Новая технология компенсации времени реакции пиксела ЖК-мониторов

Сергей Пахомов

Введение

Принцип работы ЖК-матрицы

Время реакции пиксела

Время переключения пиксела между полутонами (Gray-to-Gray)

Технология компенсации времени реакции пиксела

Аппаратная реализация RTC

Уловки производителей, или Как получают рекордно низкое время GTG

   Уловка первая

   Уловка вторая

Когда же технология RTC может оказаться полезной?

 

В конце 2005 года на рынке стали появляться новые модели ЖК-мониторов с рекордно низким на данный момент временем реакции пиксела, составляющим 8, 4, 3 и даже 2 мс. При этом указывалось, что речь идет об измерении времени реакции пиксела по методике Gray-to-Gray (GTG). В этой статье мы детально рассмотрим особенности технологии, позволяющей получать рекордно малое время реакции пиксела, а также обсудим еще не стандартизированную методику измерения времени реакции пиксела Gray-to-Gray.

Введение

Время реакции, или время отклика, пиксела, как правило, указывается в технической документации на монитор и считается одной из важнейших его характеристик. В ЖК-мониторах время реакции пиксела до сих пор измерялось десятками миллисекунд, что в конечном счете приводило к смазанности меняющейся картинки, возникающей при наложении соседних кадров друг на друга, и могло быть заметно на глаз. Именно длительное время реакции пискела было «ахиллесовой пятой» ЖК-мониторов, значительно ограничивая возможность их использования как для игр, так и для просмотра высококачественного видео.

Конечно, время реакции пиксела во многом зависит от типа ЖК-матрицы, однако для любого типа матриц, созданных без использования специальных технологий ускорения, этот показатель остается довольно большим. Впрочем, прежде чем переходить к детальному рассмотрению технологии, позволяющей значительно уменьшить время реакции пиксела, рассмотрим в общих чертах типы ЖК-матриц, а также выясним, что именно понимается под временем реакции пиксела.

В начало В начало

Принцип работы ЖК-матрицы

Основным компонентом ЖК-матрицы являются жидкие кристаллы. Существует три основных типа жидких кристаллов: смектические, нематические и холестерические.

По электрическим свойствам все жидкие кристаллы делятся на две основные группы: к первой относятся жидкие кристаллы с положительной диэлектрической анизотропией, а ко второй — с отрицательной диэлектрической анизотропией. Не вникая в тонкости этих терминов, отметим, что разница здесь заключается в том, как эти молекулы реагируют на внешнее электрическое поле. Молекулы с положительной диэлектрической анизотропией ориентируются вдоль по силовым линиям поля, а с отрицательной — наоборот, перпендикулярно силовым линиям электрического поля.

Другое замечательное свойство ЖК-молекул заключается в их оптической анизотропии. В частности, если ориентация молекул совпадает с направлением распространения плоскополяризованного света, то молекулы не оказывают никакого воздействия на плоскость поляризации света. Если же ориентация молекул перпендикулярна направлению распространения света, то плоскость поляризации поворачивается таким образом, чтобы быть параллельной направлению ориентации молекул.

Диэлектрическая и оптическая анизотропия ЖК-молекул дает возможность использовать их в качестве своеобразных модуляторов света, позволяющих формировать требуемое изображение на экране. Принцип действия такого модулятора сравнительно прост и основан на изменении плоскости поляризации проходящего через ЖК-ячейку света. ЖК-ячейка располагается между двумя поляризаторами, оси поляризации которых взаимно перпендикулярны. Первый поляризатор вырезает плоскополяризованное излучение из проходящего от лампы подсветки света. Если бы не было ЖК-ячейки, то такой плоскополяризованный свет полностью поглотился бы вторым поляризатором. ЖК-ячейка, размещенная на пути проходящего плоскополяризованного света, может поворачивать плоскость поляризации проходящего света. В этом случае часть света проходит через второй поляризатор, то есть ячейка становится прозрачной (полностью или частично).

Для создания цветного изображения необходимо применение трех цветных фильтров: красного (R), зеленого (G) и голубого (B). Используя три цветных фильтра, установленных на пути распространения белого цвета, можно получить три базовых цвета в нужных пропорциях. Поэтому каждый пиксел ЖК-монитора состоит из трех отдельных субпикселов: красного, зеленого и голубого, представляющих собой управляемые ЖК-ячейки и различающихся только используемыми фильтрами, которые устанавливаются между верхней стеклянной пластиной и выходным поляризующим фильтром.

