עוד אפשרויות

Google translateGoogle translate
RSSמאמרים וחדשות RSS
קישור לעמוד זהLinkback
גרסא להדפסהגרסא להדפסה
del.icio.usשמירה ב del.icio.us
DIGGהמלצה ב-DIGG

מאמרים מהקבוצה

תנע זויתי - למה לא רואים טוב במסכי LCD...

21/08/2008 - 07:00



 
 
 


בכדי להבין את הבעיה שאנחנו מנסים לפתור, כדאי להסביר מעט על הפיזיקה מאחורי מסכי ה-LCD.

אור מגיע בעצם באין ספור קוטביות בעולם הטבע. ניתן כיום להשתמש בפילטר מיוחד (הנקרא פולרואיד על שם החברה שיצרה אותו - פולרואיד) "מקטב". מקטב הוא פילטר אור אשר מעביר רק קוטביות בכיוון מסויים כלשהו. אור אשר מקוטב בקוטביות מסויימת יחסם על ידי מקטב שעובד ב-90 מעלות ממנו.

בכדי להבין את זה אפשר לחשוב על מקטב כאל סדרת חריצים אופקיים. האור, לצורך ההסבר, מגיע כקוים מקביליים בזוית שאנחנו יכולים לשלוט עליה. כאשר קוי האור המקביליים יהיו בזוית בדיוק זהה לזוית של החריצים, הם יעברו כמעט במלואן (חוץ מזה שהחריצים יגרמו לכם שמקסימום יכול לעבור 50% מהאור החוצה, אבל זה כבר סיפור אחר).

כשנסובב את זוית האור, ככל שהזוית תהיה פחות ופחות קרובה לאופקית ותתקרב לאנכית, כך האור שיצליח לחדור דרך החריצים יפחת וילך. כאשר קוי האור יהיו אנכיים, מעט מאוד אור יעבור דרך החריצים.

 זה העיקרון של פילטר פולרואיד. בתור ילד אני זוכר שקיבלתי פילטרים כאלה ושניתן היה לשלוט בגוון שלהם על ידי סיבוב הפילטרים זה ביחס לזה. הסיבה לכך היא שהפילטר הראשון משמש לקיטוב אור טבעי (ובכך רק 50% מהאור עובר דרכו אך כולו בזוית קבועה). הפילטר השני קובע עד כמה מקוי האור המקביליים ימשיך הלאה או יחסם בשלב השני.

LCD

את הרעיון של פילטר מקטב פיתחו בתחילת שנות השלושים על ידי שימוש בקריסטליים מיקרוסקופיים, בעלי צורה שמזכירה מחט, המושקעים בתוך פולימר שקוף. בכדי ליישר את הקריסטליים הללו בשלב הייצור, הקריסטלים משולבים עם מטען מבוסס ברזל אשר בעצם מאפשר לשלוט עליהם על ידי כוח מגנטי.

כלומר, שופכים את הקריסטליים לתוך הפולימר, מפעילים כוח מגנטי ואז ממתינים שהפולימר יתקשה.

LIQUID CRYSTAL הם חומרים שבעצם כוללים תכונות של קריסטל ושל נוזל בו זמנית. יש מספר חומרים כאלה, אך בהרכב כימי מתאים הם בעצם משמשים כמקטב פולרוייד שבאופן טבעי הוא "מבולגן". כלומר, הקריסטליים שהם בעצם מחטים קטנות מפוזרות בזויות שונות בתוך הנוזל. הזרמת זרם חשמלי גורם למחטים להתיישר יותר ויותר ככל שהעוצמת הזרם החשמלי מתגבר. על ידי שליטה בעוצמות ובזויות הזרם ניתן לשלוט בזוית המחטים.

יש טכניקות רבות למימוש LCD, והפנלים השונים משתנים באופן שבו האלקטרוניקה שולטת על כל תא, עובי וגודל התא, הרכבו הכימי.

השיטה הנפוצה ביותר כיום היא שיטת TWISTED NEMATIC FIELD שבה במצב דלוק הקריסטלים מסתדרים כך שהם בעצם משנים את קוטביות האור ב-90 מעלות (הם מסובבים כמו קפיץ ב-90 מעלות בין שתי הפלטות השקופות המשמשות כאלקטרודות). ניתן לראות את זה לגבי האור האדום בתמונה שמתחת.

