电视演播室液晶显示器技术及测评方法

王艳玲

（深圳市广播电影电视集团 盐田广电中心，广东 深圳 518081）

电视演播室液晶显示器技术及测评方法

王艳玲

（深圳市广播电影电视集团 盐田广电中心，广东 深圳 518081）

对电视台内所使用的TFT-LCD的原理、功能、测评等方面进行一系列探讨。

TFT-LCD；测评；显示器

目前，在电视台内已经开始大范围使用液晶显示器，在办公电脑显示、电视监视墙显示、技术监看显示、外景拍摄显示和专业技术监看等方面无不发挥着重要作用。在电视台内所使用专业液晶显示器、监视器基本是TFT（Thin Film Transistor）液晶显示器，本文对电视台内所使用的TFT-LCD的原理、功能、测评等方面进行详细探讨，与大家共享。

1 TFT-LCD显示原理

1.1 TFT-LCD的基本结构

TFT是“Thin Film Transistor”的简称，一般代指薄膜液晶显示器。其图像产生的基本原理是：显示屏由许多可以发出任意颜色的光线的像素组成，只要控制各个像素显示相应的颜色就能达到目的。简单地说，TFT-LCD面板的基本结构为两片玻璃基板中间夹住一层液晶。前端LCD面板贴上彩色滤光片，后端TFT面板上制作薄膜电晶体。当施电压于电晶体时，液晶转向，光线穿过液晶后在前端面板上产生一个画素。背光模组位于TFT-Array面板之后负责提供光源。彩色滤光片给予每一个画素特定的颜色，结合每一个不同颜色的画素所呈现出的就是面板前端的影像。

如图1所示，TFT型的液晶显示器主要的构成包括了背光源、主控制板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等。首先，液晶显示器必须先利用背光源，也就是冷阴极管（CCFL）或发光二极管（LED）投射出光源，这些光源会先经过一个偏光板然后再经过液晶，这时液晶分子的排列方式改变穿透液晶的光线角度，然后这些光线接下来还必须经过前方的彩色的滤光膜与另一块偏光板。只要改变刺激液晶的电压值就可以控制最后出现的光线强度与色彩，进而能在液晶面板上变化出有不同深浅的颜色组合了。

1.2 TFT液晶面板的种类

TFT液晶面板按技术可分为TN+Film型、VA型、CPA型和IPS型四种，它们有着各自的特点。

（1）TN+Film型

TN型加上视角扩展膜这种技术依然基于传统的TN模式液晶，只是在制造过程中增加了一道贴膜工艺。这种类型的液晶面板应用于入门级和中端的产品中，价格实惠、低廉，被众多厂商选用。

（2）VA型

VA型液晶面板在目前的显示器产品中应用较为广泛的，使用在高端产品中，16.7 M色彩（8 bit面板）和大可视角度是它最为明显的技术特点，目前VA型面板可分为两种MVA和PVA。

（3）CPA型

CPA模式广视角技术严格来说也属于VA阵营的一员。各液晶分子朝着中心电极呈放射的焰火状排列。由于像素电极上的电场是连续变化的，所以，这种广视角模式被称为“连续焰火状排列”模式。CPA面板由夏普公司主推。

（4）IPS型

IPS型液晶面板具有可视角度大、颜色细腻等优点，看上去比较通透，这也是鉴别IPS型液晶面板的一个方法，飞利浦公司的不少液晶显示器使用的都是IPS型的面板。

1.3 液晶显示的像素构架

最常见的TFT像素架构如图2所示，彩色滤光镜依据颜色分为红、绿、蓝三种，依次排列在玻璃基板上组成一组，对应一个像素每一个单色滤光镜称之为子像素（subpixel）。也就是说，如果一个TFT显示器最大支持1 920 × 1 200分辨率的话，那么，至少需要1 920 × 3 × 1 200个子像素和晶体管。图2中dot pitch就是液晶屏的点距，也是一个像素的边长。