Наибольшее распространение получили TN+Film-, S-IPS-, MVA- и PVA-матрицы. Различие между типами матрицы определяется тем, каким образом осуществляется поворот ЖК-молекул, а также типом ЖК-молекул и структурой ЖК-ячейки. Однако независимо от типа матрицы базовый принцип функционирования остается неизменным — ЖК-ячейка является простейшим модулятором проходящего света.

В начало В начало

Время реакции пиксела

Как уже отмечалось, одной из важнейших характеристик монитора является время реакции пиксела. Различают время включения и выключения пиксела. Под временем включения пиксела понимается промежуток времени, необходимый для открытия ЖК-ячейки (переход с черного цвета на белый), а под временем выключения — промежуток времени, необходимый для закрытия ЖК-ячейки (переход с белого цвета на черный). Когда же говорят о времени реакции пиксела, то понимают суммарное время включения и выключения пиксела, то есть переход Black-White-Black (BWB).

Время включения пиксела и время его выключения могут значительно отличаться друг от друга. На рис. 1 показаны типичные временные диаграммы включения (рис. 1а) и выключения (рис. 1б) пиксела для TN+Film-матрицы.

 

Рис. 1. Типичные временные диаграммы включения/выключения пиксела для TN+Film-матрицы:

Рис. 1. Типичные временные диаграммы включения/выключения пиксела для TN+Film-матрицы:

Рис. 1. Типичные временные диаграммы включения/выключения пиксела для TN+Film-матрицы:
а — включение пиксела (переход с черного цвета на белый); б — выключение пиксела
(переход с белого цвета на черный)

Методика измерения времени реакции пиксела определяется стандартом ISO 13406-2.

В этом же стандарте оговаривается, что под временем включения пиксела понимается время, необходимое для изменения яркости пиксела от 10 до 90% (а не от 0 до 100%), а под временем выключения — время, необходимое для изменения яркости пиксела от 90 до 10%.

В начало В начало

Время переключения пиксела между полутонами (Gray-to-Gray)

До сих пор, говоря об измерении времени реакции пиксела, мы подразумевали, что речь идет о переключениях между черным и белым цветами. Однако, кроме полностью закрытого или полностью открытого состояния ЖК-ячейки, возможны и промежуточные состояния, когда ЖК-ячейка открыта частично. Это позволяет формировать цветовой оттенок и смешивать цветовые оттенки базовых цветов в нужных пропорциях. При этом количество воспроизводимых монитором цветов теоретически зависит от того, сколько цветовых оттенков можно сформировать в каждом цветовом канале. Частичное открытие ЖК-ячейки достигается за счет подачи требуемого уровня напряжения на управляющие электроды. Поэтому количество воспроизводимых цветовых оттенков в каждом цветовом канале зависит от того, сколько различных уровней напряжений можно подавать на ЖК-ячейку.

Для формирования произвольного уровня напряжения потребуется использование схем ЦАП с большой разрядностью, что крайне дорого. Поэтому в современных ЖК-мониторах чаще всего применяют 24-битные ЦАП. При использовании 24-битной матрицы на каждый канал приходится по 8 бит, что позволяет сформировать уже 256 (28=256) цветовых оттенков в каждом канале, а всего такая матрица воспроизводит 16 777 216 цветовых оттенков.

Как уж отмечалось, время реакции пиксела является одной из важнейших характеристик монитора, определяющей его динамические свойства. Чем оно меньше, тем лучше. Однако неизбежен вопрос, насколько корректно ассоциировать суммарное время включения и выключения пиксела с динамическими свойствами монитора? Насколько корректно утверждать, что если время реакции пиксела для одного монитора составляет 20 мс, а для другого — 30 мс, то первый монитор превосходит второй в плане гарантированности от образования смазанной картинки?

