向CRT叫板——LCD插黑技术解析
技术空间
响应时间从25ms到1ms
我们知道，响应时间的快慢是衡量一款LCD好坏的重要标准。自从灰阶4ms（毫秒）的LCD面世以来，一直为人所诟病的“影像拖影”问题终于有了较大改善。2005年，许多厂商又推出了2ms甚至1ms灰阶响应时间的LCD。那是不是1ms的LCD就没有拖影现象了？我们还是来看一下在快速显示画面时，LCD和CRT显示器的对比吧（图1）。
从图1中，我们可以看到1ms响应时间的LCD虽然在拖影现象上比16ms的显示器好转了许多，但和CRT显示器相比仍然存在拖影现象。此外，如果你将4ms的LCD和1ms的LCD放在一起观看动态画面，就会发现在画面的拖影现象上，这两种显示器几乎没有区别。这是为什么呢？难道是LCD的响应时间还不够快？要解释这种现象，我们必须先了解CRT显示器和LCD各自的成像原理，以及人眼的视觉特性。
小提示：灰阶响应时间(GTG，Gray to Gray)表示LCD从某一个灰阶变化到另一个灰阶所需要的时间，它体现了LCD在彩色切换（即灰阶变化）上的真实速度。黑白响应时间也是灰阶响应时间的一种，它仅仅表示全黑和全白之间变化的响应时间。因此，灰阶响应时间比黑白相应时间更具有实际意义。
我们知道，彩色CRT显示器屏幕上的每一个像素点都由红、绿、蓝（俗称RGB）三种荧光涂料组合而成，电子枪发出的三束电子分别激活这三种颜色的磷光涂料，以不同强度的电子束调节RGB三种颜色的明暗程度就可得到各种颜色。每个显示像素都是通过脉冲波形的电子束击打来激活的，当脉冲波达到需求点后立刻回到初始值，直到接到下一次命令再进行新一轮动作。一般来说，每一个像素都是在极短的时间内做实时显示，这就是图2中的那一条条“竖线”部分，我们称之为脉冲式显示。
而LCD背光灯源在开启后始终显示在某一种状态，除非关闭，否则不会因为画面的变化而有所变化，我们称之为稳态式显示。在成像时，是一次给一整幅画面（图3），在这两幅画面之间（“竖线”之间）的“横线”就是它们所间隔的时间，而在图3中的弧形虚线则是画面实际的变换情况。由此可见，LCD给出的并不是物体真实运动的景象，但由于人眼的“视觉暂留”特性，我们的大脑能将这些画面在头脑中进行处理，并形成一个完整的图像。
小提示：LCD在显示完前一幅画面后，就在“等”第二幅画面，在这个时候，因为人眼的“视觉暂留”，第一幅画面的影像还在我们头脑中，当第二幅画面出现后，就会造成拖影现象。而这种情况形成的拖影，并不是简单降低LCD的响应时间就能解决，这也是1ms的LCD依然存在拖影现象的原因。如果我们能让LCD模拟CRT显示器的脉冲式显示，就能在两幅画面之间形成一个“障碍”，以阻断人眼的“视觉暂留”（ 请注意图4和图5的蓝色部分），从而解决拖影问题。
视觉欺骗插黑技术工作原理
综上所述，不解决人眼的“视觉暂留”问题，就算LCD的响应时间更短，也是徒劳。由于与生俱来的眼睛和大脑对图像的处理方式是没有办法改变的，我们只能通过改变LCD的显示方式，才能有效地杜绝拖影现象。目前业内有两种解决方法：背光扫描（Scanning Backlight）和插黑技术（Black Frame Insertion Technology）。
背光扫描采用增加灯管的方式来实现逐行扫描，以模拟CRT显示器的脉冲式显示效果，但因为在LCD液晶面板内并排放置了多个灯管，无疑大大增加了LCD的制造成本和功耗，推广起来十分困难。而插黑技术则是在连续的两幅画面之间的间隔期内，依靠专门芯片周期性地持续生成一幅“黑色”画面（图6），以减少前一幅画面在人眼视网膜上暂留的时间，从而“阻断”人眼的“视觉暂留”效应，简单地说就是切掉了部分模糊的影像，从而有效地减轻了LCD的拖影或残影现象，实现接近于CRT的动态画面显示效果。同背光扫描技术相比，插黑技术可以在不改变LCD背光模组的情况下实现，有效地降低LCD的制造成本。
