Опубликовано 30 ноября 2012

В этой статье мы рассмотрим градации, обусловленные максимальным количеством отображаемых цветов и таблиц поиска (LUT). Хотя эти функции выходят за рамки факторов, учитываемых средним пользователем при выборе монитора, они оказывают значительное влияние на цветопередачу. Настоятельно рекомендуется разобраться в этих вопросах пользователям, которые ищут ЖК-монитор для приложений в приложениях, где требуется точность цветопередачи, таких как обработка фотографий или дизайнерские работы.

* Примечание. Следующий текст является переводом японской статьи в ITmedia «Максимальное количество цветов и справочных таблиц: две проблемы, связанные с выбором монитора» («Максимальные цвета дисплея и справочные таблицы: две вещи, которые следует учитывать при выборе монитора» ") Опубликовано 13 февраля 2009 г. Copyright 2011 ITmedia Inc. Все права защищены.

Хотя большинство информационных каталогов с ЖК-мониторами содержат информацию о максимальном количестве цветов, которое может отображать данная модель, мало кто обращает на это внимание. Это связано с тем, что большинство современных мониторов могут отображать потрясающее количество цветов - более 16 миллионов. Маловероятно, что пользователь будет удовлетворен только потому, что монитор может отображать слишком мало цветов. Однако информация о максимальном количестве цветов включает несколько неожиданных ловушек.

Современные ЖК-мониторы, предназначенные для компьютеров, должны правильно отображать полноцветные видеосигналы с количеством цветов, полученным в результате использования восьми битов для каждого компонента RGB (всего 24 бита), генерируемого компьютером. Таким образом, вы можете генерировать около 16,77 миллионов цветов, что получается в результате следующих расчетов:

Мы должны помнить две вещи. Прежде всего, не все ведущие ЖК-мониторы способны отображать полную палитру около 16,77 миллионов цветов. Во-вторых, этот полный диапазон 16,77 миллионов цветов может быть достигнут различными способами. Учитывая максимальное количество цветов и способ их воспроизведения, доступные в настоящее время ЖК-мониторы можно разделить на следующие три категории.

В приведенной выше таблице только первая категория ЖК-мониторов может быть описана как полноцветная в истинном смысле этого слова, воспроизводя с 8-битной точностью каждый цвет RGB на восьмибитной ЖК-панели. Мониторы из 2 и 3 категорий предлагают так называемые полный виртуальный цвет (Virtual Full-Color). Продукты из этих групп дешевле в производстве и, как правило, имеют меньшую способность правильно отображать градации градации, чем настоящие восьмибитные ЖК-панели.

22-дюймовый широкоэкранный дисплей FlexScan S2243W, который работает в 8-битном режиме и отображает около 16,77 миллионов цветов.

Просматривая технические характеристики монитора, легко определить модели из категории 3. Мы узнаем их по количеству цветов - 16,19 или 16,20 миллиона. Однако из-за того, что мониторы из категорий 1 и 2 отображают около 16,77 млн. Цветов, может быть затруднительно квалифицировать протестированную модель для одного из них, используя информацию из каталога. 8-битная ЖК-панель имеет преимущество с точки зрения качества изображения во многих элементах, и пользователям рекомендуется соблюдать осторожность при выборе монитора для графических приложений. (Помните, что термины «24 бита» и «8 бит для каждого компонента RGB» часто используются взаимозаменяемо, но они означают одно и то же).

Некоторые телевизоры и ЖК-дисплеи, предназначенные для профессионального использования, используют ЖК-панели, способные воспроизводить любой компонент RGB с разрешением 10 бит. Теоретически такие мониторы могут генерировать 1 073 741 824 (или приблизительно 1,073 миллиарда) цветов, но им также требуется специальная видеокарта и программное обеспечение, способное обрабатывать 10-битный цвет. По этим причинам они пока не распространены в компьютерной индустрии.

Давайте теперь введем немного понятия управления частотой (FRC - Frame Rate Control). FRC - это система, задачей которой является увеличение количества видимых цветов путем манипулирования частотой отображения изображения с использованием эффекта остаточного изображения (постконтрастного) человеческого глаза. Например, при быстром переключении между красным и белым, глаз получит изображение розового цвета.

ЖК-панель с шестибитовой обработкой может генерировать только 262 144 цвета (от шести битов [26 = 64] до третьей степени [для каждого компонента RGB]). После применения FRC к каждому компоненту RGB и изменения частоты отображения исходных цветов ЖК-панели (в данном случае четырехбитного FRC) мы получаем три моделируемых цвета между каждой парой отдельных цветов. Таким образом, для каждого компонента RGB добавляются следующие моделируемые цвета: (6 бит - 1) * 3 = 189 цветов. В результате мы получаем общее количество цветов: (6 бит + 189 = 253) с третьей степенью (для каждого компонента RGB) = 16 194 277 цветов (приблизительно 16,19 или 16,20 миллиона).

