GB 24850-2010《平板电视能效限定值及能效等级》标准解析

2010-08-09阮卫泓

电视技术 2010年12期

阮卫泓

（国家广播电视产品质量监督检验中心，北京 100015）

1 引言

平板电视能效国家标准GB 24850—2010《平板电视能效限定值及能效等级》[1]已于 2010年 6月 30日发布，并于2010年12月1日开始实施。该标准作为中国实施新修订的《中华人民共和国节约能源法》的配套系列能效标准之一，由国家发展和改革委员会提出，由全国能源基础与管理标准化技术委员会归口，国内平板电视产品的主要生产企业和检测机构均参与了标准制定。

该标准的实施为平板电视产品搭建了科学、公平的能效评价平台，可大力推动平板电视产业节能技术的应用，提高产品的国际竞争力，并可促进全社会能源的节约。

2 标准制定的原则

作为国家系列节能政策的基础，平板电视能效标准需要尽可能做到:

1）公平性:不在显示面积、亮度等规格，及显示方式上产生倾向。

2）严谨性:数据可重复，杜绝可能投机取巧的漏洞。

3）先进性:推动节能新技术发展，促进高效产品普及。

GB 24850提出用包含亮度和功耗因素的“能效指数”作为评价参数，直观地反映出平板电视的电光转换效率[2-4]。标准的产品范围包含液晶和等离子两种显示方式的平板电视，充分考虑到液晶电视和等离子电视各自的技术特点，区别对待两种完全不同的技术体系，本着尊重差异、公平对待的原则，在统一测试方法的前提下，分别评定液晶电视和等离子电视能效指数。

标准对被测样机的工作状态进行了明确规定。工作状态的调整采用目前业内广泛应用的平板电视测试标准SJ/T 11348《数字电视平板显示器测量方法》[5]中的规定。通过调整亮度和对比度，将显示屏调整到可以准确表现灰阶层次的状态（并且这种状态是相对唯一的）。该设置也与中国平板电视行业标准协调一致，确保能效测试与性能测试状态相同，充分体现在不丧失性能的基础上提高能源效率的原则。同时，对测试状态的明确规定可以保证将每个同一类型的平板电视产品的能效指数放在一个公开、公平的平台上进行比较，直观地反映产品在节能方面的技术水平，为惠民工程和能效标识补贴等相关政策的实施提供依据。

标准中平板电视待机能耗限定值和平板电视被动待机功率限定值为强制条款，平板电视能源效率标识将清晰地标注每个产品的能效指数和待机功率，因此，标准的实施势必推动节能技术的推广和普及。能效指数为亮度和功耗的比值，因此提高产品的能效指数将在提高亮度和降低功耗上下功夫。因标准规定了测试状态的最大亮度，所以企业必将在保持合理亮度输出的前提下降低整机消耗功率，使面板透光率高的显示屏、高效背光灯管、液晶电视的背光增亮膜、LED背光、动态背光技术和LIPS整合电源等提高亮度和降低能耗的新技术得到广泛、合理采用，鼓励生产厂在合理控制平板产品亮度的前提下降低产品的能耗，提高产品的能效指数，以降低全社会的能源消耗、节约生产成本，同时保护广大消费者的健康[4，6]。

3 标准的性质

GB 24850—2010《平板电视能效限定值及能效等级》是平板电视产品能源性能标准，属于终端用能设备能效标准范畴，为部分条款强制性标准。

强制条款为“4.2平板电视能效限定值”和“4.4平板电视被动待机功率限定值”。

标准实施后，按强制条款规定，能效指数达不到3级要求或被动待机功率达不到标准要求的产品禁止生产和销售。

4 标准内容

4.1 产品范围

标准适用于在电网电压下正常工作的普通用途的液晶电视和等离子电视（以下简称平板电视），也适用于主要功能为电视的不具备调谐器的液晶或等离子电视显示设备。其他类型的平板显示设备可参照执行。

酒店等公共场所用于信息及广告显示的平板电视，属于本标准适用范围。用于制作拼接屏幕的平板电视单体可以参照此标准执行。军用产品和工业用机械上配套使用显示器（安装在机械上与机械配套销售）不属于本标准适用范围。

4.2 技术要求

平板电视能效标准用能效指数和被动待机功率对产品进行考核，同时对能效指数进行了分级，直观地反应产品节能技术水平。

4.2.1 能效等级

平板电视能效等级分为3级，其中1级能效最高，如表1所示。

表1 平板电视能效等级的划分

平板电视能效指数采用了3级划分，等级划分的原则为:

