1. این پایگاه به ثبت ستاد ساماندهی وزارت فرهنگ و ارشاد اسلامی ایران رسیده است.

    مهمان عزیز سپاس بابت بازدید شما از تالار گفتگوی دهه هفتادی ها.

    عضویت در انجمن رایگان بوده و برای عموم باز میباشد . با صرف 30 ثانیه یکی از اعضای دهه هفتادی ها شوید .

مقاله ای درباره رقابت چگالی پیکسل در نمایشگرهای دستگاههای موبایل و مباحث فنی درباره آنها

شروع موضوع توسط Merjhoi ‏Feb 16, 2014 در انجمن بررسی گوشی ها

  1. Merjhoi

    Merjhoi خاص بودن افراد خاص رو افراد خاصی میفهمن...؛) عضو کادر مدیریت مدیر ارشد همراه انجمن

    5,425
    12,240
    7,324
    [​IMG]

    از زمانی که سازندگان دستگاه‌های اندرویدی شروع به تلاش برای دست یافتن به چگالی پیکسل فراتر از 300-400 پیکسل بر اینچ نمودند این مساله در پس‌زمینه وجود داشته است که تا چه مقداری از چگالی پیکسل در یک صفحه‌نمایش منطقی و مورد نیاز است؛ اما اخیرا بخاطر مسابقه و رقابت آغاز شده میان تولیدکنندگان برای افزایش چگالی پیکسل، دامنه این بحث گسترده‌تر شده است. نکته مهم این مباحث، بررسی این نکته است که برای افزایش چگالی پیکسل‌ها چه چیزهای دیگری قربانی خواهند شد و آیا چنین اقدامی نتیجه مشهود و اثر مهمی خواهد داشت؟ در ادامه با ما همراه باشید تا از رویکرد فنی به توضیح این موضوع بپردازیم.

    در صورتی که تنها یک عدد مشخص وجود داشته باشد که بتوان برای تخمین رزولوشن منطقی به آن اشاره نمود، این رقم 1 دقیقه قوسی (arcminute) است که اپل نیز در نمایشگرهای خود با عنوان رتینا آن را مد نظر قرار می‌دهد. این رقم به چگالی پیکسل حدودی 300 پیکسل بر اینچ برای یک نمایشگر که حدود 10 تا 12 اینچ با چشم فاصله دارد اشاره می‌کند. به بیان دیگر، این رقم حدود 60 پیکسل در ازای درجه است که با علامت PPD بیان می‌گردد. نسبت پیکسل به درجه، معیاری است که با بهره‌گیری از آن می‌توان هم فاصله از نمایشگر و هم رزولوشن نمایشگر را اندازه‌گیری نمود. آنچه گفته شد به این معنا است که اطلاعات ارائه شده در این مقاله محدود به صفحه‌نمایش گوشی‌های هوشمند نیست و بطور کلی برای هر نمایشگر دیگری قابل تعمیم است.

    اگرچه این معیار، شیوه مناسب و معقولی برای تمرکز بر مقادیر مناسب به نظر می‌رسد اما پیچیدگی‌های چشم انسان و ادراک مغز انسان از تصاویر چنین عددی را در برخی مواقع تار و نامشخص می‌بیند. برای مثال، سیستم بینایی انسان قادر است که دو خط نزدیک به هم را تا دو ثانیه قوسی تشخیص داده و مماس بودن یا نبودن آن‌ها را تشخیص دهد. این میزان معادل 1800 پیکسل بر درجه خواهد بود؛ یک صفحه‌نمایش 5 اینچی با رزولوشن 2560 در 1440 تنها چگالی 123 پیکسل بر درجه خواهد داشت. برای پیچیده‌تر شدن اوضاع، از نظر تئوری رزولوشن ایده‌آل برای چشم‌ها چیزی حدود 0.4 دقیقه قوسی معادل 150 پیکسل بر درجه است. در نهایت کم‌ترین میزان قابل تفکیک یا کوچک‌ترین فاصله‌ای که می‌توان دو خط را جدا از هم و یا منطبق بر هم تصور نمود، چیزی حدود 0.5 دقیقه قوسی معادل 120 پیکسل بر درجه خواهد بود که پایین‌تر از شرایط آزمایشگاهی و تئوری است. اگرچه ممکن است با نگاهی سطحی، تمامی ارقام ارائه شده به طریقی با یکدیگر در تضاد و تناقض باشند اما توضیح مشترک میان تمامی آن‌ها این است که مغز مسئول تفسیر تصاویر دریافتی است. این مساله بدین معناست که اگرچه تفاوت در اندازه و فاصله گوشه‌ها ممکن است بسیار پایین‌تر از توانایی چشم در تشخیص واضح جدایی دو خط باشد، اما مغز قادر است یک سطح اضافی از پردازش را به منظور تعیین دقیق انطباق اشیاء مورد بحث اجرا کند. بدیهی است که مغز بطور مداوم در حال پردازش دیده‌های شخص است که بیش از هرگاه در مواردی نظیر استفاده از چراغ‌قوه برای مشخص کردن رد رگ‌های خونی که در قسمت بالایی شبکیه چشم قرار دارند و حذف سایه‌های تصور شده در ذهن چشمگیر است. چنین مسائلی در ترکیب با برخی خطاهای دید و دیگر انواع نقص در شکل‌گیری تصویر در شبکیه چشم، توسط پردازش‌های مغز محو می‌شوند تا در نهایت تصویر واضحی از شیء مورد نظاره بدست آید.

