手持式移动设备显示器颜色深度对显示效果的影响

 摘要：液晶显示器广泛用于手持式移动设备，随着CPU 处理能力的增强，液晶显示器接口数据位相应不断增加。文章分析不同颜色深度对显示效果的影响，手持式移动设备设计者需要考虑设计平台的最大支持颜色深度，选择适合的接口定义及颜色深度。

引言

近20 年来，手机的发展日新月异，手机的功能也越来越强大，在很大程度上，这些归功于手机屏幕的发展。最初的手机并不具备出色的显示效果，所以手机的功能也相对单一。随着手机终端显示设备的发展，一块精彩的屏幕不仅让手机具备通讯功能，还同时具备了很多以前不可想像的娱乐功能。

人们获取信息的方式很多，80% 以上的信息获取来自于眼睛所见。显示屏作为手机最重要的显示输出设备，已经成为各家手机生产厂商争夺市场的有力武器。手机显示屏的尺寸由最初不到1 英寸发展到现在的4.3 英寸，目前仍有扩大显示尺寸的需求。但是根据人体工学的考虑，迫于人手对于手持终端舒适性的要求，屏幕不能无限制扩大。如何提升手持式移动终端的显示效果是各家手机生产商需要深入考虑的问题。

手持式移动终端显示器从最初的单色LCD 显示屏幕，到STN、CSTN 显示技术，再到TFT、OLED显示屏，甚至于三星提出的Super OLED 的概念。

显示技术几乎见证了手机产业的发展历程，当手机进入彩色显示时代后，各大厂商纷纷以手机屏幕作为手机高低档次的分水岭。

目前，对于手持式移动设备显示器颜色的讨论愈演愈烈，在各个手持式设备的参数说明中对于显示颜色从最初的4,096 色到65K 色再到262K 色，甚至现在大部分高端手持式移动设备上出现的16M 显示颜色，但对于其中的含义往往让人摸不着头脑。此篇文章以常用的液晶显示器为例，将详细解释显示器颜色实现原理，并加以实际数据测量和显示效果的对比，来阐述不同颜色深度对手持式移动设备显示器显示效果的影响。

1 理论分析

1.1 颜色深度

颜色深度简单地说就是显示器最多支持多少种颜色，一般是用"位"来描述，所以也称为位深度。一般来说，能显示的颜色越多越能显示复杂的图像，画面的层次也越丰富。液晶显示器每个像素点由3 个子像素组成，分别为红色、绿色和蓝色。

通过严格控制和改变液晶上所施加的电压，每种子像素呈现不同的灰阶。在结合了这三种子像素后，可以得到一个可以显示不同颜色的显示屏。

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

市面上所说的1,600 万色即24 位(bit)，26 万色即18 位(bit)，而65K 色也就是16 位(bit)。;图1中显示了市面上部分手机的颜色，可以看到，目前大多数手机厂商特别是手机大厂会选择24bit,也即1,600 万颜色。

图1 市面上常见手机的屏幕参数

1.2 手机显示屏颜色深度的实现

手机显示的图片通过CPU 接口以12bit、16bit、18bit 或者24bit,通过液晶显示器接口按照时序控制传入液晶显示器控制芯片内，一帧图片经过GRAM 暂存后，数据以不同电压形式驱动液晶扭转实现不同的灰阶，从而实现丰富的色彩显示。

图2 显示了一个典型的主控端的连接方式，CS、RS、WRB、RDB 是控制型号，分别是片选信号、数据或命令、写/ 读信号，按照一定的时序控制，数据得以传输，画面才能正常显示。

图2 主控端连接方式

图3 所示为显示屏驱动到液晶扭转从而实现不同灰阶的过程，图片信息经GRAM 后，每个像素(pixel)都分成RGB 三部分，其灰阶信息也变成数字信号，经由驱动端对应不同的驱动电压去控制液晶的扭转，达到不同的光通过液晶面板，从而达到不同的亮度，再经过滤光片后，从而将需要显示的图片呈现出来。

图3 显示屏驱动到液晶扭转实现不同灰阶

图4 显示了图片的数据是怎样实现灰阶的。第一个是典型的24bit 显示接口，数据通过GRAM 后转换成8bit Red、8bit Green 和8bit Blue.同理，18bit 的显示接口将数据转换成RGB 666,16bit 的显示接口将数据转换成RGB 565,继而混色成0到255 灰阶的不同色彩。

图4 图片数据的灰阶实现

2 实验验证

针对不同位深的手持式移动设备液晶显示器，从240 灰阶到255 灰阶，液晶显示屏的亮度差异如图5 所示。对于24bit 位深的液晶显示器，能精确到1 个灰阶的变化，曲线呈现缓慢、均匀的变化。对于16bit 位深的液晶显示器，对于16 个均匀灰阶(240~255)，只能呈现出两个亮度的变化，即对于跨度8 个灰阶只有一次亮度变化。对于18bit位深的液晶显示器，介于16bit 和24bit 之间，对于4 个灰阶跨度有一次亮度变化。也就是说，1,600 万色的显示屏能体现出细微的色彩差异，提供给使用者更细腻和丰富的色彩感受。

为了能更直观地比较16bit、18bit 和24bit 的显示效果差异，特地做了不同位深的手机显示效果对比，从左到右分别为1,600 万色、26 万色和65,000色，如图6 所示：在西红柿的高光部分1,600 万色色彩过渡平滑、自然，看不到不均匀的显示，26 万色的显示效果稍逊，而65,000 色能明显看出不均匀的显示。

图6 16bit、18bit 和24bit 的显示效果对比

同样在人物的图片中，从胳膊的细节处也能看出差异。

从图片真实的显示效果可以看出，在显示非常多色彩的细节部分，如天空、人物面部、皮肤等方面，位深越大，颜色还原能力越好，色彩过渡越平滑、自然。

3 结论

颜色深度越高，手持式移动设备液晶显示屏的图片显示效果越好，特别是图片对颜色要求比较高时，较高的颜色深度能保证图片细节部分色彩平滑过渡，最大程度地还原图片本身的质量。搭配较高分辨率摄像头的手持式移动设备尤其要注意考虑拍照预览和照片回放时，位深度对显示效果的影响。