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显示技术之战—比较CRT,LCD,等离子和DLP显示器(五) [复制链接]

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图像噪声
   
噪声是在图像内容上不应该有的看起来随机的变化(静态或随着时间改变),并且有许多可能的来源。一个总是出现的来源是图像或信号源。在视频中,它可能来源于照相机传感器,胶卷的颗粒,一个低质量的传递或编码和压缩伪像。合成视频信号也能够产生不同的色彩间的干涉图案,它也是一种形式的图像噪声。另一方面,计算机产生的图像在模拟信号模式下通常具有非常低的噪声,并且在数字信号模式下具有零噪声。如果一个模拟计算机信号源的噪声是可见的,它通常是从计算机内其他模拟或数字信号模拟电子干扰的结果。
    在象CRT的模拟显示器中,由于噪声的随机特性,噪声倾向于通过时间和空间平均而自动抵消。这使得噪声更不明显。另一方面,大多数数字显示器将扩大模拟信号噪声的显现因为它们对信号取样,因此噪声部分成为数字化的。在一个模拟信号中的噪声部分在图像中的每一点在几个帧的时间内通常会平均到零,但数字采样通常不会产生一系列平均到零的数字值,这增加了噪声的可见性。这些效应在所有的平板显示器中是明显可见的。数字尺度改变进一步加大了噪声。这些噪声伪像是为什么低信号质量的图像(例如标准精度播放的NTSC视频)通常在模拟CRT上而不是数字象素显示器上看起来更好一些的一个主要原因(改进的数字信号处理和过滤方法减少了差距)。虽然数字信号经由信号处理会变得失真,一旦模拟到数字转换发生,没有额外的噪声传播能发生(见下面)。

    时间抖动
   
对于象等离子和DLP技术一样,使用数字亮度控制的显示器,图像噪声的一个来源是脉冲宽度调制(PWM),它通过在开和关状态间快速切换象素并且改变花在每个状态上的时间百分比来产生灰度。眼睛对象素的时间平均亮度做出反应,这个过程是一种时间抖动的形式,切换频率是非常高的,通常高达每秒60,000时钟周期(60kHz)。那通常对眼睛来说是太快了而不会被注意到,但是在低强度,一个象素的大部分时间是在关状态,因此偶然地切换到开状态会作为一种切换噪声而被注意到。使用这种方法,在标准视频帧率下,产生在8比特和10比特之间的数字强度刻度,具有256到1024等级,是可能的。在一些实施中,PWM周期时间降低到每秒24帧(fps),这低于视频信号的60fps。这增加了能够产生的强度等级的数目,但是增加了PWM噪声图案的可见性并也在图像中引入了一些可见的闪烁。

    空间抖动
   
在一些情况下,一个数字显示器可能不能够产生所有要求的(或想要的)强度等级。例如,在一个8比特数字强度范围,在一些由显示设备产生的256等级中可能有重复或缺口(这有时仅对灰度的一部分是一个问题,它是由显示设备的非规则传输特性而导致的,非规则传输特性对LCD和LCoS技术是典型的)。为了克服这个限制,显示电路被设置成自动调节相邻象素的强度以使得它们的合成强度可以平均到需要的值。这个过程被称为空间抖动并且它提高了灰度分辨率。作为对更光滑的灰度和减少的强度轮廓的报答,图像清晰度下降了。它被使用在大多数等离子和DLP显示器以及一些LCD中,但从来不在CRT中,因为CRT已经产生了一个完美的光滑强度范围。空间抖动通常提供了额外的2个比特的强度分辨率。
    平均的过程可能只包括相邻象素或为了产生更精细的强度刻度,它能包括附近的比较大范围的象素。抖动过程在图像中引入了一种空间噪声。抖动算法可能包括一个固定的象素图案或误差扩散,由于它倾向于在屏幕上产生重复的象素图案,固定象素图案经常是更明显,误差扩散产生看起来随机的图案以及精细的强度刻度,但它也在图像中引入了更多的随机噪声。在一些情形下,显示器会提供菜单选项以在几个抖动算法中选择。

    噪声抖动
   
在一些情形下,一个完美的端到端数字列可能产生如此“干净”的图像,以至于我们在这里讨论的所有伪像都变得非常明显。在那个情形下,使用高质量的模拟信号连接可能产生一个看起来更好的图像,因为模拟噪声减弱了,并且使得许多伪像变得不明显了。通常,比较两个方法以决定哪个工作的最好是一个好主意。由于那将随着原材料的改变而改变,对每一个类型的信号,最好保持长期的连接。

    清晰度和噪声控制
   
虽然它们经常被滥用,清晰度和噪声控制对在所有显示器上提高图像和图片质量具有非常重要的功能。对模拟信号,清晰度控制能够帮助恢复在信号途径上损失的高频信息(那产生精细图像细节)。这能够在信号源或显示电路的普通性能中出现。长电缆距离和/或低质量的电缆对高频信号的衰减比对低频信号的衰减要强。清晰度控制增加或减少高频信号的振幅(类似于在信号质量下讨论的峰值电路)。诀窍是不要过度,那将引入虚假的边缘伪像并放大信号噪声。视窗DisplayMate多媒体版包括一个视频带宽索引测试图案可以用来精确地设置清晰度控制。
    在许多情形下,模拟信号被有意优化以使得在通常没有很好清晰度的中等或低性能的显示器上看起来最好(那组成了大部分的市场)。这是通过应用额外的高频增加和边界增进来实现的。它可以在信号源硬件(计算机图形板或DVD播放机)或通过内容生成器处理信号内容(或两者)时实施。不幸的是,具有优异清晰度的高质量显示器会显现峰值和边界伪像。解决方案是将清晰度控制从默认设置值降低,那将改进但不会消除伪像。
    CRT从特别的称为光圈控制的清晰度控制中受益。即使CRT显示器有完美的电路,图像清晰度被降低了,因为CRT光束有一个大的直径(光圈),那将在屏幕上显示时抹掉图像细节,光圈控制帮助改正了这个效应。
    在理论上,数字信号应该不需要清晰度控制,因为这个功能已经在图像内容生成器中考虑了。问题是同样的数字输出被用来产生模拟输出信号,并且那个信号经常被设计成过峰值以使得图像在低性能显示器上看起来更清晰。如果那是这种情况,数字信号也将被过度增值并将显现伪像。如果你发现那是这种情形,那么降低清晰度控制以减少伪像。增大数字信号的清晰度控制是不应该做的,因为在数字化和处理信号时,损失了大量的原始信号信息,因此即使它是必须的,结果将不会很好。
    降低清晰度控制将减少图像噪声。许多显示器包括了单独的噪声控制,那通常是通过数字信号处理来实施的。它的主要功能是减少特别形式的噪声,例如显示为图像噪声的压缩伪像。

