色彩数量、灰平衡与LUT：漫谈一些常见的显示器参数（二）

本文系用户投稿，不代表机核网观点
前言

我本来打算在上一篇文章中把sdr显示时需要注意的相关参数放在一起介绍，但由于初次在机核发文经验不足，再加上不知道机核众会不会对这方面的知识感兴趣，所以有些内容漏讲了，也有些内容没敢去多讲，但这部分内容我认为对于理解显示器来说仍然非常关键。这两天看到大家对第一篇文章的点赞，感谢之余，不禁觉得还是有必要把这些内容都介绍出来，做为对上一篇文章的补充，就当是个DLC吧。

本文会用到我第一篇文章里解释过的一些概念，如果发现有不太理解的术语请先看第一篇文章。

同样的，不足之处还请多包涵，如果发现谬误请在评论区指出以便我修正。
一、色彩数量

上期的最后我们聊到了色彩位深与灰阶数量的关系，并了解到了灰阶数量越多，明暗过渡就越平滑。

实际上，位深还决定了颜色数量的多寡，位深、灰阶、颜色数量其实是互相关联的三个参数。它们之间的公式是：灰阶数量等于2的位深次方，颜色数量等于灰阶数量的三次方。所以8 bit位深等于256个灰阶等于16777216色（通常标记为16.7M，1670万色等）；10 bit 位深 等于1024 个灰阶等于1073741824色（通常标记为1.07B，10.7亿色等）。

为什么是这样呢？这其实很好理解，因为灰色就是在一个像素的RGB三色信号值相等时形成的颜色，256个灰阶就意味RGB每个颜色通道都各自有256个颜色，那么由RGB三色组合能形成的总颜色数量自然就等于256的三次方了。

通过这个公式关系，我们还能进一步得知为什么同样是标称8 bit - 1600万真彩色的屏幕，有的颜色数量却小于理论值的1677万，实际只有1620万。

1620万色的屏幕原生色彩数量只有6 bit 也就是262144色。通过显示器内部的抖动功能，在6bit原生64个灰阶之间每一个都增插3个“模拟”灰阶，这样总灰阶数就增加到了64 + （64-1）*3= 253 个，总颜色数就只有253的三次方，也就是16194277色了。所以反过来，当你看到一款显示器标注其色彩数量为1620万色时，你就可以肯定，这是一块原生位深只有6 bit的显示器。

不过遗憾的是，由于抖动技术的发展和进步，现在的6bit面板大多已经能“完美”抖动至1677万色了，所以单靠标注的颜色数量参数，仍很难判断面板原生位深。这时候就需要你善用搜索，去查找这台显示器的面板型号，并在我之前说的屏库中查找它的原生参数。

二、灰平衡

既然理解了灰是由RGB组成的这一事实，灰平衡这个概念就很好理解了。

在理想情况下，RGB三原色应该拥有完全一致的响应曲线，也就是说RGB三色明暗变化的趋势相同。但实际情形中，一台显示器中RGB三色明暗响应的幅度可能并不一致，比如某一灰阶下，红色与蓝色比绿色更饱和，这就会导致其形成的灰色偏离纯灰色，我们就可以说，这台显示器灰平衡性能不佳。

灰平衡性能不佳同样会导致灰阶过渡不平滑，具体为在暗部可能会产生彩状色带的效果。
三、显示器查表--LUT与显卡伽马表

以高色准高还原度为目标的专业级显示器基本都会大力宣传LUT这个概念，而一般的消费级显示器可能根本就不会提到这个参数。但消费级显示器里同样也有LUT，只是精度与技术较低而已。同时，专业显示器一般有配套的色彩管理软件以供用户生成和编辑LUT，甚至同一台显示器用户可保存多条LUT，用以在不同情形下切换；而消费级显示器是不可以对LUT进行调整的，可能也是因为这个原因所以对这么重要的参数连提都不提吧。