Оказывается, ответ на этот вопрос не столь прост, как могло бы показаться. Действительно, в реальных приложениях переключение с черного фона на белый или наоборот встречается сравнительно редко. В большинстве приложений реализуются, как правило, переходы между полутонами (градациями серого). Соответственно возникает вопрос, как будет меняться время реакции пиксела, если измерять его при переключении между различными полутонами? Этот вопрос имеет огромное значение, и если окажется, что время переключения между черным и белым цветами будет меньше, чем время переключения между градациями серого, то это будет означать, что абсолютно никакого практического значения время реакции пиксела не имеет и ориентироваться на эту характеристику монитора нельзя.

Казалось бы, насколько правомочно предполагать, что время переключения между черным и белым цветами (или наоборот) может оказаться меньше, чем время переключения между градациями серого? Действительно — при переключении между черным и белым цветами ЖК-молекулы поворачиваются на максимальный угол, а значит, время, которое для этого потребуется, должно быть максимальным. Однако не все так просто.

Время переключения пиксела из одного состояния в другое, то есть время, за которое реализуется поворот на заданный угол ЖК-молекул, зависит от двух факторов. Во-первых, для того чтобы заставить молекулы поворачиваться, необходимо, чтобы на них действовал крутящий момент, индуцированный электрическим полем, причем этот крутящий момент прямо пропорционален квадрату напряженности электрического поля (а значит, и приложенному напряжению).

Во-вторых, движению молекул мешает сопротивление среды, то есть вязкость ЖК-вещества, которая зависит от многих факторов, например от толщины ЖК-ячейки, температуры и т.д. Сопротивление среды препятствует повороту молекул, стремясь развернуть их в обратном направлении. В данном случае уместна ассоциация с пружиной, которая натягивается под воздействием приложенной внешней силы, но как только внешнее воздействие исчезает, пружина возвращается в исходное состояние под воздействием возникших при натяжении сил упругости.

Итак, с одной стороны, молекулы поворачиваются под воздействием приложенного крутящего момента, который пропорционален квадрату приложенного к ячейке напряжения, а с другой стороны, повороту молекул препятствует сопротивление среды. Скорость поворота молекул, а значит, и время, в течение которого происходит поворот ЖК-молекул на заданный угол, также зависит от приложенного напряжения. Если поворот молекул происходит в сторону, соответствующую просветлению ЖК-ячейки (переход к более светлому тону), то время перехода приблизительно обратно пропорционально квадрату приложенного напряжения, а если ЖК-молекулы поворачиваются в сторону, соответствующую затемнению ЖК-ячейки (переход к более темному тону), то время перехода приблизительно обратно пропорционально первой степени приложенного напряжения. Утверждать при этом, что время перехода между двумя крайними состояниями ЖК-ячейки окажется максимальным, естественно, нельзя. Более того, для большинства матриц наблюдается как раз противоположная ситуация — время перехода между полутонами оказывается большим, чем время перехода между черным и белым цветами.

 

Рис. 2. Примеры временных диаграмм переключения пиксела для различных начальных состояний

Рис. 2. Примеры временных диаграмм переключения пиксела для различных начальных состояний

Рис. 2. Примеры временных диаграмм переключения пиксела для различных начальных состояний

Рис. 2. Примеры временных диаграмм переключения пиксела для различных начальных состояний

Рис. 2. Примеры временных диаграмм переключения пиксела для различных начальных состояний

Рис. 2. Примеры временных диаграмм переключения пиксела для различных начальных состояний

Для того чтобы определить время переключения пиксела между градациями серого (в дальнейшем будем считать, что имеется всего 256 градаций серого цвета, причем 0 соответствует черному цвету, а 255 — белому), можно поступить следующим образом. Первоначально будем измерять время переключения пиксела из состояния 0 (белый цвет) в состояния, соответствующие градациям серого (для простоты рассмотрим лишь промежуточные состояния — 64, 128, 196 и 255). Пример временной диаграммы для данного случая показан на рис. 2а. Далее зафиксируем в качестве начального состояния пиксела значение 64 и будем измерять время переключения между этим состоянием и всеми остальными (рис. 2б). Действуя таким образом, можно измерить время переключения между всеми полутонами (рис. 2в, г, д). В приведенном примере в результате получится пять временных диаграмм, что хотя и информативно, но неудобно. Если же рассматривать большее количество полутонов, то и количество диаграмм будет больше. Поэтому удобнее свести все эти диаграммы в одну трехмерную диаграмму, по двум горизонтальным осям которой откладываются начальное и конечное состояния пиксела, а по вертикальной оси — время переключения (рис. 3).

