近来使用于PC与TV上的LCD面板大型化正在急速发展。PC和TV所使用的LCD面板不同在于,PC用强调静止画面,而TV用强调动态画面,所以目前TV用LCD面板业者正积极改善动态画质。
动态画质模糊调校是近两年来相当热门的话题,而陆续也有部分的LCD TV说明书上,开始出现「动态画面模糊改善」的诉求。因为这种趋势,所以VESA(video electronics standards association)在FPDM 2(flat panel display measurement)上增加了动态画质评测的专案,作为Update版。
在VESA FPDM2 update中的Motion Artifact上,总共提出10个评测专案。在这些评测项目中,「Motion Blur Measurement」、「Dynamic False Contour 」、 「Color Breakup」从很早时候就开始研究和讨论了。
这次是首次在FPD的评测中,加入动态画质的测评专案。应该注意的是,在这些专案中有关颜色的评测有好几个提案。动态画质的色度评测将成为一个重要的项目。
■液晶屏幕的动态画面模糊原因
DLP和小型LCD的一部分是利用field色彩顺序进行颜色显示(RGB分割颜色影像)。在这种方式下,会产生动态画面的白色边缘部分被RGB分离的色彩分裂。因此,对于这个问题的改善就是十分必要的了。
CRT或FED(包括SED)等技术,不会因为本身显示方式而出现的动态画质干扰问题。但是,大画面、高辉度的面板相当容易出现画面闪烁不定的问题。
在改善动态画面模糊和动画轮廓的时候,也有可能会增加画面的闪烁和噪音。因此,在注意这些问题时,进行画质的改善是很重要的。
液晶屏幕的动态画面模糊,通常是指画面变换的过程中,发生了边缘轮廓模糊的现象,发生动态画面模糊现象的原因有2个,一个是液晶的反应时间及萤光体残光等,另一个是TFT驱动,就像Hold方式的影像控制等。
■Hold是造成动态画面模糊的主因
所谓「Hold方式」显示方式,就是在一定的时间内显示一个Frame影像,而在电视画面中,这种Hold时间相当于一个垂直周期(16.7毫秒)。
一般而言,大家都相当清楚,液晶回应时间对于动画显示来说是相当重要的,因为以液晶电视来说,一个画面的变换时间大约是16.7ms,所以,液晶电视的反应时间能不能比16.7ms更短,对于动画画值的表现来说非常重要。
不过,还有一个情况是,即使液晶的反应时间为0ms(这是不大可能及困难的),模糊还是不会消失。这是因为,液晶屏幕是利用「Hold方式」的方法来显示影像的。
根据一些实验报告我们可以知道,利用「Hold」方式在屏幕上显示的动画,会在视网膜上左右摇动。这样的摇动随著时间积累,就觉得动态画面模糊了。和改善液晶的回应时间一样,必须开发缩短「Hold」时间的显示方法。
根据上述的情况,液晶屏幕所出现的动态画面模糊,不能用长久以来所使用的测定,就是从白到黑及黑到白变化时间的液晶回应时间来表示。
■改善因Hold时间引起动态画面的模糊
如果反应时间是0ms的理想控制型液晶面板(Hold时间100%)的情况下,MPRT是16.7ms(频率为60Hz)。Hold时间为50%时,MPRT约为8.3ms;Hold时间为25%时,MPRT为4.2ms。
一般的LCD,其MPRT在8ms以下;如果是商用产品对画质要求很高的LCD,其MPRT可以推测在4ms以下。前面所叙述了MPRT含有液晶反应时间和Hold时间两大要素,因此,如果要在影像的显示质量下,液晶反应时间是希望能够比以上的值更小一些。
在改善液晶反应时间的方法中,有OCB、IPS、VA等高速动态的模式,也有Over-drive驱动等等。现在,重视画质的液晶电视已经将这些方法投入生产当中。
改善因Hold时间引起动态画面的模糊,有两种方法。一种是配合画面频率来点灭背光灯源,另一种是运用动作补偿技术的倍速显示法。实现第一种具体的方法是,利用背光的闪烁和黑信号的插入。
而在这两种技术里,为引人关注的是动态补偿技术。背光点灭和黑信号插入等的间歇显示法,能够改善动态画面的模糊,并实现起来比较简单。但在大画面、高亮度的情况下,容易产生画面的闪烁不定。相比之下,动态补偿倍速显示法能够在不增加画面闪烁的前提下,改善动态画面模糊,但因为需要大规模的讯号处理电路,所以直到目前还是不容易实现。
■日本业者发表利用缩短Hold时间改善画质
2005年,有相当多业者发表利用缩短Hold时间改善画质的相关技术和产品。例如,有日本业者利用动态补偿高速显示技术,生产的32寸WXGA液晶电视。方法是利用动态补偿技术,把画面讯号和驱动的画面频率,从一般的60Hz提高到90Hz,将Hold时间缩短到约70%,并使用扫描式背光源点灭方式又缩短到70%,共计缩短了50%。在不增加画面闪烁的前提下,改善了动态画面模糊问题。
