LCD像素算法

LCD的 像素间距(pixel pitch)的意义类似于CRT的点距(dot pitch)。点距一般是指显示屏相邻两个象素点之间的距离。我们看到的画面是由许多的点所形成的,而画质的细腻度就是由点距来决定的,点距的计算方式是 以面板尺寸除以解析度所得的数值,不过LCD的点距对于产品性能的重要性却远没有对后者那么高。

    CRT的点距会因为荫罩或光栅的设计、视频卡的种类、垂直或水平扫描频率的不同而有所改变,而LCD显示器的像素数量则是固定的,因此在尺寸与分辨率都相 同的情况下,大多数液晶显示器的像素间距基本相同。分辨率为1024×768的15英寸LCD显示器,其像素间距均为0.297mm(亦有某些产品标示为 0.30mm),而17寸的基本都为0.264mm。所以对于同尺寸的LCD的价格一般与点距基本没有关系。

色彩数就是屏幕上最多显示多少种颜色的总数。对屏幕上的每一个像素来说,256种颜色要用8位二进制数表示,即2的8次方,因此我们也把256色图形叫做 8位图;如果每个像素的颜色用16位二进制数表示,我们就叫它16位图,它可以表达2的16次方即65536种颜色;还有24位彩色图,可以表达 16,777,216种颜色。

 目前液晶常 见的颜色种类有两种,一种是24位色,也叫24位真彩。这24位真彩是由红绿蓝三原色每种颜色8位色彩组成,所以这种液晶板也叫8bit液晶板。每种颜色 8位,红绿蓝三原色组合起来就是24位真彩,这种液晶显示器的颜色一般标称为16.7M或者16.77M。另一种液晶显示器三原色每种只有6bit,也叫 6bit液晶板,这种液晶板通过“抖动”的技术,通过局部快速切换相近颜色,利用人眼的残留效应获得缺失色彩。这种抖动的技术不能获得完整的8bit (256色)效果,通常是253种颜色,那么三个253相乘就基本是16.2M色。也就是说我们通常用16.7M表示真正的24位真彩(8bit板),而 用16.2M表示6bit板。两者实际视觉效果差别不算太大,目前高端液晶显示器以16.7M色占主流。

所谓黑白响应时间是液晶各 像素点对输入信号反应的速度,即像素由暗转亮或由亮转暗所需要的时间(其原理是在液晶分子内施加电压,使液晶分子扭转与回复)。常说的25ms、16ms 就是指的这个响应时间,响应时间越短则使用者在看动态画面时越不会有尾影拖曳的感觉。一般将黑白响应时间分为两个部分:上升时间(Rise time)和下降时间(Fall time),而表示时以两者之和为准。

    CRT显示器中,只要电子束击打荧光粉立刻就能发光,而辉光残留时间极短,因此传统CRT显示器响应时间仅为1~3ms。所以,响应时间在CRT显示器中 一般不会被人们提及。而由于液晶显示器是利用液晶分子扭转控制光的通断,而液晶分子的扭转需要一个过程,所以LCD显示器的响应时间要明显长于CRT。

    从早期的25ms到大家熟知的16ms再到最近出现的12ms甚至8ms,响应时间被不断缩短,液晶显示器不适合娱乐的陈旧观念正在受到巨大挑战。可以先 做一个简单的换算:30毫秒=1/0.030=每秒钟显示33帧画面;25毫秒=1/0.025=每秒钟显示40帧画面;16毫秒=1/0.016=每秒 钟显示63帧画面;12毫秒=1/0.012=每秒钟显示83帧画面。可以看出12ms的诞生意味着液晶制造的一个巨大进步。

    但要注意的是,液晶显示器都有一个扫描频率的限制,特别是对于场频(又称刷新率),很多都限制在75Hz以下,而就一般概念而言,75Hz意味着一秒刷新75帧画面,这样看上去就达不到12ms对应的每秒83帧画面了。

    实际上,我们上面所说的12ms响应时间是针对全黑和全白画面之间切换所需要的时间,这种全白全黑画面的切换所需的驱动电压是比较高的,所以切换速度比较 快,可以达到12ms;而实际应用中大多数都是灰阶画面的切换(其实质是液晶不完全扭转,不完全透光),所需的驱动电压比较低,故切换速度相对较慢。因此 从2005年开始,很多厂商已经开始强调灰阶响应时间的重要性,不过灰阶响应时间可以通过特殊方法提高,因此与黑白响应时间之间并没有明确的对应关系,相 当于一个全新的描述响应时间的参数。

