消費者對於網路內容與通訊功能的需求永無止境，消費者希望個人電腦(PC)更便宜、更簡便、甚至比筆電更方便攜帶，而且要能提供快速無線上網的功能，以便存取豐富的網際網路資源。這些期盼轉變成廠商的許多新商機：行動聯網裝置(MID)與易網機(Netbook)。其中一項成功關鍵，便是使用者的使用體驗，尤其是螢幕顯示效果。
雖然MID與Netbook的市場剛剛萌芽，但許多設計要求卻很快明朗化，其中之一是MID與Netbook的成本必須低廉，另一項要求是這些裝置的電池續航力必須遠優於傳統的可攜式電腦，持續一整天的電力似乎是最低限度的要求。MID與Netbook亦須比膝上型或筆記型電腦更為輕巧，並搭載理想的螢幕解析度。
MID與Netbook的一項重要特性，就是其為內容使用的主要平台，而筆記型電腦(NB)與PC則仍屬於內容創作的平台，因此MID和Netbook必須要提供上網、電子郵件、媒體播放、遊戲及其他類似PC的功能，但毋須完全相容於PC。其應用程式包括內建或者是下載後安裝於瀏覽器的擴充程式，因此研發業者不必一味追求x86與Windows作業系統的相容性，而是注重其效能及低功耗的特性。
螢幕性能難以妥協
此市場在基礎架構與處理器的選擇相當有彈性，但螢幕的選擇卻非如此。存取網路是這些裝置的核心功能，也是推動消費者訂購無線數據方案的因素，因此使用者的觀看經驗對市場發展成敗有決定性的影響。系統必須能顯示文字、圖像、行動電視、電影及影像，包括單獨顯示以及在單一螢幕中多重顯示。此外，螢幕影像必須能在各種背景亮度條件下依然可清楚觀看，包括室內與戶外，甚至在因使用者移動而導致環境變換背景亮度改變時，仍呈現清晰且層次分明的影像效果。
功耗的考量將促使大多數MID採用液晶顯示器(LCD)。不幸的是，LCD通常的顯示對比範圍較為有限，約在200：1或400：1的範圍。各種光線狀況與干擾使得可視範圍更窄小。LCD螢幕在將輸入影像資料對映到輸出端時(圖1)，會藉由完全不透明的液晶體達到最低的輸出值，而藉由完全透明的液晶體來達到最大的輸出值。
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| 圖1 LCD相應的影像資料及光線強度(流明值)為背光強度的函數，雖然周遭亮度使較低畫面數據範圍不具可視性。 |
畫素亮度以流明為計量單位，在理想的環境下，顯示子系統能產生視覺的動態範圍，會與螢幕的對比度及背光的強度有一定函數關係。但若周遭環境的光線相當明亮，使用者實際看到的對比範圍，會比螢幕產生的對比還來得小。
從LCD表面散射的環境光線，會讓使用者看不到比環境反射光流明還低的畫素，導致螢幕低色調範圍的畫面細節不可視。因此，螢幕影像資料能否被使用者看見，與背光與環境光線有密切關連。從技術的觀點來看，在顯示影像範圍內的對比，以及使用者觀看經驗的品質，都取決於於動態範圍。
傳統的設計方法是藉由擴大動態範圍的大小來改進顯示資訊的可視性。放大動態範圍的作法，必須採用高動態範圍的LCD面板、提高背光強度或同時採用兩種方法。但增加背光強度會大幅提高顯示子系統的耗電，且使得成本更加高昂。
研發業者在致力於MID與Netbook的成本與電池續航力之間取得平衡時，必須
尋找有異於傳統設計方法的替代方案。在考量替代方案時，顯示子系統的兩個元素值得特別注意，其中之一是儲存顯示資料的畫面緩衝區所在的位置；另一項更重要的考量因素，是顯示子系統影像品質的提升。
畫面暫存器衝擊成本/耗電量
在建置顯示子系統時，研發業者必須決定畫面暫存器(Frame Buffer)記憶體的位置，計有三種選擇，包括畫面暫存器記憶體嵌入在螢幕面板，讓螢幕運作得更聰明，使用主處理器記憶體作為畫面暫存器，或是使用獨立的暫存器。成本與耗電量的取捨，將決定何種架構最適合設計的需求。
將暫存器嵌入在面板中，其缺點比其他兩種方法多。第一，它會大幅限制面板的選擇，因為並非所有面板都提供內建記憶體。這主要是考量成本的因素。生產面板控制電路所採用的半導體製程，需要更大的電晶體才能得到所需的驅動電力。
採用相同製程的記憶體，會產生更大尺寸的晶粒，因此成本比更小製程所做出的記憶體還要昂貴。所有採用面板外部處理器的記憶體，能降低設計的成本。
