尊正高清液晶监视器.doc

25目录引言2一液晶监视器的原理21.1 高清信号的表现能力21.2高清监视器的分类及原理41.2.1 CRT显示器的原理及特点41.2.2 LCD51.2.3 PDP61.3高清环境下对专业监视器的使用需求7二ZUNZHENG高清液晶监视器的应用82.1 LM-2130W监视器的传统应用82.1.1 接口82.1.2 传统辅助功能92.2液晶监视器的扩展应用92.2.1 像素到像素显示92.2.2音频电平表92.2.3多摄像机分屏联调102.2.4波形监视功能112.2.5测光功能212.2.6时间码显示功能22三ZUNZHENG监视器客观评测223.1亮度223.2亮度均匀性223.3基色色度坐标243.4色温243.5色域覆盖率25引言数字化以来电视系统的变革可谓是“天翻地覆”，尤其以奥运会和中华人民共和国六十周年华诞为契机，国内已陆续开播了多个高清频道，高清节目已经开始进入寻常百姓家。同时，专业节目拍摄和制作也进入了高清设备普及期，各个电视台和制作公司都在纷纷采购高清拍摄和制作设备，拍摄和制作工艺也在逐渐转向高清方式。进入高清时代，图像质量便进入了另一个新层次，不能再用标清时代的观点去衡量好坏了。具体来说，聚焦就很难用寻像器将焦点调实，再者如果用光不好图像层次也很难达到要求。由于传输通道、编辑、录像等各个环节的数字化，他们对图像的影响和损伤比模拟系统大大减少，因此，对于提高数字图像的质量必须从前期拍摄和后期制作两个环节同时入手。监视器作为凸现高清与标清信号差别的最终关卡，也就出现了新的技术特点和崭新的发展趋势。具体来说就是测试仪器监视器化和监视器测试仪器化。首先作为测试仪器监视器化的主要代表就是日本利达（Leader），从最早的LV5800到最近的LV5700A以及LV5380和LV5330基本上在监看动态视频的同时可以提供亮度波形、矢量显示、R G B波形、五条（Five Bar）显示，更可以选配功能强大的CINE LITE 和CINE ZONE功能，但是利达系列产品的价格还是无法作为日常拍摄的标准配置使用；其次，就是以索尼、松下为代表的高清广播级监视器产品，都陆续集成了波形显示、矢量显示以及传统的H/V delay等检测功能，从而可以最大限度的帮助使用者对于前期拍摄和后期制作进行监测和检测。另外，由于监视器产品的特殊性，不管是传统的CRT监视器，还是液晶监视器由于老化问题的存在，为了使监视器准确地重现出图像，定期进行亮度、对比度、色度以及色温的校正成为必须，也就是说监视器厂家能否提供相应的校正服务或者自动校正系统也是选择监视器产品的一个重要因素。一液晶监视器的原理1.1 高清信号的表现能力从物理指标上看，标清信号与高清电视信号，分辨率从720x576上升到1920x1080，水平分辨率上升了近2.67倍。从实际效果看，不仅仅是图像细节更加清楚了，而是全面的、表现能力的大幅度提升。表现力这种说法似乎不够准确，从表面看高清节目只是物理指标的升级，表现能力是如何提升的呢？它与物理分辨率之间有怎样的关系呢？要说明这一点还是要从分辨率和清晰度的概念来分析。一般电视清晰度的概念是指：人眼宏观看到的图像的清晰程度，是由系统和设备的客观性能的综合结果造成的人们对最终图像的主观感觉。（虽然是主观感觉，但清晰度这种主观感觉是可以进行定量测试的，即可以用黑白相间的线条的粗细来衡量，并有标准的测试方法和测试图，其测量数据有明确的单位，即电视线TVL）。而分辨率与清晰度不同，它不是指人的主观感觉，而是指在摄录、传输和显示过程中所使用的图像质量记录指标，以及显示设备自身具有的表现图像细致程度的固有屏幕结构，说具体点就是指单幅图像信号的扫描格式和显示设备的像素规格。从上述概念可以看出，清晰度是人眼最终感觉到的图像效果，虽然不同于分辨率，但受到分辨率的制约。从另一个角度说，分辨率的提升必然带来清晰度的提升，清晰度的提升直接带给人眼更好的观赏效果。