#5/2007 • Ж.З.И.

Константин БЫСТРУШКИН, Лариса СТЕПАНЕНКО

TV С ПРИЦЕЛОМ НА БУДУЩЕЕ

ОТКРЫТОСТЬ РЫНКОВ И ВСЕ УСКОРЯЮЩИЙСЯ ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС В ОБЛАСТИ ДИСПЛЕЙНЫХ РАЗРАБОТОК НЕ ОСТАВЛЯЮТ ПРОИЗВОДИТЕЛЯМ ДРУГОГО ВЫХОДА, КРОМЕ ВСЕ БОЛЕЕ ГЛУБОКОГО ВТЯГИВАНИЯ В БЕСКОНЕЧНУЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКУЮ ГОНКУ. ПОСЛЕ ПОЯВЛЕНИЯ НА РЫНКЕ ДИСПЛЕЕВ FULL HD С ИХ ПОИСТИНЕ ВЕЛИКОЛЕПНОЙ КАРТИНКОЙ МОГЛО ПОКАЗАТЬСЯ, ЧТО О БОЛЬШЕМ УЖЕ И МЕЧТАТЬ НЕЛЬЗЯ.

Но не тут-то было - недавно специалисты Sharp создали еще более крутую ЖК- панель Ultra-HDTV с разрешением 4096 х 2160, которое многократно превышает требования обычного HDTV с его «жалкими» 1080 строками. А неугомонные эксперты уже обсуждают возможность создания дисплеев Super-HDTV с разрешением 8000 х 4000 пикселей. Чуть ли не каждый день появляются все новые и новые сообщения об очередной чудесной технологии, благодаря которой изображение становится все более ярким и контрастным, а диапазон цветовых оттенков вплотную приблизился к возможностям человеческого зрения. Однако преодоление очередной ступени на пути к идеалу дается ценой все более изощренных технических и схемных решений, которые еще вчера казались абсолютно фантастическими.

Первая демонстрация панели Sharp с разрешением 4096 х 2160 и 32-дюймового SED-телевизора Toshiba

HDTV С ПРИСТАВКОЙ ULTRA

Прошлый год для производителей бытовой электроники прошел под слоганом «Полный HD», поскольку все основные типы дисплеев - PDP, LCD и видеопроекторы - достигли разрешения 1080 х 1920. Все ведущие фирмы в своих программах 2007 года имеют уже как минимум несколько таких моделей, и можно с уверенностью сказать, что этот технологический рубеж, к которому они долгие годы стремились, уже достигнут. Ну а что дальше? А дальше будет скачок на принципиально новый уровень ultra High-Definition, для которого требуется экран порядка 4000 х 2000 пикселей. Кстати, раз уж счет пошел на тысячи, давайте для краткости будем обозначать такое разрешение как 4К2К.

Первоначально такие супердисплеи задумывались для профессиональных систем цифрового кинематографа, поэтому количество пикселей для них и было выбрано в четыре раза больше, чем требуется стандартом HDTV. Несмотря на то, что достижение уровня 4К2К казалось невозможным на современном этапе развития дисплейных технологий, уже целый ряд компаний сумел показать действующие образцы подобных устройств. И среди первых - Sharp, которая еще в прошлом году демонстрировала 64-дюймовую ЖК-панель с разрешением 4096 х 2160, а затем китайская компания CMO (Chi Mei Optoelectronic Corp.) объявила о создании панели с диагональю 56" и разрешением 3840 х 2040. Те, кто видел «живьем» картинку на этих дисплеях, просто в восторге - поскольку пиксельная структура абсолютно неразличима, объекты на экране почти ничем не отличаются от реальных. Дальше всех в борьбе за высокую четкость пошла научно-исследовательская лаборатория японской вещательной корпорации NHK, которая совместно с рядом производителей видеопроекторов разрабатывает модели Super HD с разрешением 7680 х 4320. Вполне возможно, что первые тестовые экземпляры появятся еще до конца этого года.

