淺談HTPC與色彩管理─緒論與前置作業(1/4)

首先來談談何謂色彩管理(Color Management)？又為何我們看影片需要色彩管理？其實目的很簡單，一句話就可以說清楚，就是讓你在螢幕上觀賞影片時，儘可能的接近影片製作者自己所看到的那樣。也就是說，我們會希望我們看到的畫面就是影片製作者所要表達的那樣，而不是被扭曲，加料，破壞之後呈現在我們眼前的"效果"，一個好的色彩管理系統可以幫我們做到這點。




Wiki如是說：
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%89%B2%E5%BD%A9%E7%AE%A1%E7%90%86

所有的電影電視工業，在製作時都有依據相關的工業規範，例如製作SD影片時依據Rec.601(BT.601)標準，製作HD影片時依據Rec.709 (BT.709)標準，但是問題出在我們的播放設備(包括HTPC、藍光機、還有最重要的螢幕)，有沒有辦法去符合這個標準，有沒有辦法顯示出"正確"的顏色？(所謂正確的顏色，如上所言，是影片製作者希望你看到的顏色)色彩管理系統要儘可能的確保這一點成立，當然做到100%的還原是有困難的，但是有經過色彩管理操作的播放設備，能夠呈現出的效果絕對比沒處理過的更接近"影片的原貌"！

接下來我們進入正題，上面的Wiki連結有提到色彩管理的過程主要分為三個主要步驟，合稱3C。

• 設備校準（Calibration）
• 特性化（Characterization）
• 色彩轉換（Conversion）

這三個步驟都完成才算完整的色彩管理，設備校準跟特性化必須要使用校色器加上校色軟體，而色彩轉換則需要一套支援色彩管理的軟體(madVR正好就具備此能力)，不過就算只完成第一個C─設備校準，其效果也會比完全沒色管好太多了。

對於一些高階色管螢幕而言，這三個C可以在硬體層面一次完成，不必依靠軟體端來做，不過這類螢幕不在本主題的討論範圍裡面(其實是因為我自己沒有，我也不知道怎麼寫XD)，本主題討論的對象是以一般的電腦螢幕跟電視為主，這一篇主要會講一些基本調校螢幕的方法，以做為"設備校準"的前置作業，會透過一些測試影片讓你把螢幕調到一定的水準，對不想花錢租或買校色器的網友一樣有用。到了第二篇，正式進入"設備校準"這一部份，會講透過校色器和HCFR這套軟體來測量並調整螢幕的亮度、白點、gamma、色域等等。第三篇，講如何透過ArgyllCMS這套校色軟體和校色器測量螢幕並製作ICC和3DLUT檔，最後讓madVR載入3DLUT檔，第三篇會一次橫跨3個C的部分，最終達到完整的色管。第四篇則把前三篇精要跟步驟獨立整理出來，做為各位在校色時的流程參考。

在開始調整之前，請先進行20~30分鐘的暖機，以確保顏色能夠穩定輸出。室內環境亮度保持在平時觀賞影片的亮度即可。

首先第一步，我們要把螢幕設定值先回復原廠設定，然後把螢幕內建的畫質增強、動態對比等等一些"加料"選項通通關閉或歸零，尤其是電視裡面通常都一堆，這個步驟很重要，千萬不要忘記，否則這些加料選項將會嚴重影響後面的調校結果。這幾篇文我會以panasonic P42ST60W這台電漿電視做為範例來說明，別的廠牌的電視選項會有一些不太一樣或功能一樣但用的名詞不一樣，請自行判斷，或是發問我幫你判斷，如果是電腦螢幕的話選項會少很多，但至少"亮度""對比"這些基本的選項應該會有。

以下我先列出panasonic電漿電視裡面的選項及其預設值，以及要關閉或更改的項目：
(此為範例，僅供參考，每台電視不一樣，不要問我為什麼有的選項你的電視找不到XD)