若畫面暫存器記憶體位於面板外部，配置這些記憶體就必須在成本與電源管理之間做取捨。運用處理器的記憶體作為畫面暫存器能使成本降至最低，因其不會浪費處理器已提供的資源；但此一架構所帶來的耗電缺點，卻是其一大劣勢。在大部分的時間MID、Netbook的螢幕都是顯示靜態的內容，像是文字訊息或網頁，因此畫面暫存器記憶體毋須持續更新，在此種情況，如果將暫存資料放在外部，則處理器可以進入休眠模式。但由於畫面暫存器必須持續為顯示控制器提供資料，因此若處理器記憶體作為暫存器，處理器就必須維持運作狀態。因此就失去切換至省電模式的機會。
藉由擺脫處理器的控制，外部暫存器能保留省電的好處，處理器能切換至省電模式，且不會阻止顯示驅動器來存取暫存器記憶體。使用這類的中介畫面暫存器，其成本會超越使用處理器記憶體；但當使用較高解析度的螢幕時，其成本會低於把畫面暫存器嵌入螢幕的作法。
顯示強化方案嶄露頭角
雖然透過配置顯示子系統的畫面暫存器有助於系統成本與功耗取得平衡，但最好的作法則是從背光源系統著手。採用合適的視效提升演算法，研發業者可調整顯示內容，藉以補償螢幕動態範圍的限制；視效提升的設計亦可補償逆向光照的影響，透過運算將顯示內容重新對應至螢幕的可視動態範圍內，達到最佳影像可視性，而非僅是調整背光源 強度。
當使用如伽馬(Gamma)校正等全域式強化法時，此種混合內容的顯示會衍生許多問題，可能出現為了提高影像可視性卻讓文字或圖形無法辨識的情況。有一種根據不同畫素進行適應性的影像強化法，能避免上述問題，它採用包括參考鄰近畫素等周圍資訊，以研判是否對該畫面畫素資料進行 修正。
Apical Imaging開發的Iridix演算法，就是這種適應性影像強化技術。此一演算法根據人眼感受的模式，將影像內容重新對應到可視範圍以達到最佳的可視性，如Iridix會選擇性地針對影像資料的不同畫素進行變更，讓細微的陰影灰階更加分明，有助補償因螢幕動態範圍有限的關係，卻導致較低畫面資料位元可視性偏低的情況。但由於其選擇性的調整，因此影像的不同區域會受到不同程度的調整。有別於全域的強化方法，像是色調校正，雖然會提高某些區域的可視性，但也降低其他區域的可視性(圖2)，調適性強化方法可改善陰影區域的細節表現與灰階呈現，但不影響較亮區域的細節。
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| 圖2 爲恢復陰影內漏失的影像細節，而不犧牲較亮部份區域細節，可使用調適性強化方法 |
這種調適性強化方法為研發者帶來兩項好處，其一為它們能為動態範圍有限的低成本螢幕提供更高的影像品質，其二在這些限制下能夠提高影像的可視性特性，也可用來補償周遭光線的強光反射所造成的影響。演算法需要的資訊，只有螢幕可視範圍的上限與下限、背光與周圍光線的強度。它可回復因周遭光線洗掉的畫面細節，將影像資料對應到實際可視的範圍。
適應性強化技術有助解決性能/功耗兩難
回復畫面細節的特性，也就是所謂適應性強化方法，亦同時讓研發業者有機會降低系統的耗電需求。捨棄傳統在強光環境下提高背光強度的作法，MID、Netbook藉由導入適應性強化法的方式，而可在較低背光強度的情況下仍有理想的顯像品質與可視效果，在周遭光線極強烈的情況下，達到最高的可視性。在周遭光線昏暗的情況下，MID和Netbook亦可在背光強度下進行調適性的強化補償，其好處是大幅降低平均系統功耗，而不犧牲影像可視性。
適應性強化法提供研發業者在設計顯示子系統時可觀的彈性，其可利用成本較低的螢幕來達到理想的可視性，或對較好的螢幕來更進一步改進可視性，減低背光源來節省電力，補償因較強的環境光線而成的畫質損失而卻不必增加耗電量，或選擇同時搭配應用上述技術。
目前已有廠商能提供這種視覺強化引擎(VEE)方案，以改進MID和Netbook螢幕中影片畫面的可視性。比較圖3中兩個畫面的內容，便可看出有無導入強化演算法所帶來的差異。
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| 圖3 調適性強化方法可提升圖像可視性，而毋須增加背光或犧牲畫面清晰度。(a)、(b)分別為無和有使用調適性強化方法的畫面內容。 |
選擇節省成本與電力的設計架構，配合彈性的強化改良，藉以維持理想的觀看效果，將是研發業者滿足市場需求的最佳解答，亦為研發業者充分掌握MID、Netbook商機的關鍵。根據多媒體與智慧型手機、行動影音及媒體播放器等市場的經驗顯示，產品設計必須滿足或超越消費者對於成本、電池續航力與觀看經驗等方面的要求，才能在市場成功大放異彩。
(本文作者為QuickLogic事業發展經理)