 כאשר האלקטרודות טעונות, הקריטסלים מסתדרים באופן ישר ולכן האור נשאר עם הקיטוב של פילטר הקיטוב הראשון המקורי ולכן נחסם בפילטר הקיטוב המשני.

חשוב להבין שככל שהתא קטן יותר, הוא יכיל פחות קריסטליים ולכן יהיה קל יותר לשלוט על התנע הזויתי שלהם. התנע הזויתי של הקריסטלים יעזור בעצם לקבוע כמה מהר ניתן יהיה לסובב אותם לזוית הרצויה. זמן התגובה של מסך כלשהו לרוב ימדד על ידי שינוי הזוית של הקריסטליים ממצב מסובב (שבו הם משנים את קוטביות האור ב-90 מעלות) למצב ישר (שבו הם מעבירים את קוטביות האור כמו שהיא) הזמן שלוקח לקריסטלים להסתובב הוא בעצם זמן התגובה.


מתוך אינציקלופדיה בריטניקה

כאמור, זמן זה מתקצר ככל שהתא קטן יותר, ולכן אין כיום בעיות של זמני תגובה במקרני LCD שמשתמשים בפאנלים קטנים במיוחד. במסכי קולנוע ביתי, לעומת זאת, יש דרישה למספר פיקסלים קבוע (כ-6 מיליון תאים עבור מסך FULL HD) אשר צריכים להיות גדולים ככל הניתן בכדי לספק לנו מסכים של 42, 50 או אפילו 70 אינצ´ים וצפונה.

ככל שהתא גדל יותר, כך קשה יותר לשמור על זוית עקבית בכל השטח שלו. לוקח יותר זמן להגיע לכל הגבישים וזמן התגובה מתארך והולך. זמן תגובה ארוך גורם לאיכות תמונה פחותה ולמריחה בתמונה.

בעיות נוספות בטכנולוגית ה- LCD כוללות בעצם את העובדה שגם במצב של אור מקוטב 0 מעלות אשר עובר דרך פילטר ב-90 מעלות (שאמור לחסום את האור לחלוטין) עדיין עובר אור דרך המנגנון. יתר על כן, ככל שהתאים גדולים יותר, הקריסטלים לא בדיוק מצליחים לשמר את הצורות הנכונות, יש יותר קריסטלים שלא יישרו קו (כלומר הם בזוית לא נכונה) ובכך פוגעים בדיוק המסך וביחס הניגודיות שלו (שחורים הופכים לאפורים).

היעילות של מסכי LCD מבחינת הספקים היא נמוכה למדי. מכיוון שקשה לייצר אור מקוטב, נשתמש באור רגיל ונקטב אותו תוך שימוש בפילטר. בטכנולוגיות מסויימות יש פילטר אחד (הקריסטלים עצמם משמשים כפילטר השני), ולעיתים יש פילטר נוסף. בשיטה המסובבת, קיימים שני פילטרים, אחד אחרי מקור האור ולפני הפאנל, ואחד לאחר הפאנל (הפילטר שאחרי הפאנל, משמש בין היתר כאמצעי הגנה על המסך וכן לפיזור אור סביבתי). והוא אחראי לחסימה של כ-50% מהאור שמופק במסך. חסימה זו גורמת להפיכת האנרגיה שטמונה באור לחום. ה-LCD אחראי על חסימת שאר האור וכאשר יש מסך שחור, הוא צריך להמיר את מלוא האור (או כמות נכבדת ממנו) לחום.

פילטרים שונים והרכבי LCD שונים גורמים לשינוי בזויתיות של התמונה ובבהירות ובאיכות התמונה, אך הבעיה של תנע הזוית של הקריסטלים הוא במהות השיפורים שנעשו בטלויזיות ה-LCD בשנים האחרונות.

המעבר לתאורה אחורית LED והיכולת להחשיך את עוצמת האור האחורי (לפני הקיטוב) משפרת מאוד את היעילות של הטכנולוגיה.


