Обзор технологий отображения информации

Физический пиксель, например, 1R-2G-1B (1 красный — 2 зеленых — 1 синий)
 

Виртуальный пиксель (дополнительный пиксель) формируется программно-аппаратным способом из набора светодиодов, принадлежащих соседним “физическим” пикселям. Использование “виртуального” пикселя позволяет увеличить разрешающую способность экрана в динамическом режиме (при демонстрации движущихся изображений) и, как правило, улучшить качество изображения.


 

Физический пиксель 1R-2G-1B Вирт. Пиксель (обозн. белой пункт. линией)
1 красный — 2 зеленых — 1синий

 “Виртуальный” и “физический” пиксели демонстрируются в разных кадрах – за счет инерционности зрительной системы человека возникает ощущение удвоения разрешающей способности экрана.
Следует отметить, что технология “виртуального пикселя” в классическом виде применима лишь в матричных светодиодных экранах с пикселями, составленными из 4 светодиодов, со светодиодами, расположенными на равных расстояниях друг от друга, и не применима в экранах, имеющих структуру пикселя из 3 светодиодов или из SMD-светодиода “3-в-1”.

Пример использования технологии виртуального пикселя:

Реальные (физические) пиксели Виртуальные пиксели

  
 
Несмотря не некоторые преимущества, технология “виртуального пикселя” позволяет улучшить качество выводимой на экран информации лишь в некоторых случаях (сюжетные картинки с плавными переходами яркости или видеоинформация). В большинстве случаев, особенно это касается изображений с резкими цветовыми переходами, на экране могут возникать цветовые артефакты, более того, часть информации может вообще теряться.

В настоящее время разработки многих ведущих компаний, например, Дактроникс, Оптотех, BARCO, Лайтхауз и др., пропагандировавших в свое время технологию “виртуального пикселя”, направлены на создание новых моделей экранов с меньшим шагом пикселя и с лучшим разрешением именно в реальных пикселях. 
В настоящее время разработки многих ведущих компаний, например, Дактроникс, Оптотех, BARCO, Лайтхауз и др., пропагандировавших в свое время технологию “виртуального пикселя”, направлены на создание новых моделей экранов с меньшим шагом пикселя и с лучшим разрешением именно в реальных пикселях.

Шаг пикселя (pitch) – расстояние между отдельными светящимися точками одного цвета в соседних пикселях. Выбор шага пикселя производится в зависимости от расстояния наблюдения. Другими словами, шаг пикселя определяет, с какого минимального расстояния зритель может комфортно воспринимать изображение на экране, не замечая пиксельной структуры экрана. Человек со стопроцентным зрением не различает две точки на экране, если расстояние между ними составляет меньше одной угловой минуты (1/60 градуса). Так, для шага пикселя 10 мм это расстояние составляет примерно 20 м; для пикселя 30 мм – около 50 м. При больших расстояниях наблюдения шаг пикселя может быть увеличен.

Кроме того, существует понятие “расстояния комфортного наблюдения”. Как правило, оно выбирается в пределах 3 - 8 размеров диагоналей экрана и более. Тем не менее, даже при вдвое меньшем расстоянии наблюдения человек может смотреть на экран в течение длительного времи, не испытывая состояния дискомфорта (например, на рассеивающий экран в кинотеатре).

Шаг пикселя непосредственно задает разрешение светодиодного экрана, а следовательно, и качество отображаемой информации.

Разрешение, или разрешающая способность (resolution) – это способность светодиодного экрана воспроизводить мелкие детали изображаемой информации (видео или графики). Данная характеристика является одной из наиболее важных для светодиодных экранов. Разрешающая способность выражается в количестве адресуемых точек или пикселей на экране по двум координатам: X и Y.

Существует стандартный ряд разрешений, соответствующих формату изображения 4:3: 160 x 120, 256 х 192, 320 x 240, 640 x 480, 800 х 600 и т.д. Соответственно, чем выше разрешение экрана, тем более детальным будет выводимое на него изображение.

На практике для демонстрации рекламных видеороликов разрешение должно быть не менее 256 х 192.

Светодиодные модули – структурные единицы, из которых собирается экран. Светодиодный модуль, как правило, комплектуется собственными элементом управления и блоком питания. Модули могут иметь различные линейные размеры, размеры физических пикселей, их состав и т.д. Выпускаются как в outdoor исполнении (для наружного применения), так и в indoor исполнении (для установки внутри помещений).

