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正确理解伽玛校正及其重要性

上网日期: 2011年03月09日 ?? 作者: Mike Ogier ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:伽玛校正? LCD?

如果亮度变化只允许与代码改变成线性关系,则系统需要更多的分辨率位数(如12位或14位,而不是8位),以实现所需的低亮度灵敏度,使眼睛感觉不到整个范围内代码之间不同的变化(保持变化的均匀性)。事实上,这是采用伽玛校正的另一个优点,可使用较少位数,以"压缩"低电平亮度数据的方式编码视频数据(眼睛最容易感觉到的),同时不影响高电平亮度数据,因为看不出其中的微小变化。这还可以作为降低视频信号噪声的一种方法,这种噪声是数字编码中识别不出来的微小误差造成的。

为改变显示屏伽玛响应达到所需的V/T函数,显示屏源极(column)驱动器DAC可在多个输入点采用各种基准电压。这些电压使DAC达到某种所需的非线性工作状态。基准电压往往由"伽玛缓冲器"IC中提供,一般是驱动DAC输入点模拟电压的缓冲放大器。伽玛缓冲器IC可以是静态的,也可以是可编程的。

Intersil的EL5411/20T运算放大器、EL5421T缓冲器和EL5x26 I2C可编程伽玛缓冲器系列都属于此类IC器件。这些器件可以为TFT-LCD源极驱动器提供精确稳定的DC基准电压。TFT-LCD显示器简易系统框图参见图4。

图4:简易TFT-LCD方框图
图4:简易TFT-LCD方框图

由于能够控制DAC输入点,LCD电视厂商可以微调电压,进一步调整/校准显示屏非线性伽玛响应,称为伽玛校准。例如,利用这种功能,电视厂商可以保证所有他们某种型号的电视显示屏之间具有相同的伽玛响应。这意味着,LCD组装和制造偏差等因素造成的潜在视觉效果误差,可以降低到最小限度,使电视厂商能够生产更加一致的产品。从而保证消费者购买的电视,在家里可以看到在当地经销商销售店显示的同样视觉效果。

(经常有这样的情况,商店"播放"的电视具有特殊的"商店"式效果。这种模式显示的画面具有最大对比度和极为饱和的色彩,以明快的颜色和亮度吸引消费者。而消费者在家庭环境中一般不使用这种设置。)

电视厂商最终决定如何校准伽玛响应(如γ =2.2、γ= 2.0、γ=1.8,甚至组合伽玛,根据要达到的亮度改变伽玛),使他们的显示器达到某种视觉效果。值得注意的是,伽玛特性会随着视角范围和不同的光线条件变化。因此,购买新电视时,在相似条件下对比不同电视,通过显示器与显示器的大量对比是进行选择的一种好方法。

图5对比不同伽玛校正的同一图像。收看者很容易看出其中的差别。中间图像为正常(原始)伽玛,上图低于正常伽玛,下图高于正常伽玛。上图看不出暗色部分,对比度下降,图像显得很"模糊"。下图暗色,图像对比度比较高,但暗色部分过于突出。

图5: 图像对比:整个伽玛变化:上图为低伽玛;中图为正常伽玛;下图为高伽玛。
图5: 图像对比:整个伽玛变化:上图为低伽玛;中图为正常伽玛;下图为高伽玛。

伽玛与电视设置

传统上,CRT电视(以及大量并非此类名称的设备)有"亮度"控制,用来改变黑电平,以及"对比度"或"图像"控制,用来改变最大白电平。电视的伽玛确定这些端点内部的响应。理想情况下,这些电视设置应完全独立于伽玛,而一旦固定了最大白电平,黑电平的任何改变会从相对方向改变伽玛曲线(其形状变化)。

这意味着,伽玛系数改变了,现在系统的伽玛响应只受黑电平变化的影响。在LCD情况下,端点电平一般由源极驱动器固定,而对信号进行数字调整。同时,LCD可以改变背光亮度,这为改善系统性能增加了一个维度。

有些TFT-LCD和数字电视具有其他设置,可以通过用户控制菜单进行调整。这些设置类似于"伽玛"调整(一般不是量化,而是+/-伽玛调整),动态增强对比度或黑度,选择不同的图像/视频模式及其他工厂命名的功能。这些设置可以改变部分或所有电视设置,包括伽玛曲线。例如,正常工作模式下单个系数定义的伽玛(如γ=2.2),可以改变为多个伽玛系数决定的曲线,从而改变电视亮度范围响应(视频信号代码或电压)。

同时,有必要指出,四周环境或房间亮度也会影响视频系统的感受响应。遗憾的是,人们根本不知道视频编码时采用的有利于DVD电影或电视节目显示效果的准确条件,以及设备的设置功能,因此很难在家里设置观看,生成准确的再现图像。您的起居室条件很可能与摄影室完全不同并且不断变化。

例如,黑暗的房间可以降低黑度的感觉,因为这时用以参照的环境光线是漆黑的(黑暗环境下看不出黑色)。相反,如果打开明亮的电灯,环境光线会高过显示屏亮度,由于缺少低端细节(黑度),会感觉图像对比度下降。

总之,伽玛不一定能够轻松定义,但作为高科技产品的消费者,最好从系统角度或由浅入深地了解这一概念。显然,这将对购买新的LCD电视有好处,您不必校正伽玛。这对于大多数人来说是困难的,而且是不可能的。电视厂商完成了最初的艰苦工作,设置了源驱动器DAC的转换函数,使显示屏具有其所需的非线性伽玛响应。

不过,大部分电视具有各种用户调整功能,这些功能可在一定程度上控制系统响应,尽管对于大量用户特定伽玛调整控制的价值存在许多争议。大多数情况下,消费者的确不会直接控制电视伽玛响应,但这有利于普通电视收看者精确微调。

关于作者

Mike Ogier 是 Intersil 公司模拟与混合信号产品部高级应用工程师,目前负责支持LCD和视频应用设备,并具有丰富的测试经验。他获得圣荷塞州立大学BSEE学位。

作者:Mike Ogier,

Intersil 公司


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