“动态对比度”是数字“游戏”还是眼睛“戏法”？

对比度的“来历”

    如果有人问近一段时间液晶显示器市场最热门的话题是什么？“对比度”的受关注程度肯定会拔得头筹。长期以来，液晶显示器的对比度一直在300∶1～500∶1之间徘徊；仿佛突然之间，市场上就冒出一种1600∶1的显示器，紧接着2000∶1，甚至5000∶1(液晶电视机)大关都相继失守。就在我们惊诧四位数对比度的同时，我们也对一个新的名词“动态对比度”产生了疑问，如此夸张的参数到底是如何得来的呢？

　　在正式介绍对比度概念之前，我们先来给大家复习一下液晶显示器的工作原理(图1)。

图1 液晶显示器也就是我们常说的LCD，它的工作原理是：背光模块可以看成均匀的面状光源，发出的背光通过偏光片之后再经过液晶分子层(控制液晶分子的偏转角度进而控制不同的灰阶亮度)，然后透过彩色滤光片(分离出R、G、B三原色)，经过第二道偏光片，最后射出(人眼看到图像)

　　对比度这个概念早在CRT(Cathode Ray Tube：阴极射线管)显示器时代就有了，专业的说法是屏幕中最亮像素的亮度减去最暗像素亮度再除以最暗像素亮度，其具体的计算公式是：

　　但在很多场合因为最暗处亮度的数值实在太小，为方便起见，常认为白色画面亮度与黑色画面亮度的比值(近似值)就是对比度。

　　按照上面的计算方法，对数学敏感的读者很快就意识到液晶显示器在全黑屏幕下并不是完全意义上的“黑屏”，此时依然会有部分光线透射出来，否则屏幕的对比度数值上就会趋向于无穷大。

　　事实上也是如此，即使液晶分子处于“完全关闭”的状态*依然不能实现无光的黑屏，这时透射出来的细微光线大约会有0.1～1.0cd/m2的亮度，这就是我们常说的“黑不下来”的情况。黑不下来带来的负面效果是显而易见的，专业领域的处理会令影像在暗处失真，工程师的“所见”未必就是“所得”；对于普通用户来说，在欣赏图片或者电影的时候，深色部分泛白，颜色缺乏过渡，有时甚至会严重影响显示效果。

　　*注释：“完全关闭”在工程学上是指控制液晶分子的偏转角度，让光线完全不能通过，但实际上并不能遮挡住全部背光。

为什么CRT显示器就没有对比度的“困扰”呢？

　　心细的朋友可能会纳闷为什么在CRT显示器时代，对比度没有引起人们的广泛关注呢？甚至现在用料已经极度“精简”的CRT显示器，最低端的产品依然可以拥有比主流LCD更好的对比显示效果，这又是为什么呢？

　　1）CRT显示器属于模拟显示，在灰度上能够连续变化，从而在理论上可以显示出无穷多种颜色；但LCD显示器受到材料和驱动电路的困扰，能够实现256阶控制的产品(16.7M 色)已经属于中高端产品了，所以更不要期望它在对比度上有更好的表现。

　　2）CRT显示器的发光原理是通过电子束撞击荧光粉来主动发光，因此想降低亮度，只需控制电子的数量就可以轻松做到；显示完全的黑屏时，控制偏转磁场不让电子通过即可。但是LCD显示器要靠背光来照亮，如果背光的亮度不改变，那么即使在完全黑屏状态下，依然会有部分光线透射出来。

　　基于以上两点，CRT显示器有着比LCD显示器更优秀的对比度表现，在购买CRT显示器时，对比度参数就不是那么重要了。

提高亮度可以提高对比度吗？

　　单看对比度的计算公式，很多朋友可能会想：提高对比度除了让“黑的更黑”，还有一种办法就是让“白的更白”，那提高显示器亮度不就可以了？

　　随着技术的进步，制造出高亮度的背光模块并不是什么难题。现阶段LCD的亮度普遍都达到了200cd/m2以上(CRT显示器通常只有100cd/m2左右)，如果我们制造出一台800cd/m2的显示器，那对比度参数岂不是要翻两番？

　　但事实上并不是这么简单，一味地提高亮度，会造成图像过曝、高亮度部分失真的问题。而且过高的亮度看起来非常刺眼，用户使用时还要自己去把亮度降下来，实在多此一举。最主要的原因还在于亮度提高的同时，相应的漏光问题并没有得到解决，黑色亮度(下限)也会相应提高，反而会造成对比度参数下降，因为相比上限的增加，下限的变化要更快一些。

　　在显示器上，想通过单纯增加亮度来提升对比度的方法遭遇“兵败滑铁卢”；不过在液晶电视上，高亮度的面板却得到了推广，主要是二者的应用领域和用途并不完全相同。

提高对比度都有哪些“捷径”？

　　现在我们大家都知道了对比度的不足之处在于“黑不下去”，那就要想办法来解决这个问题。其中既有革新性的技术，当然也有不少“曲线救国”的妙招。

　　●扎扎实实：面板上的革新

　　只要液晶显示器的面板还是用液晶分子来遮光的，就不能称之为革命，所以我们把面板上的改进称作“革新”。面板上的革新实际上就是在液晶材料上想办法，寻找遮光能力更好的液晶分子，并在液晶分子的排列上做文章，以期待改进后的结构可以遮住更多的光。这些革新与提高液晶面板可视角度的技术组合在一起，就是现在众多的广视角面板，如S-PVA、S-IPS等。从指标上来看，新面板并没有在数字指标上突飞猛进，但是它们将液晶显示器的对比度参数提高到700∶1，甚至1000∶1。

