数字电视显示设备性能的测量方法

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1、 数字电视显示设备性能的测量数字电视显示设备性能的测量 中国电子科技集团公司第三研究所 刘刘 全全 恩恩1 前言前言 我国数字电视从1999年50年大庆开始试播数字高清晰度电视到今年60年大庆正式播放地面数字高清晰度电视，历经了10年的时间。在这期间，我国成功地完成了卫星、有线和地面数字电视的传输和广播，同时在我国家电市场上被不同成像原理的电视机和显示终端如LCD、PDP数字高清晰度电视和投影机所占领。为适应数字电视的快速发展和保证数字电视的质量，我国投入了大量的物力和技术力量，并制定了相关的技术标准。本讲的主要内容：1、有关我国数字电视标准的制定情况；2、对不同成像原理的电视显示终端的性能、

2、技术参数 要求及相应的测量方法进行介绍；3、数字电视显示设备的节能要求。2一、一、有关我国数字电视标准的制定情况有关我国数字电视标准的制定情况1、演播室、演播室(1)GY/T 156-2000 演播室数字音频参数（声道定义和参数neqITU-R BT.1383)(2)GB/T14857-93 演播室数字数字电视编码参数规范（idt ITU 601-3:1992)(3)GY/T 155-2000 高清晰度电视节目制作及交换用视频参数值(neq ITU-R BT.709-3)(4)GY/T 157-2000 演播室高清晰度电视数字视频接口2、信源编码、信源编码（1）音频编码）音频编码lGB/T14

3、919-1994 数字声音信号源编码技术规范lGB/T17191-1997 信息技术 具有1.5Mbit/s数据传输率的数字存储媒体运动图像及伴音的编码 第3部分：音频(idt ISO/IEC 11172-3 即MPEG-1第3部分）lGB/T17975.3-2002 信息技术运动图像及伴音及伴音信号的通用编码第3部分：音频(idt ISO/IEC 13818-3：1998 即MPEG-2第3部分）lSJ/T11368-2006 多声道数字音频编解码技术规范 中央电视台 有线 SDTV：ISO/IEC 11172-3Layer2(MPEG-1第3部分的层2）HDTV:Dolby AC-3 北京

4、地区地面 SDTV、HDTV:ISO/IEC 11172-3Layer2 lGY/Txxxxx-xxxx 数字电视环绕声伴音测量方法3(2)视频编码视频编码lGB/T 17975-2000 信息技术运动图像及其伴音信号的通用编码第2部分：视频（idt ISO/IEC13818-2：1996，即MPEG-2第2部分）（中央电视台SDTV、HDTV)lGB/T 20090.2-2006 信息技术先进音视编码 第2部分：视频（AVS）(3)系统系统lGB/T 17975-2000 信息技术运动图像及其伴音信号的通用编码第1部分：系统（idt ISO/IEC13818-2：1996，ITU-T H.2

5、22.0共用，MPEG-4、H.264/AVC和AVS采用）（即MPEG-2第1部分）lGY/Z 175-2001 数字电视广播业务信息规范 lGY/T229.3-2008 地面数字电视传输流复用和接口技术规范lGY/T231-2008 数字电视广播电子节目指南规范lGY/xxxx-xxxx 数字电视中数据广播技术要求和测量方法43、信道编码和调制、信道编码和调制（1）卫星数字电视）卫星数字电视 GB/T 17700-1999 卫星数字电视广播信道编码与调制标准 （eqv ITU-R BO.12110)(DVB-S)（2）有线数字电视）有线数字电视 GY/T 170-1999有线数字电视广播信

6、道编码与调制规范（eqv ITU-J 83)(DVB-S)（3）地面数字电视）地面数字电视 GB 20600-2006 数字电视地面广播传输系统幁结构、信道编码和调制 GB/T xxxxx-xxxx 数字电视地面广播信号覆盖评估和测量方法 GB/T xxxxx-xxxx VHF/UHF频段地面数字电视地面广播频率规划准则 GB/T xxxxx-xxxx 地面数字电视广播传输系统实施指南54、数字电视接收显示设备、数字电视接收显示设备lSJ/T 11157-1998 广播电视接收机测量方法 第2部分：伴音通道电性能测量 一般测量和单声道测量方法lSJ/T 11335-2006卫星数字电视接收器测

7、量方法l SJ/T 11334-2006卫星数字电视接收器通用规范lSJ/T 11338-2006数字电视液晶背投影显示器通用规范lSJ/T 11339-2006数字电视等离子体显示器通用规范lSJ/T 11340-2006液晶前投影机通用规范lSJ/T 11341-2006数字电视阴极射线管背投影显示器通用规lSJ/T 11342-2006数字电视阴极射线管显示器通用规范lSJ/T 11343-2006数字电视液晶显示器通用规范lSJ/T 11344-2006数字电视液晶背投影显示器测量方法lSJ/T 11345-2006数字电视阴极射线管显示器测量方法lSJ/T 11346-2006电子投

8、影机测量方法lSJ/T 11347-2006数字电视阴极射线管背投影显示器测量方法lSJ/T 11348-2006数字电视平板显示器测量方法 6GB/T 7400.11-1999数字电视术语 SJ/T 11324-2006 数字电视接收设备术语SJ/T 11325-2006 数字电视接收及显示设备可靠性试验方法SJ/T 11326-2006 数字电视接收及显示设备环境试验方法GB/Z 19871-2005 数字电视广播接收机电磁兼容 性能要求和测量方法GB/T 134-1998数字电视图像质量主观评价方法GY/T 216-2006数字电视用户管理系统功能要求和接口规范GY/T 148-2000

9、卫星数字电视接收机技术要求GY/Z 175-2001数字电视广播条件接收系统规范 SJ/T 11327-2006 数字电视接收设备接口规范 第1部分：射频信号接口SJ/T 11328-2006数字电视接收设备接口规范 第2部分：传送流接口SJ/T 11329-2006数字电视接收设备接口规范 第3部分：复合视频信号接口SJ/T 11330-2006数字电视接收设备接口规范 第4部分：亮度、色度分离视频信号接口 SJ/T 11331-2006数字电视接收设备接口规范 第5部分：模拟音频信号接口SJ/T 11332-2006数字电视接收设备接口规范 第6部分：RGB模拟基色视频信号接口SJ/T 1

