Pull to refresh

ТВ вместо монитора: HDR, 120 Гц и вот это всё

Level of difficultyEasy
Reading time20 min
Views87K

Осторожно, трафик!

Разбираемся, зачем экранам 500 Гц, почему телевизор не монитор, за сколько наносекунд выгорит OLED и как вообще это всё работает.

Список всех частей

Дисклеймер: я не претендую на экспертизу, а буду простыми словами рассказывать то, что знаю про эту тему, сознательно не забираясь в подробности и терминологию, и допуская весьма большие неточности, иногда даже немного искажая смысл, чтобы было проще понять. Буду рад любым дополнениям, уточнениям и критике.

Введение

Люди до сих пор не научились делать дисплеи, которые показывают картинку, абсолютно неотличимую от реальности. Она постоянно чем-то хуже: яркость, углы обзора, объемность, цвета. Поэтому существует масса технологий приближения этой картинки к тому, что выдаёт реальность.

Перед разбором, какие сейчас бывают телевизоры, какие у них матрицы и какие плюсы/минусы, я думаю, не лишним будет пробежаться по основным характеристикам экранов. Какие они бывают, за что отвечают и почему на них вообще стоит обратить внимание. Именно в контексте использования телевизора в качестве монитора.

Разрешение и диагональ

Зачем пихать телевизор на стол и пытаться делать вид, что это монитор? Почему в последнее время так делают?

Буквально 5 лет назад это было бы довольно неудобным сетапом
Буквально 5 лет назад это было бы довольно неудобным сетапом

Всё просто: больше размер пикселя — сидим дальше, меньше — можем сидеть ближе. Насколько близко можно смотреть зависит от размера пикселей, а не от размера экрана. И пиксели эти в последние годы стали очень маленькими.

Размер пикселя у мониторов обычно не пишут, вместо этого используют термин плотность пикселей — сколько пикселей умещается в одном дюйме. По вертикали или горизонтали — без разницы, потому что почти у всех экранов пиксели квадратные. Стандартная плотность пикселей обычных мониторов, за которыми работают в 100% масштабе Windows — около 90 ppi (пикселей на дюйм) — размер пикселя здесь где-то 0,28 мм. Это предельный размер пикселя для комфортной работы - меньше можно, больше плохо. Монитор FullHD с такой плотностью пикселей будет иметь диагональ 24 дюйма.

Название

Разрешение

МПикс

Диагональ при 45ppi

при 90ppi

при 130ppi

при 180ppi

при 360ppi

HD

1280×720

~0,9

32’’

16’’

11’’

8’’

4’’

FullHD

1920×1080

~2

48’’

24’’

16’’

12’’

6’’

QuadHD

2560×1440

~3,7

64’’

32’’

21’’

16’’

8’’

4K

3840×2160

~8,3

96’’

48’’

32’’

24’’

12’’

8K

7680×4320

~33,1

192’’

96’’

64’’

48’’

24’’

16К

15360×8640

~132,7

384’’

192’’

128’’

96’’

48’’

У старых телевизоров плотность была очень низкой: FullHD с диагональю 50 дюймов - это плотность около 44ppi. То есть это где-то в два раза ниже, чем у обычного монитора. Гигантские пиксели — не то, что хочется видеть вблизи. Отсюда выросло поверие, что телевизор не монитор: экран с таким крупным зерном для мониторных дел не годится (если только не сидеть далеко).

Таким образом, для комфортного просмотра экрана с обычного мониторного расстояния, плотность пикселей должна быть не менее 90 ppi. На крайний — 80.

Зависимость плотности пикселей от разрешения и диагонали. 8К забивает последний гвоздь в телевизорнемониторность
Зависимость плотности пикселей от разрешения и диагонали. 8К забивает последний гвоздь в телевизорнемониторность

Что же произошло в последние годы? Побуду кэпом: если в два раза увеличить диагональ телевизора, то его площадь увеличится в четыре раза. Если при этом само разрешение (количество пикселей) тоже увеличится в четыре раза, то тогда размеры пикселей не поменяются, их просто станет больше. Как будто взяли 4 дисплея и сшили в один. 4К экран с диагональю 48 дюймов имеет такой же размер пикселя, как FullHD экран диагональю 24 дюйма — 0,28мм. Только места — море.

Плотность пикселей телевизоров добралась до мониторного уровня.

Со временем, количество больших экранов, пригодных для просмотра вблизи, будет только увеличиваться. На мой взгляд, это может привести к постепенной популяризации интерактивных столов, распространению электронных досок объявлений и медленному появлению голографических дисплеев. Если дополненная реальность не успеет перехватить инициативу, разумеется.

Если нужна не обычная мониторная, а высокая чёткость, то нужен экран с учетверённой плотностью пикселей. Тогда уже на 48 дюймах мы влетаем в потолок: максимально доступное в потребительском секторе разрешение . Но 48 дюймов — это неплохо. Важно понимать: в 2022 году означает максимум кадровой частоты в 60 Гц, никаких плавностей, а также большие проблемы с играми на высоких настройках. Но, если игры использовать не предполагается, 60 Гц вполне хватит.

