視頻顯示器可以說是無處不在,從智能手機到電影屏幕,它是由不多不同的材料制成。增加屏幕上像素的數量并且提升刷新頻率是顯示器行業持續發展的一個過程,但是會達到一個極限,無論再怎么清晰或者更快的刷新頻率可能都不會引起用戶的注意了。
表1:各種現實分辨率以及應用,由于存在很多標準4K和8K在水平和垂直方向的分辨率可能有所不同
更大更清晰的顯示器需要屏幕上分布更多的像素點,在過去的十年里高清屏幕的分辨率是1080p,而影院屏幕播放的電影通常采用2K的分辨率,然而現在4K顯示器已經開始作為電視或電腦的顯示器進入家庭,分辨率技術最前沿的是8K。
圖1:8K UHD、6K UHD、5K UHD、FHD和SD(標準清晰度)的對比,作者Libron,通過維基百科分享
視頻:跟上腳步?
沒有太多的視頻內容能夠適配最高的分辨率,視頻通常使用超高清(UHD)的格式制作的,目的是為了視頻效果且更容易編輯(可以縮放、裁剪、數字化修正,并且在切換到高清2K或1080p時看起來的效果仍然很好)。直到最近8K還是很少見的,僅在需要大量后期制作的情況下使用,它也被用于數字化的高質量電影制作,最有名的可能是2012年的電影“阿拉伯的勞倫斯”。
2016年6月“銀河護衛艦隊2”完成了8K數字版的制作,這是第一部以這種新興格式制作的電影,但是8K版本的電影不太可能在影院上映,廣泛采用的視頻將是4K或者8K,但是消費者會意識到8K雖然會提升顯示效果,但是可能需要更大電視才可以,而他們并不想在客廳里放太大的電視,注意下面的圖2可以看出90英寸的電視播放4K的視頻觀看的最佳距離是5英尺,更不用說8K了,對于很多人來說根據起居室的設計和選擇的顯示器大小,采用1080p分辨率就足夠好了。然而8K電視可能會很快得到普及,因為技術的進步不會輕易停滯,邁向更高分辨率的過程中可能會以廣大普通家庭采用8K為終點。
圖2:這張圖顯示對于84英寸的屏幕,4K分辨率只有在距離屏幕5.5英尺左右才能完全的顯示出來,55英寸的屏幕適合3.5英尺左右的距離,來源卡爾頓?貝爾的文章“分辨率的重要性”。
加快數據幀的刷新頻率是廠商推動發展并且標準化的又一個領域,所有LCD顯示器都有一定的刷新頻率,單位是赫茲(Hz),表示的是屏幕每秒刷新圖像的次數,另一方面幀速率是圖像發送到屏幕顯示的次數。電影大體上保持了每秒24幀的標準,但是一些導演嘗試了更高的標準,彼得 杰克遜以48幀每秒的刷新率拍攝了著名的電影“霍比特人”,但這使得一些評論家指責這部電影具有“肥皂劇效應”,相比觀眾看到的其他電影場景模糊的地方要少很多,現代液晶屏幕采用差值算法來減少場景模糊的問題,這算是一種平滑過渡技術,通過“猜測”中間幀的數據然后插入視頻流中,在數據幀之間增加額外的一幀,從而人為的增加幀刷新速率,這種方式也會有類似的混合反應,走進任何一家消費電子產品商店都能看到采用插值幀率技術產品的“詭異山谷式”的外觀。
游戲玩玩獲得更真實的效果
采用高幀率技術獲得巨大好處的一個行業是視頻游戲,玩家會對屏幕上的視覺效果作出反應,因此高幀率會讓人感覺更加的流暢,但是需要更強大的計算能力才能快速呈現新一幀的圖像,這就是為什么游戲機類的游戲也有幀率上限,而PC游戲允許根據玩家的硬件配置作出調整,對于游戲機30fps是標準的,而60fps被認為是最佳的,Oculus Rift和HTC Vive使用90fps的幀速率,這兩家公司目前在虛擬現實硬件領域處于領先地位,當我們在觀看電影時我們是被動觀察者,而在玩電子游戲時一個人在一定程度上是參與其中的,此外當一個人頭上佩戴一款虛擬現實設備時,他們的大腦會認為他們看見的就是真實的世界,會對虛擬現實的場景作出不同的反應。因此幀率的不一致會被認為是導致眩暈的原因,然而這只是其中一種理論,“虛擬現實引發的身體不適”和幀速率之間的關系還沒有確定,仍然需要進一步的研究。
快速處理意味著更快的渲染時間和幀速率,但是我們人類感知幀速率的速度時有上限的,我們可以將幀率感知與游戲性能進行比較,屏幕上畫面移動得很快,圖像切換的速率就要越快。2006年兩名研究人員Claypool和Damaa開展了一項研究,測試了不同幀率下第一人稱射擊運動員的表現,得出的結論是在30-60幀之間玩家的表現并沒有明顯的提高,當然這項研究是在10年前進行的,所以現在更復雜的游戲可能會影響當時的研究結果,許多游戲玩家可能不同意這種研究方式,因為幀率不僅與表現有關,還與“感覺”有關,當達到一定的清晰度時,游戲帶來的感覺是非常現實的。盡管60fps是衡量玩家表現和感覺的一條標準,但是最終還是取決于每個人的眼睛,雖然人眼感知幀速率的速度是有限的,但每個人都是有區別的,如果我們假設大多數玩家在60fps時體驗效果開始變差(這似乎是很多休閑玩家的情況),那么在刷新速度方面顯示器制造商相對來說是安全的。
