離不開crt的人,lcd的更新頻率是關鍵嗎? - 螢幕

: 推 coldcolour:LCD這種hold type的顯示器在動態畫面的表現本來就沒辦 02/20 23:38
: → coldcolour:法像CRT這種impulse type的顯示器那麼清晰 02/20 23:38
: → coldcolour:不過你可以參考看看這個http://tinyurl.com/bsgul9k 02/20 23:41
: → coldcolour:LCD光高更新率不夠 還必須模擬CRT的顯示方式才能達到 02/20 23:46
: → coldcolour:高動態解析度 02/20 23:47

cold大給的這個網站很好,該站站長Mark對於顯示器動態清晰相關方面非常擅長,
前幾年開始建立這個網站,內容含有關於達成高動態清晰度的各種可行途徑與相關
科學研究.

: → AllForUs:所以有Lightboost功能的是最接近crt的impulse type嗎? 02/21 00:31
: → AllForUs:以模擬crt技術來說.黑插入的技術.是否可以比高刷新的 02/21 00:34
: → AllForUs:Lightboost相比 黑插入 還要更接近crt 的impluse type嗎? 02/21 00:36
: 推 web2312:Lightboost基本上就是背光掃描,黑插入則單純是指frame之間 02/21 00:39
: → web2312:插入全黑影格 02/21 00:40
: 黑插入等於背光全暗
: 跟背光掃描(scanning blacklight),不是同樣模擬crt的技術嗎?
: 只是一個全暗的背光,一個用掃描的背光?(有誤請指正)

黑插入指的是在原始影格之間插入一格黑色的影格,黑色影格的液晶陣列全關閉
(相當於顯示黑色,背光仍開起),而背光掃描(或閃爍)則是讓背光完全關掉
使螢幕全黑無任何光.

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About 黑插入
由於black level(黑色的亮度)沒有變,畫面亮的時間縮短(原本1/60s的frame
變成1/120s原始frame + 1/120s全黑frame),會造成對比與亮度的衰退,且由於需在
極短時間讓液晶不斷從0(黑)-f1(frame1原始灰階值)-0(黑)-f2(frame2原始灰階值)-...
轉換,若液晶反應速率不夠快,會造成黑插入效果不佳(液晶來不及顯示黑就馬上要顯示
下一個frame的灰階值),且液晶在灰階轉換時,各灰階之間轉換的反應速率不一致,造成
黑插入後螢幕的色彩產生偏差.

黑插入可以透過軟體方式產生,
一般PC上若要實現黑插入,則首先了解您螢幕可接受的最高螢幕更新率,
若為60hz,則可以實現30hz的黑插入,若為120hz則可以實現60hz的黑插入,
若為72hz則可以實現24hz的黑插入(24hz黑插入為2/72s長度黑影格+1/72s原影格),

以下提供Windows PC簡單的黑插入實作方式,

(1)下載與安裝MPC-HC

(2)安裝Avisynth

(3)安裝ffdshow

(4)開啟MPC-HC,在選項方塊外部濾鏡部分加入ffdshow raw video filter,選為偏好

(5)點開ffdshow raw video filter,左側Avisynth部分,將Avisynth打勾並

於右側空白處填入 (注意"加入ffdshow視訊來源"不需要打勾)

Original = ffdshow_source()
Black=Original.Blankclip()
Interleave(Original,Black)

第一行相當於"加入ffdshow視訊來源",取得來源的frame放在Original

第二行產生與原始影片相同解析度與色彩格式的空白影格(全黑)放在Black

第三行針對每一個來源影格,產生((原始)-(黑))-((原始)-(黑))-...這樣的pattern


完成之後使用MPC-HC開起30fps的影片時,就會實行30hz的黑插入,

由於插入頻率太低,很容易就會查覺閃爍,但可以注意到,這時畫面的動態清晰度

提升到相當於60fps.