此外，以夏普公司为主的厂商还生产一种呈现蜂窝状或六角形像素架构（Delta形）的液晶面板。如图3所示，R、G、B像素呈蜂窝状排列，各种颜色在垂直、30°、150°角上呈直线排列，而水平方向无法形成直线。这种像素结构的显示器目前多使用于点距较大的32″以上的液晶电视。

2 液晶显示器的性能

液晶显示器可以大致分为民用级与广播级专用两类。习惯上，多将前者称之为“显示器”，后者称之为“监视器”。两者所采用的液晶面板没有太多本质上的区别，两者的区别主要在功能、I/O端口、电路设计等方面。

2.1 I/O端口

显示器的输入端口是多种多样的，具体情况见表1。

表1 显示器输入端口的种类

2.2 功能及其他

除了显示画面，许多显示器还有更丰富的功能选项和设置，以满足用户多元化的需求，这里介绍部分特殊和高级的功能。

（1）标示设定。高级别监视器可显示不同的区域标示，如中央标示、示像标示（16:9、4:3、14:9等）和安全区标示。

（2）波形图显示。显示视频的波形图，用于画面的辅助监看。可以选择显示Y、R、G、B 四种波形图，显示位置在屏幕一角或与视频画面并排显示。

（3）双画面显示。显示器可以同时在同一屏幕上显示数字和模拟、高清和标清和计算机信号中任意两路视频图像。

（4）单声道或立体声音频监听。显示器配备有扬声器，使用户可以进行音频监听。

（5）Tally提示灯。配备了提示灯或可在显示屏上显示提示灯，并可通过并行遥控接口触发。此功能多用于演播控制室的电视墙。

（6）像素到像素显示。该功能可以在不调整大小的情况下，显示并确定一一对应的像素输入。在输入视频分辨率与显示器固有分辨率不一致时，该功能可以方便地对原始图像细节进行确认。

3 LCD性能测评

LCD性能测评方法是以国家电子行业标准为基础，运用简单实用的方法和较易得到的软硬设备进行定性测评。

3.1 测评设备与条件

测评中使用以下仪器和软件：

（1）配备高级图像处理显卡的高性能配置PC，提供显示器所采用的VGA或DVI或HDMI信号；

（2）视频测试信号发生器，提供显示器所采用的Y/C、SD-SDI、HD-SDI等信号；

（3）DisplayX Ver1.2是一款中文界面的显示器测试工具，如图4所示，可测试串扰、色彩、灰阶和坏点，使用非常简单。它提供的测试项目还不是非常全面，适合进行常规测试。

（4）Pixel Persistence Analyzer V1.011e版，如图5所示，在PC上使用，是一个专门用来考查液晶显示器动态清晰度的软件， 用“Readability test”测试显示器的动态清晰度非常直观，而且不同显示器的测试结果具有可比性。

测评需要在暗室进行，对于以高清或宽屏显示为主的参评显示器，测试距离为3倍显示器屏幕高度，对于标清和普屏显示为主的参评显示器，测试距离为4倍显示器屏幕高度。开始测评前，显示器的色温应置于出厂状态，色饱和度应置于出厂状态或中间位置，其它图像质量增强功能置于出厂状态或关闭。

3.2 PC显示端口测评

（1）对比度与亮度

运行DisplayX 软件，从“常规单项测试”中选择“对比度（高）”，出现图6画面。调整显示器的对比度与亮度，直到其能最多地分辨出不同阶级亮块，能分辨出来的亮块区域越多，显示器对比度与亮度的性能越好。保持此时显示器对比度与亮度的设置，后面所有的测评都要以此为基准。