10、1333-2006数字电视接收设备接口规范 第7部分：YPBPR模拟分量视频信号接口75、已报批和正在制定的标准、已报批和正在制定的标准lGB/Txxxxx-xxxx 地面数字电视接收机通用技术条件lGB/Txxxxx-xxxx 地面数字电视接收机测量方法l GB/Txxxxx-xxxx 地面数字电视接收器通用技术条件lGB/Txxxxx-xxxx 地面数字电视接收器测量方法 lGB/Txxxxx-xxxx 数字电视接收设备测试信号规范l GB/Txxxxx-xxxx 数字电视标准码流分析仪技术规范l GB/Txxxxx-xxxx 地面数字电视数字视频接口技术规范lGB/Txxxxx-xxxx

11、 地面数字电视标准测试发射机技术规范lGB/Txxxxx-xxxx 地面数字电视标准测试接收机测量方法lGB/Txxxxx-xxxx 地面数字电视音视频同步性技术要求和测量方法 lGB/Txxxxx-xxxx 地面数字电视亮度与色差信号时间差技术要求和测量方法lGB/Txxxxx-xxxx 数字电视机道分离测量方法lGB/Txxxxx-xxxx 地面数字电视调谐器技术要求和测量方法 lGB/Txxxxx-xxxx 数字电视机道分离技术规范 8 二、二、数字电视显示设备的性能和测量方法数字电视显示设备的性能和测量方法 数字电视显示终端又称为数字电视显示器，数字电视终端的显示方式与模拟电视的显示方

12、式基本相同，目前主要有阴极射线管（CRT）显示器、等离子体（PDP）显示器、液晶（LCD）显示器、有机发光二极管（OLED）显示器、表面传导型电子发射显示器（SED）、发光二极管显示器（LED）；另外还有阴极射线管（CRT）型背投影显示器、硅基液晶（LC0S）投影（含前投影、背投影）显示器、液晶投影（含前投影、背投影）显示器、数字光学处理（DLP）投影（含前投影、背投影）显示器和激光投影机等。详见图1.9图.1 显示设备的分类101 1、分类、分类（1 1）按发光类型区分）按发光类型区分a a 主动发光型显示器主动发光型显示器 l阴极射线管（简称CRT）显示器 l等离字体显示器（简称PDP）l

13、发光二极管显示器（简称LED）有机发光二极管显示器（简称OLED）表面传导型电子发射显示器（简称SED）B B、被动发光型显示器、被动发光型显示器液晶显示器 （简称LCD）LCD 投影显示器数字光学处理（简称DLP）投影显示器硅基液晶（简称LCOS）投影显示器 CRT型背投影显示器 11 （2 2）按观看的光学方式按观看的光学方式 a a、直视式显示器直视式显示器 CRT显示器、PDP显示器、LCD显示器、OLED显示器、SED显示器、LED显示器 等。b、投影式显示器投影式显示器 -前投影式显示器，包括有：LCD 投影显示器、LCOS投影显示器 DLP投影显示器 -背投影式显示器，包括有：L

14、CD 背投影显示器、LCOS背投影显示器 DLP背投影显示器 CRT背投影显示器 12(3)3)按寻址方式区分按寻址方式区分a a、电子束扫描寻址方式、电子束扫描寻址方式lCRT直视式显示器l CRT型投影显示器 b、数字寻址方式数字寻址方式lLCD、PDP、OLED等平板显示器 lLCD、DLP、LCOS投影显示器(4)(4)按显示器的分辨力区分按显示器的分辨力区分a、固定分辨力显示器固定分辨力显示器 lLCD、PDP、SED、LED、OLED等显示器lLCD、LCOS、DLP投影显示器b b、可变分辨率显示器、可变分辨率显示器lCRT型显示器lCRT投影显示器l激光投影显示器13(5)(5

15、)按图像信号的激励方式分按图像信号的激励方式分a、模拟信号激励方式模拟信号激励方式lCRT直视式显示器lCRT型投影显示器b、数字数字/模拟相结合的激励模拟相结合的激励方式lLCD显示器lLCD投影显示器lLCOS投影显示器c、数字激励方式（子场（帧）驱动方式）数字激励方式（子场（帧）驱动方式）lPDP显示器lDLPDLP投影显示器14在所制定的各项数字电视显示终端标准规范中，每一项规范包括：范围、规范性的引用文件、名词术语、一般要求、基本技术和性能要求、测量方法、检验规则、标志、包装、运输、贮藏及规范性附录等内容。在相应的测量方法中，规定了测量条件、测试仪器的要求、测量项目、测量方法及步骤、

16、测量结果的表达等内容。现以GB/T地面数字电视接收机通用技术条件、GB/T地面数字电视接收机测量方法 SJ/T11343数字电视液晶示器通用规范、SJ/T11339数字电视等离子体显示器通用规范、SJ/T 11348-2006数字电视平板显示器测量方法及前投影机和背投影机有关规范为主加以叙述。并对它的不同之处着重叙述。15 图像格式是个广泛的概念，数字电视图像格式一般指图像水平方向和垂直方向的有效像素数；图像格式描述了组成一幅图像的像素点阵数，常用19201080；1366768；1280720；720576等表示。显示输入的图像格式见表1。在我国的GB/T14857-1993 演播室数字电视

17、编码规范中，已规定SDTV图像格式为720576i/50，在GY/T155-2000高清晰度电视节目制作及交换用视频参数值已规定我国的HDTV图像信号格式为19201080i。因此数字电视平板显示器若为SDTV，必须支持的输入图像格式为720576i/50，并应向下兼容其它显示格式；若为HDTV，必须支持的输入图像格式为19201080i/50，同时也应兼容720576 i的图像显示格式或其它低于19201080i的图像显示格式。有计算机显示功能的显示器，也应至少支持VGA：640480；SVGA：800600；XGA：1024768；SXGA：12801024；UXGA：16001200 中

18、的一种显示格式。对与宽屏16 9的显示器可支持 WXGA 1280768 WSXGA16001024 WSXGA+16801024 WXGA+192001200 还有其他多种数字图像格式，有的国家或地区的SDTV和HDTV分别采用720480i/60和1280720p/60、19201080i/60、19201080p/60图像格式。16 表1 显示输入的图像格式输入图像格式显示图像参数描述隔行比扫描行数行频 kHz场频 Hz幅型比720576 i2:162515.625504:3720576 p*1:162531.25504:31280720 p*1:1750456016:91280720