• 影像模式選擇(Viewing Mode): 改成"使用者(Custom)"，以利後續進階調校
• 對比(Contrast): 50
• 亮度(Brightness): 0
• 彩色(Colour): 50      此選項同飽和度(Saturation)
• 自然色(Tint): 0         此選項同色相
• 畫質(Sharpness): 50 此選項同銳利度
• 白平衡選擇(Colour Temperature): 影像標準   要改成"偏紅(Warm)"，色溫才會接近6500K，一般螢幕有類似選項要選擇色溫接近6500K的，因為我們後面的調校目標是D65
• 色彩鮮明(Vivid Colour): 開            要改成"關(Off)"
• 環境感知(Ambient Sensor): 關(Off)
• 雜訊抑制(Noise Reduction): 自動   要改成"關(Off)"
• MPEG 雜訊抑制(Mpeg Noise Reduction): 自動     要改成"關(Off)"
• Intelligent Frame Creation: 強        此即動態插補功能，對色管沒影響，不過建議先改成"關(Off)"

進階設定(Advanced Setting)

• 面板亮度設定(Panel Luminance Setting): 中    要改成"偏暗(Low)"
• Gamma 控制(Adaptive Gamma Control): 預設為7     此處要將其改成0
• 黑階擴展(Black Expander): 預設為5          此處要將其改成0
• 色域(Colour Gamut): 原始(Native)
• 白平衡(White Blance)
• 色彩管理(Colour Management)
• Gamma 調整(Gamma)
• Gamma: 2.2
• 詳細調整(More Detailed Adjmustment)

機能設定(Otption Settings)

• 遊戲模式(Game Mode): 關(Off)
• 動態影片模式(Film Cadence Mode): 關(Off)
• 1080p影像處理(1080P Pixel Direct): 關     將其改為開(ON)，使電視能接受RGB 4:4:4輸入
• HDMI 內容類型(HDMI Content): 全關(Off)
• HDMI RGB範圍(HDMI RGB Range):影像標準(normal)   對應電腦的HDMI接口，將其改成"完整畫面(Full)"
• 黑階位準 (Black Level): 標準(Normal)

螢幕設定(Screen Settings)

• 16:9 畫寬設定(16:9 Overscan): 開     此乃overscan設定，要將其改成"關(Off)"
• 水平寬度設定(H-Size): 水平寬度設定1(H-Size1)
• 放大畫面調整(Zoom)
• 螢幕顯示(Screen): 開(On)
• 4:3邊框設定(Side Panel): 偏亮(High)
• 烙印防止(Pixel Orbiter): 自動(Auto)
• 烙印消除(Scrolling Bar)

此外panasonic 電漿還要把基本設定>環保導覽，底下的省電跟環境感知那些選項通通關掉

基本設定>其他設定>省電模式，這個也要關掉，否則會影響其白色畫面的輸出。

接下來我要談些關於使用HDMI連接螢幕時可能會遇到的問題，如果是使用DVI連接螢幕的朋友可跳過這段。

首先先講一個基本觀念，影視內容，也就是指所有的電視節目、電影、BD/DVD等等，其製作時使用的色彩空間，還有黑色位準(black level 以下簡稱黑位)的定義範圍，跟電腦上所使用的是不一樣的。影視內容使用的是Y'CbCr，黑位範圍是16~235，也就是16為最黑，235為最白，這個一般我們會稱為Studio Level，當然如果在電視(電腦螢幕)裡或播放軟體裡的設定選項看到：

Limited Range/Normal Level/Studio Level/TV Level/標準/限制......這些的字眼，指的就是16~235這個黑位範圍。

而電腦上使用的是RGB，黑位範圍是0~255，也就是0為最黑，255為最白，如果在電視(電腦螢幕)裡或播放軟體裡的設定選項看到：

Full Range/Extended Range/Computer Level/PC Level(RGB)/增強/全取/完整......，指的就是0~255這個黑位範圍