    据数据表明:响应时间30毫秒=1/0.030=每秒钟显示器能够显示33帧画面,这是已经能满足播放的需要;响应时间25毫秒=1/0.025=每秒钟显示器能够显示40帧画面,完全满足DVD播放以及大部分游戏的需要;而玩那种激烈的动作游戏(如 QUAKEIII、UT2003、DOMMIII)、极速追逐赛等游戏要达到毫无拖影的话,所需要的画面显示速度都要在每秒60帧以上,即需要的响应时间 =1/每秒钟显示器能够显示60帧画面=16.6毫秒。

说到灰阶响应时间,首先来看一下什么是灰阶。我们看到液晶屏幕上的每一个点,即一个像素,它都是由红、绿、蓝(RGB)三个子像素组成的,要实现画面色彩 的变化,就必须对RGB三个子像素分别做出不同的明暗度的控制,以“调配”出不同的色彩。这中间明暗度的层次越多,所能够呈现的画面效果也就越细腻。以8 bit的面板为例,它能表现出256个亮度层次(2的8次方),我们就称之为256灰阶。

    由于液晶分子的转动,LCD屏幕上每个点由前一种色彩过渡到后一种色彩的变化,这会有一个时间的过程,也就是我们通常所说的响应时间。因为每一个像素点不 同灰阶之间的转换过程,是长短不一、错综复杂的,很难用一个客观的尺度来进行表示。因此,传统的关于液晶响应时间的定义,试图以液晶分子由全黑到全白之间 的转换速度作为液晶面板的响应时间。由于液晶分子“由黑到白”与“由白到黑”的转换速度并不是完全一致的,为了能够尽量有意义的标示出液晶面板的反应速 度,传统的响应时间的定义,基本以“黑—白—黑”全程响应时间作为标准。

    但是当我们玩游戏或看电影时,屏幕内容不可能只是做最黑与最白之间的切换,而是五颜六色的多彩画面,或深浅不同的层次变化,这些都是在做灰阶间的转换。事 实上,液晶分子转换速度及扭转角度由施加电压的大小来决定。从全黑到全白液晶分子面临最大的扭转角度,需施以较大的电压,此时液晶分子扭转速度较快。但涉 及到不同不同明暗的灰度切换,实现起来就困难了,并且日常在上看到的所有图像,都是灰阶变化的结果,因此黑白响应的测量方式已经不能正确的表达出实际的意义,为此,灰阶响应时间的概念就顺应而出了。

    需要说明的是,虽然灰阶响应更难控制,需要的时间更长,但实际情况却有可能完全相反。因为厂商可以通过特殊的技术,使灰阶响应时间大大提高,反过来比传统 的黑白响应时间短很多。比如使用响应时间加速芯片,可以使25ms黑白响应时间的产品拥有8ms的灰阶响应时间。灰阶响应时间与原来的黑白响应时间含义和 性质差别很大,两者之间没有明确的对应关系,但又都是对液晶响应时间的描述。

    从2005年开始灰阶响应逐渐为众多厂商所使用,总的来说,这些产品通常使用了更好的响应时间控制方式,比如各个象素的响应时间更加稳定、统一。灰阶响应 时间短的产品脱影现象也更少一些,画面质量也更好,尤其在播放运动图像的时候,因此游戏玩家或者爱看影碟的用户可以更多考虑液晶显示器的这个参数。

液晶的 对比度实际上就是亮度的比值,定义是:在暗室中,白色画面(最亮时)下的亮度除以黑色画面(最暗时)下的亮度。更精准地说,对比度就是把白色信号在 100%和0%的饱和度相减,再除以用Lux(光照度,即勒克斯,每平方米的流明值)为计量单位下0%的白色值(0%的白色信号实际上就是黑色),所得到 的数值。对比度是最黑与最白亮度单位的相除值。因此白色越亮、黑色越暗,对比度就越高。对比度是液晶显示器的一个重要参数,在合理的亮度值下,对比度越 高,其所能显示的色彩层次越丰富。

目前提高对比度有两种方法:

1、提高白色画面的亮度。

2、让黑色更黑,降低最低亮度,这个也许有些不好理解,首先,需要知道控制液晶显示器光线的明暗变化,是不可能通过发光灯管开、关来实现的,而液晶又是不 能做到100%不漏光的,所以即使调整至纯黑画面,液晶显示器还是会有一些亮度的。这是个分母、分子的问题,分子小了对比度自然就高了。

    提高亮度增加对比度的方法相对简单,不过受到灯管寿命、液晶漏光等问题,亮度不能无限量提高。第二种方法是很多高端液晶厂家的发展方向,这也是为什么亮度 不高的液晶能够达到高对比度的原因。在购买液晶显示器时,应该注意挑选显示器画面有没有因高亮而色彩失真,因为那样的高对比度是没有参考价值的。更重要的 是,虚高的亮度并不会带来更好的显示效果,它只会使浅色图像变成茫茫一片,而对暗部表现却毫无帮助。

