電視演播室液晶顯示器技術及測評方法

王艷玲

（深圳市廣播電影電視集團 鹽田廣電中心，廣東 深圳 518081）

電視演播室液晶顯示器技術及測評方法

王艷玲

（深圳市廣播電影電視集團 鹽田廣電中心，廣東 深圳 518081）

對電視臺內所使用的TFT-LCD的原理、功能、測評等方面進行一系列探討。

TFT-LCD；測評；顯示器

目前，在電視臺內已經開始大范圍使用液晶顯示器，在辦公電腦顯示、電視監視墻顯示、技術監看顯示、外景拍攝顯示和專業技術監看等方面無不發揮著重要作用。在電視臺內所使用專業液晶顯示器、監視器基本是TFT（Thin Film Transistor）液晶顯示器，本文對電視臺內所使用的TFT-LCD的原理、功能、測評等方面進行詳細探討，與大家共享。

1 TFT-LCD顯示原理

1.1 TFT-LCD的基本結構

TFT是“Thin Film Transistor”的簡稱，一般代指薄膜液晶顯示器。其圖像產生的基本原理是：顯示屏由許多可以發出任意顏色的光線的像素組成，只要控制各個像素顯示相應的顏色就能達到目的。簡單地說，TFT-LCD面板的基本結構為兩片玻璃基板中間夾住一層液晶。前端LCD面板貼上彩色濾光片，后端TFT面板上制作薄膜電晶體。當施電壓于電晶體時，液晶轉向，光線穿過液晶后在前端面板上產生一個畫素。背光模組位于TFT-Array面板之后負責提供光源。彩色濾光片給予每一個畫素特定的顏色，結合每一個不同顏色的畫素所呈現出的就是面板前端的影像。

如圖1所示，TFT型的液晶顯示器主要的構成包括了背光源、主控制板、偏光板、濾光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶體管等等。首先，液晶顯示器必須先利用背光源，也就是冷陰極管（CCFL）或發光二極管（LED）投射出光源，這些光源會先經過一個偏光板然后再經過液晶，這時液晶分子的排列方式改變穿透液晶的光線角度，然后這些光線接下來還必須經過前方的彩色的濾光膜與另一塊偏光板。只要改變刺激液晶的電壓值就可以控制最后出現的光線強度與色彩，進而能在液晶面板上變化出有不同深淺的顏色組合了。

1.2 TFT液晶面板的種類

TFT液晶面板按技術可分為TN+Film型、VA型、CPA型和IPS型四種，它們有著各自的特點。

（1）TN+Film型

TN型加上視角擴展膜這種技術依然基于傳統的TN模式液晶，只是在制造過程中增加了一道貼膜工藝。這種類型的液晶面板應用于入門級和中端的產品中，價格實惠、低廉，被眾多廠商選用。

（2）VA型

VA型液晶面板在目前的顯示器產品中應用較為廣泛的，使用在高端產品中，16.7 M色彩（8 bit面板）和大可視角度是它最為明顯的技術特點，目前VA型面板可分為兩種MVA和PVA。

（3）CPA型

CPA模式廣視角技術嚴格來說也屬于VA陣營的一員。各液晶分子朝著中心電極呈放射的焰火狀排列。由于像素電極上的電場是連續變化的，所以，這種廣視角模式被稱為“連續焰火狀排列”模式。CPA面板由夏普公司主推。

（4）IPS型

IPS型液晶面板具有可視角度大、顏色細膩等優點，看上去比較通透，這也是鑒別IPS型液晶面板的一個方法，飛利浦公司的不少液晶顯示器使用的都是IPS型的面板。

1.3 液晶顯示的像素構架

最常見的TFT像素架構如圖2所示，彩色濾光鏡依據顏色分為紅、綠、藍三種，依次排列在玻璃基板上組成一組，對應一個像素每一個單色濾光鏡稱之為子像素（subpixel）。也就是說，如果一個TFT顯示器最大支持1 920 × 1 200分辨率的話，那么，至少需要1 920 × 3 × 1 200個子像素和晶體管。圖2中dot pitch就是液晶屏的點距，也是一個像素的邊長。

