時,業界公認CD在音質方面最引人注目的優點是靜音水平高。在音符之間,CD不會產生嘶嘶聲,也沒有噪音。最近一次與之類似的進步是杜比(Dolby)實驗室公司日前在其紐約辦事處展出的一款與意大利高端家庭影院制造商SIM2 Multimedia公司共同開發的原型產品,而這次,最令業界贊嘆之處則在于該液晶顯示器屏幕趨近于純黑的表現。

杜比在這次原型展示中展現了一些圖像,如在漆黑的背景上出現的逼真的百合花；在夜色中的東京街道,顯示亮得令人眩目的車燈(取自電影《速度與激情:東京漂移》的一個汽車追逐畫面)；在漆黑的天空上慢慢現出多塊隱約呈灰色的云。

在這個展示中,SIM2在PC上運行杜比實驗室的專有圖像處理算法、以便調節背光和LCD晶體。而預計SIM2在下一次升級中將使用Xilinx公司的Virtex-4 SX FPGA芯片組來處理這個高動態范圍(HDR)算法,杜比已在去年末批準了該方案。

與對比度被限制在450～650cd/m2的傳統液晶顯示器不同,杜比實驗室聲稱 SIM2原型屏幕的亮度超過4000cd/m2。

局部調光

當被問及杜比的 HDR與已上市的基于LED 背光照明的液晶電視的差別時,Chinnock說:“杜比的技術可以對單獨的LED進行局部調光,這遠高于其它公司所能達到的水平。另外,局部調光算法的細節更加復雜,亮度水平也要高得多。”總而言之,他認為“這是一種非常強有力的局部調光技術。”

電子行業目前已公認LCD存在運動模糊和色彩再現效果差等缺點。杜比實驗室的圖像技術業務線主管Bharath Rajagopalan稱對比度是LCD TV的致命弱點。“黑色不像黑色。動態范圍偏小給色彩逼真度帶來嚴重的不良影響。”他說。由于無法完全隔絕背光照明,目前的液晶顯示屏即使處在“關斷”狀態下,屏幕也不是純黑色的。

傳統的解決方案是“全局調光”——針對暗色為主的圖像把整個背光調暗,針對亮色為主的圖像則把整個背光調亮。但因為大多數圖像的亮度處在中間水平,這使得全局調光對圖像質量和靜態對比度的改善不大。

HDR技術是杜比實驗室針對該難題的解決方案,它使用“局部調光”技術來使液晶電視達到更好的對比度和亮度。

“局部調光包含兩個要點。”Rajagopalan解釋說。首先,不同于大多數以CCFL管(冷陰極熒光管) 作為背光源、只能調節整個LCD亮度的作法,局部調光使用了可局部調節的LED等固態光源。其次,局部調光使用了杜比實驗室開發的可在空間和時間兩個層次上進行圖像處理的專利算法,Rajagopalan說。

我們可以把背光分成若干個區域,每個區域可根據對應部分的圖像亮度獨立地進行調整。背光可獨立調節的區域越多,整體的對比度就越好。

盡管杜比實驗室早在今年初的國際消費電子展(CES)上發布了其HDR技術,但此次在紐約展示出其采用了許多均可局部控制的LED以用于LCD背光,才真正讓人親眼目睹該技術的真正品質。杜比實驗室在46英寸LCD面板的背光設計中采用了1,838顆LED,以全面彰顯其高動態范圍(HDR)技術潛力。

圖1:杜比的局部調光處理技術:通過對單獨的LED或一組LED進行調節來改進靜態和動態對比度

杜比進入視頻領域？

杜比實驗室最著名的成果是杜比數字音頻技術,目前每臺數字電視和DVD播放器中都在使用該技術。而今,杜比實驗室將憑借著HDR技術強力進軍消費視頻市場。

Rajagopalan堅持杜比并不是視頻業務領域的新手。在1965年創建杜比實驗室以前,其創建者Ray Dolby在1950年代曾于Ampex公司從事視頻領域的工作。“視頻是他的激情所在。”Rajagopalan說。

在專業視頻領域上,杜比在數字影院方面已經非常活躍,“我們已經開發了3D影院技術。”

不過,杜比的HDR技術不是杜比的內部發明。一年以前,杜比收購了加拿大BrightSide公司從而獲得HDR技術,那時,HDR是BrightSide公司尚處在開發階段的成像技術。