Кроме того, в нынешнем году ожидаются первые образцы ЖК-панели девятого поколения и сверхтонких дисплеев для мобильных устройств. Модели 2007 г. будут иметь матрицы с контрастностью от 10000:1 до 1000000:1 и временем отклика менее 10 мс.

Сейчас же превзойти уровень 1000000:1 в своих ЖК-панелях удалось только Sharp (65-дюймовый телевизор Full HDTV) и совместному предприятию TMD (Toshiba Matsushita Display Technology, модель 32''). Другие компании, хотя и не вышли пока на эти рубежи, также разработали оригинальные технологии повышения контрастности за счет сложных алгоритмов управления яркостью подсветки экрана. Например, та же CMO в своей 47-дюймовой панели применила раздельную регулировку уровня первичных цветов в лампах и добилась значения 50000:1. В дисплеях LG.Philips предложено дифференцированное управление светодиодами в различных частях экрана в зависимости от яркости соответствующего фрагмента изображения. Этот нехитрый прием позволил значительно повысить контрастность картинки без заметного увеличения мощности потребления дисплея.

Нельзя обойти молчанием и достижения разработчиков SED (Surface-conduction electron-Emitter Display) - Toshiba и Canon. Несмотря на то, что за последние годы интерес к этой технологии порядком остыл, обе компании с неизменным упорством продолжают вкладывать в нее весьма ощутимые средства. И вот результат: недавно был продемонстрирован образец 55-дюймового дисплея Full HDTV с контрастностью 100000:1. Похоже, у этой технологии действительно большой потенциал, и у нее может открыться второе дыхание. Вполне вероятно, что Toshiba и Canon в конце концов сумеют произвести давно обещанный переполох на рынке.

По всей видимости, в этом году продолжат расти и размеры экрана. Посмотрим,  удастся ли нынешним рекордсменам Matsushita Electric Co. (PDP с диагональю 103'') и Sharp (LCD 108'') удержать лидирующие позиции.

Среди других дисплейных трендов 2007 года отметим дальнейшее повышение быстродействия ЖК-матриц. Специалистам Samsung в 40-дюймовой модели удалось достичь времени отклика 4,6 мс, а альянс TMD сумел добиться и вовсе фантастического значения - 2,9 мс. Правда, у малогабаритной 12-дюймовой панели.

В новейшей модели Sony Bravia используется ЖК-матрица Full HD с расширенным цветовым диапазоном xvYCC

ОТ DCT К XVYCC

Совершенствование видеомодулей позволило значительно улучшить и цветопередачу. В частности, благодаря применению светодиодов для подсветки ЖК-экранов воспроизводимый дисплеями диапазон оттенков превысил площадь стандартного цветового треугольника систем NTSC и PAL. В сочетании с 10-ти, 12-ти или 16-битовым управлением яркостью каждого пикселя это позволило реализовать принцип Deep Color Technology. В результате устройства отображения вышли на принципиально новый уровень, поскольку они получили способность вместо миллионов цветовых оттенков воспроизвести более миллиарда. В итоге получается невиданное по реализму буйство красок с тончайшими цветовыми нюансами, абсолютно недоступное обычным дисплеям с 8-битовым представлением сигнала.

Помимо бытовой электроники DCT находит все более широкое применение в мультимедийных компьютерах. Благодаря огромной вычислительной мощности процессоров современные машины способны синтезировать видеосигнал с разрешением, значительно превышающим HDTV (например, в компьютерных играх нередко используется стандарт 1440р). Поэтому разработчики мониторов сегодня все чаще закладывают в них поддержку технологии Deep Color.

В свою очередь, производители видеокарт также начали проектировать их с расчетом на DCT при воспроизведении игр и трехмерной графики. Судя по всему, эта фишка имеет неплохие шансы стать одной из самых модных в компьютерной индустрии.

