引言
    每種顯示技術都有自身獨特的優勢以及弱點和局限性。盡管這些技術都在不停的發展和提高，但是最初的弱點和局限性往往都一直存在，并成為它們永遠的夢魘。最典型的例子就是等離子顯示技術，因為所謂的“燒屏”(其實就是不平均的老化)——這個在許多年前就已經在技術上克服了的問題，實際應用中卻因為無動于衷，導致它到現在仍然還在威脅著這一優秀的顯示技術。在這方面等離子顯示器生產商要承擔大部分責任，因為他們不是在市場中積極的解決這個問題，而是極力回避(就像鴕鳥一樣不敢正視問題)。
    LCD也有自己的大難題：有限的響應時間，這導致了運動模糊。和等離子顯示器一樣，這在許多年前就是LCD的一個嚴重問題，下面我們將論證它現在不再是一個難題了。
    和等離子顯示器不同的是，LCD廠商把它變成了市場策略中的一個亮點，提供了更多先進和強大的運動處理能力，以及高達120Hz和240Hz的屏幕刷新率來不斷解決這一問題， 于是這就不再是一個問題了。
    消費者(尤其是精通技術的)已經被廠商所描述的各種響應時間規格以及專利的運動增強技術所迷惑，陷入了不斷追求更高規格的惡性循環。不幸的是，這一切都沒有經過客觀的科學測試。正如我們將在本文論證的，在移動測試圖時的運動模糊性能比廠商規格中所提到的更為糟糕，而在許多高清電視上同時觀看各種類型的實際視頻內容以做觀看測試時，我們驚訝地發現運動模糊性能比預期的好很多。在我們的測試中，所有中高檔LCD顯示器在播放實際視頻時的運動模糊都不成問題。下面我們來逐一探討：
LCD的響應時間和運動模糊
    眾所周知，運動模糊是LCD的一個問題。這是因為液晶這一LCD內部的有源元件本身在圖像變化時改變方向和傳輸的速度不夠快。由于標準視頻刷新率為60幀/秒，那么一個像素就要能夠在16.7毫秒(1秒分成60份)內完全改變透光性。如果比這個時間長的話，那么圖像顯示就有某種程度的滯后，對于圖像中的運動物體，就表現為拖影或者模糊。它還影響了移動物體主要部分的可見度。
    LCD的運動模糊一般通過一個行業標準規范來衡量，我們稱之為響應時間。不幸的是，對于真實的圖像模糊來說它不是一個特別良好的指標，因為它衡量的是一個像素從黑變成最亮然后再變回黑的總時間。不過，絕大多數圖像變換的范圍比較小，而且大部分都是細微的灰階變換，這將花費更長的時間來完成。另一方面，如果是灰階之間的變換，那么在視覺上是很難察覺模糊的，因為最初和最終的狀態非常相似。但是實際情況要復雜的多，因為每個像素實際上是由獨立的紅、綠、藍三種基本像素組成，它們也有自己單獨的亮度、幀轉換和時間。因此圖像中某些運動的視覺模糊是相當復雜和模糊的現象。
    響應時間和運動模糊取決于多種因素，包括液晶的粘度和厚度。人們采用多種不同的電子處理法來加速象素的轉變。比較常用的一個方法是在轉變時臨時增大驅動電壓，這被稱為過驅動法。這有點像給液晶一個額外的沖擊使它移動地更快。問題是很難為所有可能變化的液晶各自給出適量的沖擊，這就導致了過沖、逆重影和圖像閃爍的產生。另一種方法是用高頻峰化來增強輪廓。還有一個被眾多廠商所鼓吹的方法——把刷新率從60Hz增加到120Hz或更高來更頻繁地刷新屏幕。我們將在下文中展示這幾種方法。絕大多數情況下要么在圖像中引入了有害的假象，要么只不過是個營銷噱頭。
    因為公布的產品規格可能會對銷售產生相當大的影響，所以對廠商來說當務之急是降低黑-白-黑的響應時間，而不是改進對視覺感受更重要的灰階變化或是減少因為電子沖擊產生的運動假象。因此，說明書上標有最快響應時間的LCD顯示器并不一定具有最小的視覺模糊。我們的測試就是個例子。

