فناوری های تلویزیون: توضیح 6 مشخصه که به اشتباه تعریف می شوند

پیش تر در مقاله جامع "حقایق پشت پرده نمایشگرها" تعریف دقیق کنتراست تصویر، طیف رنگی، تیره و تاری تصویر (Motion Blur) را مفصلا شرح دادیم. اما در این مقاله که توسط دکتر Raymond Soneria از وب سایت DisplayMate نوشته شده است با شرح و توضیح صحیح تکنولوژی های دیگر آشنا خواهید شد.

نرخ فریم - Frame Rate

Frame Rate به تعداد تصاویری یا فریم هایی که در هر ثانیه منتقل می شوند، اشاره می کند. تقریبا تمام محتوای موجود در بازار مانند فیلم های مختلف سینمایی همگی با 60fps یا 60 فریم در ثانیه و یا 60 هرتز منتشر می شوند البته در برخی از بازی ها می توان تعداد فریم در ثانیه (fps) را به 85 یا 100 و یا 120 افزایش داد. هرچند افزایش fps و یا Hz در نمایشگرهای CRT مفهوم داشت و تلویزیون یا مانیتور های CRT می توانستند خود را با fps محتوای در حال پخش سازگار کنند اما تمام نمایشگرهای مسطح بازار چه LCD یا LED و یا Plasma تنها قادرند با یک نرخ کار کنند. برخی از نمایشگرهای مدرن امروزی با فرکانس 120 هرتز یا 240 هرتز یا بالاتر کار می کنند. این بدین معناست که وقتی محتوای 60 هرتز در این نمایشگرها به نمایش درآید خود نمایشگر می بایست آن را به فرکانس طبیعی خود تبدیل کند یعنی اگر بعنوان نمونه تلویزیون LCD شما دارای فرکانس 240 هرتز باشد و یک فیلم سینمایی را درآن به نمایش درآورید که معمولا اکثر آنها 60 هرتز هستند، تلویزیون شما فیلم 60 هرتز شما را به 240 هرتز تبدیل می کند یعنی به جای نمایش 60 فریم در ثانیه 240 فریم در ثانیه نمایش می دهد. در واقع نمایشگر خود فریم های اضافی را تولید می کند. ساخت فریم های اضافی ممکن است باعث تیره و تاری تصویر (Motion Blur) و یا سوزش چشم شود. و در نهایت تاثیری در کیفیت و کارایی نمایشگر ندارد. در تصویر زیر نحوه ساخت فریم های بیشتر برای رسیدن به فرکانس طبیعی تلویزیون نشان داده شده است:

پس در نمایشگرهای مسطح (LCD, LED, Plasma) این موضوع بسیار اهمیت دارد که fps محتوای در حال پخش با Frame Rate یا فرکانس تلویزیون یکسان باشد. در غیر اینصورت با تیره و تاری تصویر و یا سوزش چشم مواجه خواهید شد.

Refresh Rate

Refresh Rate به تعداد دفعاتی که نمایشگر، تصویر روی صفحه را در هر ثانیه بروز می کند، اشاره دارد. همانطور که در بالا نیز توضیح داده شد Refresh Rate در نمایشگرهای صفحه مسطح (LCD, LED, Plasma) ثابت و معمولا 60Hz است. در مانیتور یا تلویزیون های CRT زمانی که Refresh Rate برروی 60Hz تنظیم شود لرزش بسیار زیادی در تصویر مشاهده می شود که باعث سوزش چشم می گردد. اما در نمایشگرهای LCD به دلیل استفاده از یک ماتریس فعال از ترانزیستورها که تصویر هر فریم را در فاصله بروز شدن به فریم بعدی نگاه می دارد این مشکل بوجود نمی یاد. همچنین بسیاری از نمایشگرهای CRT از Interlacing که در ادامه توضیح داده شده است، استفاده می کنند اما نمایشگرهای مسطح (CRT, LCD, Plasma) از حالت Progressive Scan یا non-interlaced استفاده می کنند.

