Про железо
Опубликовано: 9/05/02

Мониторы, обычные и плоские

Две технологии рядом

Я купил себе плоский монитор Dell 2000FP. Самое смешное, что я вовсе не планировал его покупать. Просто, бороздя 29 числа месяца апреля сего года просторы Интернета, я наткнулся на упоминание этого монитора в сочетании с ценой, которая мне показалась удивительной — "всего" 1269 долларов, и это без необходимости платить такс и с включенной в стоимость доставкой. Буквально накануне я видел в магазине CompUSA плоский монитор Samsung с похожими характеристиками, но по цене в 2 раза большей. Я долго не раздумывал. Раз по поводу плоских экранов все писают кипятком в потолок, значит, не зря. И времени мало оставалось — скидка прекращала действовать через сутки. Поэтому первое, что я сделал — оформил заказ. И лишь после того, как оформил, стал думать — а что это я только что сделал. Отдал больше тысячи долларов — зачем? на что? Имела ли вообще для меня смысл такая покупка? Для того, чтобы ответить на этот вопрос, требовалось провести небольшое исследование. Не могу сказать, что до покупки я не разбирался в плоских мониторах. Но знаний мне явно не хватало. И я полез в интернет "шелестеть архивами". Кое-что разузнал. Потом монитор пришел. И вот тогда я сделал окончательный вывод, что деньги отданы не зря. В следующей статье я постараюсь объяснить, почему я сделал такой вывод, и чем объяснил себе целесообразность покупки. А пока разрешите немного потере... потеоретизировать :)

 

Обычные

Все мы привыкли к компьютерным мониторам с ЭЛТ — электронно-лучевой трубкой, или в просторечии "кинескопом". Изображение на таких мониторах строится электронным пучком, который с бешеной скоростью скачет по внутренней стороне экрана, покрытой люминофором. Бешено скакать ему приходится потому, что он очень тонкий, его площадь в миллионы раз меньше плошади экрана. Мазнул луч по кусочку люминофора — кусочек радостно засветился. Убрался луч — кусочек погас, но не сразу, а через несколько миллисекунд. И вот пока кусочек не погас, лучу надо "обслужить" миллионы других таких же кусочков. А если луч не успевает, экран начинает противно дрожать, и наши глазки начинают болеть.

Аппаратура, действующая по такому принципу, появилась очень давно — еще в начале прошлого века. Поэтому у технологии было достаточно времени, чтобы повзрослеть и дойти практически до совершенства, особенно в современных компьютерных мониторах с большой диагональю. Почему же потребовалось изобретать другие технологии? Дело в том, что у мониторов с ЭЛТ, даже самых-самых навороченных, имеется ряд принципиальных проблем, которые не позволяют им достичь идеального изображения ни при каких обстоятельствах. Для того, чтобы понять эти проблемы, давайте рассмотрим, как именно формируется картинка на экране.

Начнем с того, что компъютер — цифровое устройство. Любая информация, содержащаяся в нем, представлена битами. Все картинки состоят из пикселов — элементарных единиц изображения. Каждый пиксел имеет характеристики цвета и координат, которые "закодированы" наборами битов. Обычно цвет пиксела определяется тремя составляющими — каналами красного, зеленого и синего, на каждый из которых приходится по 8 бит информации. Информация о координатах вычисляется уже в процессе построения изображения. Например, если наша картинка имеет размер 3 пиксела по вертикали и 3 по горизонтали, то мы имеем последовательность из 9 пикселов, и пятый получится центральным (если мы начнем считать их по рядам слева направо и сверху вниз, как буквы в книге) Разумеется, обычно картинки имеют гораздо больше пикселей, и их количество измеряется миллионами.

Всю эту информацию (хранящуюся и обрабатывающуюся, повторюсь, в цифровом виде) требуется перевести в удобоваримую форму и выдать на экран монитора. И вот здесь начинаются проблемы. Видеопроцессор выдает чистый, аккуратный, "идеальный" цифровой сигнал. И этот сигнал тут же поступает на RAMDAC, или ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь), где конвертируется в аналоговую форму, а конкретно в уровень электрического напряжения трех цветовых компонент. И вот здесь он теряет "идеальность". Какого бы качества не был RAMDAC, сигнал, попав на него, навсегда перестает быть точным. Если раньше мы оперировали понятиями "3 яблока", "149 яблок", то сейчас приходится довольствоваться "мешком яблок примерно 25 кг", "большим мешком яблок примерно 50 кг", и так далее. Масса мешков может быть указана лишь приблизительно, так как их взвешивают, фигурально, на допотопных весах с гирьками. В таком виде сигнал передается дальше.