    [​IMG]

    اگرچه تمامی این مقادیر تفکیک‌پذیر از طریق قوه بینایی انسان قابل تشخیص است، اما در عمل رسیدن به چنین مقادیری بسیار بعید به نظر می‌رسد. جدول آزمایش چشم سنیلین که در تصویر بالا مشاهده می‌کنید یک چارت شناخته شده از خطوط با کنتراست بالا و حروفی است که بطور سلسله‌مراتبی کوچک می‌شوند و مقدار منطقی 1 دقیقه قوسی یا 60 پیکسل بر درجه برای بزرگسالان و حدود 0.8 دقیقه قوسی یا 75 پیکسل بر درجه را برای کودکان بدست می‌دهد. شایان ذکر است که این تست‌ها همگی در شرایط ایده‌آل با کنتراست بالا و نور مناسب اجرا شده‌اند.

    بنابراین پس از مرور این تفکیک‌پذیری‌های محتمل، منطقی‌ترین کران بالا برای بینایی انسان، مقدار 0.5 دقیقه قوسی است و اگرچه با افزایش چگالی پیکسل صفحات نمایش از 300 پیکسل بر اینچ به 400 پیکسل بر اینچ باعث بهبود نمایش جزئیات خواهد شد اما بسیار دور از ذهن است که تولیدکننده‌ای بتواند یک صفحه‌نمایش نسبتا بزرگ را که به عدد 1800 پیکسل بر درجه در فاصله 12 اینچی از چشم برسد تولید نماید. شایان ذکر است که مقدار 0.5 دقیقه قوسی برای یک نمایشگر با فاصله 12 اینچ از چشم چگالی پیکسلی معادل 600پیکسل بر اینچ را بدست خواهد داد. مشخصا در صورتی که رسیدن به پاسخ به همین سادگی‌ها بود دیگر بحثی باقی نمی‌ماند. در واقع به نظر می‌رسد که انسان در عمل تنها می‌تواند تفکیک‌پذیری در حدود 0.8 تا 1 دقیقه قوسی را تشخیص دهد. بنابراین اگرچه رسیدن به چگالی 600پیکسل بر اینچ هیچ‌گونه پیکسل قابل مشاهده‌ای برجای نمی‌گذارد اما با گذشتن از نقطه 1 دقیقه قوسی تفکیک‌پذیری حاصل کاهش می‌یابد. برای اسمارت‌فون‌هایی با صفحه‌نمایش 4.7 تا 5 اینچ (قطر)‌ این مساله بطور موثری استدلال را حول محور چند انتخاب معقول در حدود چگالی 300 تا 600 پیکسل بر اینچ تنظیم می‌کند. در هر دو نوع صفحات نمایش LCD و OLED افزایش بیشتر تعداد پیکسل‌ها، در مقادیر روشنایی مشخص، مصرف بیشتر نیرو را تحمیل می‌کند. افزایش چگالی پیکسل یک نمایشگر LCD IPS از 330 به 470 پیکسل بر اینچ، افزایش مصرف باتری 20 درصدی را بر صفحه‌نمایش تحمیل می‌کند که می‌توان با استفاده از SoCهای بهینه‌تر، باتری بزرگ‌تر، زیرسیتم‌های RF بهبود یافته و... مصرف دستگاه را دوباره به تعادل بازگرداند. چنین افزایش نیروی مصرفی همچنین می‌تواند از طریق ایجاد بهبود در تکنولوژی پنل‌های نمایشگر مورد استفاده نیز تعدیل شود. بهبود تکنولوژی نمایشگر یکی از مسائل مورد تمرکز بخش LED سامسونگ بوده و بطور مداوم به توسعه پنل‌های خود پرداخته است اما بدون در نظر گرفتن این بهبودها، در هر حالت افزایش چگالی پیکسل، مصرف نیروی بیشتری را در مقایسه با تکنولوژی مشابه ولی با چگالی پیکسل پایین‌تر به دنبال خواهد داشت. در بحث نمایشگرهای LCD، با افزایش چگالی پیکسل به نور پس‌زمینه قدرتمندتری نیز نیاز خواهد بود چرا ترانزیستورهایی که کریستال مایع مورد استفاده را احاطه کرده‌اند بخش بزرگتری از نمایشگر را پوشش می‌دهد. این مساله در خصوص نمایشگرهای OLED نیز صدق می‌کند با این تفاوت که در این نوع از نمایشگرها مساله بجای ترانزیستورها و کریستال مایع، این است که بخش کوچکتری از فسفر ارگانیک در نمایشگر باید با ولتاژ بیشتری فعال شود تا بتواند سطح روشنایی مد نظر را حفظ نماید. نمونه‌ای از این مبحث در تصویر زیر قابل مشاهده است که در آن یک نمایشگر LCD و ترانزیستورهای آن با تصویر دوم که مربوط به نور جلویی مورد استفاده برای ایجاد روشنایی در نمایشگرهای TFT است مقایسه شده.