16К - всё ещё очень низкое разрешение по меркам голографии, но с этим уже можно что-то делать, например, выпустить пилотные версии голографических дисплеев для энтузиастов. Они и сейчас есть, кстати - на базе 8К панелей.
16К - всё ещё очень низкое разрешение по меркам голографии, но с этим уже можно что-то делать, например, выпустить пилотные версии голографических дисплеев для энтузиастов. Они и сейчас есть, кстати - на базе 8К панелей.

Если нужна очень высокая чёткость, как у смартфонов — то всё, телевизор мы пока взять не можем, всё что нам доступно - это 24 дюйма, потому что стандарта 16К ещё нет, и массовых экранов такого разрешения тоже нет. 783-дюймовый Sony Crystal — это, мягко говоря, не про плотность пикселей, да и вообще, это видеостена. Технология, которая позволит впихнуть 16К на 48 дюймов плоского дисплея уже существует, ей бы только развиться.

Зачем вертикальные мониторы, если можно делать так?
Зачем вертикальные мониторы, если можно делать так?

Среди пропорций мониторов распространены сосисочные версии с соотношением сторон 32:9 - это как два монитора рядом. Ещё когда-то давно выпустили вогнутый ЖК монитор 48:9, но я не смог найти упоминаний о нём в сети. А вот сосисочных и вогнутых телевизоров, к сожалению, не выпускают вообще — они поголовно имеют соотношение сторон 16:9, и все плоские. Одно время в продаже были ТВ со сторонами 21:9 для кино, но сейчас их нет. Так что сейчас ТВ — это по умолчанию 16:9, без вариантов. Нужно больше места/обзора — нужно несколько телевизоров.

Задержка aka input lag

У ТВ долгое время были проблемы с запаздыванием изображения. Раньше, если вы подключите телевизор к компьютеру, то он будет выводить картинку с ощутимой задержкой в районе 200300мс. Это неприятно, даже если неспешно работать за таким «монитором», не говоря уже о шутерах.

Даже задержку в 1/10 секунды вы заметите, хотя, казалось бы, это очень маленький интервал времени. Она не будет заметна явно, она будет интуитивно ощущаться. Двигаете мышку — а курсор, как будто пьяный, вяло двигается туда, куда вы его направляете, как будто он инертный и тяжёлый. Ввод текста, проматывание страниц, редактирование графики и видео, 3D моделирование – всё будет такое вот тяжелое и вялое. Поэтому, если мы говорим о мониторе, то задержки быть не должно.

В современные телевизоры ставят специальные функции и удобства для использования их как мониторов. Одна из них – это серьёзное сокращение задержки. Самые быстрые модели обеспечивают задержку всего в несколько миллисекунд, что недостижимо для многих мониторов.

Задержка у разных телевизоров. Материал отсюда: https://www.rtings.com/tv/tests/inputs/input-lag
Задержка у разных телевизоров. Материал отсюда: https://www.rtings.com/tv/tests/inputs/input-lag

Для того, чтобы задержка не ощущалась, лучше обратить внимание на телевизоры с задержкой в районе 15 мс или меньше - это примерно 1/60 секунды, что уже почти незаметно. Для быстрых игр, конечно, этого мало - там чем меньше задержка, тем лучше.

Между прочим, даже когда всё настроено одинаково, иногда перетаскивание окна у двух экранов немного несинхронное. Пока не знаю, почему
Между прочим, даже когда всё настроено одинаково, иногда перетаскивание окна у двух экранов немного несинхронное. Пока не знаю, почему

Чтобы минимизировать задержку, следует отключить все функции-улучшалки, доступные в телевизоре. Апскейл нейросетями, уплавнение, удаление шумов, сглаживание артефактов и прочую шелуху – отключаем абсолютно всё. Телевизор должен уподобиться монитору – тупо прямоточно вываливать то, что идет в него по HDMI, без каких-либо обработок.

Функции надо отключать, потому что большинство из них для улучшения изображения требуют, чтобы изображение было сохранено в оперативной (или видео-) памяти телевизора. Иными словами, телевизор должен считать хотя бы один кадр по HDMI, обработать, а потом показать. А может и не один кадр. Если мы говорим о минимальной задержке, то «запоминание в уме» целого кадра – непозволительная роскошь для телевизора. Единственные допустимые алгоритмы здесь – те, что могут работать попиксельно и не требуют считывания всей картинки до конца – например, настройки яркости, контраста, разные настройки цветокоррекции. Грубо говоря, оно тогда работает так: считал пиксель, обработал, показал, считал следующий, обработал, показал (разумеется, всё сложнее, но суть примерно такая). Функции, которые не дают так делать, должны быть неактивны. Именно такой подход позволяет сократить задержку ввода до 5 мс.