Дальше вступают в действие выходные аналоговые фильтры видеокарты. Согласно требованиям TCO, уровень высокочастотной составляющей сигнала не должен превышать установленной нормы. На практике это означает, что наши мешки яблок подвергаются "утруске" и "усушке". Часть их давится, часть выбрасывается, часть просто крадется. Все равно уже никто не знает, сколько яблок было в тех мешках. Если представить наш сигнал осциллограммой, то на выходе графического процессора мы имели строгую линию с прямоугольными зубцами фиксированной длины. После высокочастотного фильтра мы имеем дело с размазанной кривой, отдаленно напонинающей синусоиду. Говорить о правильной передаче графической информации уже давно бесполезно. Но, увы, на этом злоключения нашего сигнала не заканчиваются.

Сигнал поступает на кабель монитора. По ходу к нему добавляется сигнал синхронизации, который говорит монитору, с какой частотой рисовать картинку на экране. Ниже мы еще вернемся к нему. А пока обратим внимание — кабель монитора очень толстый, он весь покрыт металлической броней, экранирован. И недаром. Из-за своей аналоговой природы сигнал подвержен действию электромагнитных помех, и экранирование призвано уменьшить эти помехи. Уменьшить, но не ликвидировать полностью, ибо ликвидировать их невозможно.

И вот, сигнал, пройдя все препоны, добрался, наконец, до монитора. И что, вы теперь таки думаете, что все? Сигнал уже достаточно пострадал, можно наконец и изображение из него лепить? А вот ни фига. Точнее, изображение из него лепить можно, но способ, которым это делается, приводит только к дальнейшему его ухудшению.

Синхросигнал и цветовые сигналы подаются на управляющую схему, которая, в свою очередь, определяет движение электронного луча по люминофору. Поскольку схема аналоговая, сигнал деградирует и здесь. Наконец формируются окончательный сигнал. На основе параметров синхросигнала формируется ток, подаваемый на отклоняюшие катушки кинескопа. Задача этих катушек — обеспечить правильное прицельное позиционирование электронного пучка, испускаемого электронной пушкой. Или целой группы из трех пучков, каждый из которых отвечает за цветовую составляющую. В зависимости от технологии, может быть либо 3 "медленных", либо 1 "быстрая" пушка (у кинескопов Trinitron, например).

В любом случае, отклоняющая система вынуждена буквально ТВОРИТЬ ЧУДЕСА. Я даже не могу себе представить, насколько точной должна быть такая система. Приведу расклад. Допустим, мы с вами смотрим на изображение (типичное для больших мониторов) 1600*1200 пикселов, при этом параметр "рефреша" у нас составляет 85 герц. Это означает, что луч проделывает следующее:

1. Выключается
2. Позиционируется в верхний левый угол
3. Включается
4. Пробегает верхнюю строку, при этом учитывая геометрическую кривизну экрана
5. Выключается
6. Возвращается к началу строки
7. Сдвигается вниз точно на один пиксел
8. Пробегает вторую строку (учитывая кривизну, разумеется)...

И так далее, пока не заполнит все 1200 строк. После чего гасится, возвращается в левый верхний угол, и все начинается сначала. Так вот, эти 1200 строк рисуются лучом ЗА ОДНУ ВОСЕМЬДЕСЯТ ПЯТУЮ СЕКУНДЫ. Вдумайтесь, какая должна быть точность. А ведь речь идет не об одном луче, а о трех. Или об одном, но в 3 раза более быстром. И это еще не все! В действие вступают и другие факторы. Например, магнитное поле Земли. При такой точности и скорости магнитные поля могут испортить картинку до ужаса. Поэтому во многие мониторы встраивают индикаторы напряженности и направления магнитного поля. Процессор монитора их анализирует и вносит коррективы в работу отклоняющей системы. Но и на этом проблемы не заканчиваются! Большинство современных мониторов имеет плоский экран. А это значит, что луч проходит разное расстояние до центра и до краев монитора. И следовательно, теряет фокусировку. И требуется еще одна СУПЕРТОЧНАЯ, на этот раз не отклоняющая, а фокусирующая система, которая отслеживает движение луча по экрану и фокусирует его в зависимости от расстояния до центра.