 

Рис. 3. Пример трехмерной временной диаграммы переключения пиксела между полутонами (градациями серого)

Рис. 3. Пример трехмерной временной диаграммы переключения пиксела между полутонами (градациями серого)

Для того чтобы понять, насколько более информативным с практической точки зрения является знание времени перехода между градациями серого в сравнении с формальным временем реакции пиксела, рассмотрим следующий пример. Пусть имеются два монитора — А и В. Время реакции пиксела монитора А составляет 30 мс (время включения — 17 мс, время выключения — 13 мс) (рис. 4), а монитора B — 25 мс (время включения — 15 мс, время выключения — 10 мс). Если ориентироваться только на время реакции пиксела, то можно сделать некорректный вывод о том, что монитор B обладает лучшими динамическими свойствами и более приспособлен для просмотра видео или для игр. Однако если более внимательно присмотреться к диаграмме монитора А, то можно заметить, что время переключения между различными оттенками серого примерно одинаково и не превышает 17 мс; для монитора B время перехода между отдельными градациями серого составляет более 20 мс. Поэтому, несмотря на тот факт, что время реакции пиксела, измеряемое как суммарное время переключения с черного цвета на белый и обратно, у монитора B меньше, чем у монитора А, с практической точки зрения более динамичным оказывается монитор А.

 

Рис. 4. Трехмерные временные диаграммы переключения пиксела между градациями серого

Рис. 4. Трехмерные временные диаграммы переключения пиксела между градациями серого
для двух гипотетических мониторов

Какой же вывод напрашивается из вышеизложенного? Все очень просто — заявляемое производителем время реакции пиксела не позволяет однозначно судить о динамической характеристике монитора. Более правильно в этом смысле говорить не о времени переключения пиксела между белым и черным цветами, а о среднем времени переключения пиксела между градациями серого.

Методика измерения времени переключения пиксела между градациями серого получила название Gray-to-Gray (GTG). Многие производители ЖК-мониторов (матриц) указывают в качестве времени реакции пиксела именно время, определяемое по методике GTG. С одной стороны, это время имеет большее практическое значение, поскольку более корректно отражает динамические характеристики монитора. С другой стороны, данная методика имеет один подводный камень. Методика измерения времени реакции пиксела, определяемого как суммарное время включения и выключения (Black-White-Black, BWB), описана стандартом ISO 13406-2. Методика GTG до сих пор не стандартизирована, поэтому четких, оговоренных правил, которые определяли бы, что именно понимается под временем переключения GTG, просто не существует. К примеру, не понятно, что именно указывает производитель — усредненное время переключения пиксела между различными полутонами или же только время перехода между двумя выбранными полутонами? Кроме того, если речь идет об усредненном времени, то остается непонятным, сколько раз измеряется время переключения для получения среднего значения. Однако в любом случае время реакции пиксела, указываемое по методике GTG, более информативно, чем время реакции пиксела BWB. Сравнивать время реакции пиксела, определяемое по методу GTG, с временем реакции пиксела, определяемым по методу BWB, в принципе некорректно хотя бы потому, что в методе BWB используется суммарное время переключения с черного на белый цвет и обратно, тогда как в методе GTG применяется только время перехода между двумя полутонами. И даже если предположить, что время перехода между любыми полутонами (включая переход между черным и белым) одинаково, то, зная время GTG, можно указать и время BWB для данной ЖК-матрицы, причем t(BWB) = = 2·t(GTG).

В каких же случаях производители указывают время реакции пиксела по методу BWB, а в каких — по методу GTG? В большинстве случаев решающую роль в этом играет маркетинг. Если время реакции пиксела по методу GTG значительно больше, чем время, измеряемое по методу BWB, то указывается время BWB. Если же время, измеряемое по методу GTG, оказывается примерно таким же или даже меньшим, чем время BWB, то по маркетинговым соображением предпочтительнее указывать время по методу GTG. Казалось бы, если время переключения пиксела между полутонами больше, чем время переключения между черным и белым, то как может время, измеряемое по методу GTG, получиться примерно таким же или даже меньшим, чем время BWB? Оказывается, существует технология компенсации времени реакции пиксела, которая позволяет сравнять время переходов между полутонами с временем перехода между черным и белым цветами. В большинстве случаев если производитель указывает время GTG, то это означает, что в данном мониторе используется технология компенсации времени реакции пиксела.

