手持式移動(dòng)設(shè)備顯示器顏色深度對(duì)顯示效果的影響

摘要：液晶顯示器廣泛用于手持式移動(dòng)設(shè)備，隨著CPU 處理能力的增強(qiáng)，液晶顯示器接口數(shù)據(jù)位相應(yīng)不斷增加。文章分析不同顏色深度對(duì)顯示效果的影響，手持式移動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)者需要考慮設(shè)計(jì)平臺(tái)的最大支持顏色深度，選擇適合的接口定義及顏色深度。

引言

近20 年來(lái)，手機(jī)的發(fā)展日新月異，手機(jī)的功能也越來(lái)越強(qiáng)大，在很大程度上，這些歸功于手機(jī)屏幕的發(fā)展。最初的手機(jī)并不具備出色的顯示效果，所以手機(jī)的功能也相對(duì)單一。隨著手機(jī)終端顯示設(shè)備的發(fā)展，一塊精彩的屏幕不僅讓手機(jī)具備通訊功能，還同時(shí)具備了很多以前不可想像的娛樂(lè)功能。

人們獲取信息的方式很多，80% 以上的信息獲取來(lái)自于眼睛所見(jiàn)。顯示屏作為手機(jī)最重要的顯示輸出設(shè)備，已經(jīng)成為各家手機(jī)生產(chǎn)廠商爭(zhēng)奪市場(chǎng)的有力武器。手機(jī)顯示屏的尺寸由最初不到1 英寸發(fā)展到現(xiàn)在的4.3 英寸，目前仍有擴(kuò)大顯示尺寸的需求。但是根據(jù)人體工學(xué)的考慮，迫于人手對(duì)于手持終端舒適性的要求，屏幕不能無(wú)限制擴(kuò)大。如何提升手持式移動(dòng)終端的顯示效果是各家手機(jī)生產(chǎn)商需要深入考慮的問(wèn)題。

手持式移動(dòng)終端顯示器從最初的單色LCD 顯示屏幕，到STN、CSTN 顯示技術(shù)，再到TFT、OLED顯示屏，甚至于三星提出的Super OLED 的概念。

顯示技術(shù)幾乎見(jiàn)證了手機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，當(dāng)手機(jī)進(jìn)入彩色顯示時(shí)代后，各大廠商紛紛以手機(jī)屏幕作為手機(jī)高低檔次的分水嶺。

目前，對(duì)于手持式移動(dòng)設(shè)備顯示器顏色的討論愈演愈烈，在各個(gè)手持式設(shè)備的參數(shù)說(shuō)明中對(duì)于顯示顏色從最初的4,096 色到65K 色再到262K 色，甚至現(xiàn)在大部分高端手持式移動(dòng)設(shè)備上出現(xiàn)的16M 顯示顏色，但對(duì)于其中的含義往往讓人摸不著頭腦。此篇文章以常用的液晶顯示器為例，將詳細(xì)解釋顯示器顏色實(shí)現(xiàn)原理，并加以實(shí)際數(shù)據(jù)測(cè)量和顯示效果的對(duì)比，來(lái)闡述不同顏色深度對(duì)手持式移動(dòng)設(shè)備顯示器顯示效果的影響。

1 理論分析

1.1 顏色深度

顏色深度簡(jiǎn)單地說(shuō)就是顯示器最多支持多少種顏色，一般是用位來(lái)描述，所以也稱為位深度。一般來(lái)說(shuō)，能顯示的顏色越多越能顯示復(fù)雜的圖像，畫面的層次也越豐富。液晶顯示器每個(gè)像素點(diǎn)由3 個(gè)子像素組成，分別為紅色、綠色和藍(lán)色。

通過(guò)嚴(yán)格控制和改變液晶上所施加的電壓，每種子像素呈現(xiàn)不同的灰階。在結(jié)合了這三種子像素后，可以得到一個(gè)可以顯示不同顏色的顯示屏。