1）1级为节能产品的目标值，原则上应定在当前市场同类产品的最高水平；

2）2级为节能产品评价等级，指标设定应高于产品市场平均水平；

3）3级为市场准入等级，指标设定主要用于淘汰市场上高耗能产品。

4.2.2 被动待机功率限定值（强制条款）

平板电视应具备被动待机功能，且被动待机功率和时限满足表2要求。

表2 平板电视被动待机功率限定值要求与生效时间

4.3 评价体系

平板电视能效限定值（强制条款）:平板电视能效限定值所要求的最低能效指数为能效等级的3级。使用外部电源的平板电视，所使用的外部电源应同时符合GB 20943中能效限定值要求。

平板电视节能评价值:平板电视节能评价值所要求的最低能效指数为能效等级的2级。使用外部电源的平板电视，所使用的外部电源应同时符合GB 20943中节能评价值要求。

GB 20943—2007《单路输出式交流-直流和交流-交流外部电源能效限定值及节能评价值》规定了电源适配器的平均效率及空载状态效率的限定值和节能评价值。标准规定，自2009年12月1日之后，原节能评价值变为限定值。如果适配器能效标准修订，其最新版本适用于平板电视能效标准。

5 测量方法

平板电视能效标准中规定了能效指数和被动待机功率的测量方法，包括测量环境、仪器要求、测量信号、标准工作状态和测量程序，以保证测量结果的科学性、合理性和可重现性。

5.1 测试信号和测试通道选择

测量时应根据样机的测量信道、显示清晰度、幅型比等特性的不同选择测试信号。测量模式信道时，信号格式为PAL/D。测量数字信道时，数字视频编码格式为MPEG-2，标准清晰度信号格式为720×576i/50 Hz，高清晰度信号格式为1920×1080i/50 Hz。

动态测试信号可从IEC网站购买，标准清晰度信号为DVD盘，高清晰度信号为蓝光DVD盘。测量时信号输入端采用射频输入接口，若有一个以上射频接口，应分别进行测量，选取最差结果进行能效等级的评定。用模拟信道测试时，可将标清视音频信号直接输入模拟测试发射机，信道按GB 3174《PAL-D制电视广播技术规范》和 GB/T 17309.1-1998《电视广播接收机测量方法第1部分:一般考虑射频和视频电性能以及显示性能的测量》的规定设置。用数字信道测试时，需用编码器对模拟视音频信号进行编码，将码流输入数字电视测试发射机。因目前尚没有数字信道平板电视的产品性能测试标准，所以平板电视能效标准没有对数字射频信道设置进行统一规定。试验证明，除高清和标清解码方式外，数字电视工作的信道模式和信号码率的改变对其开机功率几乎没有影响，因此，使用数字射频通道测试时，可使被测样机工作于典型信道，并记录信道参数、射频信号电平、单路视频信号码率等信息。果没有射频输入接口，则采用YPBPR分量接口进行测量，音频测量信号输入采用RCA（L，R）接口，音频频率为 1 kHz，额定输入电压为500 mV（有效值）。

5.2 能效指数

液晶电视和等离子电视如何在同一能效标准中进行合理体现，是标准制定过程中的焦点问题。液晶产品和等离子产品的发光原理不同，各有技术优势和先天不足。在评价参数的设置过程中，充分考虑了不同产品的技术特点，经过深入研究和验证分析，先后提出用“能源效率”和“能效指数”作为评价参数。从“能源效率”到“能效指数”的转变，使两种产品在同一测试方法的基础上形成了两个独立的评价体系，充分体现了对不同产品尊重差异、公平对待的原则。

能效指数是在标准规定的测量方法下，平板电视能源效率测量值与基准值之比。其中能源效率是指平板电视屏幕的发光强度与平板电视能耗（开机状态与信号处理能耗之差）的比值，即平板电视将每瓦电能转换为光通量的效率。

能源准备效率由式（1）计算

式中:Eff为平板电视能源效率，单位为坎德拉每瓦（cd/W）；L为屏幕平均亮度，单位为坎德拉每平方米（cd/m2）；S为屏幕有效发光面积，单位为平方米（m2）；Pk为开机功率，单位为瓦（W）；Ps为信号处理功率，单位为瓦（W）。使用 YPBPR分量接口输入时，Ps取 6 W；使用模拟射频接口输入时，Ps取 10 W；使用数字射频接口输入时，Ps取 17 W。