В начало В начало

Технология компенсации времени реакции пиксела

Итак, рассмотрим более детально технологию компенсации времени реакции пиксела. Проанализируем процесс переключения пиксела из цвета, соответствующего градации серого Gray Level 1 (GL1), в более светлый цвет, соответствующий градации серого GL2 (рис. 5). Пусть уровню яркости GL1 соответствует напряжение U1, а уровню яркости GL2 — напряжение U2 (GL2>GL1, U2>U1). Как мы уже отмечали, время переключения в данном случае зависит от разницы напряжений U1 и U2 (если точнее, то оно обратно пропорционально квадрату разницы напряжений). В нашем примере переключение пиксела GL1-GL2 происходит за время, примерно равное длительности двух кадров.

 

Рис. 5. Изменение напряжения на ЖК-ячейке и соответствующее ему переключение пиксела GL1-GL2

Рис. 5. Изменение напряжения на ЖК-ячейке и соответствующее ему переключение пиксела GL1-GL2

Для перехода из состояния GL1 в состояние GL3 (GL3>GL2) (рис. 6) требуется подать на ячейку более высокое напряжение U3 (U3>U2). При этом и время переключения будет меньшим (в нашем случае оно примерно соответствует длительности одного кадра).

 

Рис. 6. Изменение напряжения на ЖК-ячейке и соответствующее ему переключение пиксела GL1-GL3

Рис. 6. Изменение напряжения на ЖК-ячейке и соответствующее ему переключение пиксела GL1-GL3

Наша задача заключается в том, чтобы уменьшить время переключения GL1-GL2. Очевидно, что этого можно добиться, если первоначально в течение одного кадра подать на ячейку более высокий импульс напряжения, чем требуется для перехода GL1-GL2. Таким образом, идея заключается в том, чтобы первоначально более высоким импульсом напряжения форсировать поворот ЖК-молекул. Поскольку управляющее напряжение на ЖК-ячейке может меняться только с приходом каждого следующего кадра, длительность форсирующего (компенсирующего) импульса напряжения соответствует длительности одного кадра, а вот уровень этого компенсирующего напряжения подбирается таким образом, чтобы за время одного кадра уровень яркости пиксела не превысил бы значения GL2 (напомним, что значение компенсирующего напряжения соответствует более высокому, чем GL2, уровню яркости пиксела) (рис. 7). В противном случае возможно появление нежелательных артефактов.

 

Рис. 7. Переключение состояния ЖК-ячейки GL1-GL2 при использовании компенсирующего импульса напряжения

Рис. 7. Переключение состояния ЖК-ячейки GL1-GL2 при использовании компенсирующего импульса напряжения

Совершенно аналогично можно уменьшить время переключения пиксела при переходе

с более высокого уровня яркости GL2 на менее высокий GL1 (рис. 8). Для этого напряжение на ячейки в течение одного кадра снижается до значения, меньшего, чем требуется для перехода GL2-GL1. При этом уровень компенсирующего напряжения подбирается таким образом, чтобы при его уменьшении яркость пиксела не стала меньше требуемого значения GL1.

 

Рис. 8. Переключение состояния ЖК-ячейки GL2-GL1 при использовании компенсирующего импульса напряжения

Рис. 8. Переключение состояния ЖК-ячейки GL2-GL1 при использовании компенсирующего импульса напряжения

Технология компенсации времени реакции пиксела получила название Response Time Compensation (RTC). Впрочем, стоит отметить, что, несмотря на общую суть, различные производители по маркетинговым соображениям используют собственные названия данной технологии. К примеру, нередко применяется название Over Drive Technology, а компания ViewSonic пользуется термином ClearMotiv и т.д. Однако существо дела от этого не меняется.