19、p*1:175037.505016:919201080 i2:1112528.1255016:919201080 i*2:1112533.756016:919201080 i*2:1125031.255016:9 注：不带*的图像显示格式为首选项。17 在功能要求中，分为必备和可选两种：l必备功能是该产品比有的功能，也是最基本的要求。l可选功能是根据用户和市场的需求，生产企业可以增加的功能，虽不作必备的要求，但对增加的功能，在检测中进行考核。lLCD、PDP显示器的基本功能见表 2。18表2 LCD、PDP显示器的基本功能 序号序号功能功能要求要求1遥控必备2中文菜单显示必备3场频变换可选4计

20、算机显示功能可选5多画面可选6画面冻结可选7色温选择可选8无信号自动关机可选916:9和4:3幅型比变换可选19数字电视显示器和接收机的接口要求分必备接口和可选两种，因目前LCD、PDP显示器产品主要和视盘机、卫星数字电视接收器、有线数字电视接收器相连接显示视频图象。因此在必备接口中规定了复合视频输入、Y、PB、PR输入、音频信号输入（左声道和右声道）接口，可显示SDTV、HDTV的图象和声音；对于可选接口，企业根据用户和市场的需要，可选择性的增加接口，如：Y/C信号输入接口、D-sub 15针（VGA）输入接口，多路独立音频信号输出接口、数字音视频输入接口（DVI、HDMI）等。当然地面数字

21、电视接收机RF射频输入接口必备；若只有显示器功能，可不具有RF射频输入接口。对于数字音视频输入/输出接口，我国还没有制定相应的标准。各生产LCD、PDP电视机的企业采用了HDMI输入接口或DVI输入接口。但因涉及专利等问题，因此在标准中没有规定。主要接口要求见表 3。20 表 3 LCD、PDP 显示器接口要求 序号接口要求类型技术要求1RF输入接口可选接收机必备按SJ/T113272006的要求2复合视频输入接口可选按SJ/T113292006的要求Y/C输入接口可选按SJ/T113302006的要求Y、PB、PR输入接口必备按SJ/T113332006的要求R、G、B输入接口可选按SJ/T

22、113322006的要求3音频输入接口：左声道、右声道必备按SJ/T113312006的要求4复合视频输出接口可选按SJ/T113292006的要求5Dsub 15针（VGA）输入接口可选按SJ/T113322006的要求6音频输出接口：左声道、右声道可选按SJ/T113312006的要求7数字音、视频输入接口可选待定21 数字电视显示终端的常温性能主要包括电性能、光性能和声性能。电性能、和声性能已在其他章节做了讲解，本章主要对数字电视显示终端的光性能进行讲解。光性能主要包括有：亮度、对比度、重显率、清晰度、亮度均匀性、色域覆盖率、可视角、像素缺陷、运动图像拖尾时间、漏光等多项性能指标；这些性

23、能指标和测量方法、测试信号、显示器（电视机）的调整、测试仪器的精度、测量时亮度计的视场角等因素有密切的关系。因此在测量方法中都做了严格的规定。如：l测量环境：测量应在不受来自外界电磁场干扰的室内进行。如果干扰可影响测量结果，测量应在屏蔽室内进行。测量光性能时应在暗室中进行,杂散光照度 1 lx；照射到被测图像上的杂散光应小于或等于被测图像亮度的1。IEC61947和IEC 61988及美国ANSI/NAPM IT7.228中规定：在不透光的房间，任何位置的照度1 lx，屏幕上来自外界光小于被测亮度的1%，屏幕上黑色处来自外界光小于被测值的10%。日本：暗室来自外界的光5 lx。22显示器（电视

24、机）的调整：图像对比度和亮度的调整 输入如图2所示的极限八灰度等级信号，调整对比度和亮度控制器位置，调整到极限八灰度等级信号能够清晰分辨的极限状态。如果不能得到上述状态，应调整到最佳图像质量。此时对比度和亮度的位置分别定义为“正常对比度位置”和“正常亮度位置”。因极限8灰度信号首先是美国国家标准学会提出的，又称ANSI极限8灰度信号。色温的调整 将显示器色温置于出厂位置，如果没有预置的位置设置，应调整到最佳图像质量。彩色（饱和度）和色调控制 将显示器控制器置于出厂位置，如果没有预置的位置设置，将其调到中心位置。l 测量亮度计时的视场角：亮度计或色度计的视场角非常小时，也就是覆盖被测屏幕的像素的

25、面积非常小时，随着亮度计或色度计测试显示区域的不同亮度值也不同。因此覆盖被测屏幕的像素数的面积至少为5x5像素面积。l对于电视机其他调整详见SJ/T 11348-2006的有关规定。23图2 极限八灰度等级信号 24 亮度是表征发光物体的明亮程度；是人眼对发光器件的主观感受。在本规范中，亮度是表征图像亮暗的程度；是指在正常显示图像质量的条件下，重显大面积明亮图像的能力。表征亮度的单位为 坎德拉/平方米（cd/m2），过去叫尼特（nit）。在测量电视机或显示器的亮度时，因对电视机调整状态不同，表征屏幕亮度的参数指标也不同，主要有四种：有用峰值亮度：用图3所示的白窗口信号作为测试信号。在正常亮度和

26、对比度控制位置，用亮度计在白窗口内测量的亮度值称为“有用峰值亮度”。有用平均亮度：用图4所示的100%全白场信号作为测试信号，同样在正常亮度和对比度控制位置，用亮度计在屏幕中心位测量的亮度值称为“有用平均亮度”。最大峰值亮度：用图3所示的白窗口信号作为测试信号，在对比度最大控制位置，用亮度计在在白窗口内测量的亮度值称为称为“最大峰值亮度”。最大平均亮度：用图4所示的100%全白场信号作为测试信号，在对比度最大控制位置，用亮度计在屏幕中心位测量的亮度值称为“最大平均亮度”。25 因液晶电视采用外光源，像素均匀分布在显示屏幕上，用寻址方式显示图像。在对比度和亮度控制正常位置，有用平均亮度和有用峰值