[Page]實際比較

圖1 有燈光時的比較

    圖1顯示了在DisplayMate技術公司演示實驗室里的11臺高清電視機。包括有8臺液晶電視機、2臺等離子電視機和1臺索尼專業的高清特麗瓏演播室CRT監視器，這一臺是用作參考標準。這是一次深入的科學研究，我們做了精確的校準、全面的光譜測量并且邀請眾多評判小組來觀看測試圖、測試圖片以及大量高質量的高清視頻素材。這個實際對比的工作量非常大，由DisplayMate技術公司(www.displaymate.com)和Insight Media公司(www.insightmedia.info)一起合作完成。不過所有的技術分析都是作者親自完成的。這篇文章的Part I說明了LCD和等離子電視的圖像質量、色彩和灰度的精度、色域、對比度以及可視角度。
    這些高清電視機涵蓋了各大品牌(按字母順序排列)LG、三星、夏普和索尼的中高端產品。所有產品都是2008年出品的。2008年和2009年產品除了廣告宣傳基本上沒有多大的區別。本文中，我們使用了三臺旗艦級液晶電視機，分別是三星的LN-T5281F、夏普的LC-52D92U以及索尼的KDL-52XBR4。通過研究這些大品牌的旗艦級產品，我們可以確定各種顯示技術和各個廠商。消費級的中端產品有LG的42LG50、三星的LN40A550P3F以及索尼的KDL-40V3000。還有兩臺液晶電視機也是消費級的高清電視，不過不是商用型號。
    頂級的索尼XBR系列和夏普的產品都具有120Hz的屏幕刷新率，三星的旗艦產品采用了開關式LED背光照明，其他產品都是標準的60Hz屏幕刷新率。我們的目的是確定這些高級技術能夠在多大程度上改善可視的運動模糊。
移動測試圖
    評測運動模糊的第一步是使用專門的移動測試圖來清楚的檢查和分析模糊以及相關的假象。在分析了這些結果后，我們將測試移動的照片，最后才是實際視頻。要生成移動測試圖和照片，我們使用了《DisplayMate Multimedia with Motion Bitmaps Edition》，這里面有25張專利的移動測試圖和35張測試照片，可以以不同的方向和速度在屏幕上移動。這些數字視頻信號同時送到所有高清電視機中，所有的電視機都在一起緊挨著進行了直接的對比，像圖1中顯示的那樣。
    我們使用尼康的D90數碼單反相機拍攝移動測試圖和測試照片。用1/160秒的快門速度拍攝屏幕顯示，這個時間小于刷新時間。拍下的這些屏幕顯示客觀量度了LCD顯示器自身硬件的模糊、假象和響應時間，并且和觀測小組成員看到的情況是一致的。
    8臺液晶高清電視機之間的運動模糊差別并不大，只有一些細微的差別。因為可見的模糊遠遠大于60Hz的視頻幀頻，所以在視頻變化期間，屏幕刷新率是60Hz還是120Hz，LED背光是不是開關根本無所謂。同樣的，某些產品所提供的用于改善運動模糊的不同電子處理也沒有多大用處，沒有降低整體的運動模糊，反而帶來了有害的輪廓、邊緣和其他假象。另外，旗艦級產品(都具有120Hz刷新率或是LED開關)和中端產品(都具有標準的60Hz刷新率)在運動模糊上也沒有什么明顯的區別，而后者的價錢還不到前者的一半。
    為了說明運動模糊的結果，我們拍攝了索尼XBR系列的屏幕顯示，在Part I of the Shoot-Out中是圖像質量和精度表現最好的LCD。它的運動模糊和假象也比其他產品要少，不過在此申明這種差別并不大。這臺電視機廠商公布的響應時間為8毫秒。因為這是兩次變化——從黑到白再變回黑——所以單邊的響應時間(從黑到白或從白到黑)約為4毫秒。
    下面顯示的DisplayMate公司的測試圖說明我們眼睛所能清楚的察覺模糊的時間遠遠大于60毫秒。屏幕顯示并沒有眼睛觀察的那么靈敏。不過所有的屏幕顯示上都可能辨認出至少8個單獨的刷新周期，每個拖影之間大概相隔1/120秒(大約65毫秒)。因為無論對視覺還是儀器來說，拖影的衰減消除時間就是響應時間，特別是因為你選擇了一個明確的臨界亮度值。屏幕顯示都用顯示時間作了記號。把它們和廠商說明書上的單邊響應時間4毫秒進行比較。為了把屏幕上拍到的模糊顯示的盡可能清楚，我們采用了大約每秒1,000像素的運動速度。在這個速度下，橫穿1,920×1,080的屏幕需要2秒。在實際的視頻中，物體的移動常常比這還要快。

[Page]

