Основні поняття реальних і віртуальних пікселів
У технології світлодіодного дисплея «реальні пікселі» та «віртуальні пікселі» є двома основними технологіями піксельного дисплея. За допомогою різних логік композиції пікселів і методів керування вони впливають на роздільну здатність, вартість і застосовні сценарії екрана дисплея. Нижче детально проаналізовано відмінності та характеристики обох.
Визначення та характеристики реальних пікселів
Справжній піксель — це фактичний піксель на екрані світлодіодного дисплея, який фізично підраховується. Кожен реальний піксель може самостійно контролювати свою яскравість і колір, спільно будуючи зображення на екрані. У реальному піксельному дисплеї існує відповідність 1:1 між фізичними пікселями та фактично відображеними пікселями; кількість пікселів на екрані визначає кількість інформації про зображення, яку можна відобразити.
Точки-випромінювання світла справжнього пікселя розташовані на світлодіодних трубках, демонструючи когезійну характеристику. З точки зору технічної реалізації, кожен із червоного, зеленого та синього світлодіодів у реальному піксельному дисплеї зрештою бере участь лише у зображенні одного пікселя для досягнення достатньої яскравості. Така конструкція забезпечує незалежність і цілісність кожного пікселя, роблячи ефект відображення більш стабільним і надійним.
Перевага справжнього піксельного дисплея полягає в стабільності та послідовності ефекту його відображення. Оскільки кожен піксель контролюється незалежно, немає проблеми зі змішуванням кольорів, спричиненої спільним використанням пікселів, що робить його особливо придатним для додатків, які потребують високо-точного відображення, наприклад професійного кіно- та телевізійного виробництва та високо-комерційних дисплеїв.
Визначення та характеристики віртуальних пікселів
Віртуальний піксель — це техніка відображення, реалізована за допомогою спеціальних алгоритмів і технологій керування, що дозволяє екрану дисплея візуально демонструвати ефект вищої роздільної здатності, ніж фактичні фізичні пікселі. Простіше кажучи, він «імітує» більше пікселів за допомогою технічних засобів.
У віртуальних піксельних дисплеях використовується технологія світлодіодного мультиплексування. Один світлодіод можна поєднувати з сусідніми світлодіодами до чотирьох разів (угорі, внизу, ліворуч і праворуч), що дозволяє меншій кількості світлодіодів відображати більше інформації про зображення та досягати вищої роздільної здатності. Віртуальні пікселі розосереджені з точками-випромінювання світла між світлодіодами, утворюючи точки віртуального зображення шляхом змішування суміжних червоних, зелених і синіх суб{3}}пікселів.
Суть віртуальних пікселів полягає в поєднанні та розподілі фізичних пікселів, що дозволяє на екрані дисплея відображати більше деталей зображення та ефектів, ніж фактичні пікселі. Він може відображати в два-чотири рази більше пікселів зображення, ніж фактичні пікселі на дисплеї. Наприклад, коли R, G, B розподіляються у співвідношенні 2:1:1, окремий піксель складається з двох червоних світлодіодів, одного зеленого світлодіода та одного синього світлодіода, що робить відображене зображення в чотири рази оригіналом.
Технічні принципи та методи реалізації
Принцип технічної реалізації реальних пікселів
Технологія справжніх-піксельних світлодіодних дисплеїв базується на традиційних методах керування дисплеєм, її основною особливістю є відповідність 1:1 між фізичними пікселями та пікселями дисплея. З точки зору апаратного забезпечення, світлодіодний дисплей складається з пікселів, що складаються зі світлодіодів і відповідних схем керування, що дозволяє точно контролювати яскравість і темність кожного пікселя для відображення насиченої інформації.
Ядром світлодіода (світлодіода) є PN-перехід, що складається з напівпровідників типу P- і N-. Коли пряма напруга прикладається до PN-переходу, електрони та дірки рекомбінуються в місці з’єднання, вивільняючи енергію у вигляді фотонів, таким чином випромінюючи світло. Світлодіоди з різних матеріалів випромінюють різні кольори світла; наприклад, світлодіоди з фосфіду галію (GaP) зазвичай випромінюють зелене світло, тоді як світлодіоди з арсеніду галію (GaAs) випромінюють червоне світло.
