简图记录-GAMMA技术基础

简图记录总结

一、概念

GAMMA概念：CRT显示器屏幕上产生亮度输出和输入电压信号不成正比存在失真，gamma最初就是用于描述显示器件亮度响应特性参数，调整gamma曲线就是针对输出输入曲线的调整。后来衍生到在拍摄端、显示端对亮度或者归一化三基色进行非线性转化的过程。

显示设备的GAMMA值：CRT显示曲线归一化处理后，亮度输出和电压输入接近y=x^2.2的曲线，这里我们称gamma=2.2，一般CRT设备gamma值都在2.2~2.5左右。对于LCD设备本身是没有类似的特性，但实际一般也会人为的校正到gamma为2.2左右（原因源于人眼的gamma特性）。

人眼的gamma特性：人眼实际对亮度的感知也是非线性的，一般呈现指数关系。在低照度下，人眼更容易分辨出亮度变化，随着亮度的增加，反而不容易感知亮度变化，人眼感知亮度和实际光照强度输入约呈现月y=x^0.4的曲线。（人眼在不同亮度环境下曲线都回有所变化，因此对于电影/电视/电脑不同环境，编码/解码配合的gamma值都是有差异的）

文件采集存储的gamma特性：基于人眼低亮度感知变化更敏感这一特性，在采集或存储阶段，为了更有效的保存信息，都回对数据进行非线性转化如存储值与输入亮度y=x^0.5，使用8bit非线性存储的内容还原后能接近11bit线性存储感官效果。

二、典型显示通路

理解了基本的gamma概念后，我们不难看出gamma是一个端到端的通路特性。一个典型的显示通路如下：（1）内容制作采集设备，使用y=x^(1/2.2)曲线进行采集，然后将R'G'B'数据再CSC转化为YUV数据，便于编码/传输，节省文件大小和传输带宽。（2）显示传输设备，如视频盒子/电视端SOC处理部分，将YUV进过CSC转化为R'B'G'，进行gamma曲线微调达到产品预期的色温白平衡等显示风格。（3）屏端显示设备，将R'B'G'按如曲线y=x^2.2进行显示。

三、GAMMA常见实现方案

如当通路中为RGB10bit数据，那么GAMMA逻辑处理模块要做的就是通过查表将0~1023的分量输入映射到0~1023的输出，调整GAMMA曲线就是调整这张1024个数据的数据表，RGB可单独使用不同的数据查找表也可使用一张数据表节省空间。（实际的场景中，不同的源采集的曲线不同，输出使用的表也不同，应此一个显示系统往往存在各种gamma曲线在不同场景使用）

四、重点事项

关于屏端Gamma校正：屏作为显示端，其GAMMA曲线非常重要，直接影响亮度/对比度/噪声/颜色，调节好屏端gamma是一切调节图像效果的基础，一般情况下调整gamma的过程为依次输入0~1024的灰阶，确认灰阶饱和丢失现象，通过调整gamma曲线最终达到gamma=2.2的要求。

关于不同gamma值的影响：最理想的状态时显示系统所有的内容都使用一个gamma值采集制作，显示端俺统一的gamma显示，但实际无法保证，如本地码流/网络码流/图片/HDMI源由于环境擦汗以，gamma编码值夜不同，解决方案是在不同的场景使用不同的gamma系数。但实际过程往往无法做到完全匹配，如在播放视频过程调出菜单，GPU绘制的菜单往往是完全线性的RGB，应此在2.2gamma显示过程会有轻微偏色。

关于线性与非线性算法处理gamma影响：从整个视频通路来看，过程图象都是处理非线性数据。如果某个算法必须要在线性领域处理（如需要做周边数据参考，而且必须要是线性参考系），那么在做数据处理前必须要有degamma的过程，将数据变为线性数据，然后处理完成后再重新进行gamma还原。

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