Уфф. Все? Нет, далеко не все. Это были цветочки. А сейчас будут ягодки. Дело в том, что вся упомянутая выше точность не идет ни в какое сравнение с точностью построения пикселей. Вот здесь действительно не устаешь поражаться. Выше я написал "луч пробегает строку". А ведь пробегая КАЖДУЮ строку, он пытается изобразить 1600 пикселей, которые могут отличаться друг от друга как день и ночь. Давайте представим себе самый тяжелый для монитора случай. Наш экран покрыт вертикальными черно-белыми полосками шириной в один пиксел. В этом случае при разрешении 1600*1200 (85 Hz) все три наших электронных пушки (или одна, но в 3 раза быстрее) должны синхронно полностью гаситься, и потом включаться на полную мощь. И проделывать этот цикл полного гашения-включения со скоростью больше ВОСЬМИДЕСЯТИ МИЛЛИОНОВ раз в секунду. При этом точно, сфокусированно попадая на нужные точки люминофорного покрытия, учитывая принципиально некачественный аналоговый сигнал, кривизну экрана, магнитное поле, и т. д. и т. п.

А вот теперь можно задуматься: какое же изображение получается на экране ЭЛТ, учитывая приведенные выше выкладки? Как ни странно, неплохое. В смысле, на экране монитора, работающего в рассмотренном выше режиме, мы даже что-то видим и, напрягшись, можем прочитать текст из мелких буковок и даже (!) разглядеть иногда отдельные пикселы. Удивительно, на самом дале. Но ведь технологии почти век. Она вылизана до блеска. Может ли она развиваться дальше? А вот тут загвоздка. Двигаться ей некуда. Корень проблемы в том, что изначально аналоговый ЭЛТ-монитор пытаются как-то скрестить с изначально цифровым компьютером. Все равно, как если бы виниловые грампластинки пытались приспособить для хранения данных. Да, наверное, какой-то прогресс бы наблюдался некоторое время. Изобрели бы супер-чистый винил, научились бы на нем размещать дорожки в 50000 рядов, добавили бы особо хитрые зубчики, на считывающие устройства поставили бы сверхмикроскопические иголки и сверхточные аналогово-цифровые преобразователи. Возможно, научились бы размещать на такой пластинке пару гигабайт... А дальше уперлись бы в принципиальные проблемы. Аналогичную ситуацию мы наблюдаем сейчас с ЭЛТ-мониторами. Они уже практически доведены до технологической вершины. И при этом, будучи на вершине, не способны справляться со своими задачами. Для получения четкого изображения требуются принципиально иные устройства. И вот такими устройствами стали жидкокристаллические плоские мониторы.

 

Плоские

Сравнение четкости изображения

Плоские мониторы находятся в самом начале своего пути. Технология пока не успела окрепнуть, бросается из стороны в сторону, поэтому нет смысла обсуждать все ее нюансы. Да это и невозможно в одной статье. Однако принципиальные особенности видны уже сейчас, и они говорят о могучей перспективе. Давайте их рассмотрим здесь.

Пожалуй самое главное: в отличие от ЭЛТ, мы имеет дело с изначально ЦИФРОВЫМИ устройствами. Сигнал не требуется пропускать через ЦАП. В том виде, в каком он был рожден видеопроцессором, он и поступает на монитор, там в цифровом же виде обрабатывается и посылается к пиксельной матрице. И лишь там приобретает аналоговую форму, но лишь потому, что наши органы зрения, для которых, собственно, информация и предназначена, являются аналоговыми устройствами. (К сожалению, правда, пока существует и совершенно идиотская, на мой взгляд, аналоговая схема подключения плоских мониторов, которая лишает последние всех их преимушеств перед ЭЛТ. Эта схема выглядит так: цифровой сигнал преобразуется ЦАПом в аналоговый, в аналоговом виде, попутно подвергаясь изнасилованию выходными фильтрами, электромагнитными помехами и прочими радостями передается на монитор, и там снова цифруется. Естественно, от изначального качества мало что остается. В общем, как в анекдоте про "я, бабушка, трудности люблю преодолевать". Тем более обидно, что очень многие плоские мониторы оснащены ТОЛЬКО аналоговым входом, и следовательно, не оставляют пользователю никакого выбора, кроме этой уродской схемы подключения. Надеюсь, нам недолго осталось жить с подобными анахронизмами.)