У повно-кольоровому світлодіодному дисплеї кожен піксель складається з трьох світлодіодів: червоного, зеленого та синього. Керуючи яскравістю та темністю різнокольорових світлодіодів у кожному пікселі, можна створювати багаті та різноманітні зображення та відео. Щоб точно контролювати яскравість і колір кожного пікселя на світлодіодному дисплеї, потрібна відповідна схема керування. Загальні методи водіння включають статичне водіння та динамічне водіння. Статичний рух означає, що кожен піксель має власну незалежну мікросхему драйвера для керування. Цей метод дає хороші результати відображення та рівномірну яскравість, але схема складна, а вартість висока. Зазвичай він використовується в програмах з невеликою кількістю пікселів і надзвичайно високими вимогами до якості відображення. Динамічне водіння, з іншого боку, використовує метод сканування, підсвічуючи різні рядки та стовпці пікселів по черзі, використовуючи постійність зору в людському оці для досягнення відображення повного зображення.
Принципи технічної реалізації віртуальних пікселів
Технологія віртуальних пікселів – це схема керування дисплеєм, яка досягає еквівалентного збільшення роздільної здатності шляхом зіставлення фізичних пікселів із пікселями дисплея (N=2 або 4). Його основна технологія полягає в перестановці світлодіодних трубок між фізичними пікселями для формування комбінації віртуальних пікселів. Віртуальні пікселі використовують структуру розподіленого світло-випромінювання, утворюючи віртуальні пікселі шляхом змішування сусідніх червоних, зелених і синіх суб-пікселів.
У конкретному виконанні технологія віртуальних пікселів має кілька рішень. Візьмемо для прикладу технологію рендерингу динамічних суб{2}}пікселів RGGB із чотирма-лампами. У фізичному розташуванні пікселів три суб{3}}пікселі RGB у кожній чорній рамці утворюють повний піксель для відображення вмісту. Однак у чотири-ламповому розташуванні RGGB кожна чорна рамка містить лише один суб-піксель. Завдяки вдосконаленій технології динамічного рендерингу суб-пікселів навколишні суб-пікселі можна гнучко запозичувати відповідно до вмісту зображення, дозволяючи одному суб{10}}пікселю відображати повний піксельний вміст.
Порівняно з фізичними пікселями, у чотири-ламповому розташуванні RGGB кожен (RGB) піксель потребує лише додавання одного суб-пікселя (G), щоб досягти 4-кратного збільшення ефекту відображення. Подібним чином три{6}}лампова вертикальна динамічна технологія суб{7}}відтворення субпікселів Delta1 також забезпечує високу-роздільність дисплея шляхом гнучкого запозичення навколишніх субпікселів.
Віртуальні пікселі можна класифікувати за методом керування (програмно-віртуальний чи апаратно-віртуальний), множником (2x віртуальний проти . 4x віртуальний) і розташуванням світлодіодів (1R1G1B віртуальний проти . 2R1G1B віртуальний). У схемі віртуальних пікселів 2R1G1B кожен діод може спільно використовувати чотири пікселі, що значно покращує роздільну здатність дисплея.
Порівняльний аналіз технічних характеристик
Порівняння ефектів відображення
Оскільки кожен піксель у реальному-піксельному дисплеї контролюється незалежно, ефект відображення стабільніший і точніший. Під час відображення одно-штрихового тексту реальний-піксельний дисплей може відображати чіткий текст, тоді як віртуальний-піксельний дисплей може відображати нечіткий текст. Це пояснюється тим, що віртуальні пікселі використовують-поділ часу, циклічно скануючи інформацію чотирьох сусідніх пікселів, що може призвести до менш чітких деталей по краях.
З точки зору продуктивності кольору, справжні-піксельні дисплеї мають точніші та послідовніші кольори, оскільки субпіксель RGB кожного пікселя призначений для цього пікселя. Віртуальні-піксельні дисплеї досягають кольору шляхом змішування субпікселів сусідніх пікселів, що може призвести до відхилення кольору або недонасиченості за певних умов.