מריחות ותנע זויתי

הבעיה העיקרית שתנע זויתי איטי גורם זה מריחות. חשוב לציין את התרומה של פיליפס בנושא זה עם APTURA שלהם, טכנולוגיה אשר משתמשת בהבהוב האור האחורי בסנכרון עם הזמן שבו הקריסטלים בתנועה.

המריחה נגרמת בשל כך שהקריסטלים לא מסוגלים לשנות את הזויות שלהן (למשל להגיע מזוית 0 מעלות ל-90 מעלות) באופן מיידי, אלא הדבר נעשה באופן הדרגתי. למרות חוסר הרגישות לכאורה של העין אשר אמורה להבחין בתנועה החל מ-24HZ בלבד (41 מילישניה!), בעצם העין מבחינה בתנועה קצרה במיוחד אך ככל שהתנועה מהירה יותר כך המוח מתקשה לעקוב ומעלים את התופעה. עם זאת, התחושה של המריחה נשארת ולכן רצוי להפחית את זמן התגובה ככל שניתן.

פיתרון אחד הוא הקטנת גודל הפיקסלים. כבר לפני יותר משנתיים החלו עבודות על מסכים שהרזולוציה שלהם תגדל מעבר ל 1080P (כלומר FULL HD) במטרה להשתמש בפיקסלים קטנים יותר בכדי לשפר את איכות התמונה (לא את הפירוט, אלא לטפל בבעיות האחרות הגורמות לקושי לייצר טלויזיות LCD גדולות). שתי בעיות יש לגישה הזו: דרוש עיבוד תמונה טוב בכדי לגרום לתמונה להיראות טוב, ושאם יש תא אחד תקול בכל המסך (שכבר מגיע ל-12 מיליון פיקסלים או 36 מיליון תאים) אז המסך יחשב כתקול. כלומר, דרוש שיפור באיכות היצור של פי 4 לפחות מאיכות היצור כיום. בעיה נוספת היא UNIFORMITY - ככל שיש יותר פיקסלים כך קשה יותר לשמור על האחידות שלהם.

תופעות כיווץ ותנע זויתי

מי שמכיר את טכנולוגית ה-LCD זוכר שלפני כמה שנים איכות התמונה היתה מאוד בעייתית. גווני צבע העור של אנשים היו פלסטיים ולא אמינים וצפיה בטלויזיה רגילה היתה מזעזעת בשל תופעות כיווץ מוגזמות.

אותי הנושא ריתק. לא הצלחתי להבין בזמנו מדוע במסכי LCD רואים יותר MPEG ARTIFACTS מאשר במסכי פלזמה. התשובה מעניינת וקשורה לאותה בעיה של תנע זויתי, אך הפעם טמונה בבעיה אחרת שבו, שעליה לא מרבים לדבר.

כאמור, זמן התגובה נמדד כזמן שלוקח לאחוז ניכר מהקריסטלים להתיישר מזוית אופקית לזוית אנכית (משחור ללבן או ההיפך). אך מה שמעניין הוא גם זמן התגובה שנקרא GRAY TO GRAY RESPONSE TIME. לכאורה, מזוית 45 מעלות לזוית של 90 מעלות צריך היה לקחת חצי מהזמן שלוקח לעבור מזוית 0 לזוית 90 מעלות. זה במרבית המקרים אכן נכון. הבעיה היא בזויות מאוד דומות. לעבור מזוית של 0 מעלות למעלה אחת יכול לקחת זמן רב מאוד. הקריסטלים יתחככו זה בזה ולא יהיה מספיק תנע זויתי בכדי לגרום לקריסטלים להתיישר לזוית החדשה. במקרים קיצוניים זמן GRAY TO GRAY RESPONSE TIME יכול להיות פי 4 או יותר כאשר אנחנו מדברים על מעבר קטן מאוד של זוית. צריך לזכור שכיום אנחנו מדברים על טווח צבעים רחב יותר שיכול להכיל 10 ביטים של גוונים (במקום 256 זויות כפי שהיה קודם, כרגע מדברים על 1024 זויות שונות שהתא צריך לעבוד בהם במדוייק). כלומר, יתכן כיום שינוי זוית מזערי ובמקרים מסויימים כלל לא בטוח שהקריסטלים בכלל יצליחו להסתובב לזוית הנכונה וננעלו בזוית המקורית שלהם.

פיתרון אחד אפשרי הוא הבהוב בסגנון של פיליפס אפטורה - במידה והזויות קרובות, להעביר את הזוית קודם לאופקית (שחור) ואז לזוית הרצויה. כלומר, אנחנו מהבהבים את התא לשחור ואז לגוון שאותו אנחנו באמת רוצים. פיתרון נחמד, אבל יקר כי הוא מכפיל בעצם את זמן התגובה הרגיל. מסך שיעשה זאת ויהיה בעל 6 מילישניות זמן תגובה, ישפר בעצם את זמן התגובה אפור-לאפור (שיכול להיות כמעט 20 מילישניות), אבל זמן התגובה שחור-לבן שלו יהיה 12 מילישניות...

ללא פיתרון, התופעה שמתקבלת מדגישה מאוד תופעות כיווץ. הסיבה לכך טמונה בדרך שבה כיווץ וידאו עובד. בעצם כיווץ וידאו מסתמך על העובדה שהעין מגיבה לאט בנסיון להתגבר על מחסור ברוחב סרט.

איך זה עובד? התמונה הראשונה שמשודרת היא מאוד לא איכותית ומלאה ב-MPEG ARTIFACTS כמו תמונת JPEG מכווצת מדי. זאת בשל העובדה שפשוט אין רוחב סרט להעביר תמונה איכותית.

מכיוון שבתמונות הבאות יש מעט שינויים, ניתן לתקן את התופעות הללו, לשפר את התמונה ובמקביל לשדר את השינויים מהפריים הקודם. לדוגמא, מתקנים מעט את האיכות הפחותה של התמונה הקודמת, מוסיפים פרטים ומשדרים את השינויים בפניה של הדוגמנית המצולמת (אלא אם כן היא הזריקה בוטוקס ואז אין בכך צורך).

זה הסבר מעט פשטני, אך הוא ישרת אותנו בטיעון הבא. ההבדלים בין התמונה הראשונה לשניה הם קטנים אך משמעותיים - הם דואגים לכך שהתמונה תשתפר ובגלל המהירות שהדבר נעשה מרבית האנשים לא יבחינו בתופעה. דווקא העובדה שמדובר בהבדלים מאוד קטנים גורמים לבעיות במסכי LCD.


תמונה מקורית כפי ששודרה


מה שהתופעות גורמות לתמונה (שימו לב לבלוקים מאחור ולגבולות הכתפיים שלו)

בעצם, תופעות הכיווץ כמו MACROBLOCKING ו-MOSQUITO הם בשל העובדה שהגוונים קרובים ליעד, אך הם "על בערך" ולא מדוייקים. תיקון שלהם לרוב דורש תיקוני זוית מאוד קטנים - בדיוק אלה שה-LCD יתקשה בהם כל כך. גם תופעות כגון GRADIENT DITHERING מושפעות מכך. כלומר, מעבר מגוון אחד של כחול בשמיים לגוון אחר - אשר גורמים לכך שבנקודה מסויימת יש מעבר חד ודיגיטלי בין הגוונים.

וכך, מסך LCD יציג תמונה שהיא בעצם דומה יותר לפריים הראשון, זה שהוא מכווץ מדי, ובמקרים רבים לא נראה את התיקונים הרבים שאלגוריתמי הכיווץ עבדו כך כך קשה בכדי לשפר. ככל שזמני התגובה GRAY TO GRAY גבוהים יותר, כך תדגיש הטכנולוגיה של ה-LCD את תופעות הכיווץ ואיכות התמונה תדרדר.

הדבר בעיקר משפיע על תוכן שהוא מכווץ חזק מאוד ומשפיע גם על MPEG2 וגם על כיווץ H264 (שהולך הלאה עם הרעיונות שלו וגורם לכך שיש הרבה יותר תיקונים בזמן אמת מאשר ב-MPEG2 בשל היכולת שלו להביט "קדימה" אל העתיד ולכווץ דברים ביחס לפריימים עתידיים - מה שעלול לגרום לכך שתופעות הכיווץ יראו באופן ברור אפילו יותר).


120HZ ואיך הוא מפחית בעיות תנע זויתי

עד לפני כשנתיים, השיפור היחיד בתחום שהחברות ביצעו היה בעיקר לשפר את הטכנולוגיה של מסכי LCD במטרה לשפר את התנע הזויתי, להפחית את החיכוך וההפרעה ההדדית בין הגבישים ובשיפור זמני התגובה.

הפריצה האחרונה הגיעה בעצם עם 120HZ. מכיוון שהתכנים של הוידאו בארה"ב מגיעים ב-60HZ, זה היה קצב העדכון של מסכי ה-LCD גם במקרה שמקור הוידאו היה פילם (24 פריימים בשניה) או וידאו (60 חצאי פריימים בשניה). בשני המקרים היה המסך ממיר את התוצאה ל-60HZ ופועל בהתאם.

כשנושא ה-24P והתנועה החלקה נכנסו לתמונה עם בלוריי, החלו היצרנים בניסיונות למנוע את ההמרה מ-24FPS ל-60HZ, אשר גורם לתנועה לא חלקה (JUDDER). מכיוון ש-60 אינו כפולה שלימה של 24FPS, נוצרת בעיה וצריך לעשות התאמה (3:2) אשר גורמת לתנועה מגומגמת. שימוש בעדכון טבעי של 24HZ גורם להבהוב נוראי והיצרנים שמו לב שהוא גם מאוד משפיע על זמן התגובה שגדל משמעותית.

המסקנה היתה פשוטה, נגביר את קצב העדכון ונפחית את זמן התגובה. מתברר שהתופעה עובדת היטב והמספר האוניברסלי של 120HZ נבחר בשל העובדה שהוא כפל שלם של 24 ושל 60. הקצב החדש הפחית בחצי את זמן התגובה שחור-לבן, אך לא פתח לחלוטין את בעיית התנע הזויתי.

הצעד הבא בתחום הזה הוא 300HZ אשר יאפשר להשתמש בקצב קבוע עבור 50HZ, 60HZ, 24FPS ויפחית משמעותית הן את זמן התגובה הרגיל והן את בעיית התנע הזויתי.

שיפור נוסף בתחום נמצא בתחום ה-INTERMEDIATE FRAMES (תנועה זורמת) אשר בעצם מייצרת תמונות מלאכותיות בין פריימים אמיתיים. כלומר, מכונית שנעה משמאל לימין על המסך תזוהה ובין שתי תנועות שלה המסך מסוגל יהיה לייצר מכונית מלאכותית באחד או שתי נקודות על המסך. הדבר גורם לעיכוב בהגעת התמונה ויכול לגרום לכמה תופעות לוואי (תנועה חלקה מדי ולא סינמטית ותחושה של ראליזם מוגבר מדי).

מצד שני, הדבר גורם ליותר תנועה ושינויים על המסך ובכך תורם לשיפור זמני התגובה ובכך להפחית את התופעות הנ"ל.

השיפורים הללו צפויים להיכנס במקביל לשיפורים בטכנולוגיית 120HZ, תאורה אחורית LED ועוד טכנולוגיות נוספות שסוף סוף יגרמו ל-LCD להגיע לפוטנציאל המבטיח הגלום בו.

חשוב לציין: ההסברים המובאים כאן הם פשטניים ומוסברים באופן כזה בכדי שכל אחד יוכל להבין את הרעיון. בטכנולוגיה בפועל הסיבוך גבוה בהרבה ברמה הפיזיקלית והמעשית.

למידע נוסף על LCD לחצו כאן

לדיון בפורומים לחצו כאן.



עוד מ: oferlaor

דרגת קושי: 6
דירוג הכתבה

דירוג ממוצע:

4.3
(6) הצבעות

בהקשר זה

 איך לקרוא מאמרי וידאו (חלק א)
 איך לקרוא מאמרי וידאו (חלק ב)
 מסך פלזמה או LCD?
 תנע זויתי ב-LCD
 ביקורות וידאו
 מדריך לכיול YES IMPACT
 איזה גודל וסוג מסך אני צריך?
 100HZ במסכי LCD
 תאורת LED במסכי LCD
 עוד על וידאו


המאמר הפופולרי ביותר בתחום וידאו:
כל מה שרצית לדעת על מסכים = טיפ היום
למאמר זה בפרקים
תקנון / תנאי השימוש באתר צור קשר / contact us כל הזכויות שמורות לקבוצת ht