国际显示领域颜色标准的内容及架构分析

【摘要】激光显示技术具有色域广、色饱和度高、节能环保等优点，被认为是最具有发展前景的显示技术之一。本文对YCC、sRGB、scRGB、xvYCC等国际与颜色管理相关的颜色标准进行了大量研究和分析，尤其对以上标准的适用范围，具有的优势及在现阶段大色域设备上适用局限进行了分析，希望借此对构建我国激光显示技术行业标准，为我国激光显示产业的发展奠定知识产权方面的基础。

【关键词】激光显示；颜色管理；颜色标准；色域

1.引言

显示技术在经历黑白、彩色、数字时代之后，迎来了大色域显示的激光显示时代[1]。激光显示具有其它显示所不具有的独特之处，激光的发光谱线为线形，采用红、绿、蓝三基色激光作为光源，具有色域范围广、亮度适应范围广、光源寿命长、节能环保、高亮度、高分辨率、色彩鲜明[2]等的优点。本文对国际显示领域现有的颜色标准的内容及架构进行了分析，希望对构建我国激光显示技术行业标准，为我国激光显示产业的发展奠定知识产权方面的基础。图1为激光显示的三基色点构成的色域图。从图1中可以看出，激光显示色域覆盖率可达90%，即NTSC标准的2倍以上。

2.显示领域颜色标准的内容及架构分析

以下对YCC、sRGB、scRGB、xvYCC等国际与颜色管理相关的标准进行了大量研究和分析。分析上述每个标准的适用范围，其所适应的设备情况，具有的优势及在现阶段大色域设备上适用局限。

2.1 YCC标准

YCC的优势在于它能够通过减小色彩通道的分辨率减小整个文件的尺寸，而这还不会改变图像的清晰度，因为主要的Y信号没有改变。这样对同样的文件尺寸却有了更好的图像显示。

YCC标准最突出的贡献就是提出了色差信号的概念，这对于在刚发明的彩色显像管电视时期而言是非常重要的。它将明度信号的全部信息得以保留，而将Cr、Cb两个色差信号通道大大压缩，使它们传输所需的带宽大大减小，保证了信号快速而准确地传输，而且最终在电视系统终端上的表现却十分优异，人眼几乎不能分辨出所丢失的细节来。

2.2 sRGB标准

sRGB标准[3]最初设计的目的是作为生成在因特网以及全球信息网上浏览的图像的通用色彩空间，最后选择的是使用Gamma校准系数为2.2的色彩空间[4]，即CRT显示器在这种情况下的平均线性电压响应。

sRGB是基于在计算机系统上的色彩空间而制订的，也普遍应用在传统显示器中，主要是用于提升输出设备之间的色彩匹配，保证色彩的一致性的技术标准。sRGB具有RGB标定形式简单，不使用色彩样本文件，色彩数据需要的内存很低，虽然不能代替之前的色彩匹配系统，但是可以较好地弥补它们间的差异。伽玛级别会影响图像的中间色调的准确再现，因此要求设备之间设定一致的伽玛，保证正确管理色彩流。

从图2中sRGB颜色空间色域图，我们可以清楚地看出，基于CRT显示器的sRGB颜色空间的色域范围不够大，它所覆盖的色彩不足人眼所见的50%，尤其是蓝-绿颜色区域。

2.3 scRGB标准

scRGB标准[5]色彩空间是sRGB扩展，对于黑色和纯绿色而言，这二者没有任何分别。二者的差别就在于scRGB能够显示更多的色彩，其精细程度也超过了sRGB。scRGB描述每个点所需要的位数是sRGB的两倍。不仅能够使用整数，还能够使用浮点数，提高图像的精细程度。将八位的sRGB扩展成了16位scRGB，适应更高品质图像的要求。

scRGB色彩空间是致力于解决对图像色彩要求较高的消费市场，涉及到将虚拟的实际方案和更传统的感知成像解决办法的结合。scRGB色彩空间不会取代sRGB，因为后者已经很好地适应了低端用户和企业这个市场。

scRGB最大的好处就是能够在大色域的动态线形空间中工作。scRGB是一个高精度的空间，每个通道拥有额外的比特。sRGB将转换后的刺激值限制在了0—1的范围内，大多数当前应用的软件或设备也对刺激值的范围有严格的限制这样丢失了图像很多的细节信息。scRGB使用了16位的编码，将负的三刺激值给予赋值，使得更多的色彩能够重现，提高了图像的品质。

