Здравствуйте, мои уважаемые читатели и я, как говорили раньше, «рад видеть вас, у ваших голубых экранов»! Ведь вы наверняка читаете эту страницу с монитора компьютера или со смартфона. Такое приветствие я выбрал не случайно, ведь предметом обсуждения в этой статье будет такой важный параметр отображения видеоконтента как частота обновления экрана.
Особенности визуального восприятия
Чтобы вы себе ясно представляли, о чем идет речь, я предлагаю небольшую порцию базовых теоретических знаний. Как вы знаете, любой искусственно созданный видеоряд состоит из отдельных кадров, быстрая смена которых создает эффект движущихся объектов. Этот принцип использовался еще до создания кино в различных развлекающих устройствах.
Он сохранился и спустя сто с лишним лет: сейчас лучшие голливудские фильмы с многомиллионным бюджетом, и популярные компьютерные игры, окунающие нас в потрясающий мир виртуальной реальности, так же выводятся на экраны покадрово. Существенно поменялось только качество картинки.
Я бы не стал обвинять изобретателей в том, что за столько лет технического прогресса они ничего принципиально нового в этой технологии не придумали. Ведь в ее основе лежит физиологическая особенность способности нашего организма воспринимать зрительные образы.
В нашем глазу имеются рецепторы (колбочки и палочки), которые, при попадании на них света запускают химическую реакцию превращения зрительных пигментов йодопсина и родопсина в вещества, воздействующие на нервные окончания.
Те, в свою очередь, посылают импульс к нервным клеткам головного мозга, где вся информация обрабатывается и используется для формирования зрительного образа. Надеюсь, вы понимаете, что мгновенно все это произойти не может.
Со временем ученые провели опыты и установили, что для того, чтобы сменяющиеся изображения воспринимались как движущийся объект, их надо показывать с частотой не реже, чем три кадра в секунду. С другой стороны, слишком быстрая смена не позволит уловить изменения в образе и здесь предельной величиной восприятия является интервал в 20 миллисекунд (что соответствует 1000 мс : 20 = 50 Герц). Вот мы и приблизились к конкретным цифрам, от которых я собираюсь отталкиваться в дальнейшем изложении темы. Ну а вы, уже будете знать, почему частота обновления экрана измеряется где-то в пределах этого значения (а не 15 или, например, 670 Гц).
Подбор частоты кадров для кино и техники
Итак, продолжим. Кинотехнологи определили для себя, что 24 кадра в секунду, это как раз то, что обеспечит качественную и приятную картинку. Но с появлением телевизоров данное значение пришлось подкорректировать под параметры электропитания устройств. Учитывая то, что в Европе частота тока в сети 50 Гц, а в США – 60 Гц, частота отображения телевизионных кадров была определена как кратная величина: 25 и 30 кадров\секунду соответственно.
Это сейчас, в жидкокристаллических мониторах можно выводить на экран весь кадр сразу. А вот в ламповых кинескопах использовалась технология развёртки изображения по строкам. Это обусловлено тем, что электронный луч должен последовательно пройтись по всем точкам экрана и лучше всего это делать построчно.
Но к тому времени, пока он доходил к низу, верхние элементы начинали затухать, поэтому изначально была предложена чересстрочная развертка, при котором изображение разбивалось на четные и нечетные строки, отображение которых занимало меньше времени.
Такая технология имела и свои недостатки, касающиеся качества изображения и безопасности для глаз. И если для ТВ-сигнала оно было еще приемлемым, то для использования экранов с ЭЛТ в роли компьютерного монитора этого оказалось недостаточно.
Прогресс и появление ЖК мониторов
Со временем электротехнические технологии существенно продвинулись вперед:
- луч теперь мог сканировать весь экран за 20 мс, развертка, как и планировалась изначально, стала прогрессивной (без разделения кадра) и частота обновления экрана монитора приблизилась к 50 Гц;
- появились кинескопы с диагональю более 1 м, их поверхность стала идеально плоской, а за одну секунду удалось выводить на них 120 отдельных изображений;
- ужесточались требования к разрешению картинки;
- активно развивались новые стандарты передачи видеопотока;
- появлялись новые, более реалистичные компьютерные игры и фильмы в формате FullDH, 4К.