如您螢幕支援48hz或72hz,則可以試試24hz的黑插入,然後播放24fps的影片,

您會發現動態模糊大大的減少,且eye tracking(眼睛追蹤)物體變得相當容易,

(但因24hz插入頻率相當低,閃爍將非常嚴重)

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About 背光掃描(or 背光閃爍)

背光掃描無法透過軟體方式實現,需要具有strobing backlight(閃爍式背光)的螢幕,
例如支援Lightboost的3D電腦螢幕,Eizo的FG2421 Turbo240,Mitsubish的
MDT231WG等.

由於背光閃爍時,背光會全關使black level降到最低,因此對畫面的對比不會造成
影響,只影響亮度.LED背光點亮與熄滅的切換速度可以非常快,相較CCFL背光
更適合進行背光掃描或閃爍的應用.使用背光閃爍不會有黑插入因液晶反應速率
不夠快造成插黑不徹底的情況(但背光閃爍仍要求液晶反應速率至少要能在一個frame
的時間內將該frame灰階值顯示出來,因此若為120hz背光掃描,則液晶反應速率
至少需低於8ms,否則會有部分來不及轉換的液晶被背光照出來,產生鬼影現象)

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: → web2312:並且需要注意的是,對於使用背光掃描的impulse type顯示器, 02/21 00:41
: → web2312:刷新率並非影響動態清晰度的變數,strobe length(每次掃描 02/21 00:42
: → web2312:背光開啟的時間長度)才是影響動態清晰度主要變數,並且調整 02/21 00:42
: → web2312:strobe length也同時會影響亮度,因此Lightboost 10%動態 02/21 00:43
: → web2312:清晰度最好,但是亮度最低 02/21 00:43
: 所以背光掃的越快,清晰度越好嗎?

關於動態清晰度,我們簡單舉個例子具體來了解動態模糊的產生原因.

人眼在空間上與時間上都有觀測的極限存在,
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空間上例如您可以看到螢幕5cm^2範圍出現的25個灰階方格,但若是同樣範圍出現625個灰階

方格則可能開始感覺到"模糊",如果是5cm^2範圍內出現390625個方格,則根本看不出來

每一個方格具體的灰階是多少.

時間上例如您可以看到螢幕5秒內快速切換出現的5個灰階,但若是同樣5秒內

快速切換10個灰階,您可能開始感覺到"模糊",開始看不太清楚某幾個灰階,

若是5秒內切換500個灰階,則根本看不出來.
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以上的例子,

空間上例如5-100兩個灰階方格非常靠近超過了感知極限,

則人眼會將5-100這兩個灰階方格平均化成一個灰階值,

您可以看看拿放大鏡看看顯示白色時的螢幕,會發現每個像素有RGB三色的液晶陣列,

明確的看到"三個顏色",使用肉眼觀看時,除非距離夠近,否則您看到的會是白色(混合

之後的結果),又例如部分印刷品上使用的網點印刷也是同樣原理.

時間上例如0-100兩個灰階畫面高速切換超過了感知極限,

則人眼會將0-100這兩個灰階畫面平均化成一個灰階值,

您可以看看當CRT螢幕更新率夠高(閃爍頻率高),您將不會查覺到白色畫面是黑與白

快速切換而成,又例如部分電漿電視與投影機採用三色交錯式輸出法,若使用高速攝影機

觀察白色畫面,會發現畫面是R-G-B三色不斷跳轉,明確的看到"三個顏色",使用肉眼時,

除非您是神人,否則您看到的會是白色(混合之後的結果).
(有一種狀況下會查覺到三色分離,並一般稱之為色割,主要是因眼睛動態追蹤時,
時間維度上的R-G-B序列被拉到空間方向,您可以對著有PWM的螢幕或使用三色交錯的
投影機與PDP,然後用小畫家畫全黑畫面,中間再畫一條垂直白線,眼睛焦點快速往左與往右
來回擺動,您將查覺到色割或被分離出來的黑白黑白閃爍序列)
--

了解到人眼感知的混合特性後,回到動態清晰度的部分,

拿出您的手指快速的左右來回晃動,並此時您的眼睛焦點固定在擺動路徑中央,

(眼睛不要追蹤手指,固定住!)

此時您會發現手指擺動軌跡的區域被"印下來了",尤其當您手指擺的越快時,

為了您更好的體會,假設您的手指每秒600hz左右擺動,則此時您會看到一塊膚色

區域,而不是"一根手指",這主要是因為手指的速度超越了人眼時間感知極限.