З точки зору перегляду, реальні-піксельні дисплеї зберігають хорошу якість відображення на будь-якій відстані перегляду, тоді як оптимальна відстань перегляду для віртуальних-піксельних дисплеїв має бути більшою, ніж 2048 фізичних пікселів екрана монітора. При-виділенні зблизька віртуальні-піксельні зображення можуть виглядати зернистими, особливо навколо статичного тексту, де можуть з’являтися нерівні краї.
Баланс вартості та продуктивності
Справжні-піксельні дисплеї відносно дорогі через потребу в більшій кількості фізичних світлодіодів і драйверів. Особливо в програмах із високою-роздільністю вартість реальних-піксельних рішень зростає в геометричній прогресії. Технологія віртуальних пікселів завдяки повторному використанню світлодіодів може забезпечити вищу роздільну здатність і чіткішу якість зображення з незначним збільшенням кількості світлодіодів або без нього, що значно знижує витрати.
З точки зору продуктивності, технологія віртуальних пікселів забезпечує вищу роздільну здатність і чіткіші візуальні ефекти за нижчої вартості. Для клієнтів, які шукають високу-роздільну здатність, високу-чіткість і-рентабельні світлодіодні дисплеї, віртуальні піксельні дисплеї є чудовим рішенням. Особливо в програмах із більшою відстанню перегляду ефект відображення віртуальних пікселів може наблизитися до ефекту реальних пікселів, але за значно нижчої вартості.
Однак технологія віртуальних пікселів має властиві обмеження щодо якості зображення; на належній відстані перегляду його ефект відображення є прийнятним. Існуючі виробники мають продукти, які досягають майже-реальних-піксельних ефектів відображення, особливо в таких сценаріях, як конференц-зали, офіси та комерційні програми, де вимоги до якості відображення-близького огляду невисокі, де технологія віртуальних пікселів має явну перевагу.
Сценарії застосування та типові випадки
Сценарії застосування реальних-піксельних дисплеїв
Справжні-піксельні дисплеї завдяки стабільному ефекту відображення та точному кольору широко використовуються в професійних сферах із високими вимогами до якості зображення:
Елітні-комерційні дисплеї:** У роздрібній торгівлі класу «люкс», елітних-готелях та інших місцях справжні-піксельні світлодіодні дисплеї можуть відображати точні кольори та делікатні зображення, покращуючи імідж бренду та покращуючи досвід клієнтів. Наприклад, зовнішній вигнутий світлодіодний екран довжиною 440-метрів-, створений компанією Visionox у Дубаї з використанням технології реальних пікселів, став найдовшим зовнішнім фіксованим світлодіодним екраном на Близькому Сході та навіть у всьому світі.
Виробництво фільмів і віртуальна зйомка:** Кіно- та телеіндустрія висуває надзвичайно високі вимоги до точності відображення, тому справжні-піксельні дисплеї є кращим вибором. Наприклад, на «Живому мистецтві-імерсивна цифрова виставка культури династії Мавандуй Хань» у музеї провінції Хунань компанія Unilumin Technology створила акустично прозорий світлодіодний купол зі світлодіодним ефектом занурення діаметром 15-метрів-, використовуючи технологію реальних пікселів, що призвело до чітких тонких зображень і насичених, яскравих кольорів.
Масштабні-місця проведення подій.** Під час масштабних-заходів, таких як спортивні заходи та концерти, аудиторія потребує чіткого та стабільного зображення на великих екранах. Справжні-піксельні дисплеї можуть задовольнити потребу у високій чіткості, навіть якщо дивитися здалеку, як-от екран розміром 490+ квадратних метрів, встановлений Absen у Міжнародному тенісному центрі Jingshan.
Сценарії застосування віртуальних піксельних дисплеїв
Технологія віртуальних пікселів із високою економічною-ефективністю широко застосовується в таких сферах:
Віртуальна зйомка та технологія XR: технологія віртуальних пікселів значно знижує ціновий бар’єр для віртуальної зйомки. Наприклад, найбільша у світі одно{1}}світлодіодна віртуальна студія, створена спільно Absen і Bocai Media, має загальну площу екрана приблизно 1700 квадратних метрів і використовує технологію віртуальних пікселів, щоб побити світовий рекорд за кількістю пікселів на одному екрані з 600 мільйонами пікселів. Ця технологія дає змогу кіно- та телевізійному виробництву досягти революційного досвіду «нульового пост-виробництва» та «те, що ви бачите, те й отримуєте».
