什麼是抖色Dithering?——節選自《高興說顯示進階篇之三》

02-11

抖色就是Dithering，是一種利用人的視覺特性，利用低精度色譜模擬更高精度色譜的方法，可以分為空間抖和時間抖。

作者：高興

中泰證券研究所國際銷售

曾任職於美銀美林、中信證券、銀河證券、大宇證券

畢業於紐約大學、香港科技大學，高麗大學

可以聽說讀寫中文、英文和韓文，日文只能讀不會聽說寫

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抖色就是Dithering，是一種利用人的視覺特性，利用低精度色譜模擬更高精度色譜的方法，可以分為空間抖和時間抖。

空間抖Spatial Dithering是一種歷史悠久的技術，在印刷以及列印領域廣為使用，也叫Halftone半色調。比如下面這個圖

左邊的圖像雖然只是用黑白兩種顏色印刷的，但是卻能夠模擬右邊圖像的多級灰度的效果，如果我們把左邊的圖的裡面的小點點再精細化的話，可以得到更相似的視覺效果。

再比如這張圖

本來只有紅藍兩種顏色，卻可以通過圖案的反覆表現出更多的顏色。這也是大多數印表機的顏色的原理。

市面上一般的印表機都是4色（CMYK）的，通過下面這樣抖，可以表現出非常豐富的色彩。

因此，我們可以說，空間抖可以在減小成本的同時增強圖像的最終顯示效果。

所以說，如果我有一個每種顏色6位的屏幕，意味著每種顏色都有64級不同的灰度（深淺），如果我的電腦輸出了一個相當於62.25級的綠色，為了表現這個顏色，我的電腦需要在相鄰的4個像素中，用3個表現第62級的綠色，1個表現第63級的綠色，從而給我的大腦以「類似於」看到了4個62.25級的感覺。

在列印領域這樣做沒什麼問題，是因為墨水是半透明的是可以垂直疊加的，這樣做並不影響解析度。然而，顯示器的像素之間卻不能垂直疊加，所以

這樣能雖然夠提高顏色的表現力，卻會犧牲整體圖像的解析度和銳利度，因為像素為了表現新的顏色，而拋棄了自己原有的顏色信息。

比如下面這個例子：

原圖的貓咪很可愛，但是如果我們只有256種顏色怎麼辦？

直接用256種顏色表現上圖，結果就是這樣

如果我們採用抖色的話，同樣是256種顏色，結果就會好很多，請看下圖。

但是，結果雖然好了很多，比起原圖，清晰度和銳利程度都下降了很多。

所以，為了在電腦屏幕上，更好的解決這個問題，人們通過增加一個時間維度，利用人眼的視覺殘留效應，來實現在同一像素上不同顏色的疊加，這就是時間抖

Temporal Dithering，

也叫Frame Rate Control（FRC）。

還是上面這個例子，如果我有一個每種顏色6位的屏幕，意味著每種顏色都有64級不同的灰度（深淺），如果我的電腦輸出了一個相當於62.25級的綠色，為了表現這個顏色，我可以

採用不停地快速閃動第62級綠色和63級綠色的方法，其中62級佔75%的時間，63級佔25%的時間，這樣人眼就會以為看到了第62.25級的綠色了，從而實現了更高的顏色精度。這就是時間抖。

FRC極大的改善了抖色的效果，使得低價的顯示器也能夠顯示出更豐富的色彩。這種技術這麼好，為什麼蘋果還會被告呢？

這是因為，首先，無論顏色切換的多麼快，這種技術不可避免的導致屏幕會「閃」，少數人會對這種「閃」非常的敏感，感到頭暈，大多數人雖然感覺不到，但是如果面對這種屏幕時間長了，也可能會感到十分疲勞。

其次，這是因為FRC技術初期在顏色表現方面並不是那麼完美的，後來的改進版Hi-FRC才真正「解決」了問題。

上面的表格里，第一種是原生8位屏幕，可以大概表現出16.77百萬色，而第三種就是早期的FRC抖色，只能表現出16.2百萬色，少了50多萬色，第二種則是進化版的HiFRC，可以表現出和原生一樣的16.77百萬色。

