高显示色彩和查找表： 选择显示器时的两个考虑因素

在本文中，我们将一起了解可以显示的zui高显示色彩和查找表（LUT）的色阶效果。 虽然这些因素普通用户在选择产品时不会考虑，但它们对于色彩还原具有显著影响。 用户zui好能够了解这些因素，尤其是在选择液晶显示器用于色彩处理应用时，例如照片润饰或设计工作。

注： 以下是2009年2月18日在ITmedia上发表的日文文章“zui高显示色彩和查找表：选择显示器时应考虑的两个因素”的翻译。 版权所有2011 ITmedia公司。保留所有权利。

仔细查看液晶显示器能够显示的zui大颜色数

虽然大多数液晶显示器的目录显示了各个型号可显示的zui高颜色数量，但很少有人会注意这个数字。 这是因为当今大多数产品显示的颜色数量都非常惊人—超过1600万色。 用户不太可能会因为产品显示的颜色太少而不满意。 然而，zui高颜色数量与一些意想不到的缺陷存在关系。

目前可用于PC的液晶显示器需要以PC的8位RGB色（总共24位）输入所产生的颜色数量来精确显示全色视频信号。 根据以下计算，对每种RGB色使用8位，就可以产生大约1677万色：

我们需要注意两点： 首先，并不是所有主流的液晶显示器都能还原约1677万色全色范围。 其次，1677万色全色范围可以以不同的方式来实现。 目前市面上的液晶显示器一般可以按照zui高颜色数量和色彩还原方法分成以下三类。

上面的表中只有第1类液晶显示器实现了真正意义的全色，能够在8位液晶面板上以8位还原每种RGB色。 第2或第3类产品提供的是所谓的虚拟全色。 虚拟全色产品的成本较低，但所提供的色阶表现弱于真正的8位液晶面板。

照片： 22英寸宽屏FlexScan S2243W以8位运行，显示约1677万色

当我们查看显示器规格时，很容易识别第3类显示器： 颜色数量的规格标为1619或1620万。 但是，由于第1和第2类的颜色数量均为约1677万色，仅从目录中可能难以识别适用的类型。 8位运行的液晶面板在画面质量方面更加优异，建议用户在选择用于图形应用的显示器时要加以注意。 （注意，在某些情况下，规格中会以24位代替，同样代表每种RGB色8位。）

某些用于商业用途的液晶电视和液晶显示器采用的是10位RGB色的液晶面板。 从理论上讲，这些显示器可以实现1073741824（或约10.73亿）色；但它们还需要配合能够处理10位色彩的图形加速器和软件。 由于这些原因，它们还没有在PC行业普及。

让我们来看看关于帧速率控制 (FRC) 的简单描述。 FRC是通过控制帧速率，利用人眼的余像效应，以增加表观颜色数量的系统。 例如，快速切换白色和红色将让人的眼睛产生粉红色的感觉。

6位+FRC的液晶面板实际只能显示262,144种颜色（6位[26=64]的3次方[对每种RGB色]）。 我们可以对每种RGB颜色运用FRC，并改变每个液晶面板的原始颜色之间的显示间隔（对于4位FRC），在每对颜色之间生成三个模拟色。 对于每种RGB色，这增加了以下模拟色： （6位 - 1）*3=189种颜色。 我们通过计算（6位+189= 253）的三次方（每种RGB色）得到颜色总数=16194277色（≈约1619或1620万色）。

近年来，越来越多的产品采用了将FRC进一步发扬光大的技术。 这些技术以超过传统FRC的位数来生成更多模拟色，然后以这些8位（256阶）色在液晶显示器上实现全色显示，还原约1677万色。

根据实际情况，面板以外的因素，例如用于图像控制的集成电路的质量，也会显著影响图像质量。 8位和6位+FRC之间的图像质量差异往往无法用肉眼识别。 尽量减少环境照明（例如，通过调暗灯光）可以使这种差异更容易被发现。 使用从阴影到高光线性改变的色阶图案能够突出这种差异。 这种显示特性同样适用于静止图像、运动图像、游戏和其他应用程序。

采用8位全色显示（左）和6位+FRC虚拟全色显示（右）的样本色阶显示。 虽然这种显示夸大了差异，以方便人们辨识，但8位显示一般能够提供更高的色阶显示能力。

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8位以上查找表的重要性

我们注意到，6位+FRC在色阶显示能力方面不如8位显示。 然而，这并不意味着8位显示在色彩还原和色阶方面总是更好。 查找表（LUT）是液晶显示器的色调等级和色彩过渡显示能力的关键因素。

LUT是一个包含计算结果的表。 当一个系统需要处理标准化的计算时，我们可以查找它的LUT值，而不需要进行计算，从而提高性能。

在液晶显示器领域，术语LUT是指计算PC的输入信号（每种RGB色8位），并将它们映射到适合于液晶显示器的输出信号（也是每种RGB色8位）的一个元件。 廉价的液晶显示器采用的是每种RGB色8位的LUT表；而设计用于色彩还原应用的液晶显示器采用的LUT每种RGB色多于8位（即，10或12位），并使用10位或更高的内部计算将输入信号映射到输出信号。