圖1. 手指實際擺動 (+為手指位置)

+
+
時 +
+
間 +
+
維 +
+
度 +
+
(t) +
+
+
+
+
+
+
-------------------
空間維度 (x) 水平


圖2. 人眼感知手指擺動


+++
時

間 +++

維
+++
度

(t) ++


+++


++
-------------------
空間維度 (x) 水平

對比圖1., 人眼感知時,時間方向上發生了混合,若手指晃動頻率更高,
圖2.將會趨近於將圖1.上下完全壓扁,從頭到尾穩定的看到+++++++的
晃動區域(混合之後的結果).

--
到此您了解了在眼睛焦點固定時,物體晃動會造成混合,使物體移動軌跡

像油畫未乾時被抹糊了一般.

接著我們來看看非背光掃描的hold-type lcd呈現影像的方式,

顯示卡每秒送60張frame至LCD,LCD會將每張frame完整呈現1/60s,

例如一串灰階從0~60的frame,則0會hold住1/60s,1會hold住1/60s,etc..

而若顯示的是一顆球由左往右移動,那眼睛追蹤該物體會發生什麼事呢?

球實際上是"一卡一卡"的移動,因此若您的眼睛非與電腦螢幕相同每秒

卡60次的方式移動著追蹤那顆球,並只是跟隨著那顆球的平均速度穩定的

線性移動追蹤,則會因人眼追蹤的不精確導致物體在人眼焦點左右來回搖擺,

(非線性移動物體vs.線性移動追蹤的人眼,之間的誤差導致物體在追蹤時"搖擺")

而這個搖擺就會造成如剛剛手指快速擺動時,產生的模糊現象(時間混合).
--
接著看看背光閃爍的impulse-type螢幕,

顯示卡每秒送60張frame至LCD,LCD的"液晶"會將每張frame完整呈現1/60s,

但背光只在該frame時間(1/60s)內的一瞬間點亮(例如1/240s),其他時間

則保持關閉(例如239/240s),點亮的時間可稱為strobe length或hold time,

為一張frame實際hold住的時間長度.

接著再來考慮一顆球由左往右移動,眼睛追蹤時會如何呢?

由於

(1)隨著背光點亮的時間越短暫,物體越可以被視為線性移動,

眼睛焦點追蹤會越順暢,並且上面提到的物體移動人眼追蹤之間的誤差將越來越小.

圖3. Hold-type 顯示器的球移動

+
時 +
+
間 +
+
維 +
+
度 +
+
(t) +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-------------------
空間維度 (x) 水平

圖4. Impulse-type 顯示器的球移動

+
時

間
+
維

度
+
(t)


+



+



-------------------
空間維度 (x) 水平


(2)背光關閉的時間,只要背光頻率夠高,時間混合下,人眼將不會感知到黑-f0-黑-f1...

的閃爍序列,亦即可以視為穩定畫面.

以上兩項因素,可使動態清晰度大增,人眼可以穩定的跟隨物體移動,並且不會看到物體

左右擺晃的情形(追蹤不精確造成).
--

綜合以上,

若Hold-type 顯示器要將動態模糊削減,則需要將每秒顯示的影格張數提高,

例如提升至600fps,則1秒內球移動的軌跡將由原本的60卡成為600卡,也將趨近於線性

移動,以圖3.來看,相當於削減了圖3.中的時間"鋸齒"(透過提升時間解析度).

若Impulse-type 顯示器要將動態模糊進一步削減,可以將hold time(背光點亮時間)

再縮短,hold time越短,則追蹤時的清晰度就增加越多,

簡單的比較impulse type與hold type顯示器之間的動態清晰度可用

hold time去算,例如1ms hold time的impulse-type 120hz顯示器,與

8.3+2ms的hold-type 120hz顯示器,前者會比後者清晰10倍.

