盡管電視廠商一般不以"伽瑪"本身作為賣點，但這一術(shù)語自陰極射線管(CRT)電視時代便已存在，并且仍是目前TFT-LCD的重要幕后特征。
就現(xiàn)代LCD電視而言，伽瑪技術(shù)將清晰度提高到較新水平。每個LCD電視廠商必須在開發(fā)過程中的某個點重視伽瑪。否則，他們可以有世界上絕對最好的顯示屏技術(shù)，卻因為不能準確重建圖像而沒人買他們的顯示屏。這里所說的"不準確"指色彩表現(xiàn)和光強度，遠達不到準確還原/重建源圖像應(yīng)有的水平。
那么，電視中這種神秘的所謂"伽瑪"是什么呢?它與許多放射性衰變相關(guān)的高能"伽瑪輻射"不是一回事。首先，我們簡要討論伽瑪在CRT電視系統(tǒng)中含義。然后，說明其如何向TFT-LCD電視系統(tǒng)轉(zhuǎn)化，以及為什么我們應(yīng)該或需要了解這一技術(shù)。
伽瑪與CRT電視
CRT電視工作時，采用電子束轟擊屏幕上的磷光質(zhì)涂層。通過相應(yīng)的電子束掃描，轟擊這些磷光體可在屏幕上"描繪"圖像。電子槍所加控制電壓與屏幕產(chǎn)生光強度之間的關(guān)系本質(zhì)上是非線性的，近似于一階方式冪律方程(表示為Y(x)=x a)，稱為CRT伽瑪響應(yīng)。
人眼對光強，即"亮度"，具有本能的非線性敏感(光感)。眼睛對較低灰度(較暗)光亮的變化最敏感。眼睛的這種自然響應(yīng)與CRT相反的固有響應(yīng)非常相近。這是一個意外、卻非常有用的副作用，通過對源數(shù)據(jù)進行單一校正可補償系統(tǒng)非線性，使眼睛感受到一致的亮度變化。
源數(shù)據(jù)編碼方式必須考慮CRT響應(yīng)和眼睛已知亮度響應(yīng)。攝像機按視頻信號紅、綠、藍顏色分量(RGB)進行伽瑪校正，視頻需要以攝像系統(tǒng)讀取亮度變化類似于人眼讀取的相同方式編碼。由于CRT響應(yīng)與此相反，因此光強度的感覺是線性的。伽瑪校正還具有其他優(yōu)點，如降低視頻信號噪聲，提高低電平有效分辨率(這兩個因素關(guān)系到生成效果的一致性)。
在冪律方程中，對于給定系統(tǒng)來說，亮度(簡單地)等于施加的電子槍電壓提高到某一乘冪。這個冪是伽瑪系數(shù)(γ)，這個公式近似定義了CRT的整體轉(zhuǎn)換函數(shù)。一般情況下，典型CRT伽瑪應(yīng)為2.2至2.5。伽瑪系數(shù)越高，圖像對比度越大，而且增加了黑暗部分的深度(因為低電平分辨率加大)。伽瑪系越小，會使圖像顯得模糊或單調(diào)(因為低電平分辨率下降)。
伽瑪響應(yīng)為1.0的系統(tǒng)視為線性，但從各種原因角度看并非都有利。最關(guān)鍵的是，不能還原顏色和對比度感覺正確的伽瑪校正圖像。
總之，伽瑪校正為系統(tǒng)伽瑪響應(yīng)進行必要補償，保證(至少接近)攝像機攝入的亮度與CRT電視顯示的相同，使眼睛看到正確的圖像效果，圖1。
圖1: 基礎(chǔ)伽瑪校正與伽瑪響應(yīng)曲線。(相對亮度、輸入電平、伽瑪校正、CTR伽瑪響應(yīng))
伽瑪與TFT-LCD電視
除了都能顯示視頻圖像外，TFT-LCD與CRT基本沒有共同之處。最顯著的特點是，LCD不采用電子槍和磷光體生成亮度。而是采用電壓控像素控制透過像素的光。這種光源于背光，一般為冷陰極熒光燈(CCFL)或發(fā)光二極管(LED)陣列。簡言之，電壓傳送(V/T)曲線定義顯示屏的輸入響應(yīng)及其生成的亮度。
盡管與CRT不同，但TFT-LCD也采用"伽瑪"，只是這個術(shù)語必須稍做重新定義。為了使LCD照亮像素，液晶(LC)像素單元需要有施加的電壓，使其能夠傳送光，在屏幕上顯示亮度(注意，"光源"是LCD顯示屏背光，一般為CCFL或LED)。