Основные светотехнические параметры светодиодных экранов

1. Линейный размер (ширина х высота)

2. Яркость (Кд/кв. м) – величина, характеризующая световое излучение участка поверхности источника света в заданном направлении. Яркость измеряется в канделах на кв. м. Для экранов характеристика яркости дается для белого цвета. Для помещений считается достаточной яркость экрана 1000 Кд/кв. м. Для применения на улице (в солнечный день) необходима яркость не менее 5000 Кд/кв. м.

3. Контрастность – отношение максимальной яркости свечения экрана при отображении информации к яркости того же участка экрана без отображаемой информации.
Обычно, если не отмечено иное, контрастность указывается для условий работы в абсолютно темном помещении. Типовые значения контрастности для светодиодных экранов составляют от 500:1 до 1000:1. Однако в условиях внешней засветки контрастность существенно снижается и определяется коэффициентом отражения лицевой поверхности экрана. С целью повышения контрастности изображения на передней плоскости присутствует солнцезащитная решетка.

4. Разрешение

5. Шаг пикселя, размер пикселя

6. Состав пикселя (число светодиодов, из которых состоит пиксель)

7. Количество световых оттенков (градаций яркости), воспроизводимое экраном, – определяет качество цветовой палитры экрана. Полноцветное изображение (TRUE COLOR) достигается при наличии 256 оттенков каждого основного цвета системы RGB (красного, зеленого и синего), что соответствует 16,78 млн. оттенков для 3-цветного пикселя.

В простейшем случае пиксель экрана составляется из трех светодиодов с различным цветом свечения (обычно красный, зеленый, синий). Для больших пикселей используются от 4 светодиодов (два красных, зеленый и синий) и более. Количество и тип отдельных светодиодов обычно выбирают с учетом максимального приближения к балансу белого цвета.

8. Угол обзора – обычно определяется углом обзора (диаграммой направленности) отдельного светодиода и зависит от типа светодиода. В том случае, когда на лицевой поверхности экрана используются солнцезащитные козырьки, угол обзора по вертикали уменьшается.

9. Частота регенерации изображения (смены кадров) – должна обеспечивать максимально возможное в данных условиях время работы с экраном без ощущения дискомфорта. В настоящее время это значение составляет не менее 100 Гц.

К перечисленным светотехническим параметрам светодиодных экранов следует добавить так называемую неравномерность яркости изображения, которая имеет место при использовании данной технологии отображения информации и связана в первую очередь с качеством изготовления светодиодных модулей. Если для проекционных систем неравномерность яркости выражается, в основном, в спаде яркости на краях системы, то для светодиодных экранов на первое место выступает пиксельная неравномерность яркости. Это связано с тем, что информационное поле экрана состоит из отдельных светодиодов, в которых всегда существуют технологические разбросы по силе света.

Изготовители светодиодов разделяют диоды на ранги, в пределах каждого из которых сила света диодов отличается не более чем на 15 – 30%. Вторым источником неравномерности яркости может стать неодинаковая ориентация светодиодов в поле экрана, приводящая к смещению диаграммы направленности.

Эксплуатационные параметры экранов

Потребляемая мощность. Потребление экрана прямо пропорционально количеству светодиодов, т.е. чем меньше пиксель, тем больше светодиодов используется в экране и тем больше его потребление. Суммарная потребляемая мощность определяется площадью экрана и яркостью свечения.

Надежность экрана определяется надежностью светодиодов и схемы управления. Ведущие производители заявляют срок службы светодиодов при эксплуатации в номинальном режиме – до 100 000 ч.

Преимущества светодиодных экранов:

1. Высокая яркость и контрастность изображения.
2. Высокое качество полноцветного изображения.
3. Отображение динамической информации.
4. Возможность прямой видеотрансляции.
5. Модульная конструкция экранов.
6. Относительно небольшой размер по глубине (200—300 мм).
7. Возможность "наращивания" экранов (увеличения размеров и разрешения).
8. Высокая надежность и долговечность (теоретически до 100 000 ч).
9. Низкое энергопотребление (по сравнению с экранами на основе других технологий).
10. Возможность объединения экранов в сеть и управления ими из единого центра.

Классификация светодиодных экранов:

1. Наружные (outdoor) – для установки на открытом воздухе (размер шага пикселя – 12, 20, 25, 30 мм и более).
2. Внутренние (indoor) – для установки в помещениях (шаг пикселя – 3, 6, 10 мм).
3. Стационарные – устанавливаются в определенном месте.
4. Мобильные – устанавливаются на автошасси или на быстросборной металлоконструкции.