既然所有影視內容都是以16~235的黑位去製作的，故基本上電視機跟影碟機都是以16~235做為其預設的支援標準，當然現在很多機種也是可以支援0~255。

而在電腦上使用的是0~255的黑位，故所有的電腦螢幕基本上都是使用0~255這個標準(但有HDMI輸入的電腦螢幕有些也會另外支援16~235)。

影碟機(BD/DVD)、MOD、電視天線，接電視機，完全沒有問題，一路都是使用16~235的輸出範圍。

電腦(桌面、圖片、網路等等內容)，接電腦螢幕，也完全沒有問題，一路都是使用0~255的輸出範圍。

而當我們把原本製作目的不一樣的媒介跟裝置混在一起使用時，問題就產生了，兩種不同標準的媒介在一起使用時，是需要透過一些轉換的，否則就會產生黑位錯誤，而黑位錯誤最直接的影響就是整體畫面會泛白或是喪失暗部跟亮部細節。

我們來看看接電腦時有幾個環節會影響到最終輸出的黑位是否正確：

1. 內容，影片是16~235，而電腦桌面、照片、瀏覽器裡的圖片通通都是0~255。
2. 播放軟體，直接輸出16~235，或是透過Y/C伸張後輸出0~255？
3. 顯卡的輸出，透過HDMI輸出YCbCr還是RGB？
4. 顯示器本身的設定，黑位範圍是0~255還是16~235？

這邊你可能有個疑問，為什麼平常接電腦螢幕時(D-SUB或DVI)，播放影片不會有問題？

很簡單，播放軟體會對16~235的影視內容做Y/C伸張，並且進行YUV→RGB的色域轉換，讓其變成0~255的RGB訊號給顯卡，然後顯卡輸出0~255的RGB訊號給電腦螢幕，電腦螢幕本身也接受0~255的黑位範圍，皆大歡喜！

但是接HDMI時呢？這邊就要特別提一下了，接D-SUB或DVI，輸出的黑位範圍一定都是0~255 ，而且一定是RGB訊號，因為這個標準是設計給電腦裝置使用的。

但HDMI就不一樣了，其本來是設計給影視裝置使用的標準，但是電腦也可以使用，HDMI既可以傳輸YCbCr訊號也可以傳輸RGB訊號，當其傳輸YCbCr訊號時，一定是16~235的黑位範圍，當其傳輸RGB訊號時，它則容許傳輸0~255和16~235兩種黑位範圍，所以這讓整個問題複雜化起來，但其實罪魁禍首並不在它身上，說到底是為了適應兩種不一樣的顯示裝置才採取了這樣的做法。

再來我們看看顯卡，接D-SUB或DVI 不用說也一定是輸出0~255的RGB訊號，那接HDMI呢？這邊不同家的顯卡似乎還會有不同的結果，以A卡來說，接HDMI的話預設還是輸出Full Range(0~255)的RGB訊號，但是也可以自行選擇輸出RGB 16~235訊號或是YCbCr。

I內顯接HDMI預設是會輸出16~235  YCbCr(不太確定，有錯請指正)

N卡接HDMI預設會輸出Limited Range RGB(16~235)，可以使用我在madVR篇提到的小工具"madLevelsTweaker.exe"，讓其強制輸出0~255 RGB訊號。驅動347.09之後的版本不用靠小工具也可以在控制介面裡直接設定輸出0~255。

所以這就是為什麼有時會建議同時有HDMI或DVI輸入的"電腦螢幕"，還是以接DVI為首選，因為你可能不知道接HDMI時顯卡輸出了什麼訊號，而螢幕本身接受HDMI輸入時又設定成接受哪個黑位範圍的訊號，不過我想你詳讀本篇後應該就有自行判斷的能力了。

當接"電腦螢幕"時，我們會希望顯卡輸出0~255，電腦螢幕本身黑位範圍也是0~255。

但接HDMI的場合，也可能出現另外三種組合：

顯卡輸出16~235，螢幕黑位0~255，這邊就錯了，畫面可能泛白。

顯卡輸出0~255，螢幕黑位16~235，這邊也錯了，暗部和亮部細節會被吃掉。

顯卡輸出16~235，螢幕黑位16~235，黑位是正確了，不過別忘了電腦上的內容本來都是0~255，這邊等於多讓電腦進行一次Y/C壓縮，而顯卡的壓縮演算精度並不是那麼好，可能會產生不必要的畫質損失。