液晶电视的能效指数按式（2）计算

式中:EEILCD为液晶电视能效指数，量纲为 1；EffPDP，ref为液晶电视能源效率基准值，等于 1.10 cd/W。

等离子电视能效指数按式（3）计算

式中:EEIPDP为等离子电视能效指数，量纲为 1；EffPDP，ref为等离子电视能源效率基准值，取值见表3。

表3 等离子电视能源效率基准值

因此，要得到一台平板电视的能效指数，需先确认其显示方式、固有分辩力和测试通道，以确定能源效率基准值和信号处理功率，并对屏幕有效发光面积、平均亮度和开机功率进行测量。

能效指数测量框图如图1所示。

图1 能效指数测量框图

5.2.1 平均亮度测量[7-8]

为保证测量结果具有可比性，标准对被测样机的工作状态进行了严格的规定。

1）对比度和亮度设置在极限八灰度等级信号能够恰好可分辨的极限。

2）色温置于出厂位置，如果没有预置的位置设置，应调整到最佳图像质量。

3）图像（质量增强）控制或开关置于出厂位置，如果没有预置的位置设置，将其调整到关闭状态。

4）彩色（饱和度和色调）控制器置于出厂位置，如果没有预置的位置设置，将其调到中心位置。

5）关闭环境光控制功能。

6）能够被用户关闭的DVD、联网、录像、计算机、游戏机等附加功能调整到关闭状态。

7）音频控制

（1）若有音调控制，应调到中心位置或获得平坦的音频响应输出位置。

（2）若有立体声平衡控制，则应将左右声道的控制调整到平衡位置。

（3）音量控制调节到前置扬声器输出50 mW的位置。对于有环绕立体声设备的电视，应关闭除前置扬声器以外的扬声器。

工作状态的调整采用平板电视测试标准SJ/T 11348《数字电视平板显示器测量方法》中的规定。通过调整亮度和对比度，将显示屏调整到相对唯一并可以准确表现灰阶层次的状态。调整时使用极限八灰度信号。

极限八灰度等级信号[7]是一个亮度信号，在50%的灰色背景上产生两排灰度等级。全黑场电平=0%，全白场电平=100%，第一排灰度为:0%，5%，10%，15%；第二排灰度为:85%，90%，95%，100%，每个灰度矩形占满屏面积的5%，并且具有与整个显示图像一致的幅型比。高清晰度极限八灰度等级信号图和波形见图2。

图2 高清晰度极限八灰度图形和波形

传统的亮度测量采用全白场信号，但是用白场信号测量等离子电视的亮度是不合理的。将白窗口的边长分别为屏幕边长的 1%，2%，5%，10%，20%，30%，…，90%信号输入到等离子电视（如图3所示），并且在每个信号输入时分别调整输入信号电平从10%～100%变化，同时测量开机功率。从不同发光面积条件下亮度和功率关系曲线（图4）可以看出[8]，等离子电视随着显示画面中白窗口面积的增加，其功耗会更快地截止，亮度的增加也被限制。能效标准涵盖液晶电视和等离子电视两类产品，要在测量方法上统一，就必须合理规定亮度测量信号的白窗口面积和图像电平。

图3 不同大小白窗口信号

图4 不同发光面积下亮度和功耗的关系

液晶电视的亮度不受测试信号图像电平的影响，但是液晶的背光源通常采用线光源（CCFL）或者点光源（LED）而非理想的面光源，因此需要采用导光板将它们转换成面光源。这种转换很难做到整个发光面亮度的均匀一致，因此用屏幕中心点的亮度值来代表屏幕整体的亮度特性显然不合适，也容易导致标准产生均匀性的漏洞，即存在“牺牲”电视显示的均匀性而提升屏幕中心亮度来取得较大亮度值的做法，因此在亮度测量时还要加入对亮度均匀性的考虑，即用多点亮度测量的平均值来表示屏幕的平均亮度。

因为在开机功率测量时采用国际通用的IEC 62087规定的动态视频测试信号，该信号包含多个国家（如澳大利亚、日本、荷兰、英国、美国等）的典型广播电视内容，平均图像电平的均值为34%，经过系数为2.2的反伽马校正后的动态视频信号平均图像电平分布的均值为17%。