    [​IMG]

    بنابراین مجموعه‌ای از مسائل وجود دارد که به منظور افزایش تفکیک‌پذیری باید از آن‌ها چشم‌پوشی نمود. در حالی که نزدیک شدن به مقدار 0.5 دقیقه قوسی موجب رسیدن به پیکسل‌های غیرقابل مشاهده و کیفیت تصویر واقع‌گرایانه‌تر می‌شود اما در ازای این مساله، با کاهش اثربخشی باتری و نیروی مصرفی و در برخی موارد کاهش بالاترین سطح روشنایی نمایشگر روبرو خواهیم بود که نتیجه آن کاهش قابل توجه وضوح نمایشگر در فضای باز و زیر نور خورشید است. با تمرکز بر روی تفکیک‌پذیری، این مساله همچنین به این معنا خواهد بود که هزینه افزایش یافته ناشی از تولید صفحه‌نمایش با چگالی پیکسل بالاتر در قسمت دیگری تعدیل شود چرا که عرضه نمایشگرهای با انعکاس پایین، دقت رنگ بالا و دیگر جنبه‌های عملکرد صفحات نمایش که نیاز به فهم عمیق‌تری از تکنولوژی مورد استفاده دارد هزینه‌های سنگینی خواهد داشت و بازاریابی محصول را با مشکل روبرو می‌نماید. رزولوشن بالاتر همچنین به معنای تحمیل بار پردازشی بالاتر بر روی تراشه پردازشگر دستگاه (SoC) خواهد بود که می‌تواند منجر به کاهش روانی رابط کاربری و عدم کارایی مناسب GPU گردد؛ همچنین فشار بیشتر بر روی GPU در دراز مدت منجر به افزایش مصرف تراشه و کاهش عمر باتری خواهد شد.

    البته ممکن است رسیدن به 120 پیکسل بر درجه با مقداری قربانی کردن دیگر جنبه‌های دستگاه قابل دستیابی باشد، اما هرچه تولیدکنندگان به این مقدار نزدیک‌تر می‌شوند احتمال اینکه کسی بتواند تفاوت میان یک نمایشگر با چگالی بالاتر را با چگالی کمی پایین‌تر تشخیص دهد کمتر می‌شود و بطور قطع قانون بازده نزولی از نقطه‌ی 60 پیکسل بر درجه به بالا شروع به عمل خواهد نمود. حال سوال این است که دقیقا در چه نقطه‌ای میان 60 تا 120 همان میزان چگالی مورد نیاز منطقی ما قرار دارد؟ تلفن‌های هوشمند 1080p کنونی در حدود 90 تا 100 پیکسل بر درجه قرار دارند و به نظر می‌رسد که ماندن در همین سطح، تصمیم عاقلانه‌ای باشد.