Комерційні-дисплеї середнього рівня: у торгових центрах, виставкових залах та інших місцях, де потрібні великі площі демонстрацій, але з обмеженим бюджетом, віртуальні піксельні дисплеї можуть досягти високої-роздільності за нижчої вартості. Наприклад, віртуальна система зйомки та рішення Unilumin Technology були застосовані в багатьох проектах, таких як Hengdian Studio No. 1 і Beijing Starlight VP Virtual Studio.
* **Освіта та навчання: технологія віртуальних пікселів також широко використовується в освітньому секторі. Наприклад, Aoto Electronics побудувала віртуальні студії зйомки для таких університетів, як Коледж індустрії цифрового мистецтва Хубейського технологічного університету та Пекінська кіноакадемія, забезпечуючи зручність для викладачів і студентів вивчати та оволодівати технологією віртуальної зйомки.
Технічні параметри та показники продуктивності
Технічні параметри реального піксельного дисплея
Технічні параметри реального-піксельного дисплея зазвичай включають такі аспекти:
Щільність пікселів: це стосується кількості пікселів на одиницю площі, зазвичай виражається в точках на квадратний метр (дД/м²). Наприклад, реальний-піксельний дисплей із фізичним кроком точок 10 мм має фізичну щільність 10 000 точок на квадратний метр (м²). Вища щільність пікселів призводить до кращого відображення зображення, але вимагає більше світлодіодів, що збільшує витрати на виробництво.
Яскравість: Справжні-піксельні дисплеї зазвичай мають високу яскравість. Екрани для внутрішніх приміщень мають діаметр точки 3-8 мм, тоді як для зовнішніх екранів діапазон кроку точки становить PH10-PH37,5. Яскравість потрібно регулювати відповідно до середовища; зовнішні джерела світла потужні, вимагають понад 5000 кд/м²; Внутрішнє освітлення слабше, вимагає лише 1800 кд/м².
Рівень відтінків сірого: це відображає здатність дисплея контролювати рівні яскравості. Високі відтінки сірого широко використовуються в обробці зображень, медичних зображеннях та в інших галузях. Типовий 14-розрядний дисплей забезпечує 16384 рівні градацій сірого (2^14), розділяючи дисплей від найтемнішого до найяскравішого на 16384 частини. Вищі рівні відтінків сірого призводять до більш насичених кольорів. Коефіцієнт контрастності: це стосується відношення максимальної яскравості екрана світлодіодного дисплея до яскравості фону за певного рівня навколишнього освітлення. Для світлодіодних дисплеїв для оптимальної продуктивності рекомендовано контрастність 5000:1 або вище. Високий коефіцієнт контрастності може зробити зображення більш яскравими, але надмірно високий коефіцієнт контрастності може призвести до втрати деталей зображення.
Технічні параметри екрану віртуального піксельного дисплея
Віртуальні піксельні дисплеї, зберігаючи основні параметри, покращують продуктивність завдяки технологічній оптимізації:
Еквівалентна роздільна здатність: кількість фізичних пікселів на віртуальному піксельному дисплеї приблизно в 1 (N=2, 4) рази перевищує кількість фактично відображених пікселів, тобто він може відображати в 2-4 рази більше пікселів, ніж фактичні пікселі. Наприклад, у віртуальному піксельному рішенні 2R1G1B кожен діод може спільно використовувати 4 пікселі.
Частота оновлення: Висока частота оновлення скорочує час кадру та збільшує частоту оновлення, що забезпечує більш плавне відображення. Віртуальні піксельні дисплеї зазвичай використовують над-високу частоту оновлення 7680 Гц і частоту сканування 1/8 для ефективного усунення мерехтіння та тремтіння у традиційній фотографії.