插黑技术的原理和电影类似，即在相邻两帧或者数帧之内插入一帧全黑帧，从而达到增加总帧数的效果，让原本有拖影的画面变得清晰起来。举个例子，LCD每秒能显示的帧数是25帧，我们只须在其中插入另外25帧黑色画面，就能达到50帧/秒的显示水平，人眼就不再感到影像有拖影了。有朋友或许会问，如果每秒能显示50帧的话，为什么还要插黑呢？
这是因为LCD进行灰阶画面显示的时候，响应时间较慢，而黑白响应时间反而更快，如果在较慢的灰阶画面中适当插入黑色画面，则既能改善视觉感受，又可充分利用LCD的显示特性。
下面我们来看看插黑技术的实际表现。从运用了插黑技术的LCD（图7左）和没有运用插黑技术的LCD（图7右，灰阶响应时间为6ms）的画面对比可以看出（注意图中被圈中的地方），运用了插黑技术的显示器在显示轮廓比较分明的物体（如字体）时，拖影现象明显比没有运用插黑技术的显示器好。可见，插黑技术的确比较明显地改善了LCD对动态画面的表现能力。
并非简单“插黑”插黑技术实现障碍
虽然理论上插黑技术可以很轻易地解决人眼的“视觉暂留”问题，但实际上并非如此。插黑技术的实现有一个前提，就是液晶面板的响应时间要够快（现在运用插黑技术的LCD的灰阶响应时间为4ms）。如果在两幅画面之间夹杂着“黑色”，显示器的响应时间又不够快的话，LCD的色彩表现就会十分怪异。
当然，这里还存在一个亮度问题，就算响应时间够快，但“黑色”画面的存在必然会使显示亮度有所下降。要让亮度保持原有的水平，可以增加液晶面板中灯管的亮度，不过这样势必会影响灯管的寿命，而现在的厂家，通常使用增加几层增亮膜的方法来提高亮度。
小提示：当背景光通过下层偏光片时，有50%的光被吸收而白白浪费。采用增亮膜则可以让原本被吸收的50%偏振光重复利用，如图8所示，该膜可允许P偏振光通过（不允许S偏振光通过），并将S偏振光反射回来重复利用再变成P和S，如此反复、循环后可增加亮度60%。一张增亮膜与液晶面板中的反射膜和棱镜膜配套使用可使总体亮度增加30%，而且在液晶屏的设计上无须太大的改动。目前这种比较廉价的解决方案已被许多液晶面板厂家采用。
LCD的响应时间问题解决了，画面的亮度问题解决了，剩下的就是画面的色彩问题，这也是插黑技术面临的最大难题，解决的关键就是在两幅画面中插入的“黑色”画面。插黑技术中所谓的“黑色”画面是对插入画面的统称，其实它并不是“纯黑”画面，而是一幅深色的灰度画面，这也是为了让LCD在色彩显示和拖影现象之间找一个平衡点。
总结
经过几年的发展，LCD的响应时间也有了很大进步，从早期25ms的黑白响应时间到现在主流8ms的灰阶响应时间，每一次技术的进步，都会带来一波又一波的LCD普及大潮。而LCD在技术上也越来越向CRT显示器靠拢。从某种意义上讲，LCD只是在不停地模拟CRT显示器。在LCD无法完全具备CRT显示器的优点前，LCD在技术上的革新就不会停止。插黑技术的出现，最大的受益者当数游戏玩家、视频爱好者，它让我们可以尽情享受LCD轻薄、面子超大的优点而不必再担心拖影给我们造成的困扰。
在两个数据帧中插入一个黑色帧
明基工程师谈插黑技术
我们知道，造成LCD拖影或残影的主要因素有两个：一个是LCD本身的响应时间，另一个是人眼的“视觉暂留”。目前LCD的最快响应时间达到了灰阶1ms，这已接近响应时间的极限。也许有朋友会问，我们是否会继续推出0ms响应时间的LCD？当然不会，因为人眼的“视觉暂留”现象，这样无休止地进行数字游戏对LCD拖影问题的改善毫无意义，我们必须从人的视觉方面来解决这个问题。
虽然采用插黑技术的LCD在减轻拖影方面有明显的进步，但该技术本身还有较大的发展空间，现在的插黑技术还不能说是100%地消除了拖影现象，但可以在很大程度上减轻拖影现象对我们造成的影响。另外，插黑技术和AMA疾彩引擎一样，可以通过内置的OSD菜单来关闭，即当你进行文本处理等简单应用时，可关闭插黑。
因为插黑技术的实现并不复杂，所以有实力的LCD制造商采用此项技术是一个大的趋势。插黑技术作为一项新兴技术，现在的硬件成本相对还比较高，当它普及之后，成本肯定会大大降低。