LUT是Look-up-table的缩写，中文可译为查找表。查找表提供一种映射关系，其作用就好比机核的每位用户都对应着一个user id：比如西蒙对应user id 3，你可能则会对应114514810（纯举例子）。每一个user id，我们可以用之精确地定位到具体的某位用户身上。

LUT在显示器里的作用也在于此，一个LUT可以将PC、主机等输出的RGB信号对应到显示器内部实际生成的每一个颜色上。

那么问题就来了，sdr内容中，PC输出的信号基本只有8 bit，为什么很多专业级显示器都会以高精度如14bit甚至16bit的LUT为卖点呢？

原因在于显示器内部原生的色彩和理想的响应函数曲线并不吻合。

我们之前已经讲了色调响应函数的意义在于使得灰阶能够均匀分配以匹配人眼感知到的亮度变化规律，主流内容制作标准的响应函数虽然各有不同，但都为此目的而将平均伽马值设定在2.2左右，所以这也成为了显示器生产时默认的标准，大多显示器默认都将伽马值设置在2.2附近。在xbox系统的屏幕校正中，你还可以看到建议将屏幕调整为伽马2.2的提示。

但是显示器原生的颜色变化规律由背光、液晶、面板技术等共同决定，其实际变化曲线与主流的响应曲线差异可能很大。如果将输入信号与原生颜色一一对应，那么显示器的实际响应曲线就会严重偏离理想的响应曲线，造成显示结果偏差。

此时我们就需要用LUT将PC、主机端输出的颜色与面板中合适的原生颜色匹配起来，而高精度LUT的作用也就在此时体现。

上图是一个小演示。图中的蓝线可视为目标结果，黑线则可视为LUT。LUT在实际映射中可视为如图中从A/B到C/D这样的非线性转换关系。D图中8 bit LUT可以看到在转换后已经很难和蓝线进行匹配，而C图中14 bit的LUT依然能很好地和蓝线匹配。

因此，高精度LUT往往能将显示器最终的色调响应曲线修正地和目标精准匹配，同时灰阶过渡平滑均匀；而低精度LUT则容易使灰阶表现不尽人意。

显示器LUT又分1D-LUT和3D-LUT。上文解释完了灰平衡概念，于是这一部分也就好理解了，1D-LUT是对灰阶进行统一修正，但实际情况中RGB三色未必平衡；3D-LUT则对RGB三色分别修正，以达到良好的灰平衡结果。因此较高端的专业显示器往往会采用3D-LUT。
上篇文章看得仔细的朋友应该可以会注意到我说过桌面操作系统的色彩管理也能像显示器的LUT一样能够对响应曲线进行修正。这个步骤通过显卡来完成，我们把它叫做显卡伽马表（video card gamma table，简称vcgt），或者叫Video LUT， 是校色中的一环。为了区分，我们又把显示器中的LUT称为硬件LUT。

显卡的Video LUT原理也和硬件LUT类似，而且没有使用门槛，消费级显示器也可以搭配消费级显卡的Video LUT去做校正，经济实惠。但Video LUT相比于硬件LUT的缺陷也是很明显的，Video LUT完全依赖于显卡，脱离显卡后校色即无效。除此之外，高端显示器的硬件LUT可以原生限制显示器的色域范围，而Video LUT则没有这样的功能。软件校色时显卡必须配合校色中的另一环——Profiling，才能在显示器与目标色域不匹配时，进行色域映射的操作，然而这一步却并不是全局性的，当具体软件不支持时，校色即无效。

更遗憾的是Video LUT的校准效果在AMD显卡和Nvidia显卡上不一样。我们已经知道了LUT需要在高精度下才能起到良好的效果，但这一来就又牵扯到一个高精度到目标低精度的转换问题。上一篇文章已经告诉了你，高精度转低精度时，要保真则必须要抖动。

Geforce系N卡在windows上的驱动有一个问题就是在将高精度伽马表低位输出时不会做抖动处理，（但奇怪的是在linux版驱动中却有这个功能。）就像上一篇文章介绍的那样，这样未经抖动的输出会导致加载校色文件后反而在屏幕上引入更多的色带。不过，另一阵营的A卡在windows上则是会做抖动处理的，因而能够保证软件校正后的显示品质。