上述概念中有一点需要引起大家注意：测量清晰度时使用的测试图是使用黑白相间的线条进行的，实际上只反映了极限条件下的图像内容，这种要么最白、要么最黑的图像是完全没有表现力可言的，它不能代表人眼对被观看物体进行欣赏所需求的全部信息。人眼要欣赏一幅图像不仅需要最白和最黑的信息，还需要捕捉到大量由亮到暗的过渡信息，才能感觉到被摄物体的质感。只有提供了均匀、细腻的中间层次，才能实现高水平图像的表现能力。那么清晰度的提升又是如何提升表现力的呢？我们知道，在拍摄相同的景物时，采用不同分辨率的摄像机形成的最终图像的细节不同，如图1和图2，图1表现的是一个较低分辨率的图像，图中的曲线代表某一图像的明暗变化过程，竖条代表取样点位置。低分辨率在取样时只能获得三个像素点的数值，不仅分辨率低，亮度的变化层次也很少。图2表现的是高分辨率的图像，在同样的空间内可以取样八个点，分辨率提升了，同时在没有增加会读取样深度的条件下，灰度层次也大幅度增加，表现出了更加细腻的图像质感。同理，色度信号的取样细节也更加丰富了。可以说高清电视仅仅依靠增加分辨率，就实现了提高图像的清晰度，又增加亮度和色度层次的效果，实现了更加细腻、逼真的表现能力。1.2高清监视器的分类及原理专业监视器主要包括CRT（阴极射线管）、LCD液晶、PDP等离子。下面先分别简要介绍它们的工作原理。1.2.1 CRT显示器的原理及特点CRT又叫做阴极射线管显示器，主要由电子枪、偏转线圈、荫罩、荧光粉和玻璃外壳五大部分组成，其原理是利用显像管内的电子枪，将电子束射出，经聚焦、偏转，穿过荫罩上的小孔，打在涂满了三原色荧光粉的内层玻璃层上，电子束的轰击会使得荧光粉发光，最终形成人眼所能看到的画面。CRT按种类分为黑白显像管和彩色显像管，彩色显像管又分为三枪三束和单枪三束等几种。三枪三束荫罩式显像管（原理图见图3）是较早期的技术，由三个电子枪品字形排列，分别发射电子束，经过聚焦、偏转，分别轰击红绿蓝三色荧光粉，使其发出红绿蓝三基色光。通过改变电子束的强度，控制荧光粉发光的明暗，改变三基色配比就可以组合出不同的光色效果。这种显像管的电子束必须非常精确的控制才能达到出色的画面效果。如果不能准确控制电子束，杂散的电子有可能打到相邻像素的荧光粉上，造成颜色不纯、细节下降等问题。解决的办法是在靠近荧光粉的一侧加上一块荫罩板，荫罩板上依据像素的分布打有很多的小孔，每个小孔对应一个由红绿蓝三基色荧光粉组成的像素。当电子束控制正确时，三束电子准确穿过小孔打在各自的荧光粉上，杂乱的电子会被荫罩板遮住，保证颜色的纯度。这类显像管的优点是技术简单、工艺成熟、成本较低，缺点是电子束受到抑制较多，穿透率较低，亮度、对比度受到限制，画面精度不够，有明显的颗粒感。为了改善这些缺点，一些厂家开发了单枪三束荫栅式显像管（原理图见图4），这种显像管的结构与三枪三束式有很大不同。它装有按红绿蓝一字排开的三组灯丝和其它共用的枪体称为单枪三束，而其结构上最大的不同在于将遮挡杂散电子的荫罩改为荫栅，荫栅的结构见附图，它是以垂直的条状金属丝组成栅栏状结构。水平相邻的像素之间电子束的扫描是连续进行的，这种栅栏式的遮罩结构既可以有效的阻挡相邻像素的杂散电子干扰，又可以提高垂直方向电子束的通过率，对于提高亮度、对比度有很大的帮助。图3图4 标清时代专业监视器大量使用CRT显示器件。CRT显示器的优点是：亮度、对比度高，色彩鲜艳，色域宽，使用寿命长。缺点是：容易磁化、耗电量大、有辐射，而且CRT存在环保问题，退出历史舞台只是时间问题。1.2.2 LCDLCD也叫液晶屏，它是由不同部分组成的分层结构。主要由两块玻璃基板作骨架，其间均匀布满液晶材料，液晶层中的液滴都分布在细小的单元格结构中，（如果是彩色液晶显示器，则由三个单元格构成屏幕上的一个像素，每个单元格分别对应红、绿、蓝，在这些单元格上面粘贴了相应的彩色滤光片，用于发出三原色），上下两块玻璃基板上粘贴了相互垂直的两块偏振膜。