當接電視時，問題更複雜了，除了黑位外還有YCbCr和RGB的問題，當然我們儘量以輸出RGB為主，因為同樣讓顯卡做RGB→YCbCr的轉換是多一次損失。

然後可以分成兩種情形來討論對策：

第一種情形，電視本身支援full range(0~255)的黑位範圍

最近比較新的電視很多都有支援，接HDMI的時候，可能電視上要做一些設定讓其能夠正確對應0~255，這個設定可能是在一些HDMI的相關選項裡，關鍵字就是我這篇文最上面提到的那些。

以panasonic電視為例，這個選項就在機能設定>"HDMI RGB範圍"底下，選擇"影像標準(normal)"就是黑位範圍16~235，選擇""完整畫面(Full)"就是黑位範圍0~255。

然後接下來只要把顯卡設定成輸出0~255的RGB訊號就OK了

A卡在CCC控制介面螢幕選項選擇"RGB 4:4:4像素格式 PC標準(全RGB)"即可

N卡就如我上述，先設定RGB輸出，再用madLevelsTweaker強制輸出0~255(記得重開機才會生效)

驅動347.09之後的版本則直接就可以改成輸出全範圍0~255不用再用小工具修改

新版的驅動選項改到這邊

Intel內顯接HDMI預設輸出16~235，驅動進階選項找一下能改成輸出RGB 0-255(驅動要更新到新的版本)

而播放軟體通常預設就是會做Y/C伸張輸出0~255，因此這樣下來桌面、圖片、瀏覽器、影片等等黑位就都會正確了！

第二種情形，電視本身不支援0~255黑位範圍，只能接受16~235，這種情形有兩種對策：

A對策，讓顯卡輸出16~235(limited range)，播放軟體還是預設，這樣一來  播放軟體輸出的訊號跟桌面，圖片，等等通通會被顯卡做Y/C壓縮成16~235輸出，而能正確對應電視的黑位，當然這會造成一些畫質損失。

B對策，讓顯卡一樣輸出0~255，但是播放軟體(渲染器)的設定改成輸出16~235(TV level)，也就是不做Y/C伸張，這時影片播放輸出的黑位會是正確的，且沒有畫質損失。但是桌面、圖片、瀏覽器等等其他程式的黑位通通都會不正確！

註：如果是使用EVR的話，在檢視>繪製器設定>輸出範圍，底下可以更改輸出16~235

另外這邊提供一個測試影片

http://www.mediafire.com/download/mjli5bzrz7yfb5b/lossless_colorbars_hd.mp4

如果右下角倒數第二個方塊看到一條黑槓，就是黑位範圍對應正確。

如果看到全黑或是三條黑槓就是對應錯誤，務必找出原因，否則無法進行後面的調整。

正確的情形如此圖(點圖可放大)：

在確保黑位範圍對應正確的情形下我們才能繼續下面的調校，如果黑位範圍對應不正確，則後面的一切調校都是錯上加錯，絕對無法得到良好的結果！

另外補充一點，一般而言Studio Level的影片做Y/C伸張(16~235->0~255)會導致灰階產生banding，不過如果是使用madVR，其內部的高精度轉換和dithering輸出，就可以正確呈現伸張後的灰階而不會產生banding。如果是使用EVR的話，在檢視>繪製器設定>呈現理面勾選"全浮點處理"或"半浮點處理"，也能夠提高轉換精度(全浮點精度又大於半浮點)防止banding產生，當然這也會增加顯卡的負擔。

接下來，確認顯卡輸出的解析度等於螢幕面板的原生解析度，然後我們要確定電視有關掉overscan，或是設定成點對點模式，確保畫面沒有被裁切。

以panasonic電視為例，必須在螢幕設定>16:9 畫寬設定(16:9 Overscan):改成"關(Off)"

