破解灰阶信号丢失之谜——DVI/HDMI连接的正确设置
- 作者：emufan DIY@fan@一鸣
- 原载：数字家庭 2006年第6期
- 版权：本文版权归emufan DIY@fan@一鸣及数字家庭所有
DVI和HDMI交叉组合的情况非常普遍，例如HTPC连接平板电视机，通常采用DVI转HDMI的方式。但不要以为用数字方式连接就可以得到非常好的效果，如果灰阶设置不正确，画面的亮度和暗部细节就会严重失真。
DVI-HDMI转接方式
DVI转接HDMI是种非常实用的连接方式，尤其是HTPC与平板电视机的连接更是以这种方式为主。DVI转接HDMI有多种实现方法，在此简单介绍一下。
- DVI-D转HDMI转接头
在显卡DVI接口上安装DVI-D转HDMI转接头，然后用HDMI线缆连接电视机。这种连接方案的优点在于可以和其他带有HDMI的播放设备共用一条HDMI。
- HDMI转DVI-D转接头
在电视机HDMI接口上安装HDMI转DVI-D转接头，然后用DVI-D线缆连接HTPC。这种连接万案的优点是可以利用液晶显示器现有的DVI-D线，不用另外购买HDMI线。
- HDMl转DVI-D转接线
直接使用转接线也是种方法，有意思的是配台以上两种转接头，还可以"变"成DVI-D或者HDMI线。
使用DVI转HDMI的方式连接电脑和液晶电视机已经被广大用户接受，作为数字连接方式它的色彩表现和文本显示效果很出色，不过总是感觉画面的暗部细节很差，这就是所谓的灰阶丢失。该问题并不是在所有电视机上都会出现，于是笔者便开始测试，想找出其中的原因。
正常情况下，应该能看出纯黑（0％）和纯灰（5％）的区别。DVI转HDMI连接电脑和液晶电视机时，灰阶表现就可能出问题，暗部细节无法区别。
让我们来看段DVI和HDMI对灰阶的描述：
DVI：典型地，24位的RGB信号通过一个TMDS连接，但对于需要将每个基色以高于8位来传输的场合，可以用第二个TMDS来传输一些非重要的数位。对于PC应用，采用8位的采样方式，RGB的灰阶数值范围是0至255，但对于消费类产品的应用，RGB的灰阶数值范围通常是16至235。
HDMI：HDMI的像素编码有YCbCr 4:4:4、YCbCr 4:2:2和RGB 4:4:4三种格式。采用RGB信号时，VGA格式（640×480）采用Full Range（0-255），而YCbCr色差信号及所有其他清晰度的RGB信号，灰阶范围为Limited Range（16-235）。
这两段话是什么意思呢？简单来讲，HDMI传输的信号有YCbcr色差和RGB两种格式。如果使用电脑DVI接口向电视机的HDMI接口输出信号，那么DVI接口输出的就是RGB信号，其灰阶数值范围是0（黑）-255（白）。但是，HDMI接口除了640×480分辨率外都只接收灰阶16（黑）-235（白）的信号，这就意味着显卡DVI的输出信号纯黑和纯白附近有接近13％的灰阶信号被丢弃了，最终的结果就是画面暗部和亮部细节丢失，暗的地方显示为一片黑，亮的地方显示为一片白，分不出层次。
原本笔者将这种灰阶丢失归咎于面板的性能不佳，现在看来是忽略了HDMI与显卡DVI信号之间的兼容性问题。13％的灰阶丢失是很明显的，也是不能容忍的，如果显示设备不具备调整接收信号数值范围的能力，你最好不要用它来连接DVI显卡，对于那些支持DVI输出的播放设备也是如此，通过《HiVi CAST》的灰阶测试可以看出明显差别。看来用HDMI接口接电视还是用专门的HDMI显卡才好，但目前支持HDMI输出的显卡还没有大量上市。当然，并不是说HDMI接口的电视机就完全不能和显卡的DVI接口连接，至少笔者测试过的索尼V40液晶电视机的HDMI接口就可以完全还原这些灰阶，难道它的HDMI接口能自动调整并适应两种数值范围？这个问题笔者也不得而知。
YCbCr与RGB信号的灰阶表现不同
前面已经提到，数字视频信号有YCbCr色差信号与RGB信号两种格式，这两种信号的灰阶数值范围不同，因此就造成了连接时的灰阶表现问题。一般而言，YCbCr色差信号是16-235的Limited Range，而RGB信号既可以是0-255的Full Range，也可以是16-235的Limited Range，这就是造成混乱的原因。所以准确掌握信号的灰阶数值范围，才是解决问题的根本。