圖3:幀速率和幀分辨率對用戶體驗的影響,分數vs幀率(分辨率512 x 384)來源:幀率和分辨率對第一視角射擊游戲玩家的影響,作者:Mark Claypool、Kajal Claypool和Feissal Damaa,2006年,http://web.cs.wpi.edu/~claypool/papers/fr-rez/paper.pdf
最先進的顯示技術是165Hz以及1080p的顯示器,120Hz以下的顯示器具有更快的刷新頻率,但是最先進的顯示器最終能夠支持最高的刷新頻率,更快的顯示器一直在研發中,但是今天的顯示技術可以支持非常流暢的游戲玩法。
下一個挑戰是使顯示器在高速刷新的同時也具有更高的分辨率,4K屏幕需要更強大的處理能力和更好的顯卡來滿足這些要求,同時將傳入的幀速率和顯示器的刷新速率同步,還有就是通信帶寬的問題,由于需要以驚人的速度將大量數據傳輸到這些屏幕上,因此對于更大尺寸的屏幕,需要更好的軟件和接口硬件來實現同樣快的刷新率,DisplayPort是一款音頻/視頻接口,用于高分辨率、高刷新率數據幀的傳輸,目前支持30Hz以下的8K分辨率。
顯示技術將我們引向何方?
現在的屏幕已經非常清晰了,看起來會非常的逼真,在尺寸大小合理的屏幕上刷新速率可以足夠的快,可以更好的展現游戲效果,視頻內容可能還不能充分利用這些最好的顯示技術,但是也會很快的普及,而且數量會更多。那么除了超高分辨率、超高刷新率之外顯示器行業的下一個目標是什么呢?盡管顯示器行業正在接近這堵“感官墻”,但是創新仍將會繼續,也許沒有人會在意16K分辨率何時出現,但是新的技術最終將會徹底改變顯示技術。曲面屏幕和背光技術可以在LCD、OLED和AMOLED市場上有多種選擇,但是高清電視升級后電視領域已經開始部署播放4K內容的基礎設施,而隨著人們購買功能更加豐富的電池,互聯網流媒體服務也在不斷的增加4K視頻內容。
也許基于矢量的圖形技術會留在過去,隨著智能電視的興起,消費者可能會經常在家里看電影,同時在他們的平板電腦上查看電影的iMDB網頁(介紹演員和電影的在線資源),這是家庭娛樂設備之間互動的一個例子,在未來幾年內不要指望在像素和顯示清晰度方面出現跨越式發展的技術,但是我們可以期待這個行業會出現一些真正出乎意料且新穎的東西。
1、克里斯托弗起,“《阿拉伯的勞倫斯》這部電影的4K復原版非常清晰,看起來就像是今天拍的。”, 獨立報,2016年1月12日,鏈接:www.independent.co.uk/arts-entertainment/films/news/the-4k-restoration-of-lawrence-of-arabia-is-so-crisp-it-almost-looks-like-it-was-shot-today-a6807691.html
2、維基百科,《銀河護衛隊》(Guardians of the Galaxy)第二版本,鏈接:en.wikipedia.org/wiki/Guardians_of_the_Galaxy_Vol._2
3、卡爾頓·貝勒,“4K分辨率重要嗎?”,2015年9月9日,鏈接:carltonbale.com/does-4k resolution-matter
4、杰弗里·莫里森,“什么是‘肥皂劇效應’?”,2015年12月15日,鏈接:cnet.com/news/what-is the soap-opera effect
5、維基百科,“高幀率”,2016年8月5日,鏈接:en.wikipedia.org/wiki/High_frame_rate
6、維基百科,“HTC萬歲”,2016年8月4日,鏈接:en.wikipedia.org/wiki/HTC_Vive
7、維基百科,“虛擬現實引發的身體不適問題”,2016年7月11日,鏈接:en.wikipedia.org/wiki/virtual_reality_sick
8、帕特里克博士,“人類能感知的最大幀速率是多少?”,2011年11月20日
9、100 fps.com,www.100fps.com/how_many_frames_can_humans_see.htm
10、安東希洛夫,“華碩展示了全球首款IPS游戲顯示器,刷新率為156Hz”,2015年9月3日
11、維基百科,“顯示端口", 2016年8月1日,鏈接:en.wikipedia.org/wiki/DisplayPort
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原文標題:【原創】十年沒進步,顯示技術太需要變革了!
文章出處:【微信號:Mouser-Community,微信公眾號:貿澤電子設計圈】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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