Rajagopalan說,即便有了HDR,杜比的基本授權業務模式也不會改變。與杜比的音頻技術類似,杜比將把HDR授權給OEM。“我們將不會介入制造或銷售液晶電視的業務。”他說。

除授權之外,杜比將就與HDR相關的專門技術向OEM提供幫助,Rajagopalan說。另外,SIM2公司也將提供使用HDR技術的液晶電視參考設計。據預測,HDR技術液晶電視的消費款最終將使用ASIC而不是FPGA來運行HDR算法。但杜比拒絕透露其消費芯片伙伴的細節。

杜比或SIM2并不是第一家把LED用于液晶電視背光照明的公司。三星公司在一段時間以前已經開始付運基于LED背光照明單元的液晶電視——不過這是一種與杜比實驗室全然不同的技術。Insight Media公司總裁Chris Chinnock表示,盡管人們對LED 背光照明的興趣在增長,但估計LED 背光照明在2008年在電視市場的占有率只有1-2%。

圖2:液晶顯示器性能比較:杜比的HDR技術有選擇地提高圖像中高亮度區域的背景照明。

成本方程

毫無疑問,基于杜比實驗室高動態范圍(HDR)技術的LED背光液晶電視具有極為出眾的畫質。但這樣的畫質需要消費者付出多大的代價,目前尚不太清楚。

“這些產品已高喊著要進軍大眾市場。”International Data公司(IDC)電視市場及技術部研究總監 Eric Haruki表示,但在LED制造商擴大經濟規模進而降低LED背光單元的成本之前,基于這些技術的電視將依然不過是一個“希望”。

Insight Media公司總裁Chris Chinnock指出,“值得留意的是,這種方案的成本是冷陰極熒光管(CCFL)背光單元的2~2.5倍。由于技術更復雜,杜比/SIM2最近展出的基于HDR的液晶電視的成本還要更高”。

雖然在液晶電視中使用更多的LED可使背光達到更高的對比度,就像在 SIM2的液晶電視原型中展示的那樣,但LED的成本變化范圍很大,每只從15美分到3～4美元不等。

杜比公司圖像技術業務總監Bharath Rajagopalan不愿對基于HDR技術的液晶電視的成本發表評論。但他表示該技術是“完全可調整的”,可針對不同價位的產品提供不同性能的平臺。

但IDC的Haruki卻堅持說,“LED背光液晶電視究竟該使用多少個LED才能在成本和性能之間取得恰當的平衡？制造商們對此從未進行過量化。”

確實,業內尚未有人自告奮勇地估算SIM2原型的成本。Insight Media公司的Chinnock表示,“現在去預測成本還為時太早。在性能、LED數目、目標價位等方面有諸多因素需要折衷考慮。杜比/SIM2所展示的方法顯然成本高昂,但它迎合了SIM2的目標用戶的需求,他們希望享用這個最新的技術。”

Philips Lumileds公司業務管理總監Willem Sillevis-Smitt指出,成本方程必須包含對LED背光屏幕的各個部分進行局部調光所需要的驅動器IC。不過,他說,LED供應商有理由對該技術的未來寄予希望。

Sillevis-Smitt指出,筆記本液晶屏的照明已經在從CCFL轉向LED,而且“業內人士普遍認為,配有LED背光液晶屏的筆記本電腦將在2～3年內從目前占整個筆記本PC市場的10%躍升到50%。”

利用LED照明的筆記本液晶屏采用的是側面(而不是后面)照明的方法,即二極管與屏幕的一個邊平行。NXP半導體公司的工程師們正努力把這個方法擴展到液晶電視。側照方法可使平板屏幕的厚度保持在25mm以下,NXP公司營銷和業務開發總監Jacques le Berre說,“由于所使用的LED單元較少,其性價比也更高一些。”

但該方法也有一些局限性,目前只適于尺寸相對較小的電視(24～30英寸)。如果與2D調光和新的視頻算法相結合,側照方法或許可用于32甚至46英寸的電視,le Berre說。

Le Berre提出了決定是否在液晶電視中使用LED背光照明的四個最基本要素:“成本、節電性能、畫質和厚度。”