此外，以夏普公司為主的廠商還生產一種呈現蜂窩狀或六角形像素架構（Delta形）的液晶面板。如圖3所示，R、G、B像素呈蜂窩狀排列，各種顏色在垂直、30°、150°角上呈直線排列，而水平方向無法形成直線。這種像素結構的顯示器目前多使用于點距較大的32″以上的液晶電視。

2 液晶顯示器的性能

液晶顯示器可以大致分為民用級與廣播級專用兩類。習慣上，多將前者稱之為“顯示器”，后者稱之為“監視器”。兩者所采用的液晶面板沒有太多本質上的區別，兩者的區別主要在功能、I/O端口、電路設計等方面。

2.1 I/O端口

顯示器的輸入端口是多種多樣的，具體情況見表1。

表1 顯示器輸入端口的種類

2.2 功能及其他

除了顯示畫面，許多顯示器還有更豐富的功能選項和設置，以滿足用戶多元化的需求，這里介紹部分特殊和高級的功能。

（1）標示設定。高級別監視器可顯示不同的區域標示，如中央標示、示像標示（16:9、4:3、14:9等）和安全區標示。

（2）波形圖顯示。顯示視頻的波形圖，用于畫面的輔助監看。可以選擇顯示Y、R、G、B 四種波形圖，顯示位置在屏幕一角或與視頻畫面并排顯示。

（3）雙畫面顯示。顯示器可以同時在同一屏幕上顯示數字和模擬、高清和標清和計算機信號中任意兩路視頻圖像。

（4）單聲道或立體聲音頻監聽。顯示器配備有揚聲器，使用戶可以進行音頻監聽。

（5）Tally提示燈。配備了提示燈或可在顯示屏上顯示提示燈，并可通過并行遙控接口觸發。此功能多用于演播控制室的電視墻。

（6）像素到像素顯示。該功能可以在不調整大小的情況下，顯示并確定一一對應的像素輸入。在輸入視頻分辨率與顯示器固有分辨率不一致時，該功能可以方便地對原始圖像細節進行確認。

3 LCD性能測評

LCD性能測評方法是以國家電子行業標準為基礎，運用簡單實用的方法和較易得到的軟硬設備進行定性測評。

3.1 測評設備與條件

測評中使用以下儀器和軟件：

（1）配備高級圖像處理顯卡的高性能配置PC，提供顯示器所采用的VGA或DVI或HDMI信號；

（2）視頻測試信號發生器，提供顯示器所采用的Y/C、SD-SDI、HD-SDI等信號；

（3）DisplayX Ver1.2是一款中文界面的顯示器測試工具，如圖4所示，可測試串擾、色彩、灰階和壞點，使用非常簡單。它提供的測試項目還不是非常全面，適合進行常規測試。

（4）Pixel Persistence Analyzer V1.011e版，如圖5所示，在PC上使用，是一個專門用來考查液晶顯示器動態清晰度的軟件， 用“Readability test”測試顯示器的動態清晰度非常直觀，而且不同顯示器的測試結果具有可比性。

測評需要在暗室進行，對于以高清或寬屏顯示為主的參評顯示器，測試距離為3倍顯示器屏幕高度，對于標清和普屏顯示為主的參評顯示器，測試距離為4倍顯示器屏幕高度。開始測評前，顯示器的色溫應置于出廠狀態，色飽和度應置于出廠狀態或中間位置，其它圖像質量增強功能置于出廠狀態或關閉。

3.2 PC顯示端口測評

（1）對比度與亮度

運行DisplayX 軟件，從“常規單項測試”中選擇“對比度（高）”，出現圖6畫面。調整顯示器的對比度與亮度，直到其能最多地分辨出不同階級亮塊，能分辨出來的亮塊區域越多，顯示器對比度與亮度的性能越好。保持此時顯示器對比度與亮度的設置，后面所有的測評都要以此為基準。

（2）RGB灰度測試

選擇“常規單項測試”中選擇“灰度”，如圖7所示。RGB 三原色每一個都可以產生256 級灰階，而三原色組合在一起就能夠提供16 777 216 種顏色，提供這樣顏色的面板就是8 bit 面板。這項測試考察顯示器RGB灰度的還原能力，看到的色彩過渡平滑和線性，沒有產生色帶（指顏色分層現象），則表明顯示器色彩過渡較好。