Резюмируя вышеизложенное, можно сказать, что технология RTC позволяет уменьшить время переключения пиксела между градациями серого цвета, сократив его до времени длительности одного кадра. Кроме того, технология RTC принципиально не может повлиять на время переключения с черного на белый, равно как и с белого на черный цвета, и в этом смысле время реакции пискела, измеряемое как суммарное время переключения Black-White-Black, при использовании RTC-технологии не меняется. Отметим также, что если без применения технологии RTC время переключения пиксела между градациями серого цвета меньше времени длительности одного кадра, то технология RTC не только не способна сократить время переключения — ее использование приведет к артефактам. Рассмотрим это на следующем примере. Если время переключения GL1-GL2 без применения технологии RTC меньше, чем время длительности одного кадра, то за время длительности одного кадра будет реализован переход GL1-GL2. При использовании технологии RTC для реализации перехода GL1-GL2 подается последовательность напряжений U1-U3-U2, причем в течение первого кадра подается напряжение U3 (рис. 9). Поскольку U3>U2, то за время длительности одного кадра пиксел успевает переключиться в состояние GL3. После подачи напряжения U2 во втором и последующих кадрах пиксел перейдет в состояние GL2. Таким образом, вместо требуемого перехода GL1-GL2 на самом деле реализуется переход GL1-GL3-GL2. При этом в течение некоторого промежутка времени (часть первого кадра и часть второго кадра) пиксел будет «пересвечен», то есть его яркость будет выше требуемого уровня GL2, что можно рассматривать как своего рода артефакт.

 

Рис. 9. Пример некорректного использования технологии RTC

Рис. 9. Пример некорректного использования технологии RTC

Вопрос о том, уменьшается ли при этом время переключения пискела, в целом неоднозначен. Дело в том, что уровень GL2 достигается дважды: через время T1 и через время T2 (см. рис. 9). Время T1 соответствует достижению уровня GL1 в первом кадре, то есть когда подано напряжение U3, а время T2 — во втором кадре, когда подано напряжение U2. Остается лишь выяснить, какое из этих двух значений считать временем переключения пиксела. Понятно, что, с точки зрения производителя, выгоднее считать временем переключения пиксела именно время T1, однако, учитывая, что в промежутке T2-T1 мы имеем дело с «пересвечиванием» пиксела, будет правильнее считать временем переключения именно время T2. Интересно отметить, что в данном случае технология RTC не только не способствовала уменьшению времени переключения пискела, но и, наоборот, привела к его увеличению.

Аппаратная реализация RTC

После небольшого теоретического экскурса в основы технологии RTC рассмотрим, каким образом она реализуется на уровне монитора. Как уже отмечалось, для корректной реализации технологии RTC необходимо, чтобы каждому переходу между градациями серого соответствовал свой уровень компенсирующего напряжения, подаваемого в первом кадре (форсирующего импульса). При этом уровень компенсирующего напряжения зависит не только от уровня серого, на который происходит переход (GLfinal), но и от уровня серого, с которого происходит переход (GLstart). Поэтому для реализации технологии RTC сигнальный процессор монитора должен иметь кадровый буфер, в котором хранится предыдущий кадр. При приходе нового кадра для каждого пиксела на основе предыдущего и требуемого уровней серого GL происходит расчет требуемого уровня форсирующего напряжения. Поскольку электроника монитора работает именно с уровнями серого, каждому из которых соответствует некоторое значение напряжения, подаваемого на пиксел, можно говорить о том, что, зная требуемый и предыдущий уровни серого, сигнальный процессор (блок RTC) рассчитывает новый уровень серого, соответствующий форсированному импульсу напряжения. Для этого монитор содержит специальную таблицу Look-Up Table (LUT), в которой указано соответствие между выходным уровнем серого (соответствующего форсированному импульсу напряжения) и уровнями серого предыдущего и текущего кадров.

Принцип работы блока RTC показан на рис. 10.

 

Рис. 10. Принцип работы блока RTC

Рис. 10. Принцип работы блока RTC

Рассмотрим, к примеру, реализацию перехода с уровня серого 48 на уровень серого 128 (переход GL(48)-GL(128)). Для этого по LUT-таблице, реальный пример которой приведен ниже, находим требуемый для перехода GL(48)-GL(128) уровень серого, который необходимо подать на пискел в текущем кадре. В нашем примере — это GL(190). Аналогично по таблице LUT можно определить, что для перехода GL(208)-GL(80) требуется в текущем кадре подать на пиксел напряжение, соответствующее GL(17).

Как видно из LUT-таблицы, если текущее и предыдущее значения GL одинаковы (уровень серого не меняется), то и выходное значение GL будет таким же, как и текущее значение (диагональные элементы таблицы), то есть форсирующий импульс отсутствует. Выходное значение GL совпадает с текущим значением также и в том случае, если текущее значение составляет GL(0) или GL(256), то есть требуется реализовать переход к черному или белому цвету.

