Что такое пиксельная частота
Что такое частота обновления экрана монитора и как она влияет на восприятие
Содержание
Содержание
Частота обновления экрана — один из самых неоднозначных параметров монитора. Одни утверждают, что чем она выше, тем лучше, а малая частота снижает качество изображения и вредит зрению. Другие уверены, что высокая частота — это для тех, кому деньги девать некуда, и что глаз все равно не различает частоту выше 25 Гц. Истина, как всегда, где-то посредине.
Что такое частота обновления экрана?
Вне зависимости от того, что мы видим на экране — статичную картинку или динамичный видеоролик — монитор постоянно выводит на экран серию изображений. Просто в первом случае все кадры будут более-менее одинаковы, а во втором расположение деталей на экране будет меняться от кадра к кадру, создавая иллюзию движения. Частота же смены кадров и есть «частота обновления экрана».
Совсем как в кино, поэтому многие вспоминают про стандартные для кинофильмов 24 кадра в секунду, т.е. 24 Гц. Если в кинотеатре никто не жалуется на «низкую частоту обновления», так зачем на мониторе нужно больше?
Существует устойчивый миф, что 24 Гц — это максимальная частота, воспринимаемая человеческим глазом. И что именно поэтому выбран такой стандарт для кино, а более высокая частота кадров просто не имеет смысла.
Развеять этот миф очень просто — достаточно запустить на компьютере какую-нибудь игру, позволяющую задавать скорость вывода кадров на экран (FPS). Игру лучше выбрать попроще, чтобы видеосистема уверенно обеспечивала высокий FPS. Попробуйте выставить в ней сначала FPS 24 и понаблюдать, а потом выше — например, 50. В динамичных сценах разница будет очевидна.
В кино это не так заметно из-за того, что каждый кадр фильма снимается с некоторой выдержкой, поэтому движущиеся объекты будут смазаны. Это смягчает переход от кадра к кадру и дополнительно «убеждает» наш мозг в том, что объект движется.
Кстати, многие игры также научились «смазывать» объекты, обеспечивая более плавное движение при невысоком FPS. Этот эффект называется motion blur. А частота кадров в кино была выбрана скорее из экономических показателей: меньше частота кадров — короче пленка и проще механика киноаппарата и проектора. Нужна была частота, которая обеспечивает более-менее плавное движение на экране, но при этом не требует больших затрат. Почему именно 24? Потому что при такой частоте минутный расход пленки составлял ровно 30 ярдов, что упрощало расчет количества пленки и, соответственно, бюджета съемок.
60 Гц — мало или достаточно?
Еще один миф, связанный с частотой обновления экрана, — это вред для глаз. Дескать, мониторы с низкой частотой обновления мерцают, что ведет к усталости глаз и, в перспективе, даже к заболеваниям. Следует признать, что это не совсем миф — мерцающее изображение действительно вредно для зрения. И мониторы действительно могут мерцать. Вот только это никак не связано с частотой обновления экрана.
Раньше, когда все мониторы делались на основе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ), причиной мерцания экрана действительно была частота обновления. В ЭЛТ люминофор на экране светится только в момент «пробегания» по нему электронного луча. Поэтому чем меньше была «частота монитора», тем заметнее мерцал экран. 60 Гц для такого монитора было совершенно недостаточно.
Однако изображение на экране ЖК-монитора не гаснет в промежутке между обновлениями кадров. Да, на некоторых мониторах заметно мерцание, но не из-за обновления экрана, а из-за режима работы ламп подсветки. Фактически, на статичном изображении нет никакой разницы между мониторами с частотой обновления в 60 Гц и 200 Гц. Если вы используете монитор для работы, в высокой частоте нет необходимости. 60 Гц вполне достаточно.