Неожиданно быстрому внедрению DCT в немалой степени способствует и то, что в большинстве современных дисплеев высокого класса уже давно используется 10-битовое представление видеосигнала. А серьезные плазменные панели и DLP-проекторы оснащаются 12-битовыми матрицами, поэтому без особых усложнений и практически без повышения цены могут быть адаптированы к «Глубокому Цвету».

Однако и эта технология на сегодняшний день уже не является последним писком дисплейной моды - уже появились новые технические решения, позволяющие потенциально добиться еще более естественной цветопередачи.

Дело в том, что Deep Color предусматривает прецизионное воспроизведение цветовых оттенков, ограниченных локусом стандарта HDTV. А он, как известно, воспринимает далеко не весь диапазон видимых человеческим глазом оттенков. Новый стандарт IEC 61966-2-4 охватывает примерно в 1,8 раза более широкую палитру и поэтому почти вплотную приближен к возможностям зрения человека. Эти спецификации известны также как Extended YCC Colorimetry for Video Applications, или просто xvYCC.

И DCT, и xvYCC способствуют значительному улучшению цветопередачи. Но есть и важные отличия. Первая увеличивает количество оттенков и делает переходы между ними более плавными только внутри заданного стандартом HDTV (или PAL) цветового треугольника, тогда как xvYCC почти вдвое  расширяет цветовую гамму дисплея, что неизмеримо повышает реализм картинки.

Не успели утвердить новый стандарт, как целый ряд производителей ЖК-дисплеев тут же объявил о готовности начать серийное производство моделей, удовлетворяющих требования xvYCC. Среди них Mitsubishi, которая назвала такие модели Full Spectrum Color, и Sony с фирменным обозначением Wide Color Gamut.

Все это здорово, однако для полной реализации потенциально высоких возможностей дисплеев xvYCC на них должен подаваться соответствующий видеосигнал, несущий информацию в расширенных областях спектра. На сегодняшний день как сами видеопрограммы, так и источники сигналов, способные адекватно их воспроизводить, на рынке отсутствуют. Однако интерфейс, способный поддерживать технологию «расширенной цветопередачи», уже существует. Это HDMI v.1.3, о котором мы расскажем чуть позже. На практике это означает, что, приобретая сегодня телевизор с поддержкой этого интерфейса, вы создаете солидный задел на будущее.

Принцип действия лазерного телевизора и его сравнение с «плазмой» (по данным компании Novalux)

ПО ТОНКИМ НИТЯМ ЯРКОГО ОГНЯ

В начале нынешнего века на рынок вышла еще одна дисплейная технология, которой эксперты пророчат оглушительный рыночный успех. Речь идет о так называемых «лазерных дисплеях», основанных, как видно по их названию, на использовании в качестве источника светового потока лазеров первичных цветов.

Надо сказать, сама по себе идея отнюдь не нова. Проекционный лазерный экран отечественные специалисты показали еще в 80-е годы, а немецкая фирма Schneider на протяжении 90-х неизменно демонстрировала на берлинских выставках IFA красочные шоу «для трех лазерных лучей и оркестра». Но до недавнего времени эта технология как-то не прижилась на рынке.

Однако времена меняются, и сегодня, когда востребованы высокое разрешение и большие экраны, лазеры вдруг пришлись, что называется, ко двору. Действительно, ресурс твердотельного «гиперболоида» достигает десятков тысяч часов, тогда как мощные проекторные лампы UHP живут в лучшем случае 8000 часов (точнее, к этому времени их яркость уменьшается вдвое). Подсветка на светодиодах более долговечна, но и у нее световой поток падает вдвое через 20000 часов. Для лазеров же такой период, по существу, только приработка, да и со временем их яркость остается той же, как и в момент первого включения.

