Компьютерра overdrive для монітора

Згадалася ж мені ця історія багато пізніше, коли мій колега розповів про появу на ринку нового покоління моніторів, в яких принципово вирішена проблема занадто великого часу відгуку матриці. Зацікавившись, я відправився на пошуки інформації про використовується в цих моніторах технології.

Кому це потрібно?

Кожен (суб) піксель в сучасній активної LCD-панелі є досить складну конструкцію з транзистора, конденсатора і резистора, керуючих напругою на електродах, між якими затиснута крихітна крапля рідких кристалів. Залежно від цієї напруги змінюється орієнтація кристалів в цій краплині, а в залежності від орієнтації субпикселов певним чином переломлює проходить через нього світла. Оскільки вся конструкція, в свою чергу, затиснута між двома поляроїдами, перший з яких поляризує світло в одному напрямку перед проходженням його через масив субпикселов, а другий - відсікає частину світла в залежності від напрямку поляризації, то панель пропускає в даній точці ту чи іншу кількість світла. Сітка керуючих електродів і "вбудовані" в кожен субпикселов транзистори дозволяють електронній схемі, що управляє роботою панелі, подавати необхідний рівень напруги на будь-який з субпикселов, що утворюють матрицю, а вбудовані в субпікселі конденсатори дозволяють це напруга на нетривалий час "запам'ятовувати" - до наступного циклу оновлення зображення на екрані. Залишається тільки рівномірно освітити LCD-панель спеціальним джерелом (потік світла від якого матриця буде "модулювати") - і рідкокристалічний монітор готовий (рис. 1).

Груба, спрощена схема пристрою субпиксела TFT-матриці. При знятті напруги з потрібного "горизонтального" електрода в сітці, "відкриваються" транзистори, що з'єднують конденсатори субпикселов з "вертикальними" електродами, і через ці електроди на всіх субпикселов даного "ряду" встановлюється необхідний рівень напруги. Ця процедура змінює орієнтацію рідких кристалів в субпикселов, змінює кут обертання поляризації світла цими кристалами і регулює кількість світла, що проходить через субпикселов. Кольорові світлофільтри дозволяють створювати кольорові TFT-матриці, набираючи їх з субпикселов різних кольорів; плівка з матеріалу з високим коефіцієнтом заломлення значно збільшує кути огляду.

Як бачимо, технологія виходить дуже складною і дорогою у виробництві: не дивно, що навіть дуже складні по електроніці і внутрішньою будовою якісні CRT-монітори до недавніх пір були набагато дешевше. Але навіть якщо відійти від "виробничих" проблем, то неважко помітити, що в описаній конструкції наявна "механічний" елемент - повертаються кристали; і час зміни кольору точки на екрані визначається аж ніяк не можливостями електронної схеми, що управляє напругами на субпикселов, а часом, який потрібен кристалів, щоб зайняти належну орієнтацію. Це час варіюється в залежності від підходу до поляризації світла (типу матриці) і від "рецептури" рідких кристалів; в сучасних матрицях воно становить від 4 до 60 мс і істотно залежить від того, між якими станами перемикається субпикселов. Для відображення цієї залежності давайте поставимо собі якимось одним початковим рівнем яскравості (наприклад, нулем) і подивимося "двомірний" графік часу перемикання субпиксела в залежності від того, яку "результуючу" яскравість нам потрібно отримати від матриці (рис. 2, 3).

Сірий графік - час відгуку, відповідне типовий сучасної TFT-панелі. Білий графік - час відгуку AUO M170EG01, однією з найшвидших матриць на основі технології TN + Film. Добре видно, що час відгуку для першої панелі поступово зростає в залежності від величини переходу і складає в середньому від 30 до 45 мс, а час відгуку швидшої, восьміміллісекундной панелі приблизно постійно (22-25 мс) у всьому діапазоні переходів. І тільки для переходів "чорний-білий" (від повністю непрозорого до повністю прозорого стану) воно різко падає - до 18 (в першому випадку) і 8 (у другому) мілісекунд. Саме цей час, відповідно до стандарту ISO, і вказується в якості часу реакції матриці. Тобто, як неважко порахувати, реальне середній час відгуку матриці приблизно в 2,5-3 рази більше, ніж те, яке вказується виробником!