Во все большем количестве современных мониторов технологии, в которых был разработан FRC, становятся все более и более популярными. Они позволяют генерировать около 16,77 миллионов цветов, используя большее количество битов, чем в традиционном FRC, и получая больше имитируемых цветов, достигая восьмицветной шкалы (с 256-градусной градацией) на цветном ЖК-экране.

Фактически, однако, факторы, отличные от самой панели, такие как, например, качество микросхем контроллера изображения, в значительной степени влияют на качество изображения. Разницу в качестве изображения между восьмибитными и шестибитовыми панелями от FRC часто трудно увидеть. Чтобы облегчить их обнаружение, достаточно, например, уменьшить яркость освещения в комнате с помощью монитора. Отображение массива с линейным градиентом от черного к белому на экране также поможет выделить эти различия. Эти недостатки касаются как качества отображения фотографий, видео, игр и других целей.

Пример градиента, отображаемого на восьмибитном полноцветном экране (слева) и виртуального полноцветного на шестибитном экране из FRC (справа). На этом рисунке показаны различия, чтобы их было легче увидеть. Как правило, восьмибитная обработка дает лучшие возможности оценки.

Важность использования более восьмибитных справочных таблиц

Мы показали, что 6-битная обработка из FRC хуже, чем 8-битная с точки зрения способности отображать градиенты. Однако это не означает, что восьмибитная обработка всегда идеальна при воспроизведении цветов и градиентов. Таблицы поиска (LUT) являются ключевым фактором, влияющим на способность ЖК-мониторов отображать тональные градиенты и переходы.

LUT - таблица, содержащая результаты расчетов. Когда системе необходимо выполнить стандартные вычисления, мы можем повысить производительность, взяв готовые результаты сохраненного LUT вместо выполнения этих вычислений.

В контексте ЖК-мониторов термин LUT относится к системе, которая преобразует входные данные с компьютера (восемь бит в каждый компонент RGB) и отображает их для вывода, соответствующим образом согласованного с ЖК-монитором (также восемь бит для каждого компонента RGB). В доступных мониторах восьмибитные таблицы LUT используются для каждого компонента RGB. ЖК-мониторы, предназначенные для профессиональной цветопередачи, используют LUT с большим количеством битов (например, 10 или 12 бит) для каждого компонента RGB и используют внутренние вычисления с точностью 10 или более бит для отображения входных сигналов на выход.

Схема потока данных изображения со входа для отображения на экране монитора с LUT с внутренней точностью более 8 бит. Целевое значение гамма-параметра (например, 1,8 или 2,2) предварительно определяется на основе расчетов, основанных на предположении об отсутствии различий между различными ЖК-панелями. Поскольку одной лишь установки значения гаммы недостаточно для получения правильной цветовой температуры, цветовое пространство вычисляется с точностью выше 8 бит, а цветовая палитра конфигурируется в соответствии с цветовой температурой белого цвета. Коррекция на стороне выхода уравновешивает различия между отдельными ЖК-панелями, что приводит к плавным тональным переходам. LUT более чем восьмибитные числа позволяют отображать цвета с большим количеством слегка отличающихся оттенков.

Как LUT с большим количеством битов влияет на улучшение качества отображаемых изображений? Если в спецификации ЖК-монитора есть запись о том, что он способен отображать цвета «около 16,77 миллиона (из 1 064 330 000)», то это означает, что для каждого компонента RGB используется 10-битная LUT (1024 оттенка до 3 степеней = 1 073 741 824 цвета). Данные с компьютера, содержащие 8 бит на компонент RGB, подвергаются 10-битному всесезонному ЖК-монитору для каждого компонента RGB, а затем высвобождаются с оптимально подобранными цветами из 8-битной палитры для каждого компонента. Это приводит к заметно более плавным тональным переходам и уменьшает расхождения в цвете за счет улучшения гамма-кривой для каждого компонента RGB на выходе. 12-битная LUT генерирует около 16,77 миллионов оптимально подобранных цветов из примерно 68 миллиардов, улучшая воспроизведение цветов и оттенков, даже лучше, чем в случае 10-битной LUT.