В современных ТВ настройки эксплуатации в качестве мониторов вынесены в специальный удобный хаб
В современных ТВ настройки эксплуатации в качестве мониторов вынесены в специальный удобный хаб

Во многих моделях отключение обработчиков делается одной функцией – просто включается специальный режим для игр. В некоторых даже есть два метода – «низкая задержка» и «усиленно низкая задержка». В последнем случае отключаются ещё некоторые возможности, например, функция вставки чёрного кадра для более чёткого движения, но задержка уменьшается вплоть до 5 мс (производители утверждают, что даже до 1 мс). Телевизоры, умеющие в низкую задержку, зачастую, прямо говорят, что у них есть игровой режим.

Частота: почему глаз видит больше 451 Гц

HDMI к зрительному нерву подключать пока не умеют, поэтому попробую объяснить логически.

Попробуйте быстро проматывать страничку вверх‑вниз, и одновременно следить глазами за движущимися на экране объектами (голова не двигается). А теперь попробуйте в реальной жизни проследить взглядом за быстро проезжающим мимо автомобилем. Улавливаете суть?

Наши глаза — не камеры. Разрешение у нас выше в центре, ниже по краям, а частота кадров — ниже в центре, но выше по краям. Их принцип работы отличается от техники.

Но самое главное: наши глаза шевелятся! Вы прямо сейчас это делаете! Более того, глаза могут на аппаратном уровне повернуться на какой‑нибудь объект, захватить его и сопровождать, пока тот движется, поворачиваясь вслед за ним. Когда вы следите глазами за чем‑то, организм делает это автоматически.

Если глаза следят за движущимся объектом, то относительно глаз он неподвижен. То есть, проекция объекта на сетчатку глаза неподвижна, а вот фон объекта — движется. И мозги ожидают увидеть статичный объект на размытом подвижном фоне.

И вот мы смотрим на дисплей с «достаточными глазу 60 Гц», по которому движется кура‑гриль. Мозг хочет сопроводить куру‑гриль взглядом, и ожидает, что мир вокруг будет вертеться, а в центре будет неподвижная чёткая кура‑гриль. Но, вместо этого, на сетчатке глаза будет размытое, дёрганое и попердоленое пятнышко. Мозг воспримет это как что‑то странное и отключит функцию сопровождения взглядом. «Возможность видеть плавную плавность аварийно отключена в связи с превышением порога ошибок трекинга».

Вот эта штука — и есть основная причина, почему мы можем видеть много‑много кадров в секунду. Плавность 120 Гц и выше заметна только если следить глазами за движущимися объектами.

Если человек долго пользуется низкой частотой кадров, например, смартфоном с экраном 60 Гц, то его глаза отучаются использовать вот этот вот глазной автотрекинг движущихся объектов, как только он смотрит на дисплей. Рефлекс формируется: смотришь на дисплей — выкл, смотришь по сторонам — вкл обратно. Глядя на дисплей, глазные яблоки не поворачиваются вслед за перемещаемыми на экране объектами и проматываемыми текстами. И когда он посмотрит на 120 Гц экран, он всё равно не будет обращать внимание на движение, поэтому не увидит плавности, и скажет, что не видит разницы, и что 60 Гц достаточно.

А у того, кто использует 120 Гц экраны, мозг оказывается не отученным от автотрекинга глазами, благодаря чему он замечает эту супер‑плавность. И когда такой мозг смотрит на экран с 60 Гц, он пытается следить глазами за тем, что движется, но вместо плавности видит бред, и грустно урчит. Многогерцевая суперплавность требует связки «подвижное глазное яблоко + сетчатка«, просто сама по себе сетчатка глаза такое не увидит. Именно поэтому одни люди видят много Гц, а другие не замечают.

Пример. У меня разрешение 11 520×2160. Если я за 1 секунду перемещу объект слева направо, то он пробежит более 10 000 пикселей. При частоте 120 Гц каждый кадр объект будет сдвигаться примерно на 100 пикселей. Если я попытаюсь сопроводить объект взглядом, то он будет сильно дёргаться 100 пикселей, это, как бы, не мало. А если поставить 10 000 кадр/сек, то тогда он будет сдвигаться на 1 пиксель каждый кадр, и для поворачивающихся глаз будет неподвижен.

То есть, сколько именно нужно кадров в секунду, зависит не только от скорости движущихся объектов, но и от диагонали экрана.

Чтобы заметить плавность 120 Гц, нужно шевелить глазами
Чтобы заметить плавность 120 Гц, нужно шевелить глазами

Следующий момент. У телевизоров есть понятие «Отображаемая частота кадров» и «Максимальная частота кадров, подаваемая на вход«. Бывает, что отображает телевизор 120 Гц, или даже 240 Гц, а на вход можно подать только 60 Гц, потому что разъём подключения у телевизора старый и больше информации в него просто не пролезет.

