)比度是向更討好人眼的方向發(fā)展。只不過(guò)廠(chǎng)商在宣傳時(shí)，不要去打擦邊球，也不要故意設(shè)置高對(duì)比度的概念陷阱或者陷入唯指標(biāo)論的泥潭，這樣大家在接受“動(dòng)態(tài)對(duì)比度”時(shí)會(huì)變得更加輕松一些。