    [​IMG]

    اما جالب است بدانید که تمامی فرضیات بالا بر این اساس است که نحوه چینش پیکسل‌ها همانند تصویر فوق بصورت RGB باشد در حالی که هم‌اکنون حالات جدید و مختلفی در نمایشگرهای سامسونگ به منظور حل کردن مساله خصوصیات ذاتی فسفر و مواد درخشان نظیر عمر متفاوت ساب‌پیکسل‌های قرمز، آبی و سبز (آبی سریع‌تر از همه و پس از آن به ترتیب قرمز و سبز مستهلک می‌شوند) استفاده می‌شود. این مساله به وضوح در واحدهای نمونه که به خوبی مورد استفاده قرار گرفته است مشخص است چراکه استفاده در بازه زمانی طولانی می‌تواند به خوبی نمایانگر افت قدرت نقاط سفید باشد. برای یک ساختار پیکسلی RGBG که نمونه آن را در تصویر زیر شاهد هستیم، این مساله به این معنا خواهد بود که رزولوشن تئوری 2560 در 1440 در صفحه‌نمایش 5 اینچی تنها مقدار 415.4 ساب‌پیکسل بر اینچ را برای زیرپیکسل‌های قرمز و آبی بدست خواهد داد و تنها زیرپیکسل سبز است که مقدار واقعی 587 ساب پیکسل بر اینچ را دارد. مقدار بیشتر زیرپیکسل سبز راهی است که از طریق آن مساله رزولوشن پایین‌تر، بخاطر حساسیت چشم انسان به طول موج‌های مایل به رنگ سبز پوشش داده می‌شود. بنابراین واضح است که باز هم می‌توان متوجه ساختار متفاوت زیرپیکسل‌ها شد و معمولا گوشه‌ی جزئیات با کنتراست بالا همان قسمتی است که این مشکل بیشتر به چشم خواهد آمد. بنابراین برای دست یافتن به مقدار 587 سابپیکسل بر اینچ در زیرپیکسل‌های آبی و قرمز، به رزولوشن معادل 3616 در 2034 نیاز خواهد بود تا به مرحله‌ی دقت مورد نظر دست یابیم. چنین مساله‌ای به معنی چگالی 881 پیکسل بر اینچ خواهد بود. بطور مشخص، در چنین رزولوشن بسیار بالایی، دست یافتن به پیکسل بر اینچ مورد نیاز با ساختار پیکسلی RGBG آنچنان فشار پردازشی بالایی را به دستگاه وارد خواهد نمود که هیچ یک از تراشه‌های سال 2014 یا حتی 2015 توان تامین آن را نخواهند داشت.

    [​IMG]

    با وجود اینکه افزایش PPD تا حد امکان در برنامه‌هایی که مصرف باتری مساله مورد توجه آن‌ها نیست منطقی به نظر می‌رسد، فضای دستگاه‌های موبایل به شدت به بهینه بودن مصرف انرژی حساس است و ایجاد تعادل میان عملکرد و مصرف نیرو یک ضرورت محسوب می‌گردد. از آنجا که صفحه‌نمایش به تنهایی بزرگترین منبع مصرف باتری دستگاه محسوب می‌گردد عقل حکم می‌کند که بیشترین تمرکز از نظر بهینه بودن مصرف نیز بر روی این قسمت قرار گیرد. با وجود اینکه رزولوشن 1440p بطور قطع در موارد به خصوصی مناسب و منطقی به نظر می‌رسد، بسیار دور از ذهن است که بتوان چنین رزولوشن بالایی را در محدوده دستگاه‌های موبایل متصور بود اما این مساله تا پیش از ورود 4K امکان‌پذیر است. در یک جمله کوتاه می‌توان گفت که ممکن است تلاش برای رسیدن به چگالی پیکسل 600پیکسل بر اینچ تنها با اهداف بازاریابی صورت نگیرد و بازتاب منطقی داشته باشد اما هرگونه فراتر رفتن از این محدوده بطور قطع تنها جنبه بازاریابی داشته و هیچ‌گونه منفعت اضافی برای خریدار ایجاد نخواهد کرد.​