2.4 xvYCC标准

sRGB标准由于其自身色域范围太窄，已经越来越不能满足丰富色彩的在各种设备上的表现。国际电工委员会（IEC）于2006年初正式颁布xvYCC标准[6]，该标准是一个面向视频系统的扩展色域YCC色空间标准。

xvYCC规范为显示器呈现更为逼真的电影和电视的图像色彩还原能力提供了标准。这个标准是基于孟塞尔色阶的色彩数据范围而作的进一步扩展。xvYCC规范可达到孟塞尔色阶中所规定的色彩实现了100%的再现，色域扩大到了原来的约1.8倍。尤其是传统sRGB标准所不能表现的高纯度鲜艳色彩xvYCC标准都能准确显示，特别是绿色、黄色和红色的再现范围明显增大。利用在经过符合xvYCC色彩范围的摄录影机所拍制的影像，将影片利用符合xvYCC的显示器播放，放映出来的动画色彩，均能达到色再现性的目地。目前该标准的普及度不高，少有符合的信号源及相应的显示设备。

3.总结

YCC作为传输彩色电视信号的标准出现的时间最早，几乎是和彩色电视同时出现的。sRGB在1996年被定为标准，在互联网和个人电脑上得到了广泛的应用，这与当时互联网的快速发展是密切相关的，微软公司在提出此标准的同时，也进一步垄断了操作系统的市场份额。此后的scRGB标准是sRGB标准的一个延伸，对它进行了补充并用于高端市场。xvYCC标准是2005年提出，还是一个很新的标准，目前并未得到很广泛的应用，只出现在一些厂家的样机上。在这些标准中，前三项采用8位的色彩编码，可以显示的颜色为28×3=16777216种。而scRGB和xvYCC标准对一个信号通道采用了16位的编码，这样颜色表现更为精细，能够表现的颜色总数大大超过24位的真彩色。

在光源的选择方面（如表1所示），YCC标准由于出现较早，和NTSC制式规定的光源一致选取了C光源（色温为6774K的白光，相当于白天的自然光），其它四个标准采纳的均是D65光源（色温为6504K的白光，相当于白天的平均光照）。为了与当前大部分消费电子成像领域（电视，电脑，数字摄影）保持一致，新制定的标准都选择了D65作为光源。对许多设备来说，scRGB和sRGB等标准的唯一处理仅仅是一个简单的GAMMA校正，如果要求白点也被校正的话，将导致众多的复杂问题，比如，哪一个白点用于使用，怎样与下游产品进行有效的交流。

上述研究也为激光显示设备的匹配白光平衡点的确定提供了实践依据。在激光显示系统中可根据实际使用要求灵活地匹配出D65和9300K等色温的白平衡点，这也是激光显示系统的颜色显示的优势。

1954年发明彩色电视机不久，美国就制定出用于电视信号传输的NTSC标准并根据当时CRT显像管中所用的荧光粉规定了红、绿、蓝三基色坐标，随后出现的YCC色彩标准沿袭了NTSC电视制式中的三基色坐标。（下转第218页）（上接第216页）sRGB，scRGB，xvYCC三个标准同后来颁布的ITU-RBT709电视标准一致，采用了另一套三基色坐标。三基色点坐标的选取主要考虑的是CRT显像管中荧光粉的发光效率等因素，它决定了显示设备在色域图中色域三角形的大小。表2列出了各标准的三基色坐标值（如表2所示）。

新型固体激光光源的出现，将使显示设备的RGB三基色点的颜色坐标发生根本性改变，仍套用原标准基色点将不再适应激光显示系统的颜色还原显示。因此在激光显示系统中三基色点的坐标选取标准也必将发生改变。

参考文献

[1]胡小鹏，祝世宁.基于光学超品格的准白光激光器[J].激光与光电子学进展，2009（2）：20.

[2]彭毅，邢廷文，张雨东，张明勇.激光电视实时颜色校正方法研究[J].电视技术，2007，31（4）：33-35.

[3]IEC 61966-2-1.Multimedia systems and equipment-Colour measurement and management-Part 2-1：Colour management-Default RGB colour space-sRGB[S].1999.

[4]王永生.sRGB色彩管理的一个新标准[J].数码印刷， 2006（7）：80-82.

[5]IEC.61966-2-2.Multimedia systems and equipment-Colour management-Part2-2：Extended RGB color space-scRGB[S].2003.

[6]IEC.61966-2-4.Multimedia systems and equipment-Colour measurement and management-Part 2-4：Colour management-Extendedgamut YCC colour space for video applications-xvYCC[S].2006.

作者简介：柴燕（1985—），女，硕士，助教，现供职于四川文理学院老校区物理与工程技术系，主要从事激光显示方面的研究。