Не требуется высокая частота и в том случае, если вы любите смотреть видео на экране монитора. Несмотря на то, что кинопленка уже стала историей, стандарт в 24 кадра в секунду остается основным для видеоконтента. Качественное видео иногда снимают с частотой в 60 кадров/сек, а вот большая частота кадров встречается редко. Причины примерно те же, что и сто лет назад: чем больше частота кадров, тем больше объем файла и выше требования к камере и к производительности процессора плеера. Поэтому нет никакого смысла в мониторе с частотой обновления больше 60 Гц, если он нужен вам для просмотров фильмов. По крайней мере, пока.
Кому же нужна высокая частота?
В абзаце, где шла речь о 24 кадрах, не зря упоминалась компьютерная игра. Именно в динамичных играх наиболее заметно влияние частоты обновления. Но если вы любите после работы «погонять в танчики», не спешите бежать в магазин за 240-герцовым монитором. Сначала определитесь, действительно ли вам нужна высокая частота обновления.
А вот киберспортсменам высокая частота обновления действительно важна. Игрок с монитором на 100 Гц получает реальное преимущество перед теми, кто «сидит» на 60 герцах. Именно по этой причине появляются мониторы с частотой 240, 280 и даже 360 Гц.
Впрочем, не все способны воспользоваться эффектом от увеличения частоты обновления. Исследования показали, что мозгу достаточно 13 мс на то, чтобы распознать изображение, но вот на то, чтобы правильно отреагировать на полученный кадр, может потребоваться в десятки раз больше времени. Не стоит рассчитывать, что, сменив монитор, вы сразу и многократно улучшите свои игровые показатели.
Частота обновления и вертикальная синхронизация
Еще один аргумент в пользу высокой частоты обновления — с ее помощью можно устранить влияние рассинхронизации частоты обновления и FPS игры. Поскольку эти числа часто не совпадают, может случиться так, что перерисовка кадра игры попадет на момент обновления экрана. В итоге на одну половину экрана будет выведен предыдущий кадр, а на другую половину — последующий.
Если кадры сильно отличаются (например, когда игрок быстро движется или крутится на месте), на экране будут заметны неприятные рывки изображения. Переход на большую частоту не избавит от этого явления, но оно станет куда менее заметным за счет того, что «резаный» кадр будет демонстрироваться намного меньше.
Некоторые мониторы предлагают решить эту проблему без увеличения частоты обновления — при помощи технологий (G-Sync, V-Sync и Freesync), подгоняющих перерисовку кадра к обновлению экрана.
Но и в этом решении есть минусы. Во-первых, технология должна поддерживаться как монитором, так и игрой. Во-вторых, при работе V-sync могут теряться некоторые кадры, что не нравится киберспортсменам.
Частота обновления и время отклика
Время отклика — это период, который требуется пикселям экрана для изменения цвета после получения соответствующей команды. Очевидно, что этот параметр связан с частотой обновления экрана: за время между сменами кадров экран должен не только успеть перерисоваться, но и некоторое время экспонироваться. К примеру, на частоте 100 Гц время демонстрации каждого кадра составляет 10 мс (1000 мс /100 Гц). Если время отклика монитора больше, то нет никакой пользы от высокой частоты обновления, даже наоборот — будет некоторый вред. Когда время отклика сравнимо со временем экспозиции кадра, в динамичных сценах пиксели не успевают «набрать» цвет и правильных цветов на экране вы просто не увидите. Зато заметите «след» старого изображения, отображающегося одновременно с новым.
Поэтому, выбирая монитор с высокой частотой обновления, смотрите, чтобы время отклика у него было минимальным и хотя бы не превышало интервал, необходимый на перерисовку кадра (1000 / частота в Гц).
Выводы
Высокая частота обновления монитора — это не то, что требуется каждому. Если вы не проводите часы за 3D-шутерами или симуляторами, вряд вы вообще ощутите эффект от увеличения частоты обновления. А вот киберспортсменам высокая частота обновления монитора даст реальное преимущество. Да и просто любители динамичных игр почти наверняка (если позволит производительность системы) заметят улучшение игрового процесса, которое последует за увеличением частоты.