В случае плоских мониторов мы имеем дело с дискретным количеством пикселей. Иными словами, "правильных" разрешений плоского монитора всегда немного — родное, плюс родное, деленное на ряд целых чисел, если в результате получается целое число. Это нужно обязательно учитывать. Если электронный луч кинескопа в принципе способен изобразить столько пикселей и в таком аспекте, как ему укажет синхросигнал, то плоский монитор этой способности лишен. Постараюсь пояснить. Допустим, "родное" разрешение плоского монитора 1600*1200. В этом случае он показывает картинку с разрешением 1600*1200 с идеальной четкостью. С такой же идеальной четкостью он способен изобразить разрешения 800*600 (на один виртуальный пиксел строго приходится 4 физических), 400*300 (16 физических на один виртуальный) 320*240 (25 физических на один виртуальный). Ниже опускаться смысла нет. А что произойдет, если мы попытаемся заставить такой монитор показать картинку 1024*768? Тут, как говорится, возможны варианты. Монитор может изобразить картинку в центре, оставив по краям черный бордюр. В этом случае мы потеряем полезную площадь экрана. Либо он может растянуть эту картинку на весь экран. Тогда мы потеряем четкость изображения, так как пикселя "растянутся" неравномерно, количество "физических" пикселей экрана перестанет соответствовать количеству "виртуальных" пикселей, посылаемых видеокартой. Общее качество изображения будет определяться способом и качеством фильтрации (чаще всего билинейной), примененной к изображению либо монитором, либо (реже) видеокартой. Так или иначе, с идеальной, ласкающей глаз четкостью можно попрощаться. Поэтому перед покупкой монитора желательно как можно точнее определиться, какое разрешение вы считаете для себя максимально комфортным. У меня, например, принцип — чем больше, тем лучше, но, к сожалению, обычно мониторы высокого разрешения очень дороги... Впрочем, я отвлекаюсь :)

Третья отличительная особенность плоских мониторов — у них отсутствует такая характеристика, как "рефреш". Нет электронного луча, который сломя голову скачет по экрану, пытаясь успеть засветить все зерна люминофора. Каждый пиксел представлен отдельным элементом, который сам спокойно горит до тех пор, пока матрица не прикажет ему погаснуть или изменить свой цвет. Поэтому изображение на плоских экранах всегда устойчивое, как в книжке, и не дрожит (конечно, если сигнал на него передан правильно, т. е. по цифровому интерфейсу). Глаза радуются, на такое глядючи. Но, увы... не все так хорошо, как хотелось бы. Проблема не принципиальная, а связанная с несовершенством современных технологий. Пикселы современных плоских мониторов неспособны быстро изменить свой цвет. Это приводит к артефактам. За движущимся изображением на экране остается след, особенно если резко меняется контрастность пикселов. Характеристика, показывающая скорость изменения цвета пикселов называется "response time" или "время реакции пикселов", и у современных плоских мониторов, к сожалению, не опускается ниже 20-25 миллисекунд. Зачастую она превышает 50. А 50-миллисекундное время реакции пикселов означает, что монитор способен показать не больше 20 кадров в секунду, т.е. его нельзя использовать даже для проигрывания видео, не говоря уже об играх. Возможности цифрового интерфейса по передаче видеосигнала пока тоже, к сожалению, сильно ограничены. Так, картинка на 1600*1200 экране способна обновляться не более 60 раз в секунду. Для передачи такого сигнала в 24-битном цвете требуется пропускная способность примерно 346 мегабайт в секунду, что совсем немало. Впрочем, ограничение тоже не принципиальное. А главное, пока что даже мониторы с самым быстрым временем реакции 20 миллисекунд способны показать только 50 полноценных кадров в секунду, то есть пропускная способность цифрового интерфейса их (пока) не тревожит. Поживем — увидим, что будет дальше.

Еще одна неприятная особенность. Поскольку все пикселя плоских мониторов представляют из себя ОТДЕЛЬНЫЕ устройства, многократно усиливается вероятность получения брака при производстве таких экранов. Вероятность эта настолько высока, что большинство производителей панелей устанавливает ограничение на допустимое количество неработающих, или "битых", пикселей, только при превышении которого монитор может быть признан бракованным. Например, 10 пикселей. Если у вас их 9 — монитор будет признан отвечающим нормам качества, и его у вас не заменят. Не знаю для кого как, мне кажется, даже 2-3 битых пиксела — уже слишком много. Особенно если учесть цены плоских панелей.

И последнее. Плоские панели пока не способны конкурировать с обычными ЭЛТ-мониторами по качеству цветопередачи. Да, цвета могут быть яркими, сильными, производить немалое впечатление на смотрящего, но точность их воспроизведения во многих случаях оставляет желать лучшего. В первую очередь, с трудом воспроизводятся очень темные и очень яркие цвета. В большинстве случаев трудно различить соседние на цветовой диаграмме. Кроме того, цвета имеют свойство "уплывать", темнеть или меняться (вплоть до негатива!) в зависимости от угла, под которым смотрят на экран. Правда, у современных мониторов углы обзора доведены до 160-170 градусов по горизонтали и по вертикали, но на рынке по-прежнему присутствуют и 120, и даже 90-градусные панели. Так или иначе, из-за перечисленных недостатков серьезная работа с цветами (графический дизайн, десктоп паблишинг) становится невозможной. Для таких целей по-прежнему лучше подходят ЭЛТ-мониторы.