27、亮度是一样的；最大平均亮度和最大峰值亮度是一样的；对于正常观看电视图像节目而言，只有有用平均亮度才有实际意义。因此，在我国的SJ/T 11343-2006 数字电视液晶显示器通用规范和地面数字电视接收机通用技术条件标准中只规定它的有用平均亮度值350 cd/m2。PDP和CRT一样，采用R、G、B荧光粉自发光，若亮度调的较高，则消耗功率大，寿命降低；因此在PDP电视机的电路里，设有亮度、功率自动控制电路，当亮度达到一定的值，因受功率限制，亮度不能再增加；另外屏幕越大，亮度越低。所以，在SJ/T113392006数字电视等离子体显示器通用规范和地面数字电视接收机通用技术条件中规定PDP电视机的有

28、用平均亮度为：当屏幕127cm（50英寸）时，有用平均亮度60 cd/m2；当屏幕127cm时，有用平均亮度40 cd/m2。26 对于CRT电视机，由于采用R、G、B自发光，并以扫描方式显示图像，受高压束电流的限制，亮度也比较低，并且屏幕中心的亮度与屏幕边缘的亮度也不同，大面积的亮度与峰值亮度也不同，因此在SJ/T 11342-2006 数字电视阴极射线管显示器通用规范 和地面数字电视接收机通用技术条件中规定CRT电视机的亮度为：有用峰值亮度80 cd/m2 有用平均亮度60 cd/m2 最大峰值亮度350 cd/m2 最大平均亮度80 cd/m2 在这里我们没有规定CRT的屏幕尺寸，考虑到

29、要接收或显示数字电视信号的显示器，一般都是SDTV或HDTV，屏幕尺寸都比较大，因此没有像模拟电视机那样，按屏幕尺寸规定亮度值。27 在 SJ/T11348-2006 数字电视平板显示器测量方法、SJ/T11345-2006 数字电视阴极射线管显示器测量方法分别规定了LCD、PDP和CRT电视机亮度的测量方法。采用如图3和图4所示的图形信号进行测试。图3 白窗口信号图4 全白场信号图5 亮度、亮度和色度均匀性、测量点示意图28CRT显示器亮度测量步骤如下：a)输入如图4所示的全白场信号，用亮度计测量屏幕中心的亮度值，所测得的值为“有用平均亮度”；b)将视频信号换成如图3所示的白色窗口信号，测量

30、白色窗口的亮度值，所测得的值为“有用峰值亮度”；c)将对比度控制器调整在最大位置上，重复a）和b）的步骤。在最大对比度位置上，用全白场信号测得的亮度值和用白色窗口信号测得的亮度值分别为“最大平均亮度”和“最大峰值亮度”平板显示器亮度测量步骤如下：a)将显示器按要求调整到规定的标准工作状态。b）将如图3所示的全白场信号输入到显示器，用亮度计测量图5所规定的P0 点上的亮度值，有用平均亮度；c)将白窗口信号输入到显示器，用亮度计测量白色窗口的亮度值，所测得的 值为有用峰值亮度 29 对于正常观看电视图像时，在一定亮度的范围内，亮度值越大，则显示的图像越清晰，但亮度值超过一定的范围，亮度再增加，反而

31、使图像清晰度下降；并且长时间在高亮度状态下观看电视，则眼睛感到疲劳，尤其是青少年，会使视力下降，诱发其它眼睛疾病。此外亮度太高，不仅浪费能源，还会降低显示屏的使用寿命。对于消费者在室内观看图像时，环境光较暗，电视机有用平均亮度在5080 cd/m2范围内观看比较适宜。电影院银幕的平均亮度大约为3045 cd/m2，室外观看电视图像时要求画面的平均亮度大约为300 cd/m2。目前家电市场上的LCD电视机的亮度大小是由电路控制的；由于LCD的成像原理的原因，不能完全还原重显较暗场时的图像，也就是说当图像电平较低时，如在0%电平时，而不能显示全黑色图像；目前虽然广泛采用插帧（或插黑）技术，并增加刷

32、新频率，但有的出现漏光现象，降低了对比度。为了使显示图像明亮、增加图像的层次感和提高清晰度，把LCD电视机的亮度调整的较高，使图像的过渡边缘生硬、不柔和，有油墨画的感觉。30（2）光输出）光输出 光输出是表示投影机投出光的强度，单位用流明（lm）表示。对于前投影机发光的强度不像背投影机或电视机那样，因为前投影机投射到屏幕的图像大小随着距离的远近不同，投射的图像面积越大，而显示的图像亮度则越暗。图像面积越小显示的图像亮度越亮。电视机的屏幕大小是固定的，所显示的图像亮度只随图像内容而变化。投影机的光输出的大小和光源功率（即灯泡的瓦数）有直接关系，灯泡的瓦数越大，则光输出越大。因此，在SJ/T113

33、40-2006中规定投影机的光输出有企业标准规定。若采用美国国家标准IT7.228所规定的测量方法进行测量，则所测得的光输出，则用ANSI流明表示。31 在我国的SJ/T11346-2006中规定的测量方法如下：输入100%全白场测试图（见图4）。分别在图4的9个点 P0P8上测量各自的照度值L0L8，以勒克斯Lx表示。L0L8的9个读数的平均值La再乘以投影图像的面积S，就是该投影机的光输出L。测量点的范围应至少为55个像素。IEC、美国、日本和我国测量光输出的方法都相同。32（3）对比度）对比度 对比度是表征在一定的环境光照射下，物体最亮部分的亮度与最暗部分亮 度之比。电视机或显示器的对比

34、度是指：在同一幅图像中，显示图像最亮 部分的亮度和最暗部分的亮度之比。对比度越高，重显图像的层次越多，图像 清晰度越高.测量方法：HDTV采用如图6所示的黑白窗口信号（16：9）进行测量，SDTV可采用图7所示的4：3的黑白窗口信号。图6幅型比为16：9的黑白窗口信号图 7幅型比为4：3的黑白窗口信号33 测量方法如下：a)将显示器调整到规定的标准工作状态。b)将如图6（或图7）的黑白窗口信号输入到显示器，分别测量L0，L1，L2，L3和L4的亮度值，见图8。c)用下式计算对比度Cr：Cr=L0/Lbw 式中：Lbw L1，L2，L3，L4的平均值。图8 对比度测量点示意34 为了使不同成像原

35、理的各种类型的显示器（或电视机）的对比度有可比性，在所制定的规范中，对CRT、PDP、LCD电视机（包括DLP、LCD、LCOS、CRT背投影机及前投影机）的对比度都规定了相同的测量方法。在上述条件下，不同的成像器件中的对比度一般在100:1300:1之间。因人眼的分辨能力一般在200:1左右，当然少数视力较好的人，可达到250:1以上，所以规定对比度为150:1的最低要求。当然各生产企业可以做的更高些，但必须满足150:1的最低性能要求，以满足正常视力人员的观看效果。图像对比度对重显图像质量至关重要，适当的图像对比度可以使图像层次分明，观察图像时有一定的层次感，因此人们总是千方百计提高图像对

36、比度，例如：为了减小环境光对图像对比度的影响，采用黑底技术，荧光粉着色技术、褐色玻璃等，通过上述措施使当前显示器件的图像对比度有了很大的改进与提高；图像对比度适度就可以了，因为正常的摄像机摄取景像的对比度只有100倍，因此平板显示器和平板电视机的图像对比度只要大于150倍，就可以满足人眼的视觉要求，过高的对比度并不能明显改善图像质量；但目前家电市场上，对比度的叫法较多，如：ANSI对比度、通断比（ONOFF）等。对比度的值从几千比一到一万比一不等。当然这其中也有生产企业过于夸大宣传和媒体炒作的原因，但主要是采用的标准不同，测试信号、测试条件、测试环境等不同而造成的。35（4 4）ANSI AN

37、SI对比度对比度 ANSI是American National Standand Institute的英文缩写，是指美国标准协会制定的测量方法，即采用美国国家标准所规定的测量方法的对比度。即：ANSI/NAPM I18.227-1997音视频系统 电子投影 固定分辨力投影机，ANSI/NAPM I17.227音视频系统 电子投影 可分辨力投影机的标准中规定对比度的测量方法。测量方法如下：a)首先将显示器调整到规定的标准工作状态。b)将图9所示的16个相等矩形组成的黑白棋盘图形输入到显示器，用亮度计分别测量8个白方格的亮度分别为：Lw1Lw8，取平均值为Lw；然后测量 8个黑方格的亮度分别为：L

38、B1 LB8，取平均值为LB。ANSI ANSI 对比度对比度L Lw w/L/LB B，归一化取整数。，归一化取整数。该方法和我国采用的标准中对比度测量相比较，测试条件和调整方法基本相当，只是采用的测试信号不一样。用该测量方法所测得的对比度值的误差比我国的大，所测得的对比度值比我国的小。36 该测量方法对于不是玻璃屏幕的成像器件（如前投影机和背投影机）测量的数值还比较准确，但对于玻璃屏幕的成像器件如：PDP、LCD和 CRT，因有较厚的玻璃，采用16个相等矩形的黑白棋盘图形，则白方块的亮度，通过玻璃的厚度折射到黑方块，因此测量黑方块的亮度包括了 白方块的亮度通过玻璃折射到黑块的亮度，这样测量

39、的数据不够准确，因此在 IEC 60107-1和IEC 61988-2-1等离子体显示器的测量方法中规定用黑白窗口信号。白窗口和黑窗口之间有一点距离，这样白窗口亮度通过玻璃折射到黑窗口的亮度就会减弱，影响较小，测量方法比较准确，重复性较好。为了对不同成像器件的电视机的对比度值有可比性，所以在对固定分辨力不是由玻璃为成像器件的投影机中可采用此方法。经多次测量，这种方法测量由玻璃为成像器件电视机的对比度值比ANSI标准测量的对比度值要提高10%左右。37图9 16个黑白棋盘格信号38（5）通断比）通断比 通断比是表示：显示屏显示100全白场图像时，测量如图10 所示LoL8 9个点的亮度的平均值L

40、max与显示0全黑场图像时，测量图9所示的LoL8 9点的亮度的平均值Lmin之比，即：Lmax/Lmin，并进行归一化。图10 测量通断比的位置图39 用通断比表示对比度要比按我国标准测量的对比度和ANSI对比度大得 多,一般可在1000：12000：1。但目前在我国家电市场上或媒体宣传的 液晶电视机、等离子体电视机、投影机的对比度为5000：1，甚至10000：1，因这些对比度值没有给出相应的测量条件、测试环境、测试信号、测量 方法和所用测量亮度计的精度等，这些值如何得来的，没有具体说明，对 此也就毫无实际意义了。对于观众正常观看电视图像节目而言，是观看同 一幅图像中的 对比度，而不是观看

41、全屏最亮和全屏最暗两幅图像的对比度，因此对电视用通断比表征对比度是不合适的。但用全白场信号/全黑场信号，在正常对比度和亮度控制位置测得的对比度 反映了对比度的动态范围，尤其是对显示平均图像电平（APL）为10%20%的图像时，这个对比度值越大越好。图像对比度是电视机或显示器重显图像质量的重要参数之一。较高的图像 对比度可以使图像层次分明，增加图像的纵深感，提高图像的清晰度。对 LCD电视机来说，因图像暗场时对比度较低，使图像层次感、纵深感较差，影响了重显图像的质量。但不惜成本的提高对比度也毫无意义，即使再高的对比度，人眼也不能分辨出来；同时过高的对比度并不能明显改善图像质量，相反可能降低图像的

42、清晰度。40 我们参考了美国、日本、IEC的测量方法、测试信号和测量条件及参数值，并根据人眼的视觉特性及多种因素确定的。以显示视频的不同成像器件的显 示器能够适应的亮度和对比度范围，与自然界的景物相比要受到限制。因为 视频信号是摄像机摄取环境光照明的物体反射一部分照明的入射光线，物体 的亮度是摄像机镜头看见的东西，也就是刺激摄像机影像传感器的东西，在 户外明亮、充满阳光时，高反射率的物体的阴影区域的黑色物体，景色的对比 度范围可达到20000:1，但在人工照度环境中，将大大低于户外的水平，在 给定的范围中，如在演播室，物体的亮度的范围可以从2000 lx到低于1 lx,则 对比度值可达2000

43、:1，实际摄像机的动态范围有限，缩减了对于大对比度范围 的采集能力，因此所显示的视频信号的对比度也将大大降低，一般在500：1。在人体工程上研究人眼的视觉特性表明：决定人眼所能看到的不同物体层 次使物体反射的是亮度比而不是亮度差（亮度比是任意两个亮度值相除，差 则是相减）。人眼所能观察到的物体的亮度比，由于不同人群有所差别，约 从150250之间。有的人可能更低。因此计算机视频采用8bit取样，即28=256 级。对绝大多数数字视频，用16表示黑色，从16 235表示视频不同级的白色 亮度，也就是考虑到人眼所能分辨的灰度级。综合以上的各种因素，并考虑 国际标准，因此规定了我国各种不同成像原理的