从视频信号输入到在液晶显示器（带有LUT并且内部精度超过8位）上显示的流程图。 假设各个液晶面板之间没有差别，基于计算预先确定目标伽马属性（即，1.8或2.2）。 因为仅仅确定目标伽马属性并不能获得正确的色温，所以还要以高于8位的精度计算色彩空间，并配置覆盖白色色温的色域。 在输出侧的校正可以抵消各个液晶面板之间的差异，并产生一个平滑的色调曲线。 超过8位的LUT能够以更细微的色调变化进行彩色显示。

超过8位的LUT如何提高显示质量？ 如果目录声称液晶显示器能够显示“约1677万（共1064330000）”色，说明该设备采用的是每种RGB色10位（1024色阶的3次方=1064330000色）的LUT。 具体而言，从PC输入的信号，每种RGB色8位，取决于液晶显示器在每种RGB色10位的多色阶，然后以每种RGB色8位的zui佳显示色彩输出。 这使得色调过渡变得更加平滑，并通过改善输出中每种RGB色的伽马曲线来改进色调差异。 12位LUT可从大约680亿色中生成约1677万zui佳颜色，对色彩还原和色阶的改善甚至超过10位LUT。

接下来，让我们看看液晶显示器每种RGB色的10位或更高位LUT如何计算每种RGB色输入信号8位的多色阶。 即使我们使用一个10位或12位的LUT，计算14或16位多色阶也能够获得更精确的zui终色调过渡。 zui终输出只有8位时，对16位精度的需求可能还不是很明显，但当我们试图显示低色阶色域（阴影色域）上色彩之间的细微差别时，内部计算的精度就会非常重要。 本质上，在内部计算中使用的位数越高，低色阶色域的伽马曲线就越接近理论曲线。

纵观目前市场上的液晶显示器，即使是较低成本的类别，也有越来越多的产品提供10位LUT。 然而，在这些类别中，只有顶级的产品才提供大于LUT位数的内部计算位数。 特别是采用12位LUT和14或16位内部计算，色彩处理能力能够满足严格要求的型号，才适合进行色彩管理，用于需要高性能色彩的应用。

采用8位LUT和8位内部计算的显示器与采用10位或更高位LUT和10位或更高位内部计算的显示器进行目视比较，表现出了令人意想不到的巨大差异。 由于后一类产品往往会配备用于图像控制的高性能芯片，对于挑剔的观众来说，在画面质量上与性能参差不齐的入门级产品的差别可能更为明显。 当我们查看灰阶图时，具有较高位LUT和内部计算的型号往往能够产生更平滑的色调过渡，更好地显示阴影区域的色调。 这样的产品几乎没有色调跳跃或差异，并且对比度稳定，色阶中的亮度和暗度表现自然。 出于所有这些原因，我们推荐使用LUT至少10位的产品，不仅适用于需要高保真色彩还原的应用，也适合寻求更高画面质量的普通PC用户。

使用10位或更高位LUT和10位或更高位内部计算进行如下调整就能够体现出色阶的改善。 伽马曲线更接近于理想曲线，具有平滑的色阶表示。

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3D-LUT，进一步提高查找表精度

一些高端液晶显示器采用了3D-LUT，将LUT的概念大大向前推进了一步。 传统的LUT系统对每种RGB色有一个LUT，在显示特定颜色时查找每种RGB色的LUT，并使用每个LUT的三种RGB色计算目标色。

相比之下，3D-LUT是一个三维LUT，将每种RGB色混合（即三维表，将R、G、B分配到3个轴上）。 由于LUT包括中间色阶的点，将R、G和B相混合，所以能够改善中间色阶的色彩表现，改善色阶精度。

我们以艺卓的宽屏液晶显示器为例。 ColorEdge系列的CG242W型号采用了3D-LUT。 中间色阶等级的理论值和实际测量值之间的差异比使用传统LUT时更小。

ColorEdge CG242W是艺卓Nanao的一款24.1英寸宽屏液晶显示器，用于色彩管理应用（具备3D-LUT）

3D-LUT也擅长在色彩管理环境中转换色域。 它们能够以极高的精度将分配给一个色域的大约1677万色重新分配到另一个色域，大程度地减小原色域的信息丢失。 另外，由于3D-LUT通过RGB融合实现了更好的色彩还原，所以用户的操作和色彩调整通常能够在亮度、色度和色调等参数上获得预期的结果。 也许，这就是用于色彩管理的液晶显示器重要的性能，对于这些显示器来说，精确的色彩还原就是重中之重。

液晶显示面板的位数、LUT和内部计算精度都会显著影响液晶显示器的色彩还原能力。 在不少数情况下，即使乍看上去非常类似的产品规格也会带来显示特性的巨大差异。 单单依靠目录中的规格来评估显示器的图像质量并不切合实际；用户在购买显示器前应该亲眼对显示器进行检查。

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