    圖2a到圖2f是DisplayMate公司測試圖在不同速度和不同方向移動時的屏幕顯示。在這些屏幕顯示中，可以看出120Hz刷新率。在所有移動測試圖上看到的白色物體的邊緣和良好的細節都是假象，是因為用了降低響應時間的電子處理。屏幕顯示上看到的黑色外邊是由于周圍的黑色背景(未顯示)在轉變到灰色背景時響應時間落后了。黑色痕跡看起來比白色痕跡更明顯，因為LCD的響應是線性的，而人眼的視覺響應是基于亮度比的(非線性)，這種差異在看暗的內容時更為明顯。
    請注意最大移動速度的屏幕顯示，就是每秒1,609像素的圖2d，最新的幀(左右兩個圖像的最上方)很明顯還在亮起過程中，并沒有達到最大量度(上升響應時間)。其它屏幕顯示也有這種效果，但沒有這么明顯。
    圖2中的測試圖僅僅是在我們所調查的DisplayMate公司的整套測量圖中選取了一小部分，另外還有許多不同的灰階變化和色彩變化。
移動照片
    測試圖也是非常好的圖片，原則上和其它用于顯示的圖像或圖片內容沒有什么區別。你在測試圖上所看到的每個效果、假象和缺陷在其它圖像或圖片上也都有。不同的是測試圖通常展現了最大可見的細節效果、假象和缺陷。這是先前使用DisplayMate公司移動測試圖的明確目標，它們都被仔細地設計和優化以顯示運動模糊和假象。
    從另一方面來說，攝影作品通常是由非常復雜而多樣的像素混合而成。照片上有這么多的像素，運動模糊很容易變得不明顯甚至感覺不到。特別是因為這些照片沒有像測試圖那樣使用一致的背景，就更不容易看出運動模糊了。不過，從測試圖的亮到暗或黑到灰的轉變或濃到淡的色彩變化中，我們可以更容易的發現運動模糊，
    圖3和圖4是兩張照片移動的屏幕顯示，圖3a和圖4a是沒有移動的屏幕顯示。注意由于復雜的圖像內容和不均勻的背景，有許多的模糊看起來不那么明顯了。重要的是要知道這兩張照片是我們從DisplayMate Multimedia with Motion的35張測試照中挑出來的，因為它們視覺上的運動模糊是最強烈的。其它的照片都沒有這么明顯。
    在圖3中有4個明顯可見的拖影(33毫秒)和總共8個可以看見一部分的拖影(67毫秒)。在圖4中有3個明顯可見的拖影(25毫秒)和總共6個可以看見一部分的拖影(50毫秒)。它們的可見度取決于圖像移動時亮度和色彩的轉變以及相鄰內容紋理交疊時的自然性。
    圖像的移動速度是每秒1,000像素，這相當于在2秒內橫穿屏幕。減慢速度的話模糊的長度也會相應減小。因此對于這兩張照片來說，在低于每秒500像素時是不會察覺到模糊的，相應的橫穿屏幕時間就是4秒，實在是一個比較慢的速度。另一方面，其它大部分照片的模糊更不易察覺，因此可視的模糊完全取決于圖像內容。
    移動照片依然只是移動靜態圖像，這和實際視頻完全不同，它的圖像是一個復雜而多樣的混合，不斷混合在時間和位置上不斷變化的圖片。最接近于移動照片的是某些電視臺的新聞和證券播報，以及大部分電影末尾垂直滾動的字幕。電視臺調整了它們的播報機，使消費者電視機上的運動模糊和假象最小化，這些電視機中很大一部分都是LCD。

圖3 NASA宇航員芭芭拉·摩根的照片


圖4 勞倫·索內拉拍攝的近衛軍照片

實際的視頻
    移動測試圖和照片對于研究運動模糊和假象是非常有趣和有啟發的，但消費者在他們的高清電視機上觀看的是實際的視頻。相對于移動靜態照片或測試圖，我們希望播放實際視頻時屏幕上的運動模糊更加難以察覺。首先要考慮的是完全不存在典型的實際視頻，因為內容是難以置信的多樣化和差異性。幸運的是，通過移動測試圖和照片，我們知道什么類型的圖像內容最可能產生明顯的運動模糊。當然也需要在屏幕上作大量的運動測試。
    我們所選用的大部分視頻內容都是體育，因為它里面有大量的運動，而且絕大部分都有鮮艷的制服和明亮的背景。我們把全帶寬的ATSC廣播電視節目錄在一臺全數字高清Tvio上。它直接記錄了原始播出的沒有經過處理或降級的MPEG數據流。請注意衛星電視和有線電視減小了信號帶寬，這樣在在圖像中有運動時就需要額外進行壓縮，這就增加了運動拖影。我們也沒有采用任何的電影內容，因為它是用每秒24幀拍攝的，比每秒30幀的攝像機需要更多的內插和運動處理。[Page]    有好幾個小時的足球、籃球、曲棍球、滑雪和高爾夫內容。絕大部分是在白天或是有較好照明的場所。對于比較暗的內容，我們采用了NASCAR汽車賽、室內體操和滑冰、電視劇《與星共舞》，還有《穿越美國》——這是一部完全從高速飛行的直升機上拍攝的藍光視頻。它具有90分鐘連續的全屏運動，白天和晚上都有內容，里面有許多非常有挑戰性的高速運動內容。這些精心挑選的視頻非常適合我們的測試運動模糊。
實際運動視頻的對比
    與前面計算機生成的移動的照片和測試圖相比，對于實際視頻來說，一個重要的問題是它們是在不同的條件下用攝像機拍攝的，可能會有一些我們所不知道的視頻處理。這會在視頻素材上導致各種各樣的假象。我們當然不希望因為素材的問題而影響到對LCD的評測。我們使用索尼特麗瓏專業高清演播室監視器來仔細的監視視頻素材的質量，這是一臺CRT顯示器，幾乎沒有任何可見的運動模糊或假象(只有在快速移動測試圖時才會有幾乎無法察覺的細微痕跡)。因此只要發現可疑的內容，我們就會在這臺CRT監視器上仔細檢查。
    我們用好幾個月來進行充分的對比，因此有許多事件來研究和比較所有的效果，在此之后，我們還邀請了好幾十個人來實際觀看并詢問他們的感受，這些人包括業內專家、生產商、工程師、評論員以及ISF(影像科學基金會)教師，他們都是訓練有素的觀測人員。
    用數字Tivo或藍光播放機為所有的高清電視機送入上述內容列表中挑選出的同樣的數字視頻信號。像圖1那樣把所有電視機擺在一起進行直接對比。如果有觀測者認為他們在某一臺電視機上發現了運動模糊，我們就會重復按下Tivo上的8秒備份鍵，在所有電視機上反復查看這一片斷(也包括CRT監視器)直到我們完全搞清楚每臺電視機的具體表現。使用藍光播放機時我們也是這么做的。

