Technologia Quattron i Quattron Pro, co daje czwarty subpiksel? Przed testem Sharp UQ10

[Maciej Koper 1,175]

W związku rozpoczęciem pisania testu telewizora Sharp UQ10 postanowiłem popełnić odrębny artykuł opisujący technologię w nim zastosowaną - matrycę Quattron, która jako jedyna na rynku wyświetla obraz nie za pomocą trzech, a czterech subpikseli (czyli niewielkich elementów matrycy, tworzących obraz). Jak się okazuje jest co opisywać ponieważ technologia ta ma poważne podwaliny naukowe. Pytanie na które postaramy się znaleźć odpowiedź brzmi: czy i jak duże są jej wady i zalety... Artykuł ten dedykuję wszystkim tym, którzy chcą zagłębić się w temat konstrukcji matrycy i generowania obrazu.

Czytaj też -> "rodzaje matryc, sub pixele, o co w tym chodzi?"

Matryca Quattron, co daje czwarty kolor?

Zanim omówimy technologię Quattron Pro, w jaką uposażony został m.in. Sharp UQ10, zacznijmy od podstaw. Powiedzmy sobie po co właściwie Sharp umieścił żółty subpiksel na swoich matrycach. Powodów zostało wymienione początkowo kilka, następnie sprytni marketingowcy wymyślili kilka następnych, a i społeczność dodała coś od siebie. Wyodrębnimy zatem trzy sekcje:

Zalety

Większa wydajność świetlna - dlaczego właściwie dodano kolor żółty, a nie morski (cyan), czy purpurowy (magenta)? Odpowiedź na to jest prosta. Barwa żółta jest bardzo jasna, bowiem fale, które powodują wrażenie zmysłowe żółci, leża w rejonie największej czułości naszego oka. Możemy więc podwyższyć ilość światła, przy zachowaniu tej samej mocy telewizora. Bardziej dociekliwym osobom proponuję przyjrzeć się poniższym diagramom:

Początkowo zastanawiałem się, czy aż takie zgłębianie praw fizyki ma sens w zwykłym tekście, ale jak się pewnie zdążyli co niektórzy przekonać, materiały marketingowe Sharpa również posiadają podobne diagramy. Czuje się więc w obowiązku wyjaśnić fakty.

Diagram po lewej stronie pokazuje rozkład fal świetlnych na matrycy Quattron. Widać na nim charakterystyczną "górkę" w rejonie żółci. Drugi diagram to sposób postrzegania fal przez nasz narząd wzroku. Czarna linia charakteryzuje widzenie dzienne, które nas dotyczy podczas oglądania TV. Widzimy na nim, że najwyższa wartość wypada mniej więcej w przedziale fal żółto-zielonych. To jest powód dla którego dodany został subpiksel żółty - ze względu ilość emitowanego światła, barwa ta jest najkorzystniejsza. O ile wyższą wydajność świetlną można uzyskać z matrycy Quattron? Jak się okazuje nie jest to ogromna wartość i oscyluje w okolicach 10-20%. Wraz z wyższą przepuszczalnością światła powinniśmy spodziewać się także wyższego kontrastu. Zobaczymy.

Wady

Trudność (czy też niemożność) uzyskania poprawnych barw - Zastanówmy się może skąd biorą się w ogóle przekłamania barw w telewizorach. Dlaczego nie można ustawić ekranu by świecił dokładnie tak jak my chcemy? Główną przyczyną jest fakt, że subpiksel matrycy LCD, czyli najmniejszy element, który tworzy obraz, to rzecz działająca stosunkowo nieprzewidywanie. Problemem inżynieryjnym jest to, ze nie da się jego działania opisać prostym wzorem np. "dam Ci dwa razy więcej mocy, a ty wygeneruj dwa razy więcej światła". Subpiksele działają do pewnego stopnia po swojemu, fachowo mówiąc nieliniowo. Pół biedy jeśli mamy do okiełznania trzy, ale co gdy dołożymy czwarty?! Jak się okazuje spowoduje to problemy i to niemałe. Czwarty subpiksel powoduje, że matryca Quattron zaczyna żyć własnym życiem.

Poniższy diagram przedstawia próbkę barw zmierzoną na Sharpie UQ10 po kalibracji i na typowym telewizorze z trzema subpikselami. W tym wypadku LG LA860V.

Pomiary po kalibracji

Sharp UQ10 (quattron)	LG LA860V (klasyczna matryca)

Z powyższy diagram wyraźnie pokazuje, że barwy na matrycy quattron, delikatnie mówiąc, wyglądając nieprzewidywalnie. Nie chodzi tu nawet o to, że nie znajdują się one w swoich referencyjnych polach, chodzi o fakt, że dwie sąsiadujące barwy mogą "wykrzywiać się" w przeciwne strony! Kolejne przykłady grubych błędów poniżej. Oba z Sharpa UQ10:

Nawet jeżeli ktoś nie dba o poprawność barw w skali bezwzględnej, niech ma się na baczności. Główne przekłamania występują obszarze żółci, a więc sąsiadująco z paletą odcieni skóry. Nierzadko kolor ciała na telewizorach Sharp Quattron ma zielonkawe lub czerwone odcienie.