Interlacing

تصاویر تلویزیونی به روش Interlaced Scanning ارسال می شوند در این روش خطوط فرد تصویر در یک فریم (که Field نامیده می شود) ارسال می گردند و سپس در 1/60 ثانیه بعدی خطوط زوج ارسال می شوند و تصویر کامل هر فریم که از تلفیق خطوط زوج و فرد و در هر 1/30 ثانیه شکل می گیرد. اطلاعات بیشتر در مورد Interlacing را در دایرکتوری IT زومیت بیابید.

اما در روش Progressive Scan تمام خطوط هر فریم بصورت یکجا منتقل می شوند. زمانی از Interlaced استفاده می شود که امکان ارسال کل اطلاعات تصویر به یکباره وجود نداشته باشد یعنی پهنای باند پروتوکل ارسال و دریافت تصاویر به اندازه کافی بزرگ نباشد که قادر به دریافت و ارسال تصویر به یکباره باشد. تلویزیون های CRT قادرند هر فریم خطوط فرد را بدون وجود فریم خطوط زوج نمایش دهند ولی تلویزیون های مدرن امروزی دو فریم زوج و فرد Interlaced را به Progressive تبدیل و سپس نمایش می دهند. حرف i اشاره به Interlaced و حرف P اشاره به Progressive دارد. بعنوان نمونه تمام تصاویر تلویزیونی HD که از طریق هوا، ماهواره و یا کابل ارسال می شوند بصورت  1080i یا 720i و یا ... ارسال شده و سپس در تلویزیون به 1080p یا 720p تبدیل می شوند. یکی از روش هایی که تلویزیون ها از آن استفاده می کنند بافر کردن یا ذخیره کردن اطلاعات هر فریم در حافظه و ترکیب فریم های زوج و فرد Interlaced و تبدیل آنها به فریم Progressive است. مشکلی که در این تبدیل به وجود می آید این است که فریم های حاوی خطوط زوج و فرد تصویر 1/60 ثانیه با هم فاصله دارند و این تاخیر باعث می شود تصاویر پویا (مانند تصاویر ورزشی یا فیلم های اکشن) بصورت لبه دار نمایش داده شوند این مشکل را Combing می نامند. این مشکل توسط فناوری Motion Interpolation حل می شود تقریبا تمام تلویزیون های امروزی دارای Motion Interpolation هستند.

Deinterlacing

پردازش پیچیده کامپیوتری می تواند برای مقایسه تصاویر یا فریم های پشت سر هم ویدیو و تجزیه و تحلیل اجسام متحرک هر فریم استفاده شود. Deinterlacing پردازشی است که فریم های Interlaced پشت سر هم را با دقت خوب مجددا می سازد، تصویر ساخته شده فاقد مشکل Combing خواهد بود. در Deinterlacing ممکن است پردازشگر حداکثر تا 6 فریم را تولید کرده و سپس نمایش دهد این عمل می تواند تا 1/10 ثانیه تاخیر در نمایش تصویر ایجاد کند. این موضوع زمانی مشکل ساز می شود که شما در حال بازی کردن باشید و بازی در حال اجرا نیاز به عکس العمل سریع داشته باشد در این شرایط بهتر است قابلیت Deinterlacing را در نمایشگر خود غیرفعال کنید.

فریم های میانی در فیلم (Motion Interpolation for Film)