Людське око досить інерційний (кіношних 24 кадрів в секунду досить, щоб створити ілюзію плавного руху), однак інерційність ця чисто психологічна - насправді людина чудово вловлює "дрібні деталі", які йому показують з куди більшою частотою. Наприклад, переважна більшість людей чітко бачать мерехтіння CRT-монітора з частотою оновлення кадрів 60 Гц - це відбувається тому, що в кожен момент часу світиться тільки невелика частина екрану, а інший простір залишається темним. І точно так же для LCD-панелей: око не вловлює проміжного сірого кольору при, скажімо, зміні кольору всього екрану, проте при зміні кадрів добре бачить не встигло згаснути старе зображення одночасно з новим. Наприклад, при скроллінгом чорного тексту на білому фоні на більшості моніторів ясно видно сіра "тінь", злегка відстає від тексту (замилювання, ghosting). А в фільмах і динамічних тривимірних іграх інерційність, хоч і не настільки явно, може створювати неприємні для ока артефакти. І щоб позбутися від цих ефектів, необхідно, щоб час відгуку матриці дозволяло повністю змінювати на екрані хоча б 50-60, а краще - 70-75 зображень. Тобто довести час реакції до 17-20, а то й 13-14 мс у всьому діапазоні яскравості.

Як "розігнати" матрицю

Отже, завдання формулюється в такий спосіб: зробити матрицю із середнім, а не "ISO'шним" часом відгуку порядку 10-20 мс. І виявляється, удосконалювати технологію TN + Film, домагаючись необхідних при класичному підході 4-6 мс часу відгуку за стандартом ISO зовсім не обов'язково: удосконаливши схему управління LCD-панеллю, цього легко добитися для вже існуючих, причому куди більш повільних матриць! Досить змістити "робочу точку" перемикання всіх пікселів в "швидку" область. Адже якщо поворот рідких кристалів відбувається не миттєво, то що нам заважає почати його швидко, а потім зупинити "на півдорозі"?

Знову звернемося до графіків. Для початку поглянемо, як в дійсності відбувається перемикання субпиксела від повністю непрозорого до напівпрозорим варіантів для нашої "усередненої матриці" (рис. 4). А тепер уявімо, що ми використовуємо LCD-панель, зображення на якій оновлюється 60 разів на секунду (час оновлення кадру 16,7 мс) і спробуємо її злегка "розігнати", наблизивши час реакції матриці до періоду оновлення зображення. Введемо якийсь гіпотетичний проміжний колір, для якого перемикання матриці буде досить швидким. Однак ще до того, як матриця встигне до цього кольору переключитися, зупинимо процес на потрібному нам проміжному значенні, змінивши відповідним чином напругу на субпикселов під час наступного оновлення екрану (відзначено жирної вертикальної рисою). Якщо все буде зроблено правильно, вийде наступне (рис. 5).

Чи не правда, вражає? Завдавши графік часу відгуку "вдосконаленою" матриці на наш графік (помаранчевим кольором), ми побачимо таку картину (рис. 6) [Маленький горбик в кінці графіка з'явився через те, що для досить великого зміни кута повороту кристалів останні повернутися на цей кут за період оновлення екрану все одно не можуть].

Ось тобі і "повільна" матриця! Виявляється, що "дурна" прямолінійна схема управління, безпосередньо перераховується бажаний рівень яскравості субпиксела в відповідну напругу, не дозволяє панелі показати все, на що вона здатна. І якщо злегка доопрацювати схему (щоб вона враховувала не тільки бажаний, але і вже існуючий рівень яскравості), то на нинішніх матрицях неважко буде отримати 60 і навіть 100 Гц кадрової розгортки. А це означає повне вирішення проблеми недостатнього часу відгуку LCD-матриць.