    每個參與對比評測的人所得出的結論最終都是一致的，并且可能會讓消費者相當驚訝：在播放我們所挑選播放的這些廣泛的實際視頻內容時，這些LCD高清電視機基本上沒有可察覺的運動模糊。當人們認為他們看到運動模糊時，除了極少部分是確實有一些次要的模糊，其它要么是視頻素材的問題，要么是反復觀看問題片斷時暫時性的視覺幻像。與移動測試圖和移動照片不同，眼睛是無法發現實際視頻中的模糊的，因為圖像更為動態和復雜，這無疑和大腦從視覺圖像中處理和分析基本信息的方法有關。結果所有LCD高清電視機的表現都一樣，不管它們是60Hz還是120Hz刷新率，也不管是采用了開關式LED背光還是運動增強處理。
摘要和建議
    響應時間在描述圖片模糊上并不是一個非常科學準確或是有意義的指標，這一點是我們在Display Technology Shoot-Out系列文章中研究了絕大多數高清電視機指標后發現的。事實上，在我們的測試中，最短響應時間的LCD具有最大的運動模糊。你會發現公布的數值甚至低至2毫秒，但我們在旗艦級產品上在移動測試圖時所測得的運動模糊都超過40毫秒，這比廠商公布的數值要大10倍多。
    我們還發現絕大部分高清電視機所具有的運動增強處理專利技術只不過給圖像帶來了難看的運動假象，而不是減少整體視覺的運動模糊。把運動增強處理關到最小或者直接關掉得到的圖片質量反而是最好。
    通過移動測試圖、照片和實際視頻進行的廣泛的客觀測試，我們發現拋開它們的響應時間、開關式LED背光或者運動增強處理，當前的中高檔LCD高清電視機的運動模糊性能在視覺上沒有很明顯的差別。在我們廣泛的直接對比測試中，雖然在移動測試圖時有相當大的運動模糊，但在播放實際視頻內容時視覺上并沒有多少可察覺的勻東模糊。對于極少數的例外情況，我們發現要么是視頻素材的問題，要么是反復觀看問題片斷時暫時性的視覺幻像。這無疑是因為大腦從動態而復雜的運動圖像中處理和分析基本信息的原因。[Page]    這些結果和結論會讓很多癡迷于技術指標的消費者和視頻發燒友們感到驚訝，因為我們周圍有那么多關于響應時間和運動模糊的理論。就像等離子的“燒屏”那樣，這是一個舊的信息和記憶。當前關于這一話題的許多“知識基礎”不過是市場營銷的反饋。當你在一臺電視機上觀看大量的快速動作時，我們可以很容易的發現這一點，但其實這里面絕大部分都是因為人類的視覺系統。它沒有基于像我們這里描述的這樣廣泛科學直接的對比測試。
    我們最重要最有意義的結論是LCD廠商終于解決了運動模糊這一難題。所以現在消費者和廠商都可以忘記這個困擾許久的響應時間，致力于更具生產性的更加好看的顯示技術和營銷問題，比如下一代的3D顯示器。
    因此我們最基本的建議是——如果你堅持使用知名品牌的中高檔產品，你應該忽略響應時間這個指標，不用擔心LCD的運動模糊，不用為120Hz或更高的刷新率、開關式LED背光或者先進的運動模糊處理而支付額外的費用。