Настоящие 4К 120 Гц появились сравнительно недавно. Если разрешение  — то тут максимум только 60 Гц, не больше. Это если брать потребительский сектор. В профессиональном, разумеется, бывает много всего.

Телевизоры, которые могут отображать полноценное разрешение 4К с частотой 120 Гц, должны иметь разъём не хуже HDMI 2.1, в котором прямо написано про 4К и 120 Гц, потому что недавно авторы стандарта HDMI решили, что он слишком понятный и наглядный, и исправили это >:(

Адаптивная частота: G-Sync, FreeSync и VRR

Адаптивная частота нужна там, где картинка поступает не с постоянной частотой. В 99,9% случаев это игры. Раньше адаптивную частоту ставили только в мониторы, но теперь ставят и в телевизоры.

Тут всё просто: телевизор у нас обновляется с какой-нибудь частотой (пусть будет 60 Гц или 120 Гц), а вот комп прорисовывает кадры крайне неравномерно. То 40 FPS (кадров за секунду), то 200, то 53. Смотрит человек на небо – у видеокарты халява: рисуй себе одну текстурку 200 раз в секунду и всё. А потом как посмотрит на дерево – и начинается – листик за листиком, луч за лучом, мы уронили FPS до 40. Как вывести такой цирк на дисплей? Можно пойти двумя путями.

Первый вариант: просто забиваем на это, и скармливаем экрану кадры по мере их поступления. Тогда будут часты ситуации, когда старый кадр ещё не дорисован, и уже идёт следующий – на экране будут смешиваться два кадра, старый и новый, с противным стыком по горизонтали, гуляющим вверх-вниз.

В шутерах такие разрывы могут создать немало проблем
В шутерах такие разрывы могут создать немало проблем

Второй вариант: заставляем видеокарту чуть подождать, когда телевизор проглотит целый кадр, чтобы с ним синхронизироваться. Но если видеокарта чего-то ждёт – она не работает, то есть тормозит, а производительности видеокарты и так постоянно не хватает. То есть мы избавляемся от разрывов за счёт снижения производительности.

За выбор между этими вариантами в играх отвечает параметр «Вертикальная синхронизация». Если она включена – видеокарта синхронизируется с дисплеем, если выключена – рендерит в свободном плавании.

Оба варианта имеют существенные недостатки. Но, к счастью, люди придумали третий вариант. В нём, грубо говоря, экран на время игры отказывается от понятия «частота обновления» и просто отображает кадры по мере их поступления с видеокарты. Частоты вообще нет. Нарисовали кадр – показали, нарисовали – показали, и т.д. Не важно, с какой скоростью она там их рендерит, один за минуту, второй за секунду, третий за час - без разницы. В результате получаем и отсутствие разрывов, и максимальное быстродействие.

Вот это вот у Nvidia называется G-Sync, а у AMDFreeSync. А аббревиатура VRR означает variable refresh rate, т. е. переменная частота кадров. Для того, чтобы это работало, сам дисплей должен поддерживать такую функцию. В новых телевизорах 4К 120 Гц эти функции встречаются практически всегда.

Углы обзора

У большинства экранов пиксели по конструкции похожи на бутерброды, что-то вроде трубок с кучей слоёв, линз и других штук. Когда вы смотрите на пиксели под углом, вы видите не их дно, из которого пробивается свет пикселя, а стенку, которая может быть чёрной, например. На самом деле всё чуть сложнее, но это не важно.

Под углом дальние пиксели будут казаться чёрными, а ближайшие будут норм, потому что от угла, под которым смотришь, зависит цвет пикселя. Именно поэтому плохие ЖК экраны под углом выглядят так кошмарно.

Как выглядит экран с плохими углами обзора под разными углами
Как выглядит экран с плохими углами обзора под разными углами

Угол обзора экрана – это тот диапазон углов, под которыми можно видеть более-менее вменяемую картинку. Чем толще пиксельные бутерброды, из которых сделан экран, тем больше проблем с этим будет.

Раньше углы обзора были проблемной зоной экранов, но сейчас практически у всех мониторов и телевизоров, за исключением нижнего и специализированного сегментов, с углами обзора все хорошо, потому что бутерброды-пиксели стали весьма тонкими.

Яркость

Яркость измеряется в канделах. 1 кд это яркость одной свечи. Поэтому, когда говорят, что лампа имеет яркость 100 кд, это значит, что она светит как сто свечей.

Но яркость дисплеев любят мерить не в кд, а в кд/м². Почему? Если меряться друг с другом яркостями в канделах, то получится, что большие экраны ярче, чем маленькие. Тусклый 100-дюймовый экран будет ярче, чем включенный на максимум смартфон. А это не совсем то, что нам надо.