Подводя итог краткому сравнительному анализу, мы можем указать здесь недостатки как ЭЛТ-технологии, так и текущего технологического уровня плоских панелей.

Недостатки ЭЛТ:

• Принципиальная невозможность построения четкого изображения
• Нагрузка на глаза, связанная с необходимостью рефреша, радиацией, нечеткой картинкой, несведением лучей и т.д.
• Массивность и большие размеры кинескопов.

Недостатки плоских панелей:

• Фиксированное разрешение
• (Пока еще) несовершенный техпроцесс, приводящий к "битым" пикселам
• (Пока еще) недостаточный response time
• (Пока еще) некачественная цветопередача и относительно узкие углы обзора
• (Пока еще) недостаточно совершенный цифровой интерфейс
• (Пока еще) очень высокая цена

Остальные характеристики не имеют принципиального значения и отличаются у разных моделей.

По многочисленным просьбам, я решил провести более подробное сравнение четкости изображения мониторов, построенных по различным технологиям. В первую очередь прошу взглянуть на картинку. Она была смонтирована из восьми фотографий экрана при запуске теста четкости программы Nokia Monitor Test. Использовалась цифровая камера Canon PowerShot S110. Для того, чтобы сравнение было "честным", я понизил рефреш ЭЛТ монитора до 60 Герц, что по идее должно увеличить четкость картинки. На самом деле работать при таком рефреше на ЭЛТ мониторе нельзя, так как глаза кошмарно устают от мелькания. А на плоском — не только можно, но и нужно. Никакого мелькания нет и в помине. Так что это еще вопрос, как можно такое сравнение провести на самом деле честно. Ну ладно, не буду отвлекаться.

Постараюсь прокомментировать эту картинку. Начнем рассматривать слева направо.

1600*1200. В этом режиме плоский дисплей дает идеальную четкость, поскольку это родное разрешение его матрицы. Если фотография не дает о ней полного представления, то это вина фотокамеры. А вот у обычного монитора здесь имеются серьезные проблемы. Во-первых, конечно, четкость страдает из-за аналоговой природы сигнала и аналоговой же его обработки, как уже рассказывалось выше. Во-вторых, обратите внимание, что горизонтальные линии выглядят намного лучше вертикальных. Эта проблема касается всех ЭЛТ мониторов, и связана с тем, что прорисовка строк идет горизонтально. Частота прорисовки пикселов намного (здесь — в 1600 раз!) выше частоты прорисовки строк, соответственно точность может быть на 3 порядка меньшей (см. выше). У мониторов Trinitron добавляется еще один фактор — несовпадение количества пикселей и количества вертикальных проволочек, которые помогают лучу правильно позиционироваться на зерна люминофора. В тех случаях, когда середина пикселя попадает между проволочками, четкость намного выше, чем когда наоборот. На фотографии это хорошо заметно. У других типов мониторов зерна люминофора собраны в т. н. "триады", что, с одной стороны, несколько улучшает вертикальную четкость, а с другой — ухудшает горизонтальную.

1280*960. Здесь уже серьезные проблемы у плоского дисплея. Количество физических пикселей перестало соответствовать количеству виртуальных, причем, к сожалению, количественная разница не очень велика. Дисплей пытается применить интерполяцию с билинейной фильтрацией, но результат, мягко говоря, не радует. Тонкие линии сливаются. У обычного монитора подобных проблем нет, но зато ему по-прежнему "мешают" вертикальные проволочки.

1024*768. Разница в количестве пикселей стала достаточной для того, чтобы интерполированное и билинейно отфильтрованное изображение на плоском мониторе сравнялось по качеству с изображением на ЭЛТ мониторе, даже немного превзошло его. Особенно это касается вертикальных линий.

800*600. По непонятным причинам плоский монитор продолжает фильтровать изображение, хотя вполне бы мог без этого обойтись. Ведь сейчас можно установить строгое соответствие между количеством физических и виртуальных пикселов — 2:1. Впрочем, это дело вкуса. Детализация в любом случае не нарушается, все пикселы в наличии, просто картинка немного "смягчается". ЭЛТ-монитор опять проигрывает в качестве.