Помимо ресурса, у лазерной подсветки есть и другие преимущества. Во-первых, резко упрощается конструкция оптической системы проектора, поскольку лазерный луч не может расфокусироваться. Во-вторых, имея монохроматическое излучение, они не создают хроматической аберрации изображения. Наконец, они сравнительно дешевы и компактны, что позволяет значительно снизить стоимость проекционных телевизоров. К примеру, лазерный 65-дюймовый DLP стоит всего $2500, тогда как плазменный такого размера обойдется вчетверо дороже. При этом энергопотребление первого будет 200, а второго - 850 Вт. И это при практически одинаковой толщине корпуса и трехкратной разнице в массе! Ну и чтобы окончательно «добить» конкурента, производители лазерных телевизоров в числе прочих преимуществ называют относительную легкость реализации разрешения HDTV и воспроизведение расширенного диапазона цветов xvYCC. При таких очевидных достоинствах выпуск проекционников на «лазерном ходу», по прогнозам экспертов (в частности, из Mitsubishi Digital Electronic of America), будет расти ударными темпами. Если на 2008 год предполагается только 5000 шт. таких моделей, то уже к 2010-му их число возрастет до 0,8 млн.!

Помимо проекционных телевизоров, в которых лазеры используются в качестве источника света, компания Novalux разрабатывает матричный чип, по конструкции чем-то напоминающий DLP-матрицу Texas Instruments. Она состоит из множества микроминиатюрных полупроводниковых (GaInAs) лазеров, работающих в инфракрасном диапазоне. Проходя через кристаллы ниобата лития, их излучение преобразуется в видимый свет красного, синего и зеленого цветов. Модуляция же их светового потока, освещающего проекционный экран, осуществляется так же, как и в DLP, при помощи крошечных поворотных зеркал. Поскольку частота их колебаний достигает нескольких килогерц, световым потоком от каждого лазерного диода можно управлять очень плавно и с большой точностью. Одним словом, получаем и лазерную подсветку, и микрозеркальную матрицу практически в одном чипе. Благодаря огромной яркости матриц Novalux и простоте их конструкции на их основе легко построить прекрасный проекционный телевизор с примерно такой же толщиной, что у плазменной или ЖК-панели при сравнимом качестве картинки. А стоить, как мы уже говорили, он будет в несколько раз меньше. Фантастика да и только!

Интерфейс HDMI 1.3 с поддержкой Deep Color занимает на материнской плате совсем немного места

HDMI. ТРЕТЬЕ ИЗДАНИЕ

Описанные выше технологии улучшения изображения крайне важны, ведь чем дальше, тем большее значение имеет качество картинки. А в конечном счете и конкурентоспособность плоских телевизоров определяется тем, насколько совершенны установленные в нем графические процессоры, драйверы ячеек, видеопроцессоры и даже импульсные блоки питания. Однако даже самые совершенные алгоритмы и аппаратная часть окажутся почти бессильными, если на входе не будет качественного видеосигнала.

Поэтому проблема создания совершенного интерфейса между источником и HD- дисплеями постоянно волнует разработчиков. С появлением DVI, и особенно HDMI, она, казалось, была решена окончательно и бесповоротно (см. «Видео без посредников», «CAV» №6/2003 г.), ведь последний, широкополосный, позволяет передавать без компрессии звук и изображение с высоким разрешением. Благодаря удобству и прекрасным техническим характеристикам HDMI сегодня стал фактически промышленным стандартом для современных телевизоров, DVD-проигрывателей и рекордеров, а также другой цифровой аппаратуры.

Бесспорный успех и всемирное признание HDMI в качестве «цифрового SCART'а» во многом объясняется тем, что в команде его разработчиков были такие сильные игроки, как Hitachi, Panasonic, Philips, Sony и Toshiba. Которые проектируют и производят не только бытовую электронику (в т.ч. плоскопанельные телевизоры), но и широкую номенклатуру микросхем. Им не составило труда встроить в свои чипы модули приемо-передатчиков HDMI. В свою очередь, схемное решение этих модулей и их топологию предложила компания Silicon Image, также вошедшая в число разработчиков интерфейса. Ее образцы оказались настолько удачными, что лицензионная комиссия консорциума HDMI Licensing LLC продала их в виде готовых IP (intellectual property) блоков (библиотечных элементов) практически всем производителям микросхем.