    移动伪像
   
移动伪像是由于图像随着时间的改变而导致的任何图像无规则性。这包括了除在图像中物体的移动以外的照相机的移动镜头。一些移动伪像是由信号格式导致的,其他的是由显示器中内部电路更新象素的方式而导致的。还有一些是由于显示技术本身的内在特性而产生的。

    隔行扫描
   
最著名的移动伪像是由于隔行扫描而产生的,在这里图像中的奇数和偶数线在NTSC系统中以60分之一秒,在PAL系统中以50分之一秒的间距传输。当有移动时,这将导致一些闪烁以及结构性模糊(称为精梳),因为图像是由在不同时间获取的部分组成。解决方案是使用信号处理电路将奇和偶子图像合成为同时显现的具有双倍扫描率的单个图像。这被称为去交错(正式的称呼是线双倍)。特别的算法用来补偿图像中的偶和奇半帧间的移动位移。虽然许多显示器拥有自己的去交错过程,这些移动伪像与显示技术本身无关,而是完全由信号的本质以及信号处理导致的。
    注意,当输入逐行(逐行扫描)信号时,一些显示器上的图像质量可能会降低,这是因为视频带宽要求两倍于隔行信号的视频带宽要求。完全数字化一个逐行模拟信号(包括象素跟踪)也是两倍地困难。因此用两种方式尝试它。如果显示器的逐行显示质量与你的DVD播放机或其他信号源可以相比,那么有一个合理的机率,当对显示器输入隔行信号时,你将获得更好的结果。

    3:2下拉和振动
   
这个移动伪像的起源是因为电影是以每秒24帧(fps)的速率拍摄的,而基于NTSC系统的视频显示器是以60fps操作的(或对交错显示来说是每秒60个半帧)。目前的解决方案是显示半个电影帧3次,另半个电影帧2次,这称为3:2下拉。这确切地将24fps转变为60fps。这个方案的问题是它产生了不规则的屏幕上的移动,因为交替的电影帧显示了不同的时间因此移动显示为非规则的,这个伪像被称为振动(基于PAL的显示器在50fps下运行并使用2:2下拉,但是这将所有的东西加速了4%。这也是一个不受欢迎的伪像)。合适的方案是在72fps下运行显示器并显示每个帧3次(3:3下拉)。令人惊异的是没有几个视频显示器,投影仪或DVD播放机目前能够在这种模式下运行。(虽然这样,但是一些视频处理器能够产生3:3下拉信号。)
    大多数CRT计算机显示器和投影仪能够在从50到150Hz或更高的任何帧率(刷新率)下工作,包括工业标准的60,72,75和85Hz。另一方面,几乎所有的平板显示器(计算机或视频)都被设计在固定的刷新率60Hz下在内部运行。而与提供的信号的外部帧或刷新率无关。许多计算机用户错误地在75或85Hz下运行他们的平板显示器和投影仪,因为他们听说这样可以降低闪烁,但这仅对CRT显示器工作。由于同样的如上面讨论过的帧率转换伪像,这将产生移动振动。更糟的是由于在信号质量部分提到的视频带宽和象素跟踪效应,它将不必要地降低模拟信号质量。
    为了从60fps上升到72fps,对NTSC系统所有的显示器的内部时钟率需要提高20%(对PAL系统,44%)。信号处理电路的视频带宽也需要提升同样的比率。这是一个重要的性能提升但是它是在现在的显示技术的能力范围之内。希望在近期我们能够看到更多的视频显示器,投影仪和DVD播放机能够实现72Hz和3:3下拉处理。

    数字移动伪像
   
当在图像中有移动时,许多具有数字象素的显示技术将产生一些形式的伪像。这是由设备电路在一个帧到下一个帧上更新象素的方式上的不同而引起的。在一些数字显示器中,不是所有的象素都是在同一时间被更新的,而是通过周期和/或区域来进行的。例如,上半部分和下半部分的屏幕可能被分别更新或奇数线和偶数线被分别更新,后者是隔行扫描的一个变形,不同在于显示器的输入信号是渐进式的而不是交错的。在老的或低性能的等离子和LCD显示器上,你可能更容易看到这些伪像。当图像包含精细细节时,这些移动伪像最容易被看到。DisplayMate的多媒体版的“Moiré蒙太奇”具有12个不同的振动图案,是这些移动伪像的终极测试。
    当任何形式的时间振动伸展的时间长于视频帧时间时,会出现移动伪像。例如在一些脉冲宽度调制的实现中,因为移动中断了长的切换周期,因此在移动或变化的图像部分的周围引入了一些灰度轮廓误差。

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显示技术之战—比较CRT,LCD,等离子和DLP显示器(六)(2007-4-29 2:32:00 上传)

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