Невже все так добре?

Звичайно ж ні! З технологією Overdrive пов'язані щонайменше дві серйозні проблеми, кожна з яких може звести практичний ефект від її використання до нуля.

По-друге, засобів об'єктивного контролю дійсного стану LCD-панелі просто не існує. А значить, що використовує Overdrive система може лише наближено вважати, що якщо 16,7 мс назад на такий-то субпикселов було подано таке-то напруга, то зараз він повинен знаходитися в такому-то стані. У звичайних системах невеликі помилки і розкид параметрів пікселів призводять до невеликих погрішностей у сталому кольорі панелі; в Overdrive-системах подібні помилки можуть накопичуватися і приводити не тільки до великих погрішностей в передачі кольору, але, в принципі, і до спотворення виходять картинок. З цим можна боротися, вносячи спеціальні помилки в таблиці перерахунку, проте повністю проблему це все одно не вирішує.

Таким чином, "Overdrive першого покоління" не зовсім той Overdrive, який я описав в попередньому розділі, а лише грубе його подобу. Замість того щоб подавати напругу, яка за заданий час (відповідне часу оновлення екрану) переведе субпикселов в бажаний стан, на нього подається напруга, що переводить його в якесь проміжне стан, з якого потім можна досить швидко переключитися до будь-якого бажаного рівня кольору. Наприклад, щоб перейти зі стану "0" в стан "200", можна спочатку переключитися до "255", а потім скорегувати вийшов результат, переключившись на запитані "200". Якщо матриця дуже швидко перемикається між 0 і 255 і швидко ж переключається між, скажімо, станами з діапазону 190 ... 254, то незалежно від того, наскільки точний результат нам дає перше перемикання (до 255), ми отримаємо необхідні 200 одиниць прозорості субпиксела істотно швидше , ніж якщо б відразу переключалися від 0 до 200. Реалізувати такий Overdrive набагато простіше, він абсолютно стійкий до похибок і до того ж не вимагає точного підстроювання до матриці (досить грубих оцінок її продуктивності). Але зате тепер вилізла інша проблема - замість плавної зміни кольору від темного до світлого у нас виникає характерна невелика швидко згасаючих "спалах", яку очей може вловити. На жаль, до розробки більш складних і досконалих систем управління панеллю технології доведеться миритися з цим недоліком.

Overdrive на практиці

Виробники традиційно мовчать про що встановлюються в свою продукцію матрицях, проте визначити, чи підтримує монітор Overdrive, можна, подивившись заявлений час відгуку в специфікаціях. Якщо виробник вказує його без будь-яких приписок і зауважень або чесно пише, що час виміряна за методикою ISO, то, швидше за все, це монітор "старої закалки", що працює з матрицею без жодних хитрощів. Якщо ж в специфікаціях згадується час перемикання "grey-to-grey" (скорочено GTG, gtg або g2g), то монітор майже напевно підтримує Overdrive. Справа в тому, що сама ця характеристика (час переходів від сірого кольору до сірого) була введена в якості спроби дати більш об'єктивну оцінку інерційності ЖК-монітора, визначаючи час перемикання пікселів не тільки між швидким "чорним-білим" (BTW), але і між найповільнішим "сірим-сірим" переходом. Наприклад, для наведених на початку статті матриць час перемикання BTW (ISO) становить 18 і 8 мс, а час перемикання gtg - 43 і 24 мс відповідно. Очевидно, що з маркетингової точки зору вказувати GTG для "традиційних" моніторів невигідно - куди краще залишити тільки стандартні значення ISO. А для "розігнаних" моніторів з технологією Overdrive (вони, як правило, не можуть похвалитися дуже низькими BTW), навпаки, доцільніше вказувати значення латентності, додавши, що вони заміряні по "правильнішою" системі. При цьому вибирати апарат лише через наднизьких значень GTG ні в якому разі не можна: цифри близько 4-6 мс GTG виходять тільки у "розігнаних" моніторів на основі TN + Film. Переваги 4-6 мс перед 10-12 мс чесно померенних GTG відчути все одно неможливо (досить і 15-17 мс), а MVA- і PVA-матриці за якістю зображення (глибокий чорний колір, висока контрастність, гарна передача кольору) набагато краще, ніж TN + Film.

