伽瑪--在電視系統(tǒng)中的含義

盡管電視廠商一般不以伽瑪本身作為賣點(diǎn)，但這一術(shù)語(yǔ)自陰極射線管(CRT)電視時(shí)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(gè)LCD電視廠商必須在開(kāi)發(fā)過(guò)程中的某個(gè)點(diǎn)重視伽瑪。否則，他們可以有世界上絕對(duì)最好的顯示屏技術(shù)，卻因?yàn)椴荒軠?zhǔn)確重建圖像而沒(méi)人買他們的顯示屏。這里所說(shuō)的不準(zhǔn)確指色彩表現(xiàn)和光強(qiáng)度，遠(yuǎn)達(dá)不到準(zhǔn)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(jiǎn)要討論伽瑪在CRT電視系統(tǒng)中含義。然后，說(shuō)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(shí)，采用電子束轟擊屏幕上的磷光質(zhì)涂層。通過(guò)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(qiáng)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(duì)光強(qiáng)，即亮度，具有本能的非線性敏感(光感)。眼睛對(duì)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(gè)意外、卻非常有用的副作用，通過(guò)對(duì)源數(shù)據(jù)進(jìn)行單一校正可補(bǔ)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(jī)按視頻信號(hào)紅、綠、藍(lán)顏色分量(RGB)進(jìn)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(qiáng)度的感覺(jué)是線性的。伽瑪校正還具有其他優(yōu)點(diǎn)，如降低視頻信號(hào)噪聲，提高低電平有效分辨率(這兩個(gè)因素關(guān)系到生成效果的一致性)。

　　在冪律方程中，對(duì)于給定系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，亮度(簡(jiǎn)單地)等于施加的電子槍電壓提高到某一乘冪。這個(gè)冪是伽瑪系數(shù)(γ)，這個(gè)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(duì)比度越大，而且增加了黑暗部分的深度(因?yàn)榈碗娖椒直媛始哟?。伽瑪系越小，會(huì)使圖像顯得模糊或單調(diào)(因?yàn)榈碗娖椒直媛氏陆?。

　　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(duì)比度感覺(jué)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(jìn)行必要補(bǔ)償，保證(至少接近)攝像機(jī)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(duì)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(méi)有共同之處。最顯著的特點(diǎn)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(guò)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(jiǎn)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(gè)術(shù)語(yǔ)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(jìn)來(lái)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(shí)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(guò)，這種響應(yīng)未必是我們?cè)贑RT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?yàn)樗性瓉?lái)的視頻都是經(jīng)過(guò)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(huì)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。