具有突破性的电视显示技术改进视觉体验
简单的说,杜比局域调光技术极大地改善了LCD画面的视觉效果。相比于HDTV显示器,这些技术迅速的脱颖而出,演示着令人吃惊的逼真画面,它有近乎自然界所有的对比度,缤纷的色彩,纯真的黑色,以及只有细微差异的暗纹。如此亲切动人的视觉体验无疑要优越于传统的显示器。
利用局域LED背光而不是当前传统的冷阴极荧光管(CCFL),杜比高动态范围技术通过独有的设计专门针对LCD显示的局限性。我们的技术使图像达到肉眼所能见的全部视觉动态范围,它是通过控制局部的亮度来实现的,以便提供图像中每一小块所需的精确电平。
LCD面板的性能优势及不足
基本上,一个LCD屏幕由LCD阵列加上各种屏蔽与扩散阵列以及背光模块构成。LCD自身是不发光的,要依靠背光的亮度在屏幕上产生图像。
当前LCD技术的优势在于解像度,但也有不足,以致于不能还原出完全逼真的图像。甚至于在其关闭的状态,LCD也不能完全切断来自于CCFL的亮光,总有一些微弱的光线逸出。因此,LCD平板显示器不能做到纯真的黑色,而且被限制于1200:1的对比度。黑色电平可以通过调低背光来改进,但是牺牲了亮度。甚至于当图像只需要很小的亮度,而(LED的)亮度与功率消耗却保持恒定。
尽管高清晰度图像比标准清晰度的图像更加突出,但背光的自身特性使一些色彩,特别是肤色,色深和纹理看上去不太真实。
LED-CCFL背光的替代物
CCFL背光价格相对低廉,而且工艺一直在改进。由于CCFL的缺陷,显示器产业正开始转移到替代工艺,就是LED技术。这项新技术已经开始应用在大量的小型膝上型电脑的LCD显示屏,而且有一厂商已经建立了一条LED背光电视机生产线。
LED具有与生俱来的优势。它环保,因为不含汞而且寿命相当长。它的响应时间比CCFL短,而且RGB LED可以用于增加色度域。按照单位功耗发光量,LED的能效增加了指数量级。从经济学的观点,LED成本(每流明每瓦所需的美金)在快速下降,事实上,比CCFL成本下滑的还要快。
当前趋势的要点是,不仅仅是在显示器的背光,还有其他的一些要求所共同推动下,LED的工艺改善以及成本的降低还将会继续。更多的行业正在发掘对LED有利的应用,例如,在高级汽车的前灯和尾灯上的应用。
图1:传统的显示处理架构。
还原逼真的动态范围
从最亮到完全没有光线,之间的明暗差异,肉眼可以感知的动态范围有14个数量级(对数)。
在进入视觉环境的一瞬间,眼睛可以感知的动态范围大约5个数量级,而且会逐渐适应它。今天还在用的传统工艺的显示器,最好的也仅仅能够还原3个数量级,这是屏幕上的图像看上去缺乏真实感的主要因素。如今,LCD工艺能够在绝大多数领域匹敌肉眼的感知能力,比如清晰度和运动捕捉(显示图像的刷新速率),但是它依然无法在亮度范围上接近我们的眼睛。
杜比对比度工艺通过同增加瞬态对比度和黑电平细度,极大改善了动态范围。杜比视频科技还原了同一瞬间肉眼所能辨识亮度的动态范围,也极大地增强了动态对比度,同时提供了出色的黑电平细度。杜比视觉技术甚至更进一步使图像如此真实,以致于让图像成为真实世界的一面窗户。
图2:LCD性能比较一览表。
杜比局域调光技术的优点
杜比局域调光技术提供了许多显而易见的好处,源于多种原因,利用杜比对比度和杜比视觉的显示器能达到意想不到的突出效果。
杜比局域调光技术通过关闭图像中黑色局域的背光能产生纯正黑色。
利用杜比技术可产生鲜亮的白色。出现在我们眼中的图像是物体的反射光(就如同阳光被水反射一样)精确的如真实般的重现。传统的LCD无法做到这一点是由于它的背光亮度不够。杜比对比度和杜比视像技术能够选择性地增亮图像中明亮局域的背光,使发出的光更具真实感。
杜比视觉技术极大的改进了色度的动态范围,带来了生动活泼的色彩。红色分外的红,紧接着是明亮的蓝色,纯正的黑色以及介于这些它们之间的一切色彩。它在相当多的地方进行细微的改进提高了图像的质量。
杜比视觉技术将可表征的色度细度提升了几个数量级,逼近了真实生活中的色深范围。例如,它精确还原了肤色的细腻。因为肉眼是通过使用的颜色深浅度来辅助感知深度超过大约一米的立体视觉范围,所以杜比视觉图像拥有3维的质量,包括附加色深和细度,而这些在传统显示器都丢弃了。
除了引人入胜的图像质量,杜比局域调光技术还能够降低相当可观的功耗,具体依赖于图像的内容。
图3:杜比视觉体验解决方案方框图。
使用LED背光解决LCD的局限
传统的LED背光并未被用于解决LCD性能的局限性。在当前主流应用中,恒定亮度的LED背光未能改善对比度和黑色灰度级。一个比较折中的改进方法是统一调光,即通常所说的OD调光或背光调制。这种方法中,通过整个背光变暗来呈现基本的黑色和变亮来突出明亮的场景。无论如何,因为大部分图像的亮度是比较平均的,这个途径对提高图像的质量只能提供有限的改进。
杜比开发出了一种突破性的技术能够使背光亮度低到一个新的级别。杜比的专利开发覆盖了所有的局域调光的实现方法,即所谓的1维和2维的调光,通过这些,背光被分为一系列的区域。这些区域依照与图像中相应区域的亮度要求各自独立的调暗或变亮,独立局域的数量被分的越细,整体的对比度会变得越好。
许多新显示技术中也使用了某些程度的局域调光技术,但还不能达到杜比技术的性能。特别是,无法与杜比视觉图像技术所带来的额外好处相匹敌。
杜比对比度和杜比视觉技术完整解决方案
杜比对比度专利技术注重于解决目前LCD的局限性,用局部背景光控制代替统一背景光控制。这能够调节单个LED,或者几个LED,相当大的增强了静态和动态的对比度。
杜比对比度技术利用经过位置优化的LED背光。杜比技术首先分析一个标准的8比特视频帧,用来匹配局部亮度背景光控制所能实现的更高对比度等级。然后分析每个视频图像帧,计算每个LED的背景光驱动等级。对于每一帧,每一个图像都是由多个LED产生的,还有相邻LED和显示器光学特性的影响。
杜比视频科技增加了先进的高动态范围处理技术。将8比特视频帧扩展到16比特帧,实现了图像灰度动态补偿。除了其他的一些杜比对比度的处理外,杜比视频科技基于LED背光和一些显示参数,还实现了LCD图像生成补偿。
作者:Guido Voltolina
图像处理技术经理
杜比实验室
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