بسیاری از فیلم ها با 24 فریم در ثانیه (fps) ضبط می شوند که بسیار کم است مخصوصا زمانی که اشیاء در صفحه به سرعت در حال حرکت باشند. تعداد فریم کم در تصاویر پویا باعث می شود چشم تصاویر را منقطع و یا بصورت پرش از یک تصویر به تصویر دیگر مشاهده کند این مشکل را Hopping یا جهش می نامند. مشکل دیگری که در فیلم های 24 فریم در ثانیه (24fps ) بوجود می آید این است که 24 فریم می بایست به 60 یا بیشتر تبدیل شود یعنی تعداد فریم ها می بایست 2.5 برابر شوند. یکی از روش های ساده برای این کار نمایش دوباره یک فریم و نمایش سه باره فریم بعدی است این روش را پردازش 3:2 Pull Down می نامند. این 3 و 2 فریم Progressive ساخته شده، باعث بروز مشکل بی نظمی در حرکت و نمایش تصویر می گردد که Judder نام گذاری شده است. Judder معمولا قابل تشخیص نیست ولی می تواند آزاردهنده باشد. دو روش برای رفع این مشکل وجود دارد: روش اول افزایش Refresh Rate به 120 هرتز و تکرار 5 باره هر فریم است، در این روش مشکل Judder رفع می شود ولی Hopping هنوز باقی است. در روش دوم که بهتر عمل می کند از Motion Interpolation برای تجزیه و تحلیل حرکت و ساخت فریم میانی استفاده می شود. تعداد فریم های میانی به اندازه ایی ساخته می شوند تا fps محتوا به Refresh Rate طبیعی یا Native نمایشگر برسد. در Motion Interpolation هر دو مشکل Hopping و Judder مرتفع می شوند. همانطور که در تصویر پایین مشاهده می کنید فریم های میانی براساس حرکت شی متحرک که در این تصویر خودرو است ساخته می شود.

فریم میانی برای کاهش تیره و تاری تصویر (Motion Interpolation to Reduce Motion Blur)

کریستال مایع یا Liquid Crystal در نمایشگرهای LCD (حرف L مخفف Liquid) ممکن است به اندازه کافی سریع پاسخ ندهد مخصوصا زمانی که اشیاء به سرعت حرکت کنند. عدم پاسخگویی به موقع و سریع کریستال مایع باعث تاخیر در بروز رسانی پیکسل ها و در نتیجه تصویر می شود و به این ترتیب زمانی که فریم جدید در حال نمایش است بخشی از پیکسل ها هنوز در حال نمایش فریم قبلی و یا بروز رسانی به فریم جدید هستند. این تاخیر در بروز رسانی پیکسل که به عدم پاسخ گویی سریع کریستال مایع اتفاق می افتد منجر به تیره و تاری تصویر (Motion Blur) می شود. یکی از رویکردهایی که تولید کننده های پنل های LCD بکار می برند، Motion Interpolation است تولید کننده های LCD ادعا می کنند این روش باعث افزایش Refresh Rate و بهبود زمان پاسخگویی تصویر یا Response Time می شود.

[div class="attention" class2="typo-icon"]اما در حقیقت این دستاورد که تاتیر بسیار زیادی در بازاریابی و فروش بالاتر محصولات و مجاب کردن مشتری به خرید تلویزیون های گرانتربا Refresh Rate های 120Hz یا 240Hz و یا 480Hz شده است نه تنها هیچ تاثیری در رفع Motion Blur ندارد بلکه تاثیر منفی نیز دارد چون همانطور که در بالا ذکر شد تلویزیون های LCD یا LED تنها با یک فرکانس و Refresh Rate طبیعی خود کار می کنند. البته لازم به ذکر است که بسیاری از تلویزیون های سه بعدی از فناوری اکتیو شاتر برای نمایش تصاویر سه بعدی استفاده می کنند که نیاز به Refresh Rate  دو برابر یعنی 120 هرتز دارند جهت کسب اطلاعات بیشتر در مورد فناوری های سه بعدی به این مقاله مراجعه نمایید.[/div]

براساس آزمایشات انجام شده و با استفاده از دوربین های عکاسی با سرعت شاتر بسیار بالا مشخص شده است که تفاوتی در تصویر تلویزیون 60 هرتز با 120 هرتز نیست دلیل برتری تلویزیون های با فرکانس 120 هرتز یا 240 هرتز به تلویزیون های با Refresh Rate پایین تر به هیچ وجه ربطی به Refresh Rate آنها نداشته و تنها به دلیل استفاده از پنل های با کیفیت تر، تصویر بهتری را ارائه می دهند. اگر به این موضوع ایمان ندارید به تصاویر گرفته توسط DisplayMate که در بخش Response Time مقاله "حقایق پشت پرده نمایشگرها" توجه کنید.

منابع: Maximum PC | Display Mate