综合液晶电视和等离子电视的技术特点和亮度测试与开机功率测试的关系，能效标准提出了采用17%APL白窗信号进行平均亮度测量（图5）。

图5 九窗口测试信号

为了避免杂散光对测试结果产生干扰，平均亮度测量要在杂散光照度小于或等于1 lx的暗室中进行。光学测试仪器设备正对显示屏中心区域，测试距离为 3 倍（HDTV）和 4倍（SDTV）显示器屏幕高度，测量时亮度计与屏幕的相对位置不变，测量P0点时，亮度计的光轴与显示屏中心区域正交垂直，测量其他点时，调整亮度计角度，使镜头对准测试点（见图 6与图 7）。

平均亮度测量过程如下:

图6 测量位置

图7 不同点亮度测量

1）连接测量系统，给全部试验设备接通电源，并适当调整电压和频率。如果平板电视需要由两个或两个以上独立供电部分同时工作才可以完成普通用途平板电视功能，即接收输入信号、生成图像和声音等，需要将这些独立部分均连接在功率计上，并计算总功耗。

2）输入全白场信号（等离子电视可以输入 15%灰度级的平场信号），保持在此状态下预热不少于60 min。

3）将平板电视调整到标准工作状态。

4）输入17%APL白窗信号，用亮度计测量P0～P8各个点上的亮度值，分别记为 L0～L8。用式（4）计算屏幕平均亮度

式中:Li为第i点的亮度，单位为坎德拉每平方米（cd/m2），i为测量点的编号。

测试等离子电视亮度时，测量每个点亮度之间要切换一次全黑场信号，同时测量每个点亮度的时间不能超过1 min，以保护等离子屏幕。

为防止采用过度提高亮度的方法来提高能效指数的问题，标准在引入亮度参数的同时，也明确提出了对测量状态输出亮度的限制，使测试状态的亮度不高于350 cd/m2。亮度限制可以引导产业在保证合理的亮度输出的前提下，降低消耗功率，提高能源利用率。标准规定当平均亮度大于 350 cd/m2时，应调节背光设定（对于没有独立背光设定的平板电视，应调节亮度设定），使中心点亮度等于（350±10）cd/m2，再进行平均亮度测量。如果调节亮度设定之后极限八灰度不能分辨，则需要调节对比度设定至极限八灰度可分辨的状态（如果极限八灰度始终不能分辨，则需调节对比度设定至至相对最佳图像质量），并记录亮度和对比度设定值。

5.2.2 开机功率测量

信号发生器输出动态视频测量信号（信号长度为10 min），用电度计（或具备数字积分功能的功率计）测量播放此视频时平板电视的积分功率值，记录测量时间，按照式（5）计算出开机功率

式中:Ek为播放动态视频时电度计测量的积分功率值，单位为瓦时（W·h）；Tk为开机功率测量时间，单位为小时（h）。

如果平板电视需要由2个或2个以上独立供电部分同时工作才可以完成普通用途平板电视功能，即接收输入信号、生成图像和声音等，需要将这些独立部分均连接在功率计上，并计算总功耗。

5.2.3 信号处理功率的选择

能效标准在考虑开机消耗的总功率的同时，还考虑到不同输入接口的信号处理功率对能效结果的影响。平板电视在亮度一定的条件下，其能源效率的值取决于开机功率的大小。一般来说一台平板电视的消耗功率与其显示方式及屏幕尺寸有很强的相关性。但是不论其总功率多大，只要确定了信道的工作方式，其在信号处理方面的消耗功率就基本固定了。也就是说相同的信号处理方式所消耗功率对能效带来的影响，对于不同开机功率的产品是不同的，对开机功率小的产品的影响比对开机功率大的产品的影响要大，而且开机功率越小，其影响就越大。

为了避免评价方法产生对不同开机功率产品的不公平，能效标准在制定过程中收集了不同信道下信号处理功率的数据，并在标准中对不同信道的信号处理功率进行规定，以消除其对评价结果带来的影响。平板电视产品主要应用的输入接口一般为模拟射频接口、数字射频接口、RGB模拟基色视频信号接口（VAG）、模拟分量视频信号接口（YPBPR）和高清晰度多媒体接口（HDMI）。除射频输入外，平板电视的信号处理功率主要为 VGA，YPBPR及 HDMI接口的功率，并且以HDMI接口的信号处理功率为主，每个 HDMI接口的功率约在 1～2 W之间。一般每台平板电视均有 VGA，YPBPR及HDMI输入接口，而且标准规定若没有射频输入接口，则采用YPBPR分量接口进行测试。因此标准不再对VGA，YPBPR及HDMI接口的信号处理功率进行细分。各输入接口的信号处理功率见表4。