Области применения светодиодных экранов:

1. Наружная динамическая реклама и видеореклама.
2. Массовые мероприятия, праздники, концерты и пр.
3. Спортивные стадионы и залы.
4. Концертные залы и площадки.
5. Съезды, выставки и презентации.
6. Вокзалы, аэропорты, метро, торговые центры и пр.
7. Телестудии, залы совещаний.
8. Диспетчерские и ситуационные центры.
9. Современные динамические светодиодные вывески и баннеры.

Большие экраны на основе светодиодных модулей позволяют отображать компьютерную графику и анимацию, транслировать видеоматериалы и ТВ программы, а также передавать любую текстовую информацию.
Благодаря возможности объединения экранов в сеть можно непосредственно с центрального компьютера передавать на управляющие компьютеры каждого экрана информацию и расписание показов.

 При работе со светодиодным экраном передача информации и управление светодиодными модулями осуществляются контроллерами, которые подсоединены к управляющему компьютеру.
В компьютере устанавливается плата видеопроцессора (или плата видеозахвата), на вход которой могут подаваться видеосигналы от различных источников – обычный телевизионный сигнал, сигнал от видеомагнитофона, DVD-плеера, видеокамеры, другого компьютера и т.д. Кроме того, на жесткий диск управляющего компьютера могут быть записаны предварительно подготовленные сюжеты, которые можно воспроизводить по заранее составленному расписанию.

С появлением большого количества видеоэкранов в последнее время возникла необходимость объединения отдельно стоящих светодиодных экранов в сеть с единым центром управления. Управление отдельно стоящими видеоэкранами осуществляется с центрального компьютера по каналам связи с компьютерами управления каждого экрана (через модем/радиомодем, по выделенной линии и т.д.).

Важной характеристикой светодиодного видеоэкрана является соотношение его сторон 4:3 (формат изображения). Для прямой трансляции "живого" видео необходимо соблюдать это соотношение, иначе изображение будет либо "обрезано" или будет воспроизводиться на части экрана. Если светодиодный экран используется только для показа заранее подготовленных роликов, то соотношение сторон не имеет значения и может быть любым.

В табл. 1 рассмотрены сравнительные характеристики плазменных и светодиодных экранов, приведенные на кв. метр площади экрана, включая цены на эти виды экранов.

 

	Газоразрядные модули, шаг 6 мм	Монолитные плазменные панели	Светодиодные экраны, шаг 17; 20; 25 мм	Светодиодные экраны, шаг 6 мм
Разрешение, пикселей на кв. м	160 х 160	1024 х 768 и выше	60 х 60(120 х 120)* 50 х 50(100 х 100)* 40 х 40(80 х 80)*	160 х 160
Яркость, Кд/кв. м	200—300	500—700	6500 6000 5000	1500—2000
Мощность, Вт на кв. м	1200—1500	800—1000	600—700 500—600 400—500	1000—1500
Угол обзора, град., гориз./верт.	140/140	160/160	120/60	120/60
Размер экрана, м	Не ограничен	1.5	Не ограничен	Не ограничен
Температура окр. среды, º С	От +5 до +40	От 0 до +40	От -40 до +50	От -20 до +50
Срок службы, ч	20 000—25 000	20 000—25 000	100 000	100 000
Цена, USD за кв. м	5000—6000	10 000— 13 000**	12 000—14 000 10 000—12 000 8000—9000	25 000

 

* В скобках приводится разрешение, достигаемое при использовании технологии виртуального пикселя.

** Цены на монолитные плазменные панели во многом зависят от размеров экрана, поэтому в данной таблице нет жесткой привязки к ценам.

Таблица 2. Минимальное расстояние наблюдения в зависимости от размера шага пикселя экрана

Шаг пикселя, мм	3	6	10	15	20	25	30	35	40
Минимальное расстояние до экрана, м	5	10	17	25	34	43	52	60	70

Примечание.
Данные приведены с учетом разрешающей способности глаза человека (1 минута = 1/60 градуса). Ниже приводится график рассмотренной в данном случае зависимости.

 График, построенный по данным таблицы 2.

Таблица 3. Оптимальное расстояние до экрана в зависимости от его размеров и расположения.

 

Размеры экрана, м	Максимальная дистанция наблюдения, м	Оптимальное расстояние наилучшего восприятия, m
3 х 4(на высоте от 3 м)	30—50	10-30
4 х 6(на высоте 4-5 м)	40-60	10-40
5 х 7(на высоте 4-5 м)	40-70	15-50
6 х 8(на высоте 5-7 м)	50-80	20-60
9 х 12(на высоте 6-9 м)	50-150	30-100
12х16(на высоте 6-12 м)	60-200	40-150