 

LUT-таблица переходов

LUT-таблица переходов

В рассмотренном примере таблица LUT была усеченной и имела всего 19ґ19=361 запись. Учитывая, что каждая запись требует 8 бит (1 байт) памяти, для такой таблицы потребовался бы объем памяти в 361 байт. А поскольку подобную таблицу необходимо иметь, то общий объем требуемой памяти составил бы 1083 байт.

Если предположить, что в таблице имеются значения для всех возможных градаций серого, то ее объем составит 256x256=65 536 записей для одного субпискела, а общий объем требуемой памяти — 192 Кбайт. Однако в действительности использовать таблицы размером 256x256 записей нецелесообразно. Их можно свести к усеченным таблицам и находить недостающие значения уровней серого путем билинейной интерполяции. Рассмотрим нашу усеченную LUT-таблицу, на основании которой требуется определить выходное значение GL для перехода GL(94)-GL(165). В нашей таблице нет ни значения GL(94), ни значения GL(165). Поэтому вместо GL(94) применяются два соседних значения GL(80) и GL(96), а вместо GL(165) — значения GL(160) и GL(176). Результатом будут четыре выходных значения: GL(213), GL(189), GL(232), GL(212), усредняя которые можно рассчитать выходной уровень для перехода GL(94)-GL(165).

Таблицу LUT удобно представлять в графическом виде. При этом каждому предыдущему значению GL пиксела соответствует корректирующая кривая, по которой для каждого текущего значения GL можно рассчитать выходное значение GL. На рис. 11 показаны корректирующие кривые, построенные на основе рассмотренной LUT-таблицы. На этом же рисунке показана прямая без компенсации, для которой выходное значение GL строго соответствует текущему значению GL.

 

Рис. 11. Корректирующие GL-кривые

Рис. 11. Корректирующие GL-кривые

В начало В начало

Уловки производителей, или Как получают рекордно низкое время GTG

Итак, после довольно подробного описания технологии RTC приведем реальный пример ее реализации. Рассмотрим 19-дюймовый ЖК-монитор ViewSonic VX924, в котором используется технология RTC. Согласно технической документации, время реакции пиксела для данного монитора составляет 3 мс по методике GTG. Еще раз напомним, что это означает, что для любых переходов между градациями серого среднее время перехода должно составлять 3 мс.

Казалось бы, технология RTC позволяет уменьшить время перехода между градациями серого вплоть до времени длительности одного кадра, которое при частоте кадровой развертки 60 Гц составляет 16,7 мс. При этом технология RTC принципиально не может повлиять на время перехода между белым и черным цветами (переход GL0-GL255). Откуда же тогда могут взяться заявляемые 3 мс?

Уловка первая

Для ответа на этот вопрос рассмотрим осциллограмму переключения пиксела из состояния для перехода GL0-GL200 (рис. 12). На данной осциллограмме хорошо заметна модуляция лампы подсветки (за счет такой модуляции регулируется яркость монитора), однако, несмотря на эту модуляцию, можно четко выделить два уровня яркости пиксела: GL0 и GL200. Как видим, сформированный импульс напряжения, действующий на пиксел в течение 16,7 мс (времени длительности первого кадра), приводит к тому, что пискел достигает значения GL200 уже через 3,3 мс. Казалось бы, желаемый результат достигнут и получено рекордно малое время переключения. Однако это не совсем так (точнее, совсем не так). Дело в том, что через 3,3 мс яркость пиксела не достигает, а пересекает значение GL200 и большую часть времени длительности первого кадра пиксел оказывается «пересвеченным», то есть имеет яркость большую, чем GL200. На протяжении следующих кадров яркость пиксела постепенно уменьшается до искомого значения GL200, достигая требуемого уровня через 52 мс.