因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏背面设有作为光源的灯管，灯管背面还有一块背光板（或称匀光板）和反光膜，背光板是由荧光物质组成的可以反射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。背光板发出的光线在穿过第一层偏振片过滤后只剩下了单向振动的光线，根据光学原理，这时它只能穿过方向相同的偏振片；而后面一层偏振片与前一片垂直放置，如果光线直射到后一层偏光片上，会因为振动方向与偏光片方向垂直而无法通过。而液晶具有一种特殊的光电效应，对其施以不同的电压刺激会引起光学性质的改变，人们就利用这一特性来控制光线通过液晶的强弱以达到显示图像的目的。具体的办法是在液晶屏的每个细小的单元结构的两面都装有透明的电极，通过控制两个电极间的电压而改变液晶的通光状态（见附图），液晶材料会根据电极的电压改变摆列状态，光线在穿过液晶材料时随着液晶排列的角度转变了振动的方向，当它到达另一面时其振动方向已经与另一边的偏振片平行了，这样光线就能够穿出整个液晶面板了。LCD显示器具有轻薄、省电、亮度高、画面清晰等优点，同时也存在响应时间较长、观看视角较小、背光抑制不足等问题。作为专业显示器，LCD有着很明显的特色，它不是通过控制发光而是通过控制透光来实现图像的显示，其工作机制与CRT、PDP不同，观看效果与观看习惯也不尽相同。（无闪烁） LCD用于专业监视器时间不长，但其优势已尽显现出来，除去市场上一些用普通液晶电视技术冒充专业监视器的低劣产品以外，从国际上来看LCD已经在全面替代CRT监视器。LCD显示器的优点是：清晰度高、轻便、省电、便于携带、不易受干扰。缺点是：响应时间较长、有观看角度的限制图51.2.3 PDP等离子面板也叫气体放电显示面板，它由数量众多体积很小的玻璃气室组成一个平板，气室中通常充有惰性气体（一般是氙气和氖气的混合体），每三个气室排成一行组成一个像素，其中一个气室内壁涂有红色荧光粉，一个涂有绿色、一个蓝色。在每个气室的上下各有一条横向x和纵向y的电极导线，在驱动电路的控制下，每个气室的X、Y电极之间产生放电，而在惰性气体中放电产生的气体等离子体发射出紫外线，紫外线激发荧光粉发光，这就是等离子面板的工作原理。放电产生的紫外线强度与放电的频率有关，频率越高，该像素点的亮度越高，再根据三基色原理组合成想要的不同亮度和颜色。PDP面板因为与CRT显示器一样是由荧光粉发光形成的图像，其图像信号的特点与CRT器件很相似，观看效果与观看习惯相近。PDP器件本身具有轻薄、亮度高、对比度高、色彩丰富等特点，同时也因显示机理造成的成品尺寸较大，工作期间发热量高以及存在烧蚀现象等问题。1.3高清环境下对专业监视器的使用需求一般专业监视器在使用过程中，除了必须符合国标规定的电气指标外，会根据具体的环境，配置适当的画幅尺寸。标清时代技术监看时，为了准确发现图像中的问题工程师一般观看距离会比较近。对于这种接近监视器观看的方式，工程师一般会选择对角线长度为14或15英寸的监视器。其主要原因是在距离监视器很近的情况下，人眼的分辨率相对提高，有时甚至超过监视器的实际分辨率，以便更容易发现图像中的问题。以一般工作台的尺寸计算，工作人员距监视器的距离约为15英寸监视器对角线的2-3倍，根据人眼的生理特性，这样的观看距离上，如果保持眼睛不转动，视角涵盖的范围约为监视器面积的四分之一，视频工程师需要比一般观众更加注意细节，在这样的观看距离上更有利于发现问题。然而过大的监视器在这样的距离上将很难看到完整的图像，对于一些活动频繁的图像，工程师需要不断的更换观看位置及角度才能及时发现问题，予以修正，有时就会因观看角度不佳而错过关键的技术细节造成技术失误。选择15英寸的监视器，既可以比较容易看清图像各部分的细节又可以不必大幅度摇头，使用起来比较方便。