為像素施加的模擬電壓由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器決定，轉(zhuǎn)換器根據(jù)給進來的圖像/視頻數(shù)據(jù)生成數(shù)字編碼(談到電視視頻內(nèi)容，伽瑪編碼早在CRT電視時代就有了)。所加電壓與傳送(V/T傳遞函數(shù))之間的關(guān)系為TFT-LCD伽瑪響應(yīng)，其本質(zhì)上是非線性的，這是由于LC單元傳送能力的性質(zhì)決定的。不過，這種響應(yīng)未必是我們在CRT電視中看到的所需非線性響應(yīng)。
因此，LCD電視伽瑪往往需要非常近似地模擬CRT伽瑪響應(yīng)。主要理由如下：首先是歷史原因，因為所有原來的視頻都是經(jīng)過CRT伽瑪校正的。第二，是利用人眼(亮度)的本能響應(yīng)。當(dāng)然，LCD的固有伽瑪響應(yīng)并非都是一樣的，隨著顯示屏技術(shù)和廠商會有很大變化。顯示屏伽瑪響應(yīng)可由廠商改變，他們可以根據(jù)最終系統(tǒng)所需的可視性能選擇特定的伽瑪響應(yīng)，圖2。
圖2: 各種系統(tǒng)伽瑪響應(yīng)曲線 (相對亮度、輸入電平、數(shù)字灰度輸入)
數(shù)字視頻數(shù)據(jù)(往往為LVDS形式)必須采用數(shù)-模轉(zhuǎn)換器(DAC)進行轉(zhuǎn)換，生成用于像素的模擬電壓。伽瑪采用顯示屏源/列極驅(qū)動器中的分段非線性DAC進行粗略校正(有意使其成為非線性)。源極驅(qū)動器DAC決定可以為像素施加多少個不同的階躍電壓(例如，8位DAC生成28或256級灰度)。每步階躍電壓感覺到的灰度亮度變化與顯示屏伽瑪響應(yīng)(V/T曲線)和眼睛響應(yīng)有關(guān)，圖3。
圖3: 伽瑪響應(yīng)相關(guān)亮度變化對比(伽瑪、感覺到的亮度)
如果亮度變化只允許與代碼改變成線性關(guān)系，則系統(tǒng)需要更多的分辨率位數(shù)(如12位或14位，而不是8位)，以實現(xiàn)所需的低亮度靈敏度，使眼睛感覺不到整個范圍內(nèi)代碼之間不同的變化(保持變化的均勻性)。事實上，這是采用伽瑪校正的另一個優(yōu)點，可使用較少位數(shù)，以"壓縮"低電平亮度數(shù)據(jù)的方式編碼視頻數(shù)據(jù)(眼睛最容易感覺到的)，同時不影響高電平亮度數(shù)據(jù)，因為看不出其中的微小變化。這還可以作為降低視頻信號噪聲的一種方法，這種噪聲是數(shù)字編碼中識別不出來的微小誤差造成的。
為改變顯示屏伽瑪響應(yīng)達到所需的V/T函數(shù)，顯示屏源極(column)驅(qū)動器DAC可在多個輸入點采用各種基準電壓。這些電壓使DAC達到某種所需的非線性工作狀態(tài)。基準電壓往往由"伽瑪緩沖器"IC中提供，一般是驅(qū)動DAC輸入點模擬電壓的緩沖放大器。伽瑪緩沖器IC可以是靜態(tài)的，也可以是可編程的。
Intersil的EL5411/20T運算放大器、EL5421T緩沖器和EL5x26 I2C可編程伽瑪緩沖器系列都屬于此類IC器件。這些器件可以為TFT-LCD源極驅(qū)動器提供精確穩(wěn)定的DC基準電壓。TFT-LCD顯示器簡易系統(tǒng)框圖參見圖4。
由于能夠控制DAC輸入點，LCD電視廠商可以微調(diào)電壓，進一步調(diào)整/校準顯示屏非線性伽瑪響應(yīng)，稱為伽瑪校準。例如，利用這種功能，電視廠商可以保證所有他們某種型號的電視顯示屏之間具有相同的伽瑪響應(yīng)。這意味著，LCD組裝和制造偏差等因素造成的潛在視覺效果誤差，可以降低到最小限度，使電視廠商能夠生產(chǎn)更加一致的產(chǎn)品。從而保證消費者購買的電視，在家里可以看到在當(dāng)?shù)亟?jīng)銷商銷售店顯示的同樣視覺效果。