ВИДЕОКАРТЫ
Цифровое подключение ЖК-мониторов: тесты качества DVI у ATi и nVidia
Цифровые дисплеи
Помимо того факта, что ЖК-мониторы для отображения картинки требуют цифровые данные, они отличаются от классических ЭЛТ-дисплеев ещё несколькими особенностями. К примеру, в зависимости от возможностей монитора, на ЭЛТ можно вывести практически любое разрешение, поскольку трубка не имеет чётко заданного числа пикселей.
А ЖК-мониторы из-за принципа своей работы всегда имеют фиксированное («родное») разрешение, при котором монитор обеспечит оптимальное качество картинки. С DVI это ограничение не имеет ничего общего, так как его основная причина заключается в архитектуре ЖК-монитора.
Конечно же, ЖК-мониторы способны выводить другие разрешения. Но в таких случаях картинку придётся масштабировать или интерполировать. Если, к примеру, ЖК-монитор имеет «родное» разрешение 1280×1024, то меньшее разрешение 800×600 будет растянуто до 1280×1024. Качество интерполяции зависит от модели монитора. Альтернативой является вывод уменьшенного изображения в «родном» разрешении 800×600, но при этом придётся довольствоваться чёрной рамкой.
Для отображения разрешения 1600×1200 (UXGA) с 1,92 миллиона пикселей и частотой вертикальной развёртки 60 Гц монитору требуется высокая пропускная способность. Если посчитать, то необходима частота 115 МГц. Но на частоту влияют и другие факторы, например прохождение области гашения, поэтому требуемая пропускная способность возрастает ещё больше.
Около 25% всех пиксельных данных относятся ко времени гашения. Поскольку ЖК-мониторы электронную пушку не используют, здесь время гашения совершенно ни к чему. Но его пришлось учитывать в стандарте DVI 1.0, поскольку он позволяет подключать не только цифровые ЖК, но и цифровые ЭЛТ-мониторы (где ЦАП встроен в монитор).
Пиксельная частота
Время гашения оказывается очень важным фактором при подключении ЖК-дисплея по DVI-интерфейсу, поскольку каждое разрешение требует определённой пропускной способности от передатчика (видеокарта). Чем выше требуемое разрешение, тем больше должна быть пиксельная частота TMDS-передатчика. Стандарт DVI оговаривает максимальную пиксельную частоту 165 МГц (один канал). Благодаря десятикратному умножению частоты, описанному выше, мы получаем пиковую пропускную способность данных в 1,65 Гбайт/с, которой будет достаточно для разрешения 1600×1200 на 60 Гц. Если требуется большее разрешение, то дисплей следует подключать по двухканальному DVI (Dual Link DVI), тогда два DVI-передатчика будут работать совместно, что даст удвоение пропускной способности. Подробнее этот вариант описан в следующем разделе.
Впрочем, более простым и дешёвым решением будет уменьшение данных гашения. В результате, видеокартам будет предоставлено больше пропускной способности, и даже DVI-передатчик на 165 МГц сможет справиться с более высокими разрешениями. Ещё одним вариантом можно считать уменьшение частоты горизонтального обновления экрана.
DVI Dual Link
Ограничение TMDS-передатчика пиксельной частотой 165 МГц сказывается также и на максимально возможном разрешении ЖК-дисплея. Даже при уменьшении данных гашения мы всё равно упираемся в определённый предел. Да и снижение частоты горизонтального обновления может дать не очень хороший результат в некоторых приложениях.
Чтобы решить эту проблему, спецификация DVI оговаривает дополнительный режим работы, названный Dual Link. В данном случае используется сочетание двух TMDS-передатчиков, которые передают данные на один монитор через один разъём. Доступная пропускная способность удваивается до 330 МГц, чего вполне достаточно для вывода практически любого существующего разрешения. Важное замечание: видеокарта с двумя выходами DVI не является картой Dual Link, у которой два TMDS-передатчика работают через один порт DVI!
