«625»
«Звукорежиссер»
«ТТК»
Телевизионные мониторы
Само слово «телевидение» уже говорит о том, что речь идет о видении, то есть о восприятии информации в основном посредством зрения. И тут же оговорка — контент является звукозрительным образом, поэтому пренебрежение звуком в телевидении просто убивает телепрограмму. Но это совсем другая история.
Не требует доказательства факт, что единственным средством комплексной оценки визуального ряда любого телевизионного контента является монитор. Опытный специалист при помощи высококачественного монитора способен выявить если не все, то подавляющее большинство «болезней» изображения. Это, конечно, не исключает использования контрольно-измерительного оборудования в телевизионных трактах. Но измерительная техника направлена, скорее, на количественную оценку искажений, выявление места возникновения проблемы и т. д.
Долгое время единственным средством визуального контроля был монитор на основе кинескопа, или ЭЛТ — электронно-лучевой трубки. Принцип ее действия довольно прост, как все гениальное. Нагретый до высокой температуры катод испускает электроны, которые посредством электромагнитного поля формируются в луч, разгоняются до большой скорость и попадают на покрытый люминофором экран кинескопа, вызывая его свечение. Изображение формируется в виде строк благодаря наличию отклоняющей системы, полностью повторяющей порядок сканирования изображения, имевший место при съемке. Дискретность изображения на экране кинескопа практически не видна благодаря эффекту послесвечения люминофора. Иными словами, точка после бомбардировки электроном гаснет не сразу, а светится еще некоторое время, следствием чего является практическая незаметность строчной структуры изображения. Все элементы кинескопа помещены в колбу, внутри которой — глубокий вакуум.
Цветной кинескоп принципиально не отличается от самого простого — черно-белого. Вместо одной пушки в нем использованы три: R — красная, G — зеленая, B — синяя. Формирование всех оттенков цветов на экране осуществляется путем смешивания этих трех основных цветов.
Несомненным достоинством кинескопа, помимо простоты и привычности, является его способность маскирования дефектов изображения благодаря, в частности, все тому же послесвечению, а также очень высокому быстродействию. Последнее имеет большое значение, особенно при отображении панорам и кадров, наполненных быстрым движением.
Недостатки кинескопных мониторов очевидны. Это, в первую очередь, большие габариты и масса, высокое энергопотребление (а значит, и выделение тепла).
Достаточно долго имел место и такой недостаток, как криволинейная поверхность экрана кинескопа, но в последнее время его удалось преодолеть, создав трубки с плоским экраном. Но от аберраций избавиться не удалось: достижение равномерности отображения по всему полю остается сложной задачей. Кроме того, мониторы на основе ЭЛТ очень чувствительны к внешним электромагнитным полям, воздействие которых приводит к намагничиванию маски кинескопа и, как следствие, — к искаженному воспроизведению цветов. Намагничивание маски происходит и в процессе эксплуатации, поэтому все мониторы снабжаются функцией размагничивания маски (Degauss).
Надо отметить, что мониторы на основе кинескопа страдают и от механических воздействий. Тряска и вибрация могут привести к деформации маски, после чего добиться корректного отображения картинки становится просто невозможно.
Однако некоторые недостатки этих мониторов могут в определенной ситуации стать и их достоинствами. Например, большие габариты позволяют устанавливать в эти устройства различные входные и выходные модули. Дело в том, что размеры ЭЛТ-монитора обусловлены именно размерами кинескопа. Электронные же платы занимают в корпусе достаточно мало места, благодаря чему в нем остается еще довольно пространства для крепления дополнительных модулей.
Нельзя не упомянуть и о том, что трубочные устройства отображения практически дошли до предела по части размеров экрана, причем как с меньшей, так и с большей стороны. Создание очень малых кинескопов возможно, но изображение на них оставляет желать лучшего по яркости, четкости и контрастности. Считается, что минимальным размеров ЭЛТ по диагонали является 10" (25 см). Что же касается максимального размера, то выпуск мониторов с экраном более 40" тоже теряет смысл, поскольку они становятся крайне дорогими, громоздкими, тяжелыми, энергопожирающими и т. д.
Тенденция последних лет говорит о том, что мониторы на основе электронно-лучевых трубок постепенно уступают место плоскоэкранным дисплеям на основе жидкокристаллических панелей. Естественно, плоскими являются и плазменные панели, но они не нашли широкого применения в телевизионных студиях. Тому есть несколько причин. Главная из них — высокое потребление энергии и большой уровень шума, создаваемый дисплеями этого типа. Это и не удивительно, ведь, чтобы зажечь и поддерживать плазму, требуется много энергии, значительная часть которой выделяется в виде тепла. А потому в конструкции дисплея предусмотрен вентилятор, создающий шум.