例如：

R4*G4*B4 即2^4*2^4*2^4=4,096

R5*G6*B5 即2^5*2^6*2^5=65K

R6*G6*B6 即2^6*2^6*2^6=262K

R8*G8*B8 即2^8*2^8*2^8=16M

市面上所說(shuō)的1,600 萬(wàn)色即24 位(bit)，26 萬(wàn)色即18 位(bit)，而65K 色也就是16 位(bit)。;圖1中顯示了市面上部分手機(jī)的顏色，可以看到，目前大多數(shù)手機(jī)廠商特別是手機(jī)大廠會(huì)選擇24bit,也即1,600 萬(wàn)顏色。

圖1 市面上常見(jiàn)手機(jī)的屏幕參數(shù)

1.2 手機(jī)顯示屏顏色深度的實(shí)現(xiàn)

手機(jī)顯示的圖片通過(guò)CPU 接口以12bit、16bit、18bit 或者24bit,通過(guò)液晶顯示器接口按照時(shí)序控制傳入液晶顯示器控制芯片內(nèi)，一幀圖片經(jīng)過(guò)GRAM 暫存后，數(shù)據(jù)以不同電壓形式驅(qū)動(dòng)液晶扭轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)不同的灰階，從而實(shí)現(xiàn)豐富的色彩顯示。

圖2 顯示了一個(gè)典型的主控端的連接方式，CS、RS、WRB、RDB 是控制型號(hào)，分別是片選信號(hào)、數(shù)據(jù)或命令、寫/ 讀信號(hào)，按照一定的時(shí)序控制，數(shù)據(jù)得以傳輸，畫面才能正常顯示。

圖2 主控端連接方式

圖3 所示為顯示屏驅(qū)動(dòng)到液晶扭轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)不同灰階的過(guò)程，圖片信息經(jīng)GRAM 后，每個(gè)像素(pixel)都分成RGB 三部分，其灰階信息也變成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)由驅(qū)動(dòng)端對(duì)應(yīng)不同的驅(qū)動(dòng)電壓去控制液晶的扭轉(zhuǎn)，達(dá)到不同的光通過(guò)液晶面板，從而達(dá)到不同的亮度，再經(jīng)過(guò)濾光片后，從而將需要顯示的圖片呈現(xiàn)出來(lái)。

圖3 顯示屏驅(qū)動(dòng)到液晶扭轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)不同灰階

圖4 顯示了圖片的數(shù)據(jù)是怎樣實(shí)現(xiàn)灰階的。第一個(gè)是典型的24bit 顯示接口，數(shù)據(jù)通過(guò)GRAM 后轉(zhuǎn)換成8bit Red、8bit Green 和8bit Blue.同理，18bit 的顯示接口將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成RGB 666,16bit 的顯示接口將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成RGB 565,繼而混色成0到255 灰階的不同色彩。

圖4 圖片數(shù)據(jù)的灰階實(shí)現(xiàn)

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

針對(duì)不同位深的手持式移動(dòng)設(shè)備液晶顯示器，從240 灰階到255 灰階，液晶顯示屏的亮度差異如圖5 所示。對(duì)于24bit 位深的液晶顯示器，能精確到1 個(gè)灰階的變化，曲線呈現(xiàn)緩慢、均勻的變化。對(duì)于16bit 位深的液晶顯示器，對(duì)于16 個(gè)均勻灰階(240~255)，只能呈現(xiàn)出兩個(gè)亮度的變化，即對(duì)于跨度8 個(gè)灰階只有一次亮度變化。對(duì)于18bit位深的液晶顯示器，介于16bit 和24bit 之間，對(duì)于4 個(gè)灰階跨度有一次亮度變化。也就是說(shuō)，1,600 萬(wàn)色的顯示屏能體現(xiàn)出細(xì)微的色彩差異，提供給使用者更細(xì)膩和豐富的色彩感受。

為了能更直觀地比較16bit、18bit 和24bit 的顯示效果差異，特地做了不同位深的手機(jī)顯示效果對(duì)比，從左到右分別為1,600 萬(wàn)色、26 萬(wàn)色和65,000色，如圖6 所示：在西紅柿的高光部分1,600 萬(wàn)色色彩過(guò)渡平滑、自然，看不到不均勻的顯示，26 萬(wàn)色的顯示效果稍遜，而65,000 色能明顯看出不均勻的顯示。

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