(2ms為液晶反應時間,目前LCD動態模糊主因是"hold-type顯示方式",而非液晶反應時間,
液晶反應時間在早期動輒25ms,40ms的時代才是動態模糊主因,因此若您買了1ms 60hz TN
發現怎麼動態還是沒更清晰,因為貢獻動態模糊的兩個主要因子的反應速率已經無法在
更好,縱使為0ms反應速率仍有動態模糊,原因在"hold-type顯示方式",這是接下來要
改善的方向(可使用動態補插或高fps影像源或改用impulse-type顯示)


題外話

前面提到的混合現象還可應用在LCD上,抖色(dithering or FRC)正是透過快速交錯

呈現某個灰階序列來達到能夠呈現中間值的方法之一,例如8bit抖到10bit,

原本在8-bit 256個灰階中,無法顯示出像是128.25這種在10bit精度下才能顯示的灰階,

可以透過抖色(例如使用128與129的交替顯示達成)來達成,抖色實作的好的話,

理論上人眼會看不出8-bit抖到10-bit與真10-bit的差別.

電腦螢幕使用校色器校正後產生的曲線會由於顯卡的DVI輸出為8-bit,

使例如127.3被rounding,產生色塊(banding),現在HTPC(拿電腦看電影)的玩家可以透過

madVR的renderer,其擁有3dlut的色彩管理(不只校灰階與色溫,同時作gamut mapping),

並使用**16-bit抖色**輸出最終結果,將能夠達到非常好的灰階平滑度(幾乎看不到任何

banding跡象,hardly visible),對於HTPC玩家可說是一大福音.








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: → web2312:關於動態清晰度,之前曾有板友來信詢問LB跟Eizo的Turbo240, 02/21 00:45
: → web2312:小弟回了一篇簡單了解動態清晰度與hold and impulse type 02/21 00:46
: → web2312:顯示器之間的關係,如果原PO想看看的話,我再將他PO上來xd 02/21 00:46
: 麻煩大大分享了 個人認知hold and impulse的差別就是
: hold的點與點之間是一張圖片,訊號是階梯狀
: impulse的是單點一張圖片,點與點之間是黑的,人類會把中間黑的連起來,訊號比較曲線
: 不知道這樣解釋對嗎?
: 所以不才覺得會不會黑插入也是不錯的所擇,當然反應時間是個問題
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: 另外一提we大提到高更新與背光掃描可以讓動態模糊減少
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: 讓不才想要即將推出的g-sync
: http://www.geforce.com.tw/hardware/technology/g-sync
: 看60fps簡介影片是,機器與顥示器畫面同步不出現破裂畫面
: 不才用crt看影片是有比較好..
: 但仍有一點抖動的感覺..(會是60fps的關係.嗎?)
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: 是否g-sync配上lightboost是目前lcd動於動態模是最佳解決方案?

依我目前所了解的資訊,g-sync是為了解決垂直同步問題的方案,

由於遊戲時,輸出的fps若非與螢幕更新率同步,例如53fps->60hz,

則有可能產生stuttering("不規律"的卡)與tearing(畫面水平撕裂),

透過支援g-sync的螢幕與顯卡,將可完全消除這兩種現象,

因為g-sync的螢幕支援浮動式螢幕更新率,當遊戲跑53fps顯卡就送

53hz,45fps就送45hz,所以不會drop frame與repeat frame,每張

frame進來顯卡的時間也與輸出到螢幕的更新率很好的吻合,從而避免

tearing的產生.

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目前解決LCD動態模糊的方案包括
(1)
使用impulse-type顯示器,如電漿電視、有背光掃描的螢幕(上文有列舉)與
有背光掃描的液晶電視
(2)
使用有動態補插功能的顯示器,通常是電視才會有這功能,電腦螢幕可能只有
Mitsubishi有做,或者可使用Windows PC上的軟體SVP來達成動態補插.
(動態補插演算法可能因分析預測不合理而產生一些人造的瑕疵)
(3)
使用高螢幕更新率的顯示器,例如144hz電競螢幕等.

以上三種中,第一種效果最好,動態清晰度輕易的超越任何hold-type顯示器,
並且來源fps不需太高即有高動態清晰效果(Impulse-type動態清晰度看hold time)


以上提供小弟個人想法,有錯誤請務必指正,謝謝:)

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