 

Рис. 12. Осциллограмма перехода пиксела GL0-GL200 для монитора ViewSonic VX924

Рис. 12. Осциллограмма перехода пиксела GL0-GL200 для монитора ViewSonic VX924

Вывод здесь довольно прост. Рекордно малое время переключения пиксела — не что иное, как уловка производителя. Такой результат достигается за счет «пересвечивания» пикселов и довольно оригинального, но более чем спорного способа измерения времени переключения (благо методика GTG не стандартизирована). То есть заявленные 3 мс — это не более чем искусство измерения. Однако измерять время переключения пиксела можно и иначе. И если принять за время переключения время достижения (а не пересечения) уровня GL200, то время переключения составит 52 мс, что далеко не 3 мс. Как видим, на практике некорректное использование технологии RTC не только не уменьшает время переключения пиксела, но и, наоборот, увеличивает его.

Уловка вторая

Теперь давайте рассмотрим, каким образом в мониторе ViewSonic VX924 достигается рекордно малое время переключения пиксела при переходе с черного на белый цвет. Как мы уже не раз отмечали, технология RTC не может оказать влияния на время перехода GL0-GL255 или GL255-GL0. Однако посмотрим на осциллограмму перехода пиксела GL0-GL255 монитора ViewSonic VX924 (рис. 13). Как видим, ситуация в данном случае полностью аналогична уже рассмотренному переходу GL0-GL200 и время перехода действительно составляет 3,2 мс — нужно только «правильно» измерить. Реальное время перехода, как и в предыдущем случае, составляет 51 мс. Впрочем, в данном случае интерес представляет не время перехода, а иной фокус производителя. Каким образом градация серого для пискела может оказаться выше 255? Это действительно интересный вопрос, над которым стоит поразмыслить. Одно из возможных объяснений такого феномена может быть следующим. На самом деле в мониторе ViewSonic VX924 реально используются не все 256 градаций серого, а меньше. То есть белый цвет — это не белый, а близкий к нему серый оттенок. Если предположить, что при задании белого цвета (GL255) на самом деле устанавливается оттенок, соответствующий, к примеру, уровню LG250, то, значит, имеется некий запас по уровням серого (а соответственно и по напряжению), который можно применять для создания форсированного импульса напряжения. Резюмируя, можно сказать, что идея получения рекордно малого времени переключения пиксела при переходах с черного на белый цвет сводится к тому, что за счет незначительного уменьшения цветового охвата (количество воспроизводимых при этом монитором цветов уменьшается) появляется возможность использовать форсированный импульс напряжения даже при переходе GL0-GL255 и тем самым создать видимость сокращения времени реакции пиксела.

 

Рис. 13. Осциллограмма перехода пиксела GL0-GL255 для монитора ViewSonic VX924

Рис. 13. Осциллограмма перехода пиксела GL0-GL255 для монитора ViewSonic VX924

В начало В начало

Когда же технология RTC может оказаться полезной?

Понятно, что с точки зрения маркетинга и рекламы продавать мониторы с временем реакции пиксела 3 мс (Gray-to-Gray) проще, чем с временем реакции пиксела 16 мс. В конечном счете объяснять пользователю все тонкости измерения этого времени никто не собирается, а уж тем более говорить о возможных артефактах. При этом справедливости ради отметим, что ViewSonic — не единственная компания на рынке, прибегающая к таким уловкам. Практически все современные мониторы, в которых реализована технология компенсации времени реакции пиксела (RTC), имеют указанные выше недостатки.

Принципиальным здесь является тот факт, что без эффекта «пересвечивания» пиксела по технологии RTC невозможно получить время перехода между оттенками серого цвета меньшее, чем время длительности одного кадра. То есть, учитывая, что современные жидкокристаллические мониторы поддерживают частоту кадровой развертки 60 или 75 Гц, при использовании технологии Response Time Compensation без «пересвечивания» пиксела время перехода между оттенками серого не может быть меньше чем 16,7 или 13,3 мс соответственно.

Однако если повысить частоту кадровой развертки, то технология Response Time Compensation действительно может значительно уменьшить время реакции пиксела без эффекта «пересвечивания». Правда, это потребует от производителей жидкокристаллических матриц использования несколько иной электроники в мониторах. И по всей видимости, в скором времени на рынке появятся жидкокристаллические мониторы, поддерживающие частоту кадровой развертки 125, 250 Гц и более.

КомпьютерПресс 1'2006

Наш канал на Youtube

1999 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2001 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2002 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2003 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2004 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2005 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2006 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2007 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2008 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2009 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2010 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2011 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2012 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2013 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Популярные статьи
КомпьютерПресс использует