Поэтому измеряют удельную яркость – сколько света выдаст 1 м² поверхности. Мы измеряем не яркость, а плотность этой яркости, поэтому размер экрана уже значения не имеет. Например, для комфортной работы достаточно яркости экрана в 200300 кд/м², не больше. В реальной жизни нас окружает куда большая яркость, и глаза её спокойно переносят.

При одинаковой яркости в кд/м² разные цвета ощущаются по-разному яркими, поэтому для простоты ориентируются на яркость именно белого цвета
При одинаковой яркости в кд/м² разные цвета ощущаются по-разному яркими, поэтому для простоты ориентируются на яркость именно белого цвета

Важно – если на дисплей светит что-то (например, окно или люстра), то от экрана этот свет отражается. На дисплее может быть какое-нибудь супер-антибликовое покрытие, которое поглотит часть падающего света, и отразится он не весь, но часть всё равно отразится. И если яркость этого отражённого света соизмерима с яркостью самого дисплея, то экран будет выглядеть тусклее, то есть засвечиваться.

На фотографии яркость смартфонов вполне себе высокая – в темноте они бы выглядели как прожекторы. Просто солнечного света отражается от экранов гораздо больше, и свет самих дисплеев теряется в нём. Глаз подстраивается под максимальную яркость – яркость солнечного света – и на её фоне яркость дисплеев блёкнет
На фотографии яркость смартфонов вполне себе высокая – в темноте они бы выглядели как прожекторы. Просто солнечного света отражается от экранов гораздо больше, и свет самих дисплеев теряется в нём. Глаз подстраивается под максимальную яркость – яркость солнечного света – и на её фоне яркость дисплеев блёкнет

Ещё хуже, если дисплей глянцевый – там вообще отражение будет, как в зеркале. Поэтому, если вокруг есть что-нибудь яркое, окно или лампочки, важно взять дисплей поярче, чтобы он, если понадобится, смог своей яркостью «перекричать» вот эти внешние источники света.

По этой причине, если телевизор должен стоять в комнате с открытыми окнами, куда светит солнце и где включается яркое освещение – лучше обратить внимание на те модели, которые могут светить с яркостью не менее 2000 кд/м².

Если есть возможность ограничить свет в комнате, то яркость уже не становится критичной, и нужна, разве что, для HDR-эффектов (о HDR ниже). Иными словами, высокая яркость в тысячи кд/м² и больше нужна только в двух случаях: HDR контент и эксплуатация в помещении с ярким освещением.

У современных дисплеев разделяются понятия Яркость SDR и Яркость HDR, но об этом чуть ниже.

Уровень чёрного

Яркость чёрного света. Буквально. Не все телевизоры умеют полностью гасить пиксели, особенно у ЖК с этим проблемы. И чёрный цвет у них светится. Поэтому сравнивают, насколько чёрный цвет чёрный. Чем ниже уровень чёрного, т. е. меньше его яркость, тем лучше.

Одно время у дизайнеров было модно на сайтах заменять чёрный текст на серый – вроде как, в реальности, мы чёрного нигде не видим, должен быть серый, чтобы было легче читать. Только вот дизайнерам не доложили, что чёрный цвет выглядит абсолютно чёрным далеко не на всех дисплеях и не всегда. Даже на светодиодный экран может попасть блик, не говоря уже о том, что в те времена всё поголовно было жидкокристаллическим с примитивной сплошной подсветкой, с которой до нормального чёрного цвета было как до луны. Хотя серый текст действительно может выглядеть стильно, спору нет.
Одно время у дизайнеров было модно на сайтах заменять чёрный текст на серый – вроде как, в реальности, мы чёрного нигде не видим, должен быть серый, чтобы было легче читать. Только вот дизайнерам не доложили, что чёрный цвет выглядит абсолютно чёрным далеко не на всех дисплеях и не всегда. Даже на светодиодный экран может попасть блик, не говоря уже о том, что в те времена всё поголовно было жидкокристаллическим с примитивной сплошной подсветкой, с которой до нормального чёрного цвета было как до луны. Хотя серый текст действительно может выглядеть стильно, спору нет.

Раньше жидкокристаллический дисплей – это всегда проблемы с чёрным светом. Сейчас, благодаря появлению умной адаптивной подсветки, которая избирательно подсвечивает разные зоны экрана с разной яркостью, чёрный цвет в ЖК максимально приблизился к чёрному в светодиодных дисплеях. А понижение уровня чёрного при той же максимальной яркости повлекло за собой существенное увеличение контраста. Кроме мест, где близко соседствуют яркие и тёмные объекты.

Локальное затемнение – ключевая технология современных жидкокристаллических экранов
Локальное затемнение – ключевая технология современных жидкокристаллических экранов

Контрастность

Контрастность – это во сколько раз белый цвет на экране ярче чёрного цвета на этом же экране. Чем выше контрастность, тем лучше, потому что тем ближе картинка будет к тому, что подразумевает исходник. Белый должен быть как можно белее, а чёрный – чернее. Если хоть с чем-то из этого проблемки, контраст падает.