（3）可視角度

繼續使用剛才的“灰度”測試畫面，用目測的方法評價顯示器的可視角度。這時測試人員不是從正對顯示屏的方向去觀察，而是需要偏離一定的角度去看。這時應該注意色彩隨著角度而變化的情況， 比如白色區域是否變得偏黃， 彩色是否變得比較暗淡等等。接下來，考查顯示器的灰階反轉。理論上顯示器從1（黑色）到256 灰階（白色）應該是灰階數越高則越亮。但是液晶顯示器在超過一定角度觀看的時候有可能看到低灰階反而比高灰階亮的情況，這種類似黑白反轉的現象稱為灰階反轉。選擇DisplayX“常規單項測試”中的“256 級別灰度”測試，如圖8所示，從不同方向觀察灰階反轉出現的情況。

（4）純色測試

DisplayX 的純色測試可以產生8 種顏色，適合測試屏幕壞點。從“常規單項測試”中選擇“純色”，然后點擊鼠標切換不同顏色，用眼睛仔細觀察屏幕上是否存在工作異常的像素點。在進行這項測試的時候，可以同時觀察屏幕顯示的均勻性，主要是看有無明顯的暗斑、亮斑和局部偏色現象。

（5）靜態清晰度

DisplayX的“交錯”測試是一個檢查靜態清晰度的有效手段，它提供了4 幅測試圖，前兩幅是水平和垂直排列的黑白相間的細線，后兩幅是交錯排列的黑白像素點。在測試的時候請仔細觀察，如果看到的是一片灰色，而無法分清黑白線條，那說明這臺顯示器的清晰度有損失。這時候可以檢查一下顯示器的銳度設置，看看調高銳度能不能解決這個問題。

（6）動態清晰度

運行Pixel Persistence Analyzer軟件，選擇其中的“Readability test”，如圖9所示。它可以產生一定移動速度的隨機字符，速度等級從1～30 可調。把看到的字符輸入下方的框中，如果輸入正確程序就會把移動速度提升一級，直到無法看清為止。顯示器的動態清晰度越高，能正確識別的字符串移動速度就越快。

表2 用于測試顯示器的信號

3.3 SDI端口測評

對于針對電視臺高級專業用戶使用的監視器，通常備有HD-SDI端口或配備有HD-SDI轉DVI之類的適配器。參考GB/T 15639-1995《電視廣播接收機主觀評價節目源》的規定，選擇表2所示的測試信號對顯示器進行測評。

測試信號可由視頻測試信號發生器（泰克TG2000、TG700）獲得，測試圖像選擇了對各種質量要素具有比較敏感特點的圖像素材，素材來自已經獲得主觀認可的電視節目源。參評的技術人員最好在4人以上，以保證評分的公正性和可取性。表3為評價項目及要求。

表3 評價項目及要求

4 結束語

電視臺用戶選擇適用的液晶顯示器，除了可以參照本文所述的測評方法定性地評價液晶顯示器的品質，還需要對液晶顯示器的主要硬件狀況有一定的了解。比如，LED的背光源肯定比CCFL背光源的效果和品質要好；S-PVA型和S-IPS型的液晶屏比TN型液晶屏整體品質要好，但響應時間TN型液晶屏要更好，更適合制作體育節目時使用。在電視制作端，經常會出現各種液晶顯示器在顯示同一畫面時色調不一致的情況，甚至在同一品牌型號的不同顯示器上也會出現這種情況，這常常讓編導們困惑，究竟以哪個顯示屏的色調為準。作為技術人員，筆者認為，對電視臺特別是制作端的液晶顯示器配置進行統一測試調配十分必要。

作者介紹：

王艷玲，女，2005年畢業于中國傳媒大學電子信息工程系，現任深圳市廣電集團鹽田廣電中心工程技術部主任助理。

（編輯 張 淼）

Technology and Evaluation Method of LCD Screen in TV Studio

WANG Yan-ling
(Yantian Radio & TV Centre of Shenzhen Media Group, Shenzhen Guangdong, 518081, China)

The concept, function and evaluation of TFT-LCD used in TV station were systematically studied.

TFT-LCD; Evaluation; Display

10.3969/j.issn.1674-8239.2010.10.012