Poszerzenie spektrum barw prezentowanych na ekranie - zastanawiacie się, dlaczego jedna z cech wymienianych jako zalety trafiła do sekcji wad? Otóż więcej nie zawsze znaczy lepiej. Wyświetlacze studyjne, używane do profesjonalnej obróbki video, posiadają trzy subpiksele, które wyznaczają paletę barw zgodną ze standardem Rec. 709 - standardem, pod który tworzone są filmy od kilkudziesięciu lat. Wprowadzenie dodatkowego subpiksela nie ma żadnego sensu, jest szukaniem rozwiązania na nieistniejący problem, czy też nawet wprowadzaniem nowego problemu. Nie zobaczymy żadnych dodatkowych barw w filmach, ponieważ telewizory z czwartym subpixelem wyliczają jego wartość na podstawie danych o pozostałych składowych. Krótko mówiąc ten subpiksel tylko powiela informacje. Jedyne co następuje to przesycenie barw w rejonach żółci.

Barwa uzyskana przy domieszce tego żółtego subpiksela odznacza się większym nasyceniem niż żółć referencyjna, obowiązującego standardu, Rec. 709. Wobec powyższego, sfilmowane żółte obiekty np: kwiaty, owoce, jesienne liście będą reprodukowane przez telewizor nieprawidłowo – przesyconą barwą. Miejmy nadzieję, że odpowiednie ustawienia kalibracyjne będą w stanie zniwelować tą sztuczność. Zobaczymy.

Mity

Zacytujmy niektóre twierdzenia dot. technologii, wyszczególnione na oficjalnej stronie producenta:

Zwiększona o 30% liczba subpikseli w panelach LCD - Inaczej zwana rozdzielczością 1920x1080x4. Oczywiście samo to twierdzenie nie jest mitem, jednak zgrzytem jest stawianie tej cechy w błyszczącej sekcji zalet. Subpiksele w (w klasycznej technolgii Quattron, omińmy na chwilę Quattron Pro) nie są autonomicznymi jednostkami obrazu, więc ich większej ilości nie można powiązywać z większą rozdzielczością. Ta techniczna cecha zwyczajnie nie ma jakiegokolwiek wpływu na jakość obrazu.

Podwyższenie kontrastu obrazu - Teoretycznie zwiększona transmitancja światła na matrycy Quattron powinna się przełożyć na wyższy kontrast. Niestety na teorii się kończy. Matryce Sharp z czwartym subpikselem charakteryzują się obecnie najgorszym kontrastem w klasie matryc VA.

LE814 (I generacja)	LE830 (II generacja)	LE840 (III generacja)	LE857 (IV generacja)	UQ10 (V generacja)

2400:1[/td][td]2000:1[/td][td]2000:1[/td][td]1950:1[/td][td]1950:1[/td]

Jak widzimy jest tu wręcz tendencja spadkowa, jednak nawet w pierwszej generacji kontrast na prawdę nie zachwycał. Dodatkowo nie doczekaliśmy się do tej pory jakiegokolwiek algorytmu lokalnego wygaszania, które mogłoby poprawić miejscowo czerń. Konkurencyjne telewizory LCD zazwyczaj nie schodzą poniżej 2500:1, a mogą osiągać wartości nawet 5000:1. Przypomnijmy też, że ostatnia generacja telewizorów plazmowych Panasonic'a osiągała nawet 20 000:1, a kontrast to przecież najważniejsze kryterium jakościowe obrazu.

Doskonałe porównanie matryc o dwukrotnej różnicy w kontraście. Lewa osiąga 1000:1, zaś druga 2000:1. Podobnej różnicy możemy się spodziewać porównując Sharpa Quattrona (ok. 2000:1) do alternatywnego telewizora np. Sony W7, czy Panasonic E6 (ponad 4000:1)

Zwiększenie jasności obrazu - To znów teoria, która mogłaby się sprawdzić, gdyby producent zastosował podświetlenie o odpowiedniej intensywności. Faktem może być to, że, przy niższym poborze mocy, matryca Sharpa jest w stanie uzyskać taką samą luminancję jak alternatywny telewizor, natomiast na pewno nie to, że telewizory Quattron uzyskują ponadprzeciętną jasność. Różne modele (LE840, LE857) dochodzą z reguły do 300cd/m2, czyli tak jak większość telewizorów, które znajdziemy na rynku.