Ефективність кольорів: віртуальні піксельні дисплеї забезпечують повнокольорове-відображення завдяки комбінації трьох основних кольорів (червоного, зеленого та синього). Технологія контролю повторного використання пікселів підтримує частоту сканування вище 240 Гц, щоб усунути мерехтіння екрана, одночасно зменшуючи споживання енергії та витрати, адаптуючись до сценаріїв із високим динамічним діапазоном, таких як телевізійне мовлення.
Контроль енергоспоживання: технологія віртуальних пікселів оптимізує енергоспоживання за рахунок зменшення кількості фізичних світлодіодів. Середнє енергоспоживання певного віртуального піксельного екрана становить приблизно 600 Вт/м2, а максимальне енергоспоживання менше або дорівнює 1000 Вт/м2, що значно менше, ніж у реального піксельного екрана.
Оцінка галузі та тенденції розвитку
Експертна оцінка двох технологій
Галузеві експерти пропонують об’єктивні оцінки реальних-піксельних і віртуальних-піксельних технологій: Карлетт зазначив: «Зі стрімким розвитком технологій відображення попит користувачів на продукти з вищою-роздільністю щодня зростає. Поява віртуальних пікселів може підвищити роздільну здатність продукту без збільшення витрат, що є корисним для сприяння розвитку високої-чіткості в галузі». Віртуальні пікселі — це метод повторного використання пікселів, який може забезпечити вищу роздільну здатність і чіткішу якість зображення без збільшення або лише за рахунок невеликої кількості світлодіодів.
Однак експерти також відзначають обмеження технології віртуальних пікселів. Через спільне використання пікселів фактичний ефект відображення віртуальних пікселів погіршується зі збільшенням віртуального збільшення. При перегляді з-близького плану зображення буде виглядати зернистим, особливо статичний текст із нерівними краями. Це означає, що технологія віртуальних пікселів не може повністю замінити реальні пікселі в професійних програмах.
Що стосується технології реальних-пікселів, експерти вважають, що її переваги в якості відображення незаперечні, особливо в-додатках високого рівня. Однак із постійною оптимізацією технології віртуальних пікселів розрив між ними скорочується. За відповідних відстаней перегляду та сценаріїв застосування віртуальні пікселі вже можуть забезпечувати візуальний досвід, близький до реальних пікселів.
Майбутні тенденції розвитку
Розвиток технології світлодіодних дисплеїв демонструє такі тенденції:
Постійна оптимізація технології віртуальних пікселів. Останніми роками схема віртуальних пікселів із чотирма-лампами стає все більш поширеною. У схемі віртуальних зелених чотирьох-ламп кожен піксель складається з чотирьох світлодіодів: червоного, зеленого, синього та віртуального зеленого. У повному циклі відображення кожен червоний/синій світлодіод повторно використовується чотири рази, а кожен зелений/віртуальний зелений світлодіод повторно використовується двічі. У поєднанні з 14-бітною високоточною системою керування якість відображення віртуальних пікселів буде додатково покращена.
Розширення сценаріїв застосування: кількість світлодіодних віртуальних студій стрімко зростає, досягнувши 41 по всій країні, розподілених у багатьох провінціях і містах, включаючи Пекін, Шанхай і Гуандун. З популяризацією віртуального виробництва та відео 8K світлодіодні дисплеї оновлюються з єдиної функції дисплея до рішення, яке є зручним для-зйомки.
Технологічна інтеграція та інновації. Такі інновації, як інтелектуальна технологія синхронізації, оптимізація оптичної структури та адаптивні системи керування, постійно з’являються. Розробка систем регулювання частоти оновлення, які динамічно відповідають частоті кадрів знімального обладнання, зменшує мерехтіння, спричинене різницею частот; а використання таких технологій, як дифузійні плівки та мікроструктурна обробка поверхонь, зменшує ймовірність муару.
Подальші інновації: ринок продовжує розширюватися. Дослідження ринку вказують на те, що прогнозується зростання глобального ринку мікросвітлодіодів із приблизно 100 мільйонів доларів США у 2020 році до понад 1 мільярда доларів США у 2025 році, що представляє сукупний річний темп зростання (CAGR) понад 30%. Технологія віртуальних пікселів стане значним рушієм цього зростання, особливо на споживчому ринку.