（2）RGB灰度测试

选择“常规单项测试”中选择“灰度”，如图7所示。RGB 三原色每一个都可以产生256 级灰阶，而三原色组合在一起就能够提供16 777 216 种颜色，提供这样颜色的面板就是8 bit 面板。这项测试考察显示器RGB灰度的还原能力，看到的色彩过渡平滑和线性，没有产生色带（指颜色分层现象），则表明显示器色彩过渡较好。

（3）可视角度

继续使用刚才的“灰度”测试画面，用目测的方法评价显示器的可视角度。这时测试人员不是从正对显示屏的方向去观察，而是需要偏离一定的角度去看。这时应该注意色彩随着角度而变化的情况， 比如白色区域是否变得偏黄， 彩色是否变得比较暗淡等等。接下来，考查显示器的灰阶反转。理论上显示器从1（黑色）到256 灰阶（白色）应该是灰阶数越高则越亮。但是液晶显示器在超过一定角度观看的时候有可能看到低灰阶反而比高灰阶亮的情况，这种类似黑白反转的现象称为灰阶反转。选择DisplayX“常规单项测试”中的“256 级别灰度”测试，如图8所示，从不同方向观察灰阶反转出现的情况。

（4）纯色测试

DisplayX 的纯色测试可以产生8 种颜色，适合测试屏幕坏点。从“常规单项测试”中选择“纯色”，然后点击鼠标切换不同颜色，用眼睛仔细观察屏幕上是否存在工作异常的像素点。在进行这项测试的时候，可以同时观察屏幕显示的均匀性，主要是看有无明显的暗斑、亮斑和局部偏色现象。

（5）静态清晰度

DisplayX的“交错”测试是一个检查静态清晰度的有效手段，它提供了4 幅测试图，前两幅是水平和垂直排列的黑白相间的细线，后两幅是交错排列的黑白像素点。在测试的时候请仔细观察，如果看到的是一片灰色，而无法分清黑白线条，那说明这台显示器的清晰度有损失。这时候可以检查一下显示器的锐度设置，看看调高锐度能不能解决这个问题。

（6）动态清晰度

运行Pixel Persistence Analyzer软件，选择其中的“Readability test”，如图9所示。它可以产生一定移动速度的随机字符，速度等级从1～30 可调。把看到的字符输入下方的框中，如果输入正确程序就会把移动速度提升一级，直到无法看清为止。显示器的动态清晰度越高，能正确识别的字符串移动速度就越快。

表2 用于测试显示器的信号

3.3 SDI端口测评

对于针对电视台高级专业用户使用的监视器，通常备有HD-SDI端口或配备有HD-SDI转DVI之类的适配器。参考GB/T 15639-1995《电视广播接收机主观评价节目源》的规定，选择表2所示的测试信号对显示器进行测评。

测试信号可由视频测试信号发生器（泰克TG2000、TG700）获得，测试图像选择了对各种质量要素具有比较敏感特点的图像素材，素材来自已经获得主观认可的电视节目源。参评的技术人员最好在4人以上，以保证评分的公正性和可取性。表3为评价项目及要求。

表3 评价项目及要求

4 结束语

电视台用户选择适用的液晶显示器，除了可以参照本文所述的测评方法定性地评价液晶显示器的品质，还需要对液晶显示器的主要硬件状况有一定的了解。比如，LED的背光源肯定比CCFL背光源的效果和品质要好；S-PVA型和S-IPS型的液晶屏比TN型液晶屏整体品质要好，但响应时间TN型液晶屏要更好，更适合制作体育节目时使用。在电视制作端，经常会出现各种液晶显示器在显示同一画面时色调不一致的情况，甚至在同一品牌型号的不同显示器上也会出现这种情况，这常常让编导们困惑，究竟以哪个显示屏的色调为准。作为技术人员，笔者认为，对电视台特别是制作端的液晶显示器配置进行统一测试调配十分必要。

作者介绍：

王艳玲，女，2005年毕业于中国传媒大学电子信息工程系，现任深圳市广电集团盐田广电中心工程技术部主任助理。

（编辑 张 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