　　●另辟蹊径：动态对比度

图2 TN(左)、MVA/PVA(中)、IPS(右)面板在像素组成结构上的差异

　　液晶显示器的特性决定了其没有办法像CRT一样显示出真正的黑色，但是如果能够降低灯管的亮度就可以让黑色看起来更黑，这种方法是切实可行的，于是各家公司都在这方面做起了文章，比较有代表性的就是三星的Magic Contrast和LG的Digital Fine Contrast(DFC技术，有兴趣的读者可以参考本刊9月上第150页的《LG锐比技术探秘》一文)，它们都是通过分析输入信号中的亮度信息来实时调整背光亮度，达到更好的对比度效果(详见后文)。

对比度是如何测出来的呢？

　　目前业内认可的对比度测量方式是ANSI(美国国家标准化组织)的标准测试方法，其具体步骤是先将待测显示器的亮度参数和对比度参数进行优化，在保证细节层次的情况下把亮度和对比度调节至最大，然后让显示器显示ANSI对比度测试图(图3)，测试图由16个黑白相间色块组成。

图3 ANSI对比度测试图

　　分别测出16个色块中心的亮度，8个白色块的亮度平均值就是最亮亮度，8个黑色块的亮度平均值就是最暗亮度，然后二者之商就是最后得到的对比度参数。这种测试方法能够真实反映显示器的实际工作状况，因此测量值被称为“有效对比度”或者优化对比度。

　　按照有效对比度的测量方法，绝大多数厂商的显示器是根本达不到1000∶1以上的对比度的，那么它们所谓的“动态对比度”又是如何测量出来的呢？下面我们来看一个例子。

　　这种测试方法又被称作Full On/Full Off(全开全关)测试法，按照这种方法，我们可以看到这台显示器的对比度就是243÷0.151=1609∶1(近似值)。

图4 Step 1：首先调整好LCD显示器的亮度和对比度参数等待测试

图5 Step 2：在全黑环境下让LCD输出全黑画面来测量其最暗亮度——0.151cd/m2。(注意：此时显示器正在启用动态对比度技术，背光模块几乎到了不工作的状态。)

图6 Step3：在屏幕的右上角输出白色方块来测量其最大亮度——243cd/m2

动态对比度，“噱头”还是“馅饼”？

　　现在相信大家对动态对比度这个概念已经非常清楚了，那么动态对比度到底都有哪些用武之地呢？它是厂商宣传时的噱头，还是用户实实在在的馅饼呢？

　　就像“声学心理学家”通过对人耳的分析最后能够用两只音箱模拟出环绕声一样，现在“视觉心理学家”也在做同样的事情。动态对比度的出现就是利用了人眼生理学的特点，人眼在视觉上的特点与测试仪器并不完全相同，最终人眼感受到图像的好与坏，并不能用单纯的数字指标去衡量。下面就让我们一起去看看动态对比度是如何来“欺骗”我们眼睛的。

　　在一个场景中，液晶显示器显示的是蓝天白云，这时只有很明亮的屏幕才能正确表达出天空的碧蓝和云彩的洁白；如果此时屏幕亮度偏低，我们会看到天空变得灰暗，而且云彩周围没有细节，过渡变得非常不明显(图7)。

图7 对于整体颜色较明亮的场景，液晶显示器就需要较高的亮度去表现

　　在另外一个场景中，我们需要表达的是一个黑夜，本来应该是漆黑的天空因为黑色不纯而变得灰蒙蒙的，看起来显得有些泛白，天上的星星就显得更不合逻辑(图8)……

图8 对于整体颜色偏暗的场景，如果使用较高的亮度去表现，就会出现严重的失真

　　这些场景在以前都是非常考验液晶显示器的，不过动态对比度技术另辟蹊径解决了这些问题。首先对于第一个场景，如果显示器发现场景的整体亮度较高，它会“通知”背光模块增加背光的强度，这样一来天变蓝了，云朵重叠的轮廓也可以更清晰的表现出来(此时暗部的亮度也随之提高)。在第二个场景下，液晶显示器会自动降低背光模块的输出亮度，虽然此时星星的光芒会变得更加暗淡一些，但在更黑的夜空背景中反而更加真实了(此时亮部的最大亮度也随之降低了)。

图9 包装箱上的比对度

　　所以动态对比度的意义就在于动态地改变背光的强度，以实现更高的对比度效果。从技术上来讲，这是一种非常有实际意义的创新，而且也是以后显示器发展的一种趋势。不过现在的动态对比度技术仍然有一些不足，那就是只能控制整个背光模块亮度的变化，而不能单独控制某一块区域；正是这种限制，造成显示器的最大亮度和最小亮度并不能出现在同一帧画面上。因此也有人把“动态对比度”看作是厂商宣传的一种噱头，但是相信新技术的引入会逐步改变这一尴尬场面，比如配合LED背光技术，现在已经可以生产出104∶1(有效)对比度的液晶面板。

　　结语

　　“动态对比度”对于广大新手朋友们来说可能还是一个全新而且夸张的概念，对于很多成熟的老鸟来说也许根本不屑一顾，但对于这样一个“亦正亦邪”的新事物，需要大家用正确的心态去看待，也需要厂商去合适地去使用和宣传。从技术上来说，动态对比度是以后发展的必然趋势；从观看习惯的角度考虑，动态对比度是向更讨好人眼的方向发展。只不过厂商在宣传时，不要去打擦边球，也不要故意设置高对比度的概念陷阱或者陷入唯指标论的泥潭，这样大家在接受“动态对比度”时会变得更加轻松一些。