Збираючи знайомим і друзям комп'ютери, я завжди радив їм не купувати нє глядя "нешкідливий" РК-монітор [Від якого очі втомлюються часом куди більше, ніж від хорошого ЕПТ, особливо якщо мова йде про недорогих моделях РК-панелей, які більшість же і вважає за краще . А всі розмови про електромагнітне випромінювання і навіть радіації (!), Яку нібито випускають ЕПТ-монітори, - не більше ніж міф], а звернути увагу на більш дешеві і дають куди кращу картинку напівпрофесійні ЕПТ, доведені роками досліджень майже до ідеалу. Але тепер, схоже, настають інші часи: нове покоління РК-моніторів нарешті позбулося "дитячих хвороб" (поганий кольору, низькою контрастності, малих кутів огляду, великого часу відгуку) і стає кращою альтернативою безнадійно застарілою електронно-променевої трубки. Ідеальна геометрія зображення, малі габарити, мале енергоспоживання і можливість підстроювання положення монітора щодо спостерігача, включаючи портретні режими; повна відсутність мерехтіння, електробезпека і екологічність - завдяки всьому цьому РК-монітори, мабуть, скоро будуть в кожному будинку. Головне, щоб ціни на "рідкоземельні" поки S-IPS- і MVA-матриці впали хоча б до рівня цін на звичайні TN + Film.

Fujitsu-Siemens ScenicView P17-2

Втім, гарною передачею кольору і контрастністю професійні РК-монітори могли похвалитися ще задовго до появи Overdrive, нам же сьогодні цікавіше швидкодію застосованої в P17-2 матриці. У мене немає спеціального обладнання, яким можна було б виміряти його об'єктивно (заявлене в специфікаціях час відгуку - аж ніяк не рекордні 14 мс); проте суб'єктивно ні найменшого змазування зображення я не помітив - ні в фільмах, ні в іграх, ні при скролінгу тексту і веб-сторінок. Ніяких артефактів, ніяких тіней - з урахуванням хорошої контрастності і передачі кольору, складається відчуття, ніби працюєш ні з ЖК-панеллю, а з відмінним напівпрофесійним ЕПТ-монітором, тільки дуже компактним. На доказ я спеціально зробив фотографії (витримка - 1/100) кількох РК-моніторів, заснованих на матрицях різних типів: видно, що рухомий текст невеликий шлейфік за собою все-таки залишає [Що й не дивно: матриця все-таки инерционна, і на цих кадрах ми бачимо пікселі "на півдорозі" до правильного положення. На ЕПТ-моніторі, наприклад, з такою витримкою можна побачити процес відтворення екрану електронним променем, коли верхня половина кадру вже готова, а нижня - ще немає; подібні "мікродеталі" око все одно не розрізняє], проте він значно менше, ніж у моніторів без технології Overdrive, незалежно від того, на який матриці вони побудовані.

З приємних дрібниць запам'яталася зручна підставка. Крім традиційної регулювання нахилу екрану, монітор можна швидко розгорнути в горизонтальній площині (повернути до сусіда), відрегулювати висоту розташування екрану, перейти до портретної орієнтації і назад. Блок живлення вмонтований в монітор (є окремий вимикач); є DVI; меню повністю русифіковане. Взагалі, P17-2 залишає враження монітора класу "must buy" - коштує дуже дорого (від $ 400 проти звичайних $ 250-300), але переплатити за це якість явно варто.