Например, если белый это 250 кд/м², а чёрный – 0,25 кд/м² – то говорят, что контрастность 1000:1. У экранов, которые могут полностью гасить пиксели, контрастность спокойно может быть миллион к 1 или даже больше. Тогда могут говорить, что контрастность абсолютная.

Чаще всего, высокая контрастность обеспечивается именно за счёт очень чёрного цвета, а не за счёт яркости. У большинства телевизоров пиковая яркость крутится около 10002000 кд/м², в то время как уровень чёрного некоторых может быть в районе 0, или на уровне погрешности измерений.

Ещё есть Динамическая контрастность – это довольно простая штука, которую любят ставить в ЖК мониторы. В телевизорах её почему-то нет, а жаль (нет). Функция подразумевает, что настройка яркости дисплея скачет вместе со средней яркостью картинки. Если картинка тёмная, то и подсветка, и весь дисплей, тусклые. Если картинка яркая, то подсветка и весь дисплей яркие. В динамике работает интересно, но не больше. Если внутри одной сцены есть и тёмные, и светлые области – динамическая контрастность ничего не даст.

ШИМ, глаза, мерцание и FlickerFree

Широтно-импульсная модуляция в экранах – хитрый способ изменения яркости. Яркости пикселей, яркости ламп подсветки – чего угодно. Мы берем что-нибудь светящееся, и, вместо того, чтобы просто менять его яркость (например, меняя силу тока), заставляем это быстро-быстро мигать.

Мы мерцаем с одной и той же стабильной частотой, но меняем процент времени, когда оно горит, а когда не горит. Инертный глаз будет всё это дело интегрировать и усреднять, и воспринимать как разную яркость.

Но если мерцание недостаточно быстрое, или глаз недостаточно инертный, то он заметит колебания яркости, и будет от этого уставать. В хороших дисплеях, которые не мерцают, ШИМ всё равно есть, но его сглаживают электронным способом.

Конденсаторы для электричества – как пружинки для механики
Конденсаторы для электричества – как пружинки для механики

Что касается OLED – в этих телевизорах ШИМ практически не встречается. В премиальных смартфонах с OLED дисплеем тоже стараются ШИМ включать только на очень низкой яркости (ШИМ имеет объективные плюсы). А вот в простых смартфонах OLED часто мерцает на полную катушку.

Зачем делают ШИМ? Ведь можно менять яркость плавно и без мерцания, изменяя силу тока, протекающего по светодиоду – это называется DC-Dimming.

Проблема в том, что в полуярких состояниях светодиоды очень капризные, и их характеристики меняются от экземпляра к экземпляру – они все разные. Одинаковые они только когда включены на максимум, или выключены.

Поэтому, если плавно регулировать яркость светодиодов диммингом – в светодиодном дисплее у вас все пиксели будут разные, и вы получите зернистость картинки – как шум, только статичный, а в жк-дисплее – неравномерную подсветку. Буквально, выводим серый ровный фон, а пиксели светят вразнобой и получаем зернистое нечто. Можно это корректировать, но это довольно непросто (могу лишь предположить, как бы я с этим боролся, как реально это делают не знаю). Поэтому производители любят комбинировать ШИМ, димминг и, вероятно, методы подавления зернистости.

Вторая проблема: в промежуточных состояниях яркости остальная часть энергии будет превращаться в тепло, что плохо отразится на энергоэффективности и, вдобавок, будет поджаривать пиксели на дисплее – а они от этого могут деградировать. Кроме того, плавная регулировка технически сложнее, чем ШИМ.

На мониторах, у которых нет мерцания, любят ставить шильдик «FlickerFree». На телевизоры его почему-то не лепят, однако, есть много телевизоров без мерцания – к ним относятся, например, OLED и QNED.

Карандашный тест – самый простой способ обнаружить ШИМ
Карандашный тест – самый простой способ обнаружить ШИМ

Чтобы понять, что экран, лампочка, или фара делает ШИМ, можно помахать перед ним карандашой или руком – если будет не смазанная картинка, а куча отдельных копий пальца, значит это ШИМ. Ещё можно открыть камеру на телефоне и поиграть с временем экспозиции (если есть про-режим съемки).

HDR

Восприятие яркости у нас нелинейное. Обычная освещенная комната светится на 100500 кд/м², камень в солнечный день может светиться на 5 00010 000 кд/м², закат – 100 000 кд/м², а если посмотреть на солнце – это 1 000 000 000 кд/м². Наши глаза спокойно кушают яркость до 100 000 кд/м², которая существует в мире вокруг нас. Мы можем воспринимать такой диапазон с комфортом и без проблем. Белый лист бумаги, освещенный лампой, имеет яркость 300 кд/м², в то время, как блики на воде – тысячи кд/м².