因为在90Hz下进行背光源点灭,人眼不容易感觉到画面的闪烁。另外,还有其它业者也是采用运动动态补偿技术,将画面频率数提高到120Hz来改善动态画质。
■MPRT定义了可将液晶动态 画面模糊进行数值化
2001年许多业者就液晶动态画面模糊的评价方法进行了研究。结果,定义了可将液晶动态画面模糊进行数值化的MPRT(Moving Picture Re-sponse Time)方法。
以这个MPRT的概念为基础,关于VESA(Video Electronics Standards Association)对其的标准化问题进行了探讨。2005年5月发表在FPDM(Flat Panel Display Measurement Standard)的文件中。
MPRT就是一种在眼睛感觉下,液晶屏幕上显示动画(移动的边缘)模糊程度的定量方法。要判定动态画面模糊的程度,大家很容易想到是观察显示影像的模糊幅度,在MPRT中的单位用的是时间(ms)。这是因为,如果采用模糊幅度,就很难比较出尺寸和画素不同的面板所测定出来的结果。
在液晶面板上,出现的动态画面模糊幅度,是会随著动画的移动速度、观看的距离及Hold时间(垂直周期数)而变化的。
为了能够直接比较在不同条件下的测定结果,在MPRT中,就采用以时间为单位的方法。反过来,在得到的数值(时间)上,加上看的距离或者速度等等的条件,就可以得到液晶面板上模糊的幅度。
■追踪画面辉度 色度变换方法
在MPRT测定时,利用镜子及摄影机的辅助,产生像眼球的转动一样转动效果,再利用模仿眼球的转动的摄影机系统拍摄运动中的镜子边缘。而在这种方法当中,对画面运动的模仿精确度是很重要的。
人类在看动态画面时,是让眼球去迎合画面的速度,在视网膜上出现连续性静止的画面而感觉出动化的效果。如果要把同样的画面在摄影机上显示,必须和人眼一样合著动态画面的速度,利用装有镜片的Galva Scanner按动画的速度转动来摄下画面。因为目前动态画面主要都是彩色,所以为进行辉度、色度分析量测时,需要加装上彩色CCD 摄影机。
动态画质测定的动画模糊测试的一般方法是,从左到右扫描出的所追踪画面,取出这个画面移动和平行方向的断面,依时间在纵轴上变换辉度强度,横轴上变换CCD象素。得到的曲线称为动画回应曲线(Moving Picture Response Curve;MPRC)。
透过MPRC的横轴依时间变化,可以进行大小不同的样本和比较。对动画进行等速追踪后,由镜片的转动速度可以求出角速度,从角速度可以算出横轴的时间。
在一般的动画模糊评测中,先扫描两个灰色图案的组合,然后利用拍摄组合的边缘来评测图案移动的过程。为了能在动态画质测试中评测各种特性,要做到扫描的画面和配色能够自由选择。
得到的彩色追踪画面后先乘上辉度、色度补正系数,这样就可以进行色度变换。辉度、色度补正系数是利用色彩辉度计测定样本得出的。因此,彩色追踪画面可变换成色度XYZ画面了,再使用这些色度值就可以变换成各种的色度参数。
■MPRT的Test Paten布建
液晶面板的最小辉度(Y0)和最大辉度(Y6)用CIE1967的L所定义的辉度转换后,得到的最小辉度(L0)和最大辉度(L6=100)分成6份。Y0到Y6的辉度可以利用以下公式求得。
利用这个方法得到的辉度Y0到Y6的明亮度差,在主观上有相同的距离,例如,即使在测定拥有不同γ特性的面板的时候,如果最大辉度和最小辉度一样的话,在Test Paten中采用的辉度组合也是一样的。
用迁移时间除以相对辉度的10%和90%的临界值,即得到EBET(Ex-tended Blurred Edge Time)。假设存在反应时间为0ms的液晶,此反应特性的倾斜部分就变成了直线,Hold时间与EBET相等。如果Hold时间缩短,EBET的值就变小;如果液晶的反应时间变长,EBET的值就变大。42个画面中每一画面的EBET平均值就是MPRT。
根据日本三菱电机曾经做过的MPRT测定结果,与一般所认识的动态画面模糊的程度进行比较,可以确认的是,两者十分相近。MPRT把人类眼球所感觉到的动态画面模糊程度,转换成了数值化,这表示MPRT作为液晶动画显示性能的一个指标是很有价值的。
利用色度的MPRC,面板的单色MPRC和对静止画面的SPRC的比较,可以实现这些性能的改善。但是,进行面板之间比较评测时,必须把动态画面表现性能量化。
包含色度的动画质量评价指标现在还没有被定义出来。这些动画质量评价指标,需要与实际目视的画面相比较。在未来进一步的技术研发中,透过导入视觉的因素,可得到与实际目视相关的资料。
这样利用彩色动画追踪摄影机就能够获得动画追踪彩色画面。再把这个画面转成任意的参数,就可对色度进行定量评测。最后对这些资料的分解、变换,可以确定颜色模糊发生的原因。