    此外,厂商在宣传单上标注的对比度参数分两种,一种是典型值,就是在同一画面下的对比度,另一种是最大值,就是整个显示器在亮度不一定的状态下所取的最 大、最小亮度所比的对比度,例如某款液晶最大对比度为550:1,而典型值为500:1。那么其中的最大值也就不具备参考性,典型值才是真正的对比度,最 大对比度实际上也就是厂商所玩的数字游戏。

    另外,还有些厂商所标注的对比度是所谓的“动态对比度”。所谓动态对比度,指的是液晶显示器在某些特定情况下测得的对比度数值,例如逐一测试屏幕的每一个 区域,将对比度最大的区域的对比度值,作为该产品的对比度参数。不同厂商对于动态对比度的测量方法可能也不尽相同,但其本质也万变不离其宗。动态对比度与 真正的对比度是两个不同的概念,一般同一台液晶显示器的动态对比度是实际对比度的3-5倍。所以,动态对比度也不过就是厂商所玩的数字游戏,并没有实际意 义。

    目前主流液晶显示器的对比度大多集中在400:1至600:1的水平上,而加拿大公司Brightside推出的采用LED背光技术的DR-37P超高动态范围液晶显示器居然号称拥有200000:1的超高对比度,真是令人有点瞠目结舌了。

带宽代表显示能力的一个综合指标,指每秒钟所扫描的图素个数,即单位时间内所有扫描线上显示的频点数总和,以MHz为单位。带宽越大表明显示控制能力越强,显示效果越佳。

    带宽的详细计算公式如下:理论上带宽 B=r(x) ×r(y) ×V

    r(x)表示每条水平扫描线上的图素个数

    r(y)表示每桢画面的水平扫描线数

    V 表示每秒画面刷新率(即场频)

    B 表示带宽

目前市场上出售的LCD显示器的可视角度都是左右对称的,但上下就不一定对称了,常常是上下角度小于左右角度。当我们说可视角是左右80度时,表示 站在始于屏幕法线(就是显示器正中间的假想线)80度的位置时仍可清晰看见屏幕图像。视角越大,观看的角度越好,LCD显示器也就更具有适用性。

    由于每个人的视力不同,因此我们以对比度为准,在最大可视角度时所量到的对比度越大就越好。目前市场上大多数产品的可视角度在120度以上,部分产品达到 了170度以上。需要说说明的是,在不同测量方式下,可视角度的标称值也不同,由于显示器厂商通常没有说明具体的测量方式,因此总的来说,可视角度是一个 参考值。

也称刷新率,是每 秒刷新屏幕的次数,单位为Hz。场频越低,图像的闪烁、抖动越厉害,但LCD显示器画面扫描频率的意义有别于CRT,指显示器单位时间内接收信号并对画面 进行更新的次数。由于LCD显示器像素的亮灭状态只有在画面内容改变时才有变化,因此即使扫描频率很低,也能保证稳定的显示,一般有60Hz就足够了,但 在部分行业应用如医疗、监控中,要求液晶的刷新率能够达到70Hz甚至85Hz,主要是要求能够以较快的频率读取数据进行显示。

也称为水平刷新率,它是指每秒钟的扫描线数,单位为KHz。行频=行数*场频,例如在800*600的分辨率下,当刷新率为85Hz时(通常表述为800*600@85Hz),行频=600*85Hz=51Khz。

CD液晶和传统的CRT显示器,分辨率都是重要的参数之一。传统CRT显示器所支持的分辨率较有弹性,而LCD的像素间距已经固定,所以支持的显示模式不像CRT那么多。LCD的最佳分辨率,也叫最大分辨率,在该分辨率下,液晶显示器才能显现最佳影像。

    目前15英寸LCD的最佳分辨率为1024×768,17~19英寸的最佳分辨率通常为1280×1024,更大尺寸拥有更大的最佳分辨率。

    LCD显示器呈现分辨率较低的显示模式时,有两种方式进行显示。第一种为居中显示:例如在XGA 1024×768的屏幕上显示SVGA 800×600的画面时,只有屏幕居中的800×600个像素被呈现出来,其它没有被呈现出来的像素则维持黑暗,目前该方法较少采用。另一种称为扩展显 示:在显示低于最佳分辨率的画面时,各像素点通过差动算法扩充到相邻像素点显示,从而使整个画面被充满。这样也使画面失去原来的清晰度和真实的色彩。

    由于现在相同尺寸的液晶显示器的最大分辨率通常是一致的,所以对于同尺寸的LCD的价格一般与分辨率基本没有关系。

(博客  2008-02-02 10:30:11)

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