然而，高清环境下的监视器尺寸就无法依照这个规律进行监视器尺寸的选择了。高清信号的特点，不仅仅是分辨率提升了，信号的层次也大幅地增加了。为了在监视器上显现出这些特点来，就必须加大屏幕尺寸。我们假设监视器上的象素点尺寸不变（如果像素尺寸变化，那么观看距离也要相应变化，才能保证人眼的分辨率保持不变），那么高清监视器的水平尺寸将是标清监视器的2.67倍，垂直尺寸也扩大到了接近2倍，整个监视器的面积将是标清监视器的5倍。如果观看距离仍然保持不变，那么工程师在原来的位置上能看到的屏幕面积只有整个屏幕的二十分之一了。从控制图像质量的角度出发，这种状态无法保证技术工作的顺利进行。从实际使用的角度分析，高清监视器的尺寸，既要能够表现高清信号的细节，又要照顾到工作人员的实际需求。另一方面，从实际使用情况看，小尺寸的高清监视器（包括9、14、15、17英寸）虽然电路部分都可以处理高清信号，但在屏幕上由于每个像素过小，是无法达到真正的高清水平的。当然不是说监视器的绝对指标无法做到，这里面包含两个方面的问题：一是以现有的工艺水平生产这么小尺寸的高规格显示器，会因为过于复杂的加工工艺形成过高成本，绝大多数客户无法承担；二是在这么小的尺度范围内，人眼的生理指标也无法实现这么高的分辨率。经过实践表明，对角线长度小于17英寸的专业监视器是无法达到监视高清节目的目的的。这一点我们可以从监视器的指标得以证明。CRT显示器的最小点距为0.23mm左右，如果要做到1920X1080的分辨率，至少要做到对角线尺寸大于20英寸才可以。根据上述分析，我们可以得出以下结论：在高清节目制作环节，要达到真正显示完整高清信号的目的，显示器的对角线长度尺寸至少不小于20英寸，最好不低于24英寸。作为技术监看和审查级别的监视器，最好选择大于24英寸。二ZUNZHENG高清液晶监视器的应用随着高清信号和LCD监视器的日益普及，监视器的应用也从传统的简单监视视频信号质量过渡到提供更多的辅助技术手段提高高清信号监测水平。具体趋势就是仪器监视器化和监视器仪器化两个方面。也给用户提供了更为方便快捷和经济灵活的新选择。2.1 LM-2130W监视器的传统应用无论作为传统CRT监视器和作为其替代品的液晶监视器，最基本的功能就是在前期拍摄和后期制作的过程中提供对于图像的监视，同时作为广电行业专用的设备还应该具备专业接口和一些传统的辅助功能。2.1.1 接口2.1.1.1 模拟接口模拟接口应该包括复合、分量两种传统接口，部分监视器还会提供VGA接口。2.1.1.2 数字接口SDI接口，包括3G，HD，SD三种标准，一般来讲都是向下兼容的。DVI接口2.1.1.3 音频接口音频输入输出接口2.1.1.4 功能接口常见的功能接口有GPI、RS232、RS485、以太网，前三种接口都是较为常用的接口，重点要提到的是以索尼为代表的高端广播级液晶监视器已经开始集成以太网口，这会为电视台在数字化改造中提高管理的方便性和效率带来非常大的便利。2.1.2 传统辅助功能2.1.2.1 纯蓝模式（Blue Only）以纯蓝模式显示，易于进行色度和色相的调整，允许对信号噪波进行精确估算。2.1.1.2 H/V 延迟H/V Delay (水平/垂直延迟) 功能允许通过显示屏幕中央的水平和垂直间距，对消隐区域和同步/脉冲信号进行观察。2.1.1.3 多种标记16：9模式和4：3模式下可以显示多种标记2.1.1.4 黑白模式在这种模式下，可以显示黑白图像。2.1.1.5欠扫描功能选择Underscan (欠扫描) 模式后，对全部有效图像区域进行显示。这使操作者可以看到整幅图像，从而对图像的边缘进行检查。2.2液晶监视器的扩展应用2.2.1 像素到像素显示当液晶屏的物理像素与输入视频分辨率不一致时，根据实际尺寸在监视器上以1：1的比例显示。2.2.2音频电平表显示SDI嵌入音频的音频电平表。