所以在windows上，N卡用户在校色方面相比A卡用户会吃一点小亏。看来老话说A卡颜色好，N卡网速快似乎也不是完全没有道理的…？

在不得不必须用N卡进行软件校色时，专业级显示器的好处就又显现出来了。专业显示器由于可以自定义硬件LUT，所以从理论上说，可以通过硬件校色，将显示器的白点色温，白点亮度，以及色调响应曲线完美地校准至你的目标，这样一来，在做软件校色时就可以直接跳过Video LUT这一步，直接进行Profiling，这样一来就能绕开显卡驱动对校色结果带来的负面影响了。
四、颜色均匀度

面板均匀度，这个参数表现的是一块面板整体的色彩/亮度表现是否统一。

均匀度好的屏幕，边角亮度与颜色表现都应该与中心一致；均匀度不好，则可能边角亮度低于中心，屏幕左侧与右侧色温不一。俗称的阴阳屏，就是一种均匀度不好的表现。除此之外，由于贴合工艺的影响，不少显示器在显示黑色时边角亮度会较高，也就是大家常说的漏光现象。

优秀的专业显示器可以保真边角与中心在各灰阶亮度差距最大不超过5%，deltaE(色彩偏差值)不超过2；消费级显示器在这方面表现良莠不齐，一般亮度差不超过15%，左右不呈明显的阴阳色就算良好了。

均匀度不好对于所有人来说的负面影响都很直观，这里就不用多说了。对于追求色准的专业级显示器来说，用户根据屏幕中心生成的校色数据对于边角来说可能就是二次污染。

一块面板的原生均匀度，取决于生产厂商的品控，这很难凭借厂家给出的参数判断。不过不少专业显示器有类似均匀度补偿的功能，这个功能可以对面板分区测试，然后根据这一数据来分区进行补偿，这样即使面板原生均匀度不佳，在补偿后的结果仍然可以令人满意。

但需要注意的是，这个功能也存在陷阱。在不少较低端的专业显示器中（其实价格仍比普通显示器贵不少），这个功能被绑定在默认模式中，不给用户自行测量。这意味着均匀度补偿无法在自定义的硬件校准中被应用，均匀度与硬件校色不能两全。这里要点名批评一下戴尔的几个入门级up系列显示器，在这一点上坑苦了不少人。好在戴尔新出的高端up系列在这一点上已经做了改善。所以各位在买显示器前一定要做足功课，查找一些购买用户的真实反馈，因为哪怕是在参数上标明的功能，厂家仍然能在其中设置陷阱。
结语：

这一篇文章中我介绍了色彩数量，灰平衡，LUT（显示器查表），以及颜色均匀度这几个参数。除了色彩数量以外，其他几个相对比较进阶，可能也是设计师等专业显示器用户才比较关心的参数，但其中的原理对任何显示器来说都是共通的，也值得各种消费群体去了解。

我之所以着力于介绍它们，是因为我认为相比于机械地比较参数中的几个数字，更深入地理解显示技术背后的原理要更有价值。用户对显示器的需求千差万别，他人对你的推荐很多时候覆盖不了你的全部用途，而媒体评测又经常跟着市场势头而改变标准。只有你自己才清楚你想要什么，理解这些显示器背后的原理，那么你就不会被他人的推荐和媒体评测忽悠得天花乱坠，而会成为能为你所用的他山之石。

显示器本身究竟只是硬件，使用它的乃是人。如果你仔细看了我的文章，就会发现我一直在强调该如何正确地显示。良好的硬件基础只是前提，正确的显示结果才是我们最终的追求，不是么？我也希望这两篇文章中对一些显示技术的介绍能帮助大家认识什么样的显示结果才是正确的，而这也是单纯地去推荐具体某款产品所不能达到的结果。
 
参考资料：

艺卓：显示器基本

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