На сегодняшний день свыше 460 компаний приобрели лицензию на использование HDMI. На гребне успеха Silicon Image заявила, что только в 2006 году она продала свыше 60 млн. чипов (!) с поддержкой этого интерфейса. Сегодня его устанавливают не только в топовых моделях, но и в массовой технике, причем зачастую аппараты имеют более одного порта. Например, на 1 среднестатистический цифровой телевизор приходится 1,45 разъема HDMI.

Казалось бы, почивай на лаврах и греби прибыль лопатой, однако жизнь выдвигает новые требования. И перспективные разработки не заставили себя долго ждать: в середине прошлого года комиссия HDMI Licensing LLC объявила о создании новой версии интерфейса HDMI v1.3. и начале ее лицензирования.

Спецификации версии 1.3 показали, что она является решительным шагом вперед на пути значительного улучшения качества изображения и звука. Полоса частот цифрового сигнала достигла 340 МГц (в старой версии было 165), а максимальная скорость цифрового потока - 10,2 Гбит/c (было 4,95).

Этого более чем достаточно, чтобы передать видеосигнал 1080р с частотой кадров до 120 Гц или 1080i при частоте кадров 240 Гц (!). Скажем больше: такие параметры без труда обеспечат даже соединение источника и WQXGA-дисплея с разрешением 2560 x 1536 пикселей с прогрессивной разверткой при частоте кадров 60 Гц. Немаловажно и то, что аппараты, поддерживающие v.1.3, гарантируют совместимость «вниз» с любой аппаратурой, оснащенной DVI и HDMI-входами/выходами.

Коммерческий дебют HDMI v.1.3 состоялся в ноябре прошлого года, когда на рынке появилась первая партия игровых приставок Sony PlayStation3. В декабре в США начали продаваться HD DVD-проигрыватель Toshiba второго поколения HD-XA2 и трехматричный LCD-проектор EMP-TW1000 производства Seiko Epson Соrp. с поддержкой 1080p. Эти аппараты также были оборудованы интерфейсом HDMI версии 1.3.

Президент комитета HDMI Licensing LLC Лесли Чад настроен очень оптимистично относительно грядущих успехов новой версии лицензируемого им интерфейса: «Опрос компаний, производящих проигрыватели Blu-ray Disc и HD DVD, однозначно показывает, что большинство из них, а также значительная часть обычных DVD-плееров, уже в 2007-м будет оснащаться интерфейсами HDMI v.1.3. Уже в первой половине года мы увидим и первые телевизоры с HDMI 1.3., которые будут поддерживать Deep Color technology. Мы также ожидаем, что в этом году HDMI v.1.3 будет внедрен в персональные компьютеры, AV-ресиверы, а также в другие типы источников видеосигнала и устройства отображения информации».

Чем же объяснить столь очевидный интерес к версии 1.3, и почему традиционный HDMI вдруг перестал удовлетворять разработчиков AV-аппаратуры? Причин несколько, и все они так или иначе связаны с уже почти наступившей эрой HDTV. Вот основные из них:

- Быстрый прогресс источников и дисплеев, особенно ЖК и видеопроекторов, в которых применяется 12 - 16-битовая обработка сигнала. Для полной реализации их технического потенциала быстрые интерфейсы просто необходимы.

- В новых форматах многоканального звука Dolby TrueHD и DTS-HD Master Audio для телевидения высокой четкости и дисках высокого разрешения не используется компрессия звуковых данных, в результате чего скорость потока многократно возрастает. Для его передачи требуется уже быстрая и широкополосная магистраль. Версия 1.3 HDMI этим требованиям отвечает с большим запасом.