44、显示器，对比度的参数值 150:1，这样便于消费者在选购产品时进行比较。41（6 6）亮度均匀性）亮度均匀性 亮度均匀性是指屏幕中心与屏幕其它地方，尤其是屏幕边缘所显示亮度 均匀性的程度。对于CRT，因成像原理是采用可变分辨力的扫描方式，亮度 均匀性比较差。显像管制造工艺的不同，亮度均匀性也不同。纯平的CRT 的亮度比超平的CRT的均匀性差，对于最近研制出的超薄的CRT，据有关 资料介绍，屏幕边缘处的亮度均匀性、聚焦等性能比普通的CRT还差些。对于固定分辨力，以寻址方式显示图像的LCD、DLP、PDP、LCOS等成 像器件的电视机，亮度均匀性要优于CRT。对于LCD，因采用背光源，由于背光源的

45、灯管排列不均匀和发光特性不 一致性，造成全屏亮度均匀性差，但优于CRT。PDP全屏亮度均匀性较好，优于LCD。对于前投影机，受光机引擎、镜头等器件的优劣的影响，亮度均匀性也有 较大的差异。对于背投影机，同样受到光机，一次或两次的光反射和投影 屏幕等器件的优劣的影响，亮度均匀性等指标也不同。为了使不同成像原理的显示器（或电视机），在测量条件、测试环境、测 试仪器、测量方法都采用统一的方法，但在特性参数要求上有所不同。42测量方法：a)将显示器调整到规定的标准工作状态；b)将全白场信号输入到显示器，用亮度计测量图 11所 规 定 P0P8各个点的亮度值分别为P0P8 c)用以下公式计算亮度均匀性P

46、i：Pi=Li/L0100%式中：i（08）点中的任意一个点数。边角的平均值：%1004LLLL876543图11 测亮度均匀性示意图对于PDP和LCD的平板电视机不测边角亮度均匀性的平均值。规定LCD亮度均匀性的平均值：75%规定PDP亮度均匀性的平均值：75%对于CRT电视机要测边角的平均值，并规定了参数。即：亮度均匀性：50%边角的平均值：50%44 （7）彩色电视的三基色和三基色原理）彩色电视的三基色和三基色原理 在自然界中呈现的万紫千红的颜色，是人眼所感觉的颜色。在人眼的视觉理论研究中，眼睛的视网膜的中心部分，布满了锥体视觉细胞，它既有区别亮度的能力，又能区别颜色的能力。因此他能看到

47、自然界中的五颜六色，尤其是雨后的彩虹，黄、青、绿、紫、红、蓝的颜色给人以美的感觉。在彩色电视机中，就是利用人眼的视角特性，把自然界的五颜六色重现在电视机的屏幕上。经过对人眼识别颜色的研究表明：人的视角对于单色的红、绿、蓝三种形式的色刺激具有相加的混合能力，例如：用适当比例的红光和绿光相加混合后，可产生与单色黄相同的彩色视角效果；同样用适当比例的红和蓝相加混合后，可产生与单色紫（品红）相同的彩色视角效果用适当比例的蓝和绿相加混合后，可产生与单色青相同的彩色视角效果；并发现自然界中所有的万紫千红的颜色都可以用红、绿、蓝这种颜色以适当的比例相加混合而成。如图12所示。45图12混色原理 人眼对于红、

48、绿、蓝的相加混合可分为三种情况：1)红、绿、蓝三色同时进入人眼，并投射在视网膜上同一区域的色刺激，称为 光谱混合法（如3LCD投影机）。2)红、绿、蓝三色相继进入人眼，并投射在视网膜上同一区域的色刺激，称为时间混合法（如单片DLP色轮技术）。3）以人眼不能分辨的“镶嵌”方式进入人眼的色刺激，称为空间混合法（如CRT、PDP电视机）。在彩色电视色度学中，把红（在彩色电视色度学中，把红（R R）、绿（）、绿（G G）、蓝（）、蓝（B B）称为三基色。）称为三基色。46 三基色定义：红、绿、蓝三种颜色之间是相互独立的，其中任一色均不能由其它两种颜色混合而成；它们又是完备的，即所有的其它颜色都可以由红

49、、绿、蓝三种颜色按不同的比例相加混合而得到。从三基色定义可以看到，如果用C代表混合而得到的颜色，则可用下面代数式表示一种颜色相加混合的结果：C R(R)G(G)B(B)在该式中R、G、B是三个系数，表示为混合颜色C中（R）、（G）、（B）三个基色所用的量分别是多少，也就是说可以用数量表示任何一个颜色，即用一组（R、G、B）之值表示一个颜色，它们之间的大小决定了混合色C对人眼刺激程度的强弱，用亮度表示，单位为cd/m2；它们之间的比例关系，表示为彩色之间的差异，常用色调描述。在色度学中，颜色是用波长表示的。如红色的波长为630nm700nm。绿色的波长为546nm，蓝色的波长为435.8nm；表

50、征彩色的浓淡程度称为色饱和度，用百分数表示，例：最大的红基色的饱和度为100。由图11中可以看出，红色与绿色相加混合成黄色，黄色和蓝色相加混合后得到白色(或灰色)；红色与蓝色相加混合成品红色（紫色），品红色和绿色相加混合得到白色(或灰色)；绿色与蓝色相加混合成青色，再和红色相加混合得到白色(或灰色)；在色度学中分别把黄色和蓝色、红色和青色、绿色和品红色（紫色）相互称为补色。也就是说三基色红、绿、蓝相对应的补色分别是青色、品红色、黄色。在彩色电视中，常用的彩条信号即：黄色、青色、绿色、品红色、红色、蓝色就是由红、绿、蓝三基色和它们对应的补色组成的。47 补色的定义：当两种颜色混合得到白色（或灰色