2.2.3多摄像机分屏联调屏幕左侧可以冻结视频帧，将其显示为一幅静止图像。利用该功能可以让现场摄像机匹配早些时候（或另一台摄像机）拍摄的视频帧。2.2.4波形监视功能目前广播级液晶监视器基本上都已集成了亮度波形和矢量波形，更高端的则集成了更多的波形形式，以辅助高清视频拍摄和节目制作。2.2.4.1 亮度波形 2.2.4.2 矢量波形2.2.4.3 R G B波形由于R，G，B信号源之于图像，最后还原成图像，所以数字时代最准确、最科学、最有效的监测手段就是使用示波器直接监测R、G、B信号的状况。2.2.4.4 Y R G B峰值波形以下以利达公司的监视器为例介绍这些波形的实际使用。2.2.4.5 依据示波器在前期拍摄中对摄像机进行正确的调整要想拍摄完美的画面对摄像机进行正确的调整是必须的，这也正是我们强调在前期拍摄中就进行数字监测的根本原因所在。只有采用科学有效的数字监测手段，对摄像机进行正确的黑平衡、白平衡、曲线的设定等等，才能拍摄出完美的画面来。1.黑电平（BLACK PED）的监测执行摄像机自动黑平衡调整（ABB），观察RGB三路波形，确认在关闭光圈时每路波形幅度一致且低平。如果不一致可以手动调整摄像机R、G、B的底电平。2.调整白平衡使用灰度卡，执行摄像机自动白平衡调整；我们每到一个场景都会根据环境来选择色温进行校白（尽量不用自动白平衡）。当拍摄的场景、光照、色温发生变化时，一定要对照示波器来调整摄像机的R、G、B增益，直至达到满意的效果为止。单机外出有便携CCU选件可用（一般忽视购买这个选件）。图1、2示出了它们的比较。图1 未执行白平衡调整时拍摄的灰度卡，RGB三路波形幅度不一致，说明偏色。图2 执行自动白平衡调整（AWB）之后，RGB三路波形幅度一致，且五条显示图形无信号超标报警。3.杂散光（Flare）调整图3 确认a、b、c处黑电平幅度一致，且低电平。如不一致，则需调整R/G/B Flare值。4.GAMMA曲线的设定GAMMA值反映的是亮度与输出电信号幅度的关系，一般摄像机的预设值为0.45，呈线性。不同值的选定要根据拍摄画面的明暗对比来决定。图4 GAMMA值0.45呈线性图5 GAMMA值0.6，图像亮部层次丰富，暗部层次压缩。图6 GAMMA值0.3，图像暗部层次丰富，亮部层次压缩。图7 实际拍摄中如果将暗部物体作为拍摄主体，使用默认GAMMA值（0.45）则主体图像电平都集中在中低部区域，显得画面暗淡暗部层次不清。图8 同样光圈，GAMMA值为0.3，高光部分电平不变，拍摄主体电平扩展到中部区域，画面层次变丰富。5.黑电平的监测黑电平不要过高，画面该黑的部分要足够黑，否则会向上挤压中高亮度电平的动态范围从而造成画面偏淡。要充分利用0-700mv的有效范围。图9 拍摄高亮度画面时黑电平成分少图10 适当调低主黑电平，使电平得以展开，画面对比度增强。在某些拍摄条件下，适当降低主黑电平，可以将画面高亮度区域电平下移，营造出亮暗分明的画面。6.拐点的选择在拍摄高亮度画面时，可适当降低拐点，使画面亮部层次更丰富，而暗部细节不丢失。图11 拐点为95，五条显示报警图12 拐点降至90，五条显示正常7.监测色调通过分析波形为使用摄像机遥控单元调整摄像机RGB各路增益提供依据。图13 根据示波器可以发现B、R分量超标，应作适当调整。图14 调整后的画面8.一个拍摄成功的画面当五条显示和波形都是满的，即充分利用了0-700mv的有效空间而不报警就是成功的画面。2.2.5测光功能测光可以用细点来测定一帧画面里的任意一点亮度值。以前，在测定灰度时不易分辨波形监视器上所显示的是画面上的哪部分值。但是，如果使用此功能，F值的相对曝光量(F STOP)、百分比或是色度值都可以立即显示出来。屏幕上显示的数字是 以18的灰卡为基准的F值的差值。 测光功能还包括可在显示屏上直接用游标来确定显示点。这个功能在照明色键背景时尤其方便（见图）。2.2.6时