手持式移動設備顯示器顏色深度對顯示效果的影響

摘要：液晶顯示器廣泛用于手持式移動設備，隨著CPU 處理能力的增強，液晶顯示器接口數據位相應不斷增加。文章分析不同顏色深度對顯示效果的影響，手持式移動設備設計者需要考慮設計平臺的最大支持顏色深度，選擇適合的接口定義及顏色深度。

引言

近20 年來，手機的發展日新月異，手機的功能也越來越強大，在很大程度上，這些歸功于手機屏幕的發展。最初的手機并不具備出色的顯示效果，所以手機的功能也相對單一。隨著手機終端顯示設備的發展，一塊精彩的屏幕不僅讓手機具備通訊功能，還同時具備了很多以前不可想像的娛樂功能。

人們獲取信息的方式很多，80% 以上的信息獲取來自于眼睛所見。顯示屏作為手機最重要的顯示輸出設備，已經成為各家手機生產廠商爭奪市場的有力武器。手機顯示屏的尺寸由最初不到1 英寸發展到現在的4.3 英寸，目前仍有擴大顯示尺寸的需求。但是根據人體工學的考慮，迫于人手對于手持終端舒適性的要求，屏幕不能無限制擴大。如何提升手持式移動終端的顯示效果是各家手機生產商需要深入考慮的問題。

手持式移動終端顯示器從最初的單色LCD 顯示屏幕，到STN、CSTN 顯示技術，再到TFT、OLED顯示屏，甚至于三星提出的Super OLED 的概念。

顯示技術幾乎見證了手機產業的發展歷程，當手機進入彩色顯示時代后，各大廠商紛紛以手機屏幕作為手機高低檔次的分水嶺。

目前，對于手持式移動設備顯示器顏色的討論愈演愈烈，在各個手持式設備的參數說明中對于顯示顏色從最初的4,096 色到65K 色再到262K 色，甚至現在大部分高端手持式移動設備上出現的16M 顯示顏色，但對于其中的含義往往讓人摸不著頭腦。此篇文章以常用的液晶顯示器為例，將詳細解釋顯示器顏色實現原理，并加以實際數據測量和顯示效果的對比，來闡述不同顏色深度對手持式移動設備顯示器顯示效果的影響。

1 理論分析

1.1 顏色深度

顏色深度簡單地說就是顯示器最多支持多少種顏色，一般是用位來描述，所以也稱為位深度。一般來說，能顯示的顏色越多越能顯示復雜的圖像，畫面的層次也越豐富。液晶顯示器每個像素點由3 個子像素組成，分別為紅色、綠色和藍色。

通過嚴格控制和改變液晶上所施加的電壓，每種子像素呈現不同的灰階。在結合了這三種子像素后，可以得到一個可以顯示不同顏色的顯示屏。

例如：

R4*G4*B4 即2^4*2^4*2^4=4,096

R5*G6*B5 即2^5*2^6*2^5=65K

R6*G6*B6 即2^6*2^6*2^6=262K

R8*G8*B8 即2^8*2^8*2^8=16M

市面上所說的1,600 萬色即24 位(bit)，26 萬色即18 位(bit)，而65K 色也就是16 位(bit)。;圖1中顯示了市面上部分手機的顏色，可以看到，目前大多數手機廠商特別是手機大廠會選擇24bit,也即1,600 萬顏色。

圖1 市面上常見手機的屏幕參數

1.2 手機顯示屏顏色深度的實現

手機顯示的圖片通過CPU 接口以12bit、16bit、18bit 或者24bit,通過液晶顯示器接口按照時序控制傳入液晶顯示器控制芯片內，一幀圖片經過GRAM 暫存后，數據以不同電壓形式驅動液晶扭轉實現不同的灰階，從而實現豐富的色彩顯示。

圖2 顯示了一個典型的主控端的連接方式，CS、RS、WRB、RDB 是控制型號，分別是片選信號、數據或命令、寫/ 讀信號，按照一定的時序控制，數據得以傳輸，畫面才能正常顯示。

圖2 主控端連接方式

圖3 所示為顯示屏驅動到液晶扭轉從而實現不同灰階的過程，圖片信息經GRAM 后，每個像素(pixel)都分成RGB 三部分，其灰階信息也變成數字信號，經由驅動端對應不同的驅動電壓去控制液晶的扭轉，達到不同的光通過液晶面板，從而達到不同的亮度，再經過濾光片后，從而將需要顯示的圖片呈現出來。

圖3 顯示屏驅動到液晶扭轉實現不同灰階

圖4 顯示了圖片的數據是怎樣實現灰階的。第一個是典型的24bit 顯示接口，數據通過GRAM 后轉換成8bit Red、8bit Green 和8bit Blue.同理，18bit 的顯示接口將數據轉換成RGB 666,16bit 的顯示接口將數據轉換成RGB 565,繼而混色成0到255 灰階的不同色彩。

圖4 圖片數據的灰階實現

2 實驗驗證

針對不同位深的手持式移動設備液晶顯示器，從240 灰階到255 灰階，液晶顯示屏的亮度差異如圖5 所示。對于24bit 位深的液晶顯示器，能精確到1 個灰階的變化，曲線呈現緩慢、均勻的變化。對于16bit 位深的液晶顯示器，對于16 個均勻灰階(240~255)，只能呈現出兩個亮度的變化，即對于跨度8 個灰階只有一次亮度變化。對于18bit位深的液晶顯示器，介于16bit 和24bit 之間，對于4 個灰階跨度有一次亮度變化。也就是說，1,600 萬色的顯示屏能體現出細微的色彩差異，提供給使用者更細膩和豐富的色彩感受。

為了能更直觀地比較16bit、18bit 和24bit 的顯示效果差異，特地做了不同位深的手機顯示效果對比，從左到右分別為1,600 萬色、26 萬色和65,000色，如圖6 所示：在西紅柿的高光部分1,600 萬色色彩過渡平滑、自然，看不到不均勻的顯示，26 萬色的顯示效果稍遜，而65,000 色能明顯看出不均勻的顯示。

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