A卡要注意CCC裡面的該HDMI螢幕有沒有關掉underscan，要設成0%，確保畫面能夠填滿螢幕，如下圖：

另外再補充一點，雖然我們讓顯卡以RGB 4:4:4輸出，但有時候顯示器不一定能接受4:4:4的輸入，當然電腦螢幕幾乎是一定能接受RGB 4:4:4，電視的話則不一定，有些電視是只能吃4:2:2的訊號，你給它4:4:4它會自己降成4:2:2再輸入；有些電視是特定模式下才能受4:4:4輸入，其餘模式都是吃4:2:2。底下提供個檢證圖片：

http://i.imgur.com/4iveC3E.png

注意此圖片解析度為1920x1080，必須放到100%大小打開，不能有任何縮放，否則就不準，如果在圖片上清楚看到右半邊的"4:4:4"，表示你的顯示器能夠接受4:4:4，如果在圖片上清楚看到左半邊的4:2:2，表示你的顯示器只能夠接受4:2:2。

以panasonic電視為例，必須在機能設定>1080p影像處理(1080P Pixel Direct):設為"開(ON)"，才能夠接受4:4:4訊號，而此模式同時會關閉一些電視的後處理功能；如果是Sony的電視，據說是要打開"遊戲模式"，才能夠接受4:4:4，否則其他模式都是接受4:2:2，當然如果你要使用後處理功能的話可能就不能使用這模式，這方面要自己取捨。

而就算電視只吃4:2:2，我們也不用去更改任何顯卡的輸出設定，一樣讓它輸出RGB 4:4:4即可，至於電視能不能吃4:4:4到底有什麼影響？對於桌面、圖片、遊戲、瀏覽器等等這些電腦裡"原生"就是RGB 4:4:4的內容而言，將其降至4:2:2可能會導致比較明顯的畫質損失。但是影視內容則不一樣，大部分都是4:2:0的形式儲存的(如我在madVR那篇裡面提過的，色度分量是亮度分量解析度的一半)，由渲染器層將其升頻到4:4:4輸出，所以電視只能接受4:2:2其實不會有太大影響，色度質量會稍微損失一點點但不是很容易看得出來就是了，只不過在電視只能接受4:2:2的情況下，madVR的chroma upscaling演算法的優勢就不存在了，也就是說這種情形下我們不用去選高端的演算法，因為沒有差別，一般建議如果電視只能接受4:2:2的話madVR的chroma upscaling最高選到Bicubic 75+AR就行了......

接下來，在螢幕的控制選項裡，將其色溫(或顏色之類的選項)設定到最接近D65的模式，如果不知道D65是什麼，那就設定到色溫最接近6500K的模式。
以panasonic電視為例，白平衡選擇(Colour Temperature): 要改成"偏紅(Warm)"，色溫才會接近6500K。
這邊稍微解釋一下D65跟6500K的關係，D65是業界所使用的白點定義，在色彩空間上有一個固定的座標點，色溫6500K在色彩空間上則是一條直線，D65一定在6500K的線段上，但6500K卻不一定是D65，不一定是"純白色"，我們看到下面這張圖，中間那個紅點才是D65的座標。當然這邊的設定只是讓螢幕白色儘量接近D65，實際上不可能完全準確，把螢幕的白色校正到D65這個點上也是我們之後使用校色器校色時要達到的目標之一。

接下來正式進入螢幕調整的步驟，首先請大家先去下載校色用的測試影片，由於我們是針對HTPC，所以下載MP4的版本最為方便。

http://www.avsforum.com/forum/139-display-calibration/948496-avs-hd-709-blu-ray-mp4-calibration.html

解壓縮後，在資料夾"HD 709 - Blu-ray & MP4 Calibration"底下，會看到一堆資料夾，在這篇中我們只會使用到"Basic Settings"這個資料夾底下的五個影片。