- Наконец, современные технологии изготовления СБИС для приемо-передающего интерфейса позволяют организовать массовый выпуск недорогих чипов, работающих со скоростями потока 10 Гбит/c и более. Silicon Image уже с середины прошлого года серийно производит микросхемы передатчика (VastLane SH9I33) и приемника (VastLane SiI9l34) с поддержкой протокола HDMI v.1.3 для HDTV-телевизоров и DVD-проигрывателей. Если бы кто-нибудь 2 - 3 года назад объявил о том, что чипы такого уровня сложности можно будет встраивать в массовые продукты, его бы сочли безнадежным оптимистом.

Помимо радикального изменения форматов передаваемых цифровых сигналов в новой версии предусмотрено и дополнительное конструктивное исполнение интерфейса HDMI - малогабаритный соединитель типа «С». Необходимость в новом мини-разъеме объясняется продолжающимся процессом микроминиатюризации современной электроники, в частности, появлением малогабаритных HD-камкордеров. Ожидается, что уже у в этом году производители бытовой электроники начнут производить аппараты с интерфейсом HDMI типа «С». К «нормальной» AV-технике, не оснащенной разъемом «С», их, скорее всего, можно будет подключать через специальные переходники.

Еще одной фирменной фишкой HDMI v.1.3 является встроенный механизм компенсации задержки, возникающей вследствие последовательной передачи сигналов звука и изображения по цифровому интерфейсу. К тому же практически все современные телевизоры оснащены мощными процессорами, осуществляющими весьма сложную обработку видеосигнала в режиме реального времени. Это приводит к появлению дополнительного временного сдвига картинки на экране относительно ее звука. Как ни мала эта задержка, современные стандарты высокой четкости изображения и высокой верности звучания требуют абсолютной синхронизации и картинки и ее звукового сопровождения. В версии 1.3 эта проблема решена на корню благодаря передаче специальных синхросигналов аудио- и видеоданных и буферизации их сигналов на приемной стороне.

Поддержка передачи 10-ти, 12-ти и 16-битовых сигналов RGB или YCbCr в интерфейсе HDMI v.1.3 обеспечивает его полную совместимость с дисплеями, использующими Deep Color technology. Справедливости ради заметим, что параметры интерфейса HDMI v.1.3 с его возможностью 16-битового представления видеосигналов в выпускаемой в настоящее время аппаратуре полностью не реализуются и выбраны «на вырост». Сегодняшние аппараты с поддержкой версии 1.3, как правило, имеют 10-ти, максимум - 12-битовое представление первичных цветов. Но и в этом случае разница в качестве картинки по сравнению с 8-битовым дисплеем оказывается ошеломляющей.

Однако заложенные в спецификации HDMI v 1.3 возможности позволяют потенциально добиться еще лучшей цветопередачи, поскольку они предусматривают поддержку расширенной цветовой гаммы xvYCC, о которой мы говорили выше. Более того, HDMI v.1.3. может обеспечить передачу на дисплей изображения с повышенной до 72, 75 или 90 Гц частотой кадров, которую используют сегодня в своих телевизорах передовые производители. Это позволяет добиться более плавного воспроизведения яркостных переходов по сравнению с моделями со стандартной (50 Гц или 60 Гц) частотой полей. Новый же HDMI-интерфейс рассчитан на работу с перспективными дисплеями, использующими частоты вплоть до 120 Гц (в дальнейшем - до 240 Гц).

ЛУЧШЕЕ ВРАГ ХОРОШЕГО?

Как показали результаты нашего очередного мониторинга текущего состояния развития дисплейных технологий, этот сегмент бытовой электроники продолжает бурно прогрессировать. Причем настолько быстро, что хотя к этой теме мы вынуждены обращаться по несколько раз в год, но даже при этом успеваем рассказать вам лишь о наиболее интересных из них, поскольку даже самые продвинутые дисплеи вскоре заменяются еще более совершенными. Прогресс не остановить, и нам остается только ждать его новых плодов. l

По материалам зарубежной печати