Таким образом, «киллером» трубочных мониторов считается жидкокристаллический дисплей. Как следует из названия, в его основе лежат жидкие кристаллы. Дисплеи этого типа появились достаточно давно. Еще в 1980-х годах стали изготавливать различные устройства с их использованием: часы, индикаторы, табло и т. д.
Жидкие кристаллы представляют собой вещество, обладающее свойствами как жидкости, так и твердого тела. Главным у этих кристаллов, и это позволило использовать их как средство визуального отображения, является возможность поляризации, то есть изменения пространственной ориентации в зависимости от напряженности электрического поля, приложенного к ним.
Особенность ЖК-дисплеев заключается в том, что кристаллы сами по себе не излучают света. То есть в темноте их просто не видно. Но поляризованные кристаллы меняют свою прозрачность. Поэтому для отображения необходим дополнительный источник света, в качестве которого в ЖК-мониторах выступает неоновая лампа. При изготовлении дисплеев используются активные матрицы TFT (thin film transistor — тонкопленочный транзистор). Это означает, что для каждого элемента матрицы (пиксела) есть свой управляющий транзистор.
Как и в случае с кинескопом, результирующий цвет каждой точки формируется путем сложения трех основных цветов: красного, зеленого и синего. Иными словами, одна видимая точка образуется тремя физическими пикселами разного цвета. Интенсивность «свечения» (помним, что на самом деле не светится, а меняет прозрачность) регулируется различными фильтрами, в частности поляризационным и цветовым.
 |
| Схема работы ЖК-панели |
В общих чертах активная ЖК-матрица работает следующим образом (см. рис.). Свет от лампы (ее еще называют лампой задней подсветки — back light) проходит через систему отражателей, потом попадает на первый поляризационный фильтр, а затем — в слой жидких кристаллов. Поскольку каждый пиксел управляется своим транзистором, то степень прозрачности каждого из них зависит от напряжения, получаемого на выходе элемента управления. Таким образом формируется первичное изображение, которое проходит через цветовые фильтры. В зависимости от поляризации каждого пиксела прошедший через него свет будет либо полностью поглощен вторым поляризационным фильтром (так получаются черные пикселы), либо частично (оттенки разных цветов), либо вообще не будет поглощен (чистый белый цвет).
В итоге на экране образуется полноцветное изображение.
Надо отметить, что такая природа получения изображения обусловила и один из главных недостатков ЖК-технологии. Поскольку кристаллы не излучают свет, а лишь меняют свою ориентацию, приводя к изменению светопропускания панели, визуальное восприятие в значительной мере зависит от положения наблюдателя относительно самой панели. То есть имеет значение угол обзора, который изначально является малым по сравнению, например, с ЭЛТ-мониторами. Понимая это, производители ЖК-панелей стараются исправить ситуацию. Для этого используются три основные технологии, позволяющие если не полностью устранить, то свести к минимуму этот недостаток.
 |
| Структура ЖК-матрицы |
Представляется интересным вкратце рассмотреть эти технологии, но сначала надо обратить внимание на строение пиксела активной ЖК-матрицы. Каждый пиксел состоит из трех ячеек (RGB) — субпикселов, расположенных в ряд. Таким образом, если разрешение матрицы составляет, к примеру, 1280×1024, то реально она содержит массив, состоящий из 3840×1024 управляющих транзисторов и такого же числа пикселов.
Разумеется, чем меньше расстояние между ячейками, тем выше максимальное разрешение матрицы.
Теперь можно перейти к собственно технологиям, позволяющим свести к минимуму свойственные ЖК-дисплеям недостатки. Поскольку их три, то и типов дисплеев, созданных на их основе, тоже три.
Первый из них, разработанный раньше всех, но и самый на сегодня несовершенный, это TN TFT, или TN+Film TFT (Twisted Nematic + Film). Суть в том, что экран снабжается дополнительным пленочным покрытием, позволяющим увеличить угол обзора с обычных 90° до примерно 140°. Очевидно, что такой вариант вряд ли может устроить профессионалов телевидения, потому что, помимо не очень большого угла обзора, этому типу дисплеев свойственны и другие недостатки. В частности, это проблемы с отображением глубокого черного цвета, который на большинстве экранов TN TFT смотрится как темно-серый. В панелях последних поколений этот недостаток сведен к минимуму. Вторым недