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亚明专栏

拍摄和显示在内的系统伽玛就是γ =1x2.2=2.2。由于显像管 代后传输和记录时噪波对信号的干扰问题不存在了，但仍然需
的非线性指数特性，显示图像的暗部层次会被压缩而亮部层次 要合理使用资源。与模拟时代的电平对应，数字视频的电平资
被扩展，呈现的图像会出现反差很大的灰度失真，就像摄像机 源是量化比特代表的灰度阶。对数伽玛分配给暗部的灰阶多，
关闭了伽玛校正一样，如图2所示。 亮度越高灰阶越少，这种非线性方式利用人眼特性提高了量化
因为显像管的γ=2.2，是指数特性，所以在摄像机端需要 资源利用率。
用1/γ=1/2.2≈0.45的对数特性进行校正，这就是拍摄伽玛，
也称为摄像机伽玛。经过处理后系统伽玛γ =0.45x2.2≈1，
场景与显示亮度呈线性关系。
不妨假设一下，如果显像管的电-光转换特性也像成像器
件一样是线性的，当初电视可能也会采用与声音一样的线性表
达方式。
因此，电视显示设备采用非线性，开始时是受制于显像管
的非线性特性，是被动的。
尽管开始时是被动的，但工程师们很快就认识到，这种
图4 非线性伽玛对亮度动态范围的压缩和扩展
“复杂”的非线性方式比“简单”的线性更合理。在模拟时
代，传输电平是资源，线性就是平均地使用电平资源，非线性 从亮度动态范围的角度看，伽玛校正对亮度电平进行的对
则是不平均地使用资源。 数处理相当于在传输或记录前利用人眼的特性对动态范围进行
摄像机端的伽玛校正对成像器件输出的线性信号进行了非 了压缩，而显示端的指数特性相当于对输入的动态范围进行了
线性对数处理，对数曲线的特点是电平（亮度）越低分配的资 扩展，非线性伽玛校正的处理方式相当于把系统动态范围提高
源越多，电平（亮度）越高分配的资源越少，这相当于在传输 到了现有传输电平（量化比特灰阶数量）的2倍以上。
前对信号的低电平部分进行了“加重”处理，在显示端显像管
的指数特性对低电平部分进行了“去加重”处理，这种资源分 ·伽玛的今生 - 伽玛的实际作用
配方式提升了系统的信噪比。
电视伽玛的初始目的是为了校正显像管的非线性。
在现代显示系统中伽玛校正的作用已经不是校正显示器件
的非线性，而是合理利用电平（量化）资源，压缩传输和记录
的动态范围。
伽玛校正利用了人眼的非线性对数特性，在人眼敏感的暗
部使用了更多的电平（量化）资源，而在人眼不敏感的亮部使
用较少资源。这种非线性处理方式符合人眼的特性，比线性传
输、记录更合理，起到了用有限的电平资源再现更大动态范围
的作用。
如果没有非线性的伽玛校正，标清和高清电视广播采用8
图3 人眼灵敏度特性
比特量化是不够的，至少需要9至10比特，因此，非线性节省了
人的视觉和听觉都不是线性而是非线性的对数特性，人眼 传输和存储资源。
观看的景物亮度越低灵敏度越高，亮度越高灵敏度越低。例如，
在图像中噪波在所有亮度电平上是均匀分布的，但人眼只能看到 ·显示设备 - 没有显像管的显像管世界
暗部的噪波，而对同样幅度的亮部噪波则“视而不见”。
假设传输信道的噪波电平是固定的，在传输/记录前对信 基于上述原因，目前电子影像显示设备的“默认”特性都
号进行的对数伽玛校正提升了图像信号的暗部电平，显示端显 是显像管伽玛。尽管从2000年开始显像管作为显示器件已经逐
像管的指数特性降低了暗部的亮度，这种处理对图像的暗部噪 渐退出了历史舞台，但其特性却得以传承。
波起到了明显的抑制作用。利用人眼特性，非线性处理方式只 所有显示设备的EOTF都必须模拟显像管的非线性指数特
需要线性方式一半的传输电平就可以达到相同的信噪比，或者 性，如液晶/等离子/O L E D电视机、电视监视器、电脑显示
说使用相同的电平资源时非线性方式能够达到的信噪比是线性 器、DLP或液晶投影机、数字电影放映机、LED显示屏等，尽
方式的两倍。 管这些设备中的显示器件原生特性都不是显像管伽玛。
由于数字技术对信道噪波具有天然的免疫力，进入数字时 为了规范“显像管”的特性，确保这些不是显像管的显

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