51、），称为这两种颜色互 为补色。从基色的定义看：青色、品红色、黄色分别是由两种基色混合而成的，只 能称为补色，而不能称为基色。从上述分析可以得出三基色原理包括下述主要内容：从上述分析可以得出三基色原理包括下述主要内容：自然界的任何彩色可以用红、绿、蓝三基色相加混合而成；根据三色系数 的不同，由于人眼的视觉特性，可以分辨出彩色的亮度、色调和色饱和度；而亮度等于三个基色亮度之和；当由两种成分相加的混合色中，如果一种 成分连续变化，混合色也将连续变化；当两种成分相加的混合得到白色或灰色 时称这两种颜色互为补色。彩色电视从二十世纪初到现在，经过几十年的研究和发展，从摄像、传输到显示技术都是利用三基色原理

52、，把自然界中的五颜六色的景物 显示到电视机屏幕上，供观众欣赏。就目前而言，在世界范围内，无论是 模拟彩色电视机还是数字电视接收机，无论是扫描型（CRT）电视机还是 固有分辨力电视机（LCD、PDP），无论是直视型电视机还是投影型电视 机，都是利用三基色原理。对于CRT、PDP电视机，选用红、绿、蓝三色 荧光粉作为三基色，利用荧光粉发出的三基色光进行混合而成；对于 LCD（包括直视型和投影型）、DLP、LCOS投影机都是通过光学系统滤光 分色，分出红、绿、蓝三基色信号后经信号调制再相加混合而形成彩色 图像。48 美国TI公司的单片DLP投影机，为了增加亮度和彩色鲜艳度，将由过去的RGB三段色轮改

53、造成R、G、B、C（青）、Y（黄）、M（品红）六段色轮，并在驱动和显 示电路上，实现单独对R、G、B、C、Y、M进行补偿，以提高投影机的亮度和彩色鲜艳度，同时也可以根据用户的需要进行修正。随着数字化处理技术的发展，近几年对显示器的色度处理方法也越来越多，可以根据显示器内部电子装置的需要，将一些信号从一种形式变换成另一种形式，以便完成各种处理任务。例如有一个方式是：首先将这些信号实时的一个像素一个像素变换它的发光和它的发光强度和它的色度坐标uv(或x y)进行独立处理，最后变换成电子信号，传送给显示设备进行显示。这样最大的优点就是将信号源信号的校正与参数设置和显示器的标准和设置隔离开来，可以独立

54、的对某种颜色进行修改和校正，可以消除灰度、色调和饱和度之间的相互作用而产生的误差，可以允许因观众喜好不同而和信号源有一定的误差等优点；还有的是通过对电路的设计，可以单独对红、绿、蓝和它们对应的补色分别进行修正，获得更明亮、更鲜艳的彩色，以符合某些观众对颜色的喜好。但无论采用哪种彩色的补偿修正方法，以红、绿、蓝作为彩色电视的三基色原理是不会改变的。因彩色电视系统到目前为止，在前端摄像机采集景物图像的颜色，演播室的节目制作和中间的节目传输都是采用红、绿、蓝三基色；而在终端显示部分，只是有些企业为扩大彩色重显效果，在电视机的信号处理部分分别采用“六色”或“五色”或“四色”技术，但在终端显示还是以R、

55、G、B三基色相加混合重现彩色图像。因此只能说是，对三基色合成的彩色信号，进行六色处理，最终以R、G、B三基色进行显示。49 （8 8）色温和相关色温）色温和相关色温 在日常生活中，我们人眼看到的物体景物的颜色（例如纸是白的，草是绿的等）说成是物体的特征，用来区分物体。在物理学上，我们眼睛看到的景物则是用光谱辐射亮度和彩色刺激函数表示的；正是因为它们在眼睛里造成了白色或彩色的感觉。所有的这些感觉是投射到物体上的光线和物体表面两者相互作用的结果。投射到物体景物上的入射光线可来自一个和多个光源，有一类光源是由于高温辐射发出光线，称为温度辐射体。例如：蜡烛燃烧时释放能量而产生的温度约1600，白炽灯靠

56、电能通过的灯丝而产生的温度（卤钨灯）达25003000，太阳能产生的温度（表面温度）达55006000。为了能说明这些温度辐射体，制造出了一种近似实现理想化辐射体模型，研究它对实际光源在一定程度上适用的一些规律，把这个理想化辐射体的光源称谓黑色辐射体。如果把黑体不同的温度辐射光的色坐标绘制到国际照明委员会1931年的色度坐标图上，把各点连成一条曲线，称为黑体轨迹（又称为普朗克曲线），如图12所示。50图12 标准色度图上黑体轨迹（普朗克曲线）51图13a x y色度坐标图上黑体轨迹 图13b 在uv色坐标图上黑体轨迹图13 标准色度图上黑体轨迹（普朗克曲线）52 在图13a和13b 中可以看出

57、，在温度较低时呈现橙黄色，温度较高逐渐为白色；温度到万度以上，则呈蓝色。由此可见，由光的颜色也可以推断出温度的高低。从光的颜色与温度的各种关系，引出“颜色色温”，简称色温。一个光源的色温值，是指这光源所发出的光的颜色与某个温度的黑体所发出的光的颜色相同或最接近，则黑体的这个温度就定义该光源的色温。对于白炽灯光源来说，可以和黑体发光的光达到很完美的匹配，白炽灯光源的色坐标几乎落在黑体轨迹上。而对其他类型的光源往往不能落在黑体轨迹上，就要找到这个光源的色坐标点到黑体轨迹的最近距离点所对应的黑体色温，称为光源的相关色温。色温表明光源色度信息，而不表明光源的温度信息。色温的单位为开氏度（K）。CIE

58、1931年的x、y色度坐标图是一个非均匀色度空间，所以从某一坐标点到黑体轨迹的最短距离，不是从这点向黑体轨迹所作的垂线，而是一根有一定角度的斜线，如图14所示。这些斜线称为等相关色温线，在每一条线上的相关色温都有一样的数值，即等于它与黑体轨迹的交点上所对应的黑体的色温值。53 一般物体是不发光的，只有在一定的光源照射下，才能看见它的形状和颜色。可以说物体的颜色依赖于照明它的光源的颜色。为此，为了确切地描述物体的颜色，必须首先指明在什么光源下呈现的颜色。光源所发出的光的颜色的温度与黑体轨迹上的温度相同时，则该光源的色温常称为绝对色温，也就是说黑体轨迹上任意点的色温都可称为绝对色温；光源所发出的光