Podsumowanie (Quattron)

Bez owijania w bawełnę muszę przyznać, że telewizory z matrycą Quattron nie są zbyt udanymi produktami. Ekrany te mają w prawdzie lepszą wydajność świetlną i zazwyczaj niską cenę za cal. Cierpią niestety na najbardziej fundamentalnych zaletach jakie powinien mieć telewizor to jest: czerń (kontrast) i odwzorowanie barw. Nie wyróżniają się też pod innymi względami jak na przykład kąty widzenia, czas reakcji, czy jasność. Odradzam produkty oparte o matrycę Sharp Quattron wszystkim, którzy cenią sobie jakość obrazu.

Quattron Pro - zróbmy sobie rozdzielczość

Quattron Pro jest ewolucją technologii Quattron, która zasadniczo nie wyróżnia się zmienionym układem subpikseli, jednak wykorzystuje ich zwiększoną ilość do podwyższenia rozdzielczości ekranu. W poprzednich akapitach napisałem w prawdzie, że subpiksel nie jest autonomicznym elementem obrazującym i zdanie to pozostaje niezmiennie prawdziwe. Podstawą do zrozumienia fenomenu jest zrozumienie czym jest właściwie rozdzielczość ekranu. W najprostszym możliwym tłumaczeniu jest to zdolność do wyświetlenia rozróżnialnych detali. Za najprostszy przykład uznajmy przeplatające się biało czarne 1-pikselowe pasy:

Jeżeli telewizor jest w stanie wyświetlić przeplatające się 960 pasów białych i 960 pasów czarnych, to bezapelacyjnie jego pozioma rozdzielczość ekranu wynosi co najmniej 1920. Jeśli zwiększymy te wartości do 1920 pasów białych i 1920 czarnych to mamy do czynienia z rozdzielczością 3840, czyli 4K. Sharp z techonologią Quattron Pro, np. model UQ10 jest w stanie de facto uzyskać taką rozdzielczość właśnie dzięki dodatkowym subpikselom. Jak to się dziele? Przypomnijmy najpierw jak wygląda struktura matrycy Quattron:

Podzielmy subpiskele w taki sposób:

Przy takim scenariuszu możemy, w niektórych przypadkach, utworzyć (w pewnym sensie wirtualny) poziomy piksel używając do tego 2 subpikseli. Np czerwonego i zielonego, lub niebieskiego i żółtego. W ten sposób możemy wygenerować z dwóch subpikseli pasek, a z dwóch pozostałych, potocznie mówiąc, dziurę i tak oto podwoiliśmy rozdzielczość.

Jeśli chodzi o oś pionową to zauważmy, że każdy z subpikseli matrycy Quattron wygląda jakby był lustrzanym odbiciem (góra-dół) dwóch takich samych elementów. Każdy z tych elementów to, jak utarło się mówić, domena subpiksela. Przy generowaniu ciemnych odcieni barw (poniżej 50% jasności), górna część subpiksela jest wygaszona, a pracuje jedynie dolna. Wniosek nasuwa się na myśl sam - przy odpowiednio niskiej jasności tonów, które chcemy wyświetlić, mamy po raz kolejny możliwość zrobienia dwóch pikseli z jednego. Tym razem w osi pionowej. Używając obu technik faktycznie możemy, w pewnym sensie, zrobić matrycę 4K z matrycy Full HD.

Brzmi fantastycznie, nieprawdaż? Niestety w tej beczce miodu jest łyżka dziegciu. Kreowanie pikseli pionowych, w ten sposób, jest możliwe jedynie przy stosunkowo niskich jasnościach, a przecież wraz ze spadkiem jasności spada też rozdzielczość widzenia naszego wzroku! Sposób kreowania pikseli w poziomie powoduje natomiast, że nie mogą mieć one wszystkich kolorów z palety barw. Dwie barwy podstawowe pozwalają uzyskać ich bardzo mało. W tej sytuacji telewizor może albo nie skorzystać z udogodnienia, albo spowodować za jego pomocą nieprawidłowy odcień, co szczególnie dotkliwie widać będzie na cienkich krawędziach.

Podsumowanie (Quattron Pro)

Jak więc sami widzicie funkcja Quattron Pro zapowiada się ciekawie, aczkolwiek ma sporo obostrzeń stawiających jej teoretyczną skuteczność pod znakiem zapytania. Jak sprawdzi się w praktyce jej pierwsza implementacja w Sharpie UQ10 dowiecie się podczas testu. Na tą chwilę potraktujcie te technikalia jako zachętę do czytania kolejnych artykułów

Edited May 19, 2014 by Maciej Koper

[Maciej Koper 1,175]

Zapraszam.

Wysłane z mojego GT-I9300 przy użyciu Tapatalka