И, конечно, огромным достижением прогресса явилось создание и широкое распространение жидкокристаллических экранов, ставших основой для телевизоров и компьютерных мониторов. Существенным их отличием от кинескопных моделей было уменьшение габаритов и вывод картинки на экран цельным кадром, что дало возможность ускорить данный процесс.
Соответственно, важным параметром работы ЖК экрана стало время отклика пикселя, за которое он мог изменить свою яркость, а значит подготовиться к созданию нового изображения. По этому показателю в 3 — 5 мс, лучшими оказались TN матрицы. Другие типы LCD экранов (IPS, VA) хоть и не достигли таких значений, но также показывали неплохие результаты.
А теперь вы сами подсчитайте, какая частота обновления может быть у TN экрана:
1000 мс : 4 = 250 Гц. Впечатляет? Безусловно, чем выше, тем лучше.
Особенности цифрового видеопотока
Однако, спросите вы, зачем все это? Ведь наш глаз, как мы уже сказали, не успеет обработать такую частую смену изображений. Конечно, это так. Но я хочу рассказать вам еще несколько интересных вещей, связанных с отображением видео и, возможно это прояснит ситуацию.
С появлением ЖК экранов стали отдельно выделять:
- Частоту обновления экрана, которая является технической характеристикой электронного устройства вывода и важным параметром интерфейса передачи видеопотока (HDMI, DisplayPort, DVI, SCART, VGA);
- Частоту кадров или fps, которая применяется исключительно как параметр самого видео контента. Это может быть ролик на YouTube, динамически изменяющаяся сцена в кибер-игре, фильм на DVD или Blu-ray диске, а так же сигнал цифрового телевидения.
Кстати о фильмах. До определенного момента большинство работ, представленных в самом лучшем по качеству формате Blu-ray, имели стандартные для кино 24 fps. Только с 2012 года в фильме «Хоббит: Нежданное путешествие» с помощью специальных камер RED Epic удалось получить видео с 48 кадрами в секунду. И это считается огромным успехом, ведь по словам экспертов картинка получилась более плавная.
Самыми требовательными к частоте кадров на сегодня являются киберспортсмены. Скоростная смена сцен в динамических шутерах или в MOBA позволяет максимально окунуться в созданное разработчиками виртуальное пространство. В онлайн играх fps может быть более 60 при использовании качественного Интернета, а в сражения по локальной сети он еще выше.
Я специально отвлекся на частоту кадров, чтобы вы поняли, что возможности современных экранов по частоте обновления намного выше. И их грех не использовать. В некоторых случаях это делается это с помощью цифровой обработки смежных кадров и создания промежуточного изображения. Увидеть разницу при этом может не каждый, да и то, если поставить рядом два монитора и исходным и обработанным контентом.
И еще, к вопросу о том, влияет ли ФПС на качество отображаемого видео. Можно создать фильм в формате 8К с 120 fps. Но если у вас устаревший интерфейс передачи сигнала или слабая аппаратная часть, то справиться с обработкой такого объемного цифрового потока они не смогут.
Безусловно, прогресс развивается и решения, позволяющие максимально использовать высокую частоту обновления экрана, уже существуют. Но мне кажется, их развитее не будет уже столь активным, ведь по этому параметру технологии вплотную приблизились к возможностям нашего организма. Остается одна надежда на препарат, который ускорит реакцию в рецепторах нашего глаза, и мы сможем быстрее различать отдельные кадры.
На этой оптимистично-фантастической ноте я закончу свой рассказ. Надеюсь, вы теперь стали опытнее и это поможет вам в будущем не попасться на маркетинговые уловки продавцов, связанные с частотой обновления экрана телевизоров и мониторов. До скорых встреч в новых темах моего блога, всем удачи!
Комментариев к статье: 1