59、的颜色的色温的色坐标点不落在黑体轨迹上，而落在如图14所示的斜线上，把该光源所发出的光的颜色的色温定义为相关色温。用相关色温可考核相同型号电视机或显示器显示白色时色度坐标的一致性。54图14 x、y色度坐标图上的黑体轨迹和相关色温线 55 由此可见，电视机屏幕所发出光的颜色的温度都为相关色温。把电视机屏幕显示的白色用6500K或9300K相关色温表示。在CIE 1931年x、y色度坐标图上每个色温值用x、y坐标点表示，在CIE 1976年u、v色度坐标图上每个色度值用u、v坐标点表示。在目前我国市场上销售的电视机或高清晰度显示器出厂时都被设置为较高的色温，尤其是液晶电视机更为明显。高色温能产生

60、略带蓝色色调的白色，类似日光灯发出的“冷白色”。冷白色色温一般为9300K左右，在这种情况下，显示的图像较明亮，彩色较鲜艳。但在一些多媒体显示器、照相机和部分电视机中，标准色温设置为6500K，重显图像比较柔和，接近于自然图像色彩，因此各国演播室多采用6500K（D65）作为广播标准，我国演播室也采用6500K（D65）作为广播标准；而亚洲人长着黑褐色的眼睛，因此讨厌偏黄以及偏红、偏绿的颜色，喜欢高色温比较鲜艳的图像，多选为9300K作为电视机的标准白色；反过来，长着蓝色眼睛的欧美人讨厌偏蓝色以及紫色，喜欢低色温，多选为6500K作为电视机的标准白色。因此在我国市场上销售偏蓝色色温的电视机，工

61、厂都设置了两种色温，即“冷色”9300K和“暖色”6500K供消费者自由选择。56图图15 在x y色坐标图上的相关色温等温线57 在这里需要说明的是：有的生产厂家把“白色”色温调得较高，甚至达到15000K或更高。这样虽然增加了电视机图像的透亮度，但重显肤色失真较大，给人不真实的感觉。另一方面，根据人眼的视觉特征，长时间观看高色温的图像，造成眼睛的疲劳，影响视力下降，对青少年影响更为严重，因此不提倡使用高色温。为限制生产企业把色温调得过高，保护消费者的健康，在电视机或显示器的标准中规定了两种相关色温，即9300K和 6500K，并给予了适当的误差范围，即 9300K：u=0.1890.015

62、 v=0.4470.015 6500K：u=0.1980.015 v=0.4680.01558（9 9）色域和色域覆盖率）色域和色域覆盖率 我们人眼看到的自然界万紫千红的颜色，从色度学上讲，各种颜色是由不同的波 长所决定的。国际照明委员会（CIE）1931年公布了人眼可见光谱从380nm780nm 的色域，如图15 所示x，y坐标图。CIE1931色度坐标图是非均匀的色度坐标空间，因该坐标系统对颜色误差的分辨力有较大的缺陷。经过几十年研究，1976年国际照明委员会又公布了以uv色度坐标图，即1976 uv色度坐标图，如图16所示；把该色度坐标变成均匀色度坐标空间。图15 CIE 1931x，y

63、坐标图图16 1976 uv坐标图59 上述两个色度坐标空间系统，分别表示了在不同色度坐标系统中人眼在自然界中所能看到可见光谱轨迹图。在不同的色度坐标（x y）或（uv)中可见全部光谱轨迹所对应的面积，即为人眼所能看到可见光最大色域。该色域为一多边形面积，即为光谱的波长从380nm780nm光谱的光的色域，经过计算，该色域面积为0.1952。在目前不同的成像原理的显示器中，如LCD、PDP或LCD、DLP投影机，都表明显示的彩色数可达16.7百万彩色数或10.7亿多彩色数，甚至更大。这些彩色数是对色度信号进行数字化处理的概念，如对红、绿、蓝色度信号各8bit取样，则表示彩色数为283=256x

64、316.7 百万，若对红、绿、蓝各10 bit取样的系统，则表示彩色数为210 x3=1024310.7亿，若对红、绿、蓝各12位的系统，则表示彩色数为2123=687亿彩色，若对红、绿、蓝各16位的系统，则彩色数更大。从理论上讲CRT模拟系统，则彩色数将是无穷大。在所有的显示器中，显示的彩色的色域不是由彩色数的多少来决定的，而是由显示器重现还原的红、绿、蓝三基色在CIE 1976 uv色度坐标图中的R、G、B的色度坐标构成的三角形面积大小来决定的。60 对于市场上以不同成像原理的各种显示器、投影机或彩色电视机无论有多少数量的彩色，对它重现还原的彩色，在CIE色度坐标空间都是可以度量的。在CI

65、E1976 uv色度空间坐标中，测量三基色R、G、B所对应的uv色度坐标所包围的三角形的面积，即为显示系统重现还原的彩色最大色域。色域覆盖率定义为：在CIE1976均匀色度空间（uv），显示终端设备显示的色域面积（即三基色R、G、B三角形的面积）占uv色度空间全部光谱（从380nm780nm）面积0.1952的百分数。该百分数值越大，说明重现还原的彩色越多，彩色越鲜艳。色域覆盖率的测量色域覆盖率的测量：按规定把被测LCD电视机调整到正常工作状态，然后分别将R、G、B三个基色的全场信号加到电视机，用色度计分别测量屏幕中心红色的ur、vr的坐标：绿色的ug、vg的坐标，蓝色的ub、vb的坐标，然后

66、计算 R、G、B三角形的面积Srgb，用下列公式进行计算：61 brbgbgbrrgbvvuuvvuuS21色域覆盖率用Cp表示，则用R、G、B三角形的面积Srgb除以0.1952，乘以100%。即：%1001952.0rgbpSC然后再按上述公式计算Srgb和Cp。目前市场上的LCD彩色电视机或显示器的彩色还原能力比用 红、绿、蓝三色荧光粉自发光CRT、PDP电视机或显示器较差，也就是它的色域覆盖率较小。在标准中规定LCD电视机的色域覆盖率32。经测试，有些的色域覆盖率达不到32的要求，采用LED背光源的色域覆盖率可达到32以上。对于PDP、CRT电视机的色域覆盖率一般在3246。图17是色域覆盖率为36的举例图。62 举例：在某一显示设备测得如下的（u，v）坐标：红：ur=0.443 vr=0.529 绿：ug=0.124 vg=0.576 蓝：ub=0.186 vb=0.120 将上述值代入公式，则有：则有：120.0529.0186.0124.0120.0576.0186.0443.021rgbS409.0062.0436.0257.02102536.011488.021070