Впрочем, видеокарты с хорошей поддержкой DVI и уменьшенной информацией гашения будет вполне достаточно для вывода информации на один из новых 20″ и 23″ дисплеев Apple Cinema в «родном» разрешении 1680×1050 или 1920×1200, соответственно. В то же время, для поддержки 30″ дисплея с разрешением 2560×1600 от интерфейса Dual Link уже никуда не деться.
Хотя два разъёма DVI уже стали стандартом на high-end 3D-картах для рабочих станций, не все видеокарты потребительского уровня могут этим похвастаться. Благодаря двум разъёмам DVI мы всё же можем использовать интересную альтернативу.
Типы разъёмов DVI
На данный момент можно найти шесть различных разъёмов DVI. Среди них: DVI-D для полностью цифрового подключения в одноканальной и двухканальной версиях; DVI-I для аналогового и цифрового подключения в двух версиях; DVI-A для аналогового подключения и новый разъём VESA DMS-59. Чаще всего производители графических карт оснащают свои продукты двухканальным разъёмом DVI-I, даже если карта имеет один порт. С помощью адаптера порт DVI-I можно превратить в аналоговый выход VGA.
Спецификация DVI 1.0 не оговаривает новый двухканальный разъём DMS-59. Он был представлен рабочей группой VESA в 2003 году и позволяет вывести два выхода DVI на картах малого форм-фактора. Он также призван упростить расположение разъёмов на картах с поддержкой четырёх дисплеев.
Качество DVI у разных карт
Все графические процессоры, поставляемые сегодня ATi и nVidia, уже имеют встроенный на чип TMDS-передатчик для DVI. Производители карт на графических процессорах ATi чаще всего используют встроенный передатчик для стандартной комбинации 1xVGA и 1xDVI. Для сравнения, многие карты на графических процессорах nVidia используют внешний TMDS-модуль (к примеру, от Silicon Image), даже несмотря на наличие TMDS-передатчика на самом чипе. Чтобы обеспечить два DVI-выхода, производитель карты всегда устанавливает второй TMDS-чип независимо от того, на каком графическом процессоре базируется карта.
На следующих иллюстрациях показаны обычные дизайны.
Как покажет дальнейшее тестирование в нашей статье, качество выхода DVI на картах ATi или nVidia бывает весьма разным. Даже если отдельный TMDS-чип на карте известен своим качеством, это вовсе не означает, что каждая карта с этим чипом обеспечит высокое качество сигнала DVI. Даже его расположение на графической карте немало влияет на конечный результат.
Совместимость со стандартом DVI
Чтобы протестировать качество DVI современных графических карт на процессорах ATi и nVidia, мы выслали шесть образцов карт в тестовые лаборатории Silicon Image для проверки совместимости со стандартом DVI.
Что интересно, для получения лицензии DVI совсем не обязательно проводить тесты совместимости со стандартом. В результате, на рынок выходят продукты с заявленной поддержкой DVI, которые не соответствуют спецификациям. Одной из причин такого положения дел является сложная и, следовательно, дорогая процедура тестирования.
Тесты совместимости со стандартом DVI
Тесты разделены на три категории: передатчик (обычно видеокарта), кабель и приёмник (монитор). Для оценки совместимости DVI создаются так называемые глазковые диаграммы, представляющие сигнал DVI. Если сигнал не выходит за определённые границы, то тест считается пройденным. В противном случае устройство не совместимо со стандартом DVI.
Проверка глазковой диаграммы является самым важным тестом для оценки качества сигнала. На диаграмме заметны флуктуации сигнала (дрожь фазы, jitter), искажения амплитуды и эффект «звона». Эти тесты также позволяют наглядно увидеть качество DVI.