Envisioneering公司研究總監Richard Doherty表示,三星和夏普已經搭上了LED快車,索尼正在打算再次進入,LG電子可能很快加入進來。

大多數使用二極管照明的筆記本已經在使用白光LED。杜比/SIM2電視原型也使用了白光LED。

鑒于近年來LED市場在不斷成長,杜比實驗室相信:LED的技術改進和成本降低將提高人們對HDR的興趣。事實上,如果一家大型OEM決定生產基于HDR技術LCD TV,由于每臺電視的顯示屏將使用多達1000顆LED,那么LED制造商可以輕易地改變目前的成本/批量方程。杜比實驗室的Rajagopalan提到,杜比已經在與多家LED供應商進行談判,其中包括三家頂級LED制造商:日本的Nichia、德國的Osram和設在加州San Jose的Philips/Lumileds。

Vizio現象

Envisioneering公司的Doherty說,使用LED背光照明的液晶電視市場目前占整個市場的5-10%,但“目前這5-10%的市場在今后的一兩年里可能占到整個顯示器利潤的50-60%”。他預測傳統的液晶電視將跌倒谷底,成為虧本產品,而LED背光液晶電視將填補這個空間并帶來豐厚的利潤。

Vizio現象就是個例子。當市場觀察公司iSuppli公司公布數據表明,幾年前默默無聞的Vizio公司在2007年第四季度在美國市場上的份額僅次于三星和索尼而排名第三,消費電子行業中許多人為此感到震驚。

“從現在開始的5年內,電視制造商必須提供更高的性能(如更高的對比度),才能使其產品脫穎而出。”IDC公司的Haruki表示,“總的來說,在零售商店燈光閃爍的柜臺上,屏幕最亮的產品總是勝利者。”

杜比圖像技術營銷總監Guido Voltolina表示,消費者可以從畫質上看到HDR液晶電視與其它電視的差別,完全不需做任何解釋。

Voltolina說,杜比在日本和美國的消費研究表明,“超過20%的消費者表示將會購買37英寸的HDR液晶電視,哪怕要多花1000美元。”另有超過70%的人表示,在HDR電視與傳統的平板電視之間,即便后者的屏幕尺寸大5英寸,他們也將選擇前者,他說。

LED的性能與產能

Philips Lumileds公司是索尼Qualia電視的LED供應商,Qualia是業內第一款LED背光液晶電視,于2003年面世。索尼在Qualia上市后不久就把它從市場上撤了下來,但這顯然并沒有降低消費電子廠商對這種技術的熱情。

為了提高LED的效率,一個新的行業趨勢是使用白光LED(而不是RGB)來為液晶顯示器照明。白光二極管“提供了一種簡單得多、且更加穩定可靠的方案,而且可減少LED的數量”,Sillevis-Smitt指出。

“在全球范圍內,每家電視制造商都在研究這個方法,在各自的實驗室中都有尚未完成的原型。”Philips Lumileds公司的Sillevis-Smitt指出,“LED的效率是降低系統成本的關鍵。”

Sillevis-Smitt回顧道,索尼的Qualia使用了450個LED,功耗為450瓦,但四年以后,業界用120個LED就可以提供相同的畫質,總功耗為130瓦。

存在的問題是,如果該市場真的起飛了,LED制造商有能力提供所要求的產量嗎？

LED制造商的總數相對較少。據預測,今年僅美國就將發送近3,200萬臺數字電視,這將需要大量的LED來為各個顯示屏提供背光照明,因而,對這種二極管的需求將呈指數倍上揚。而擴大生產規模將需要一定時間。

但Sillevis-Smitt表示,Philips Lumileds公司的制造平臺有能力滿足這個需求。他說,該公司的Luxeon大功率LED有能力提供更大的輸出功率,但其尺寸只有業界普通LED尺寸的1/4。

Sillevis-Smitt表示,Philips Lumileds公司目前已向汽車、監視器和特殊顯示器應用付運了數百萬只Luxeon LED,僅向蜂窩電話相機應用就已付運了1億多只Luxeon器件。另外,該公司在一年前發布的面向顯示器背光照明的Luxeon Rebel LED目前已投入批量生產。

“這表明我們有能力對需求突增做出快速反應,并可保證大批量消費電子市場的供給。”他說。

作者:吉田順子