Давайте теперь посмотрим на мультизерновые вычисления, когда ЖК-монитор преобразует 8-битные данные в 10-битные и более для каждого компонента RGB. Даже если мы используем 10 или 12-битную LUT, мультизерна с точностью 14 или 16 бит приведет к еще большей точности результирующих тональных переходов. Необходимость выполнения 16-разрядных вычислений, когда выходные данные являются только 8-разрядными, может показаться не столь очевидной на первый взгляд, но особенно если мы хотим тонко отличать цвета от палитры низкой градации, точность внутреннего расчеты становятся особенно важными. По сути, чем больше число битов, используемых для внутренних вычислений, тем ниже гамма-кривая гамма-градации ближе к теоретической кривой.

Если вы посмотрите на предложение современных ЖК-мониторов, то увидите, что даже в более низких ценовых категориях количество моделей с 10-разрядным LUT увеличивается. Однако только из более высоких категорий они выполняют вычисления с большим количеством битов, чем с количеством битов LUT. В частности, модели, разработанные для удовлетворения самых строгих требований к обработке цвета с использованием 12-разрядного LUT и проведения внутренних вычислений с 14- или 16-разрядной точностью, идеально подходят для управления цветом и для применений, требующих высокой производительности в цветовой области.

Визуальное сравнение монитора, оснащенного 8-битной LUT и 8-битной внутренней обработкой, с монитором с 10 или более битной LUT и проведением внутренних вычислений с 10-битной точностью или выше показывает неожиданные различия. Поскольку мониторы второй категории стали оснащаться высокопроизводительными ИС для управления изображением, сознательный наблюдатель еще легче различает различия в качестве изображения по сравнению с низкокачественными мониторами с недостаточной производительностью. Когда мы смотрим на графическое изображение, показывающее градиент оттенков серого, мы видим, что модели, в которых LUT и внутренние вычисления имеют большее количество битов, генерируют более плавные тональные переходы и лучше воспроизводят оттенки в темных областях изображения. В таких моделях тональные скачки или обесцвечивание практически не встречаются, и они характеризуются более стабильным контрастом, при котором яркость и тени отбрасываются естественным образом. По всем этим причинам мы рекомендуем модели с как минимум 10-битной LUT - не только в приложениях, где требуется высокая точность воспроизведения цвета, но и для обычных пользователей, которые ценят лучшее качество изображения.

Улучшение представления градиентов как следствие исправлений, выполненных с использованием 10 или более битных LUT и внутренних вычислений с точностью до 10 или более битов. Гамма-кривая ближе к идеалу, а градация тона более плавная.

3D-LUT - Look-Up таблицы с еще большей точностью

Некоторые высококачественные ЖК-мониторы оснащены 3D-LUT, технологией, которая еще больше развивает концепцию LUT. Традиционная система LUT имеет одну таблицу для каждого компонента RGB. При отображении определенного цвета и необходимости рассчитать целевой цвет (оптимизированный) он получает данные о целевых компонентах только из этих трех таблиц.

Для изменения 3D-LUT хранит данные о компонентах RGB в трех измерениях (трехмерная таблица, в которой каждый компонент RGB имеет свою координатную ось). Это решение предлагает намного лучшее представление градации и более точно отражает градацию серого, поскольку 3D-LUT также содержит данные о промежуточных градациях в зависимости от трех координат, полученных из трех компонентов R, G и B.

В качестве примера давайте рассмотрим широкоэкранный ЖК-монитор EIZO. CG246 из серии ColorEdge оснащен 3D-LUT. Разница между теоретическими значениями и значениями, полученными при измерении промежуточных градаций, оказывается в нем меньше, чем в случае использования традиционных таблиц LUT.

ЖК-монитор EIZO ColorEdge CG246 для использования в системах управления цветом (оснащен 3D-LUT)

3D-LUT также показывает свои преимущества при преобразовании цветовых палитр в системах управления цветом. Это позволяет с высокой точностью переназначать около 16,77 миллионов цветов из одной цветовой палитры в другую, сводя к минимуму потерю данных из исходной палитры. Кроме того, поскольку 3D-LUT предлагает улучшенную цветопередачу благодаря промежуточному хранению данных, пользователь может достичь желаемых результатов, введя свои собственные настройки, такие как яркость, цветность или цвет. Вероятно, это наиболее важный фактор, определяющий полезность ЖК-монитора, используемого для управления цветом, поскольку, помимо всех других требований, он должен воспроизводить цвета в первую очередь.

Количество битов, на которых работает ЖК-панель, LUT и какие внутренние вычисления выполняются - все это оказывает огромное влияние на способность ЖК-монитора воспроизводить цвета. Нередко сравнение моделей с похожими характеристиками может выявить неожиданные отклонения в отображении. Грамотная оценка качества изображения, получаемого монитором, только на основании его спецификации нереальна. Перед покупкой пользователи должны лично проверить конкретный монитор.

Похожие