首先播放"1-Black Clipping"這個影片，這項調整儘量在全黑的環境下進行，此影片是幫助我們調整暗部/黑位，理想的情況下，我們看到影片中閃爍的BAR，"16"應該是對應螢幕的最黑，16以下應該都是黑的，而17以上則能看到閃爍，我們使用螢幕選項的"亮度(Brightness)"來進行調整，能夠看到17以上閃爍的"最低亮度"是我們的目標，亮度(Brightness)主要是調整暗部，對畫面的亮部影響較少。不過這邊要注意一點，很多螢幕受限於使用的面板跟影像電路的品質及背光等等因素，往往不能調到理想的狀況，當暗部細節能夠浮現時(17以上看得到閃爍)，畫面整體已經泛灰；而如果把亮度調低，讓畫面最黑比較接近"純黑"時，又會喪失17以上的幾個階調的辨識能力，這時就需要作一些取捨。這邊我會建議適時放棄暗部細節，儘量使畫面的黑接近"純黑"，在觀賞影片的感受上會比較好一點。當然這邊都只能算是粗略的調整，在後面的部份使用校色器時都會有更精細的調整。

接著播放"3-White Clipping"，此影片是幫助我們調整亮部/光位，理想的情況下，我們看到影片中閃爍的BAR，"235"應該是對應螢幕的最白，235以上應該都是白的，而234以下則能看到閃爍，我們使用螢幕選項的"對比(Contrast)"來進行調整，能夠看到234以下閃爍的"最高對比"是我們的目標，對比(Contrast)主要是調整亮部，對畫面的暗部影響較少。這邊也是粗略的調整，在後面的部份使用校色器時會有更精細的調整。

接著播放"4-Flashing Color Bars"，這個主要是幫助調整螢幕的飽和度(Saturation/Colour)跟色相(Tint/Hue)，不過這個調整必需要使用藍色濾光片，我手邊有一個是以前買影音雜誌附贈的，市面上應該也買的到，不過我建議不用特別去買，讓螢幕的飽和度(Saturation/Colour)跟色相(Tint/Hue)兩項保持預設即可，這兩項其實不太需要調整，再者，後面利用校色器時也會有更精細的調整，如果不打算用校色器的話，也是有個土法煉鋼的方式，就是播放真人影片，調整飽和度到人的膚色呈現自然的感覺為止(可以拿你自己的手去比較)。
如果手邊有藍色濾光片的話，透過藍色濾光片去看螢幕，理想的狀況那四個正方形小方塊應該要跟其背後的長方條方塊融合在一起(顏色一樣)，也就是說，由左到右只看到四個藍色長方條就是正確的，如果正方形小方塊沒有完全融入背後長方條，就看是Color還是Tint，Color的話就調整螢幕的飽和度(Saturation/Colour)，Tint的話就調整螢幕的色相(Tint/Hue)，直到小方塊顏色跟背後長方條一致為止。

接著播放"5-Sharpness & Overscan"，這個是檢查螢幕有無overscan，以及調整螢幕的銳利度(Sharpness)，如果能夠看到最外圍的"Outside White Line Indicates No Overscan"以及白線貼緊螢幕邊緣的話表示沒有overscan的情形。銳利度的調整則是看線條，太低的話線條會顯得模糊，太高的話則會在線條上方浮現水波紋之類的圖案。銳利度太高太低都不好，太高的話會使影像的邊緣容易出現鋸齒，看久了會讓眼睛很容易累，而且影像雖然會變得很清晰但會喪失立體感；銳利度太低的話則會讓影像顯得模糊，銳利度適中就好。值得一提的是，其實以現在的影片訊源來說，其實是不需要電視的銳利度這個選項加以強化的，這個選項其實是源自類比電視的時代，類比訊號傳輸的畫面才需要電視加以銳利化，以現在大多數的數位訊源來說銳利化很容易就銳化過頭，這樣的影像既不自然又失真，必需注意。
以panasonic電視為例，畫質(Sharpness)這項我把它降成0也覺得銳利度足夠了。

如果不打算使用校色器的話，這邊就算告一個段落了，其實多少也會比完全沒調整過的螢幕好一些，但跟用校色器校正過的螢幕比起來還是差很多，因為連第一個C都還沒摸到邊，所以我才會稱呼其為前置作業。過去校色觀念及器材還不普及的時候大家的確這樣用校正影片+目視手動調整調一調就算大功告成，不過說真的，這種調整連D65白點都抓不出來，完全無法保證顏色的正確性，在今天校色器已經很好取得的情況下，強烈建議去租或買一個校色器(以光譜儀/Spectroscope為佳)以進行後面的作業。