Уровень яркости участков изображения в условиях натурных съемок (в кд/м²). Из презентации Кевина Шоу, одного из ведущих колористов Dolby
Уровень яркости участков изображения в условиях натурных съемок (в кд/м²). Из презентации Кевина Шоу, одного из ведущих колористов Dolby

Так вот, обычные дисплеи так делать не умеют. Их потолок – это где-то 300 кд/м²: блик на солнце у них не ярче белой бумажки, освещённой лампочкой. HDR придумали, чтобы решить эту проблему. Слово HDR (High Dynamic Range) значит «широкий динамический диапазон» – разумеется, речь о яркости.

Термин используют много где, и везде он обозначает немного разные вещи. В играх 2000-х годов, в фотографиях, форматах видео и в дисплеях это слово обозначает разные функции, призванные как-нибудь решить проблему, что наши глаза видят много разной яркости, в то время как наша нынешняя техника – и камеры, и программы, и дисплеи – от этого далеки.

В случае с экранами это означает, что пиксель может, если надо, светиться не на 100% яркости, а разгораться до 500%, например. Необязательно белым, можно светить цветом яйца странствующего дрозда, ну или там, оранжевым.

Примерный смысл, как ощущается HDR дисплей после SDR дисплея. Понятное дело, что на SDR дисплее показать настоящую HDR иллюстрацию не получится, но можно попытаться передать общую суть
Примерный смысл, как ощущается HDR дисплей после SDR дисплея. Понятное дело, что на SDR дисплее показать настоящую HDR иллюстрацию не получится, но можно попытаться передать общую суть

На обычном дисплее белый лист бумаги и солнце – одного цвета, белого. А на современном HDR дисплее белый лист будет просто белым, а солнце – ярко-белым. Благодаря этому, такой дисплей может, например, показывать пронзительные сверкания на море, может показывать супернасыщенные переходы и градиенты на закате так, как они выглядят в жизни, умеет достоверно передать яркие огни ночного города. Он будет показывать, как они ярко бликуют, а не просто их цвет, как это сделает обычный дисплей, и они действительно будут огнями, а не просто нарисованной картинкой города. Огни будут светить тысячами кд/м² - почти как в жизни. И наши глаза это увидят.

Иными словами, HDR – это не просто супер-яркий экран. Он показывает нормальную, комфортную для глаз картинку с хорошими цветами, и, в дополнение, там, где надо вжарить – он вжаривает пронзительными, искристыми и глубокими цветами - и получается окно в другую реальность, а не просто картинка.

Осторожно! Из HDR торчат уши маркетологов: на ТВ, которые неспособны показать HDR, но умеют читать видео в этом формате, тоже пишут HDR. Для хоть какого-то HDR пиковая яркость должна быть как минимум 700800 кд/м², а вообще, чем больше – тем лучше.

Потребительские HDR экраны, как правило, не умеют выдавать термоядерную яркость на всю площадь. Суммарная площадь надрывающихся пикселей не должна превышать 10% от площади экрана, только тогда они уходят в форсажный режим. Поэтому у телевизора могут написать: пиковая SDR яркость 300 кд/м², а пиковая HDR2000 кд/м². Это как раз значит, что при заливке всего экрана максимум он сможет выдать 300 кд/м², но если это будет закат или ночной город – в особо ярких местах может быть до 2000кд/м². Исчерпывающее большинство изображений как раз имеют где-то не более 10% таких ярких мест, поэтому этих 10% хватает с головой.

HDR+, HDR10, HDR10+, Dolby Vision – это всё разные стандарты, регламентирующие, как именно хранить и показывать данные для вот этого вот HDR. Они решают одну и ту же задачу, но по-разному. Главный смысл: яркость пикселей хранится не в абстрактных процентах, как это было раньше, а прямо в канделах. А дисплей сам уже разбирается, что ему с этим делать. Ещё есть HGiG, это тоже стандарт для HDR, но немного про другое.

Цветовой охват

Это очень большая тема с тысячами нюансов, попробую описать максимально упрощённо. Вот этот вот классический способ выражения цвета – RGB8 (красный, зелёный, синий – все три от 0 до 255, вместе образуют 16,7 млн цветов) – описывает большинство нужных цветов, но далеко-далеко не все, которые может видеть наш глаз. Особенно большие проблемы у компьютеров с разными бирюзово-салатовыми оттенками. Это касается и камер, и дисплеев, и железа, и алгоритмов.

Эта кривулька – завсегдатай текстов про цветовой охват. На самом деле она – донышко сложного трёхмерного тела, похожего на конус, и символизирующего множество всех цветов. Подробнее можно почитать тут:
https://habr.com/ru/company/droider/blog/568774/
У тетрохроматов это будет уже не трёхмерный «конус», а четырёхмерное многообразие, название которого в человеческом языке отсутствует.
Эта кривулька – завсегдатай текстов про цветовой охват. На самом деле она – донышко сложного трёхмерного тела, похожего на конус, и символизирующего множество всех цветов. Подробнее можно почитать тут: https://habr.com/ru/company/droider/blog/568774/ У тетрохроматов это будет уже не трёхмерный «конус», а четырёхмерное многообразие, название которого в человеческом языке отсутствует.