理論上來說，只要我調好閃動的時間比例，就應該能夠模擬出來無限精度的顏色啊。

就好像哪怕我只有0度的水和100度的水，只要調整好比例，理論上我也能混合出0度到100度之間任何溫度的水。

為什麼6位FRC就只能模擬出16.2百萬色而不是16.77百萬色呢？

其實，答案很簡單，請看下圖。

6位的0級對應8位的0級，1級對應4級，以此類推，最後63級對應的是8位的252級。

在這裡，0級就相當於是0度的冰水，63/252級就相當於是100度的熱水，在兩者之間所有的顏色，都可以通過改變混合（閃動）的比例來模擬。

但是，253~255級卻沒有辦法被模擬出來，因為在6位顯示屏上，63級已經是最高的信號強度了，沒有辦法再向上模擬了，如下圖所示，

所以最後，普通的6位抖8位，只能表現出256 - 3 = 253種灰度，那麼R/G/B三種顏色，一共就能表現出來2533=16,194,277種顏色，比正統16,777,216色少了快60萬色。

那麼Hi-FRC是如何解決這個問題的呢？

答案就是先抖到9位，然後再縮回到8位。

如果6位抖到9位的話，6位的63級對應的是9位的504級，那麼9位的0~504級都可以用6位的0~63級的閃動來表現。

那麼，我們再把8位的0~255級對應到9位的0~504級應該不是太難，除了504沒法被255整除以外。

如果每兩個9位的級別都可以對應一個8位的級別的話，504個9位級別只能對應504 / 2 = 252個8位級，所以有一些8位級別就不能對應兩個9位級了，設這個值為X

504 - X = (255 - X) x 2

X = 6

也就是說有6個8位級別不能對應兩個9位級，只能對應1個，具體是哪一個，應該是每家廠商根據具體產品決定。

請看下面的例子：

8位的255對應的是9位的504，which其實是由6位的63抖上來的。

以此類推，8位的254對應的是9位的502，which其實是由6位的63和62抖上來的。

8位的251和252分別對應9位的497和498，他們之間只相差1個9位級。

所以，6位+Hi-FRC雖然能夠實現16,777,216色，但是和正統的8位的顏色不是完全一樣的，是有偏差的。

一部分廠商在Hi-FRC晶元里也加入了空間抖的演算法，綜合利用時間和空間來試圖提供更好的顏色效果。

那麼，顯示器廠商抖色的主要原因是什麼？

省錢唄。

嗯，當然也可以說是提高性價比。

因為現在低端顯示器中使用最多的是液晶的TN屏（具體以後介紹），這種屏的優點是價格便宜，反應速度快。

但是這種屏的液晶分子的特性是，如果採用8位或更大的色深的話，會造成反應速度變慢，屏幕會出現拖影的現象，而且對控制晶元的精細度的要求也更高，數據量的增加導致對介面的要求也更高，造成綜合成本大幅提高。

但是，對於普通用戶來說，如果不把兩台顯示器擺在一起對比，可能並不能看出是原生8位還是6位抖的8位。

尤其是現在Hi-FRC技術越來越好，抖色和原生的差距也越來越小了。、

所以在對於用戶來說，抖色的TN屏的性價比是非常高的，廠商也喜歡。

包括現在很多高端遊戲顯示器也都是採用TN屏，因為TN屏的反應速度快，再用8位抖10位來滿足用戶對顏色的需求。

除了抖色以外，還有些顯示器廠商經常說說8位色深16,777,216種顏色已經可以滿足人眼能夠識別的所有顏色數量了，我只能說：呸！

我們在進階篇（二）中也講過，這種說法是明顯的混淆概念，因為顏色的數量和顏色的廣度是完全不同的兩個概念。比如說，16,777,216如果都是各種不同的從淺到深的藍色，能夠覆蓋我們人眼能夠識別的所有的顏色的數量嗎，綠色和紅色呢？

增加位數是可以增加顏色的漸變的精細度，但是並不能擴大顏色的範圍，顏色的範圍只能靠提高RGB的最大值來改善。