4种连接方式下的灰阶表现
输出和输入都有Full Range和Limited Range两种模式，组合在一起就会出现4种情况。其中，Full Range→Full Range和Limited Range→Limlted Range两种连接万式不会出现问题，而Full Range→Limited Range和Limited Range→Full Range两种连接方式灰阶表现就会产生问题。
连接方式1：Limited Range→Limited Range
播放设备和显示设备都是Limited Range，所以灰阶表现上没有问题。
连接方式2：Limited Range→Full Range
白色饱满，层次不太容易辨别，黑色出现泛白的情况，降低显示设备的亮度就可以校正。
连接方式3：Full Range→Full Range
播放设备和显示设备的灰阶数值范围相同，因此画面表现正常。
连接方式4：Full Range→Limited Range
暗部和亮部细节出现损失，此时必须调整播放或者显示设备的灰阶范围。
四种DVI/HDMI连接类型正确的灰阶设定方法
其实AV领域的视频数字化都是从16-235取值的，而PC则一直是0-255。不过实际上很多中高档的DVD播放机、电视机或投影机都可以选择RGB（Full Range）或者RGB（Limited Range）模式来适应不同的情况。
类型1：DVI输出→HDMI输入
一般带有HDMI接口的显示设备，当输入信号来自DVI接口时，通常采用Full Range模式。特别强调，连接电脑时一定要把显示设置为Full Range。当然，如果播放设备的输出灰阶也可调整，选择Full Range盒Limited Range均可，但必须和显示设备一致。
类型2：DVI输出→DVI输入
通常带有DVI接口的显示设备都采用Full Range模式，播放设备设置为Full Range即可。如果播放设备固定采用Limited Range，显示设备也固定为Full Range模式不可调节，那就只能降低显示设备亮度，让黑色厚重一些，不至于泛白。
类型3：HDMI输出→DVI输入
前面已经提到，DVI接口的显示设备通常接收RGB Full Range信号，因此HDMI播放设备通过转接头连接DVI显示设备时，应该把两者设置为相同的信号类型（通常选RGB Full Range）。如果播放设备固定不可调节，出现黑色泛白的情况就要适当降低显示设备的亮度。
类型4：HDMI输出→HDMI输入
HDMI→HDMI连接，基本上都是采用YCbCr（4:4:4）或YCbCr（4:2:2）色差信号，不管器材如何设定都是Limited Range，因此灰阶表现不会出现问题。只有当播放设备输出设置为RGB信号时，这时才需要检查灰阶设置是否一致。但是为了方便期间，HDMI→HDMI连接时最好不要设置播放设备输出RGB信号。
HTPC连接平板电视机的解决办法
HTPC通过显卡的DVI接口转接到平板电视机的HDMI接口时，输出的是RGB信号（Full Range），如果电视机的灰阶设定固定为Limited Range不可调，暗部和亮部细节损失的问题就必然会出现了。对于追求画质的玩家来说，这是不能容忍的。那么如何解决这个问题呢？MPEG压缩的视频灰阶数值范围都是16-235，因此在PC上播放时，播放软件都要将其扩展为0-255，否则画面就会出现黑色泛白的糟糕表现。如果我们反其道而行之把0-255的灰阶压缩到16-235，再通过HDMI传输的话就会解决这个问题，找回丢失的13％灰阶。很多播放软件和视频插件都支持输出灰阶调整功能（并非调整亮度，那样只会找回暗部信息而损失高光信息），以KMPlayer播放软件为例，在视频处理的“模糊/色阶”选项中开启色阶控制选项。在输出幅度位置选择“16-236”（调不到235）替代默认的“0-255”就可以了。“仅更改亮度”是指是否对颜色也进行控制，开启“全范围”，画面会更艳丽。
上述方法只是对视频播放有效。
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