Цветовые охваты описываются разными стандартами. Например, REC.709 – это старые обычные цвета, а REC.2020 – новый цветовой охват, заточенный под возможности HDR экранов. Цветовых стандартов существует довольно много.

HDR и расширенный цветовой охват всегда работают в связке. Кроме того, 256 вариантов яркости красного, зелёного и синего уже мало, чтобы передавать такое большое количество цветов, поэтому сейчас, чаще всего, используют 1024 уровня на красный, зелёный и синий. По этой причине, если раньше на хранение информации об интенсивности красного, зелёного и синего хватало 8 бит, теперь для этого нужно целых 10 бит. Поэтому, для поддержки расширенного цветового охвата, телевизор должен уметь в 10-битный цвет.

Теперь главное. Повсеместное внедрение HDR и новых цветовых стандартов навело порядок в цветовых охватах не только мониторов (у них и так было всё неплохо), но и телевизоров. В современных реалиях цветовой охват телевизоров и потребительских мониторов, реально поддерживающих HDR, держится практически на одном уровне. Потому что, чтобы заявлять о поддержке какого-нибудь HDR DolbyVision, телевизор должен правильно передавать соответствующий цветовой охват. При этом, по дисплейным технологиям телевизоры впереди. Единственное место, где нужно очень осторожно относиться к телевизорам – это профессиональная работа с цветом – это отдельная кухня.

К слову, на мой взгляд, салатово-бирюзовые (или как их назвать) оттенки в одежде сложновато сделать трендовыми и модными потому, что эти цвета крайне тяжело потом фоткать и постить в инстаграмы: большинство телефонов/ камер/ дисплеев/ алгоритмов это не вывозят и показывают неправильно.

Регулировки наклона и высоты

Ииии… их нет.

Вы можете поставить телевизор на стол, используя его подставку. А можете повесить на стену: к вашим услугам целых четыре отверстия с метрической резьбой, в которые можно что-нибудь вкрутить. Всё. На этом возможности заканчиваются.

Справедливости ради, при диагоналях в районе 50 дюймов и выше потребность в регулировках сильно уменьшается. В случае с монитором, регулировки нужны, чтобы выбирать – изображение будет ниже или выше. В случае с большим телевизором изображение будет и высоко, и на уровне столешницы, и в центре, и слева, и справа – оно будет почти везде. Тут концепция эксплуатации другая: если вам надо выше-ниже-правее-левее, вы просто перетаскиваете туда окно, нет смысла шевелить сам экран, потому что он везде.

Зачем это наклонять? Это гнуть надо, а не наклонять
Зачем это наклонять? Это гнуть надо, а не наклонять

Что касается наклона, он здесь тоже мало полезен, потому что если отклонить экран назад, у вас верхняя часть будет слишком далеко, если вперёд – тогда нижняя часть слишком далеко. Размах-то большой. Место на рабочем столе позволяет всегда разместить окно ровно перед глазами, где бы они не были.

Здесь больше подошла бы вогнутость, причем по двум осям сразу по вертикали и горизонтали. Но пока такого, к сожалению, не делают. Даже вогнутые по одной оси телевизоры делать перестали :( Хотя, на мой взгляд, как только люди станут массово ставить телевизоры вместо мониторов, спрос на вогнутые возрастёт. Или мониторы, наконец, перестанут делать маленькими и отсталыми. Главное, чтобы производители не отмахнулись в духе «Мы же уже пробовали, не зашло». Конъюнктура рынка-то уже другая будет.

Рано их перестали выпускать
Рано их перестали выпускать

Таким образом, вместо выбора выше-ниже, здесь сразу всё место заполняется экраном. Выбирать не надо вы получаете всё.

Однако, если очень нужно – в продаже можно найти целую кучу подставок для установки телевизора на стол. Здесь вы можете получить все нужные регулировки, которые есть у обычных компьютерных мониторов. Получится просто большой монитор.

Если говорить про мой случай, то здесь ситуация сложнее – телевизор не один, а сразу три. Я пришёл к выводу, что боковые телевизоры для работы использовать будет невозможно, если не сделать регулировку по углу. Поэтому для них спроектировал специальные кронштейны, а по вертикали вместо экранов регулируется стол и кресло.

Лёгким движением руки 90% видеопамяти превращается в тыкву
Лёгким движением руки 90% видеопамяти превращается в тыкву

Конец первой части. Дальше рассмотрим, почему отражённый свет такой мягкий, подробно разберём, из чего состоят современные телевизоры, как они работают, и почему же выбор пал на выгорающие за неделю OLEDы.

Tags:
Hubs:
Total votes 170: ↑170 and ↓0+170
Comments418

Articles