(經(jīng)常有這樣的情況，商店"播放"的電視具有特殊的"商店"式效果。這種模式顯示的畫面具有最大對比度和極為飽和的色彩，以明快的顏色和亮度吸引消費者。而消費者在家庭環(huán)境中一般不使用這種設(shè)置。)
電視廠商最終決定如何校準伽瑪響應(yīng)(如γ =2.2、γ= 2.0、γ=1.8，甚至組合伽瑪，根據(jù)要達到的亮度改變伽瑪)，使他們的顯示器達到某種視覺效果。值得注意的是，伽瑪特性會隨著視角范圍和不同的光線條件變化。因此，購買新電視時，在相似條件下對比不同電視，通過顯示器與顯示器的大量對比是進行選擇的一種好方法。
伽瑪與電視設(shè)置
傳統(tǒng)上，CRT電視(以及大量并非此類名稱的設(shè)備)有"亮度"控制，用來改變黑電平，以及"對比度"或"圖像"控制，用來改變最大白電平。電視的伽瑪確定這些端點內(nèi)部的響應(yīng)。理想情況下，這些電視設(shè)置應(yīng)完全獨立于伽瑪，而一旦固定了最大白電平，黑電平的任何改變會從相對方向改變伽瑪曲線(其形狀變化)。
這意味著，伽瑪系數(shù)改變了，現(xiàn)在系統(tǒng)的伽瑪響應(yīng)只受黑電平變化的影響。在LCD情況下，端點電平一般由源極驅(qū)動器固定，而對信號進行數(shù)字調(diào)整。同時，LCD可以改變背光亮度，這為改善系統(tǒng)性能增加了一個維度。
有些TFT-LCD和數(shù)字電視具有其他設(shè)置，可以通過用戶控制菜單進行調(diào)整。這些設(shè)置類似于"伽瑪"調(diào)整(一般不是量化，而是+/-伽瑪調(diào)整)，動態(tài)增強對比度或黑度，選擇不同的圖像/視頻模式及其他工廠命名的功能。這些設(shè)置可以改變部分或所有電視設(shè)置，包括伽瑪曲線。例如，正常工作模式下單個系數(shù)定義的伽瑪(如γ=2.2)，可以改變?yōu)槎鄠€伽瑪系數(shù)決定的曲線，從而改變電視亮度范圍響應(yīng)(視頻信號代碼或電壓)。
同時，有必要指出，四周環(huán)境或房間亮度也會影響視頻系統(tǒng)的感受響應(yīng)。遺憾的是，人們根本不知道視頻編碼時采用的有利于DVD電影或電視節(jié)目顯示效果的準確條件，以及設(shè)備的設(shè)置功能，因此很難在家里設(shè)置觀看，生成準確的再現(xiàn)圖像。您的起居室條件很可能與攝影室完全不同并且不斷變化。
例如，黑暗的房間可以降低黑度的感覺，因為這時用以參照的環(huán)境光線是漆黑的(黑暗環(huán)境下看不出黑色)。相反，如果打開明亮的電燈，環(huán)境光線會高過顯示屏亮度，由于缺少低端細節(jié)(黑度)，會感覺圖像對比度下降。
總之，伽瑪不一定能夠輕松定義，但作為高科技產(chǎn)品的消費者，最好從系統(tǒng)角度或由淺入深地了解這一概念。顯然，這將對購買新的LCD電視有好處，您不必校正伽瑪。這對于大多數(shù)人來說是困難的，而且是不可能的。電視廠商完成了最初的艱苦工作，設(shè)置了源驅(qū)動器DAC的轉(zhuǎn)換函數(shù)，使顯示屏具有其所需的非線性伽瑪響應(yīng)。
不過，大部分電視具有各種用戶調(diào)整功能，這些功能可在一定程度上控制系統(tǒng)響應(yīng)，盡管對于大量用戶特定伽瑪調(diào)整控制的價值存在許多爭議。大多數(shù)情況下，消費者的確不會直接控制電視伽瑪響應(yīng)，但這有利于普通電視收看者精確微調(diào)。
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