Самые большие проблемы при последовательной высокоскоростной передаче связаны с дрожью фазы сигнала. Если такого эффекта нет, то вы всегда можете чётко выделить сигнал на графике. Большинство флуктуаций сигнала создаются тактовым сигналом графического чипа, что приводит к появлению низкочастотной флуктуации частоты в диапазонах от 100 кГц до 10 МГц. На глазковой диаграмме флуктуация сигнала заметна по изменению частоты, данных, данных по отношению к частоте, амплитуды, слишком избыточному или слишком малому подъёму. Кроме того, измерения DVI различаются для разных частот, что необходимо учитывать при проверке глазковой диаграммы. Но благодаря глазковой диаграмме, можно наглядно оценить качество сигнала DVI.
Чтобы понять, как определяется совместимость с DVI и что необходимо при этом учитывать, нам следует погрузиться в дополнительные детали.
Устранение дрожания фазы DVI
Так как частота умножается в 10 раз с помощью ФАПЧ, влияние даже небольшого искажения увеличивается. В итоге данные попадают на приёмник уже не в своём первоначальном состоянии.
Стандарт DVI включает в себя устранение дрожания фазы (jitter management). Если оба компонента будут использовать один и тот же повреждённый тактовый сигнал, то информация может считываться из повреждённого сигнала данных без ошибок. Таким образом, совместимые с DVI устройства могут работать даже в условиях наличия низкочастотного дрожания фазы. Ошибку в тактовом сигнале тогда можно обойти.
Причины дрожания фазы DVI
Как мы уже объясняли выше, DVI работает оптимально, если передатчик и приёмник используют один и тот же тактовый сигнал и их архитектура одинакова. Но так бывает не всегда. Именно поэтому использование DVI может привести к появлению проблем, несмотря на сложные меры предотвращения дрожания фазы.
Стандарт DVI 1.0 чётко определяет задержку ФАПЧ. Такая архитектура называется несвязанной (non-coherent). Если ФАПЧ не соответствует данным спецификациям по времени задержки, то могут появиться проблемы. В индустрии сегодня ведутся горячие дискуссии по поводу того, следует ли использовать подобную несвязанную архитектуру. Причём, ряд компаний выступает за полный пересмотр стандарта.
Теперь вам должно быть понятно, почему использование длинных кабелей может стать проблемным, даже если не учитывать внешние помехи. Длинный кабель может вносить задержку в тактовый сигнал (напомним, что сигналы данных и тактовые сигналы имеют разные частотные диапазоны), дополнительная задержка может влиять на качество приёма сигнала.
По опыту Silicon Image, нормально работают кабели DVI с длиной 2 метра, однако качество может заметно ухудшаться при увеличении длины до 5 м (и уж тем более до 10 м). Мы постараемся исследовать влияние длины на качество в будущей статье.
Тесты совместимости передатчика
Поскольку стандарт DVI чётко описывает, как приёмник обрабатывает полученные данные, можно легко оценить качество DVI-передатчика (на графической карте). Для этой цели Silicon Image разработала тестовую систему DVI Compliance Test Kit. Карта подключается к специальной тестовой плате, оснащённой CRU (clock recovery unit, блок восстановления синхронизации), который используется для симуляции оптимального приёмника. Данные затем проверяются с помощью осциллографа Tektronix TDS7404. Программное обеспечение Tektronix TDSDVI автоматически записывает глазковую диаграмму, включая допустимые границы.
| Переход с аналогового ЭЛТ-монитора на цифровой ЖК может оказаться и не таким простым. Казалось бы, цифровое подключение DVI обеспечивает максимальное качество без дополнительных цифро-аналоговых преобразований. Но даже у DVI возникают проблемы. В нашей статье мы подробно рассмотрим стандарт DVI и проведём тестирование на совместимость с этим стандартом нескольких карт ATi и nVidia. | ||
 | ||
| ||
| ||
| ||
История мейнфреймов: от Harvard Mark I до System z10 EC
|
