10bit色彩处理技术离我们有多远

Part 2：计算机在拖后腿

        现在我们发现一个非常奇怪的现象，为什么众多厂家都急着提高液晶电视的显示效果，而液晶显示器却迟迟没有动静呢？以往每次液晶技术的革新都是从显示器开始的，为什么偏偏这次却要落后？的确是这样，这次液晶显示器看来要落后半拍了；但这并不是显示器本身的错，而是整个PC显示系统拖了后腿。

        在Windows XP的桌面上点击右键→属性→设置，我们看到了什么？“颜色质量-最高(32位)”。这32bit中仅有24bit用来传输RGB信号，剩下的8bit是Alpha通道，所以在Windows XP中，计算机只能够处理每种颜色8bit的灰度。这样输出给显示器的也只能是单色8bit灰度信号。

现在计算机在色彩深度上存在局限

        在最新的Windows Vista中，微软加入了对单色10bit的支持。而在显卡方面，从NVIDIA的GeForce8 Series和AMD(ATI)的Radeo nX1000系列也开始能够处理单色10bit信号。但在实际软件中能够支持10bit显示输出的软件还不是很多，能够提前享受到10bit好处的除了专业的图像编辑软件之外，就剩下一些视频播放软件了。而对于电脑的其它用途，像电子商务、上网冲浪、听音乐、玩游戏等等，10bit完全派不上用场。就目前的情况来看，10bit在近几年内注定只能固守专业领域了。

        那这么说来是不是“10bit”处理电路对LCD显示器来说就完全无用呢？答案也是否定的，这个问题就跟若干年前，声卡芯片从16bit升级到24bit采样一个道理——当时计算机将低采样精度的音频信号传输给声卡，声卡对输入信号进行重新采样，并在内部计算时全部使用采样率更高的信号，结果输出的音频信号得到明显改善。现在LCD也在充当同样的角色，它对输入的8bit信号进行计算，然后再通过10bi t运算电路来对信号进行优化，最终再转化为8bit的数字信号来驱动面板。

        有些朋友会说，那液晶电视或者家庭影院又拿10bit来做什么？其实对于液晶电视来说，完全不用考虑计算机信号的问题，存储于DVD、蓝光光盘中的视频内容使用的是YUV信号，这些足以满足视频输出的要求。这种信号由于良好的压缩能力被广泛应用在视频压缩传播领域。视频播放机读取压缩的YUV信号，然后通过特定算法既可以将其还原为单色8bit灰度信息，也可以将其还原成精度更高的单色10bit信息；如果压缩的YUV信号质量足够好，甚至还可以还原为极端的单色12bit灰度(据相关资料，PS3游戏机中视频信号处理的位宽是单色16bit)。

RGB信号和YUV信号的换算

        RGB信号想必大家都很熟悉了。根据三基色原理，任意一种色光F都可以用不同分量的R、G、B三色相加混合而成。

        F = r [ R ] + g [ G ] + b [ B ]

        那么YUV信号又是从何而来的呢？在现代彩色电视系统中，通常采用三管彩色摄像机或彩色CCD摄像机进行摄像，然后把摄得的彩色图像信号经分色、分别放大校正后得到RGB，再经过矩阵变换电路得到亮度信号Y和两个色差信号R－Y(即U)、B－Y(即V)；最后发送端将亮度和色差三个信号分别进行编码，用同一信道发送出去。这种色彩的表示方法就是所谓的YUV色彩空间。

        采用YUV色彩空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的。如果只有Y信号分量而没有U、V分量，那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。

        YUV与RGB相互转换的公式如下(RGB取值范围均为0-255)：
        Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B
        U = -0.147R - 0.289G + 0.436B
        V = 0.615R - 0.515G - 0.100B

        R = Y + 1.14V
        G = Y - 0.39U - 0.58V
        B = Y + 2.03U

        所以在数学上，RGB和YUV似乎仅仅是不同的表达方式，使用起来效果应该差不多，但是为什么现在广播和视频压缩都选择YUV呢？经过研究发现，人眼对亮度远比对颜色要敏感。在使用YUV格式的时候，就可以针对不同通道的数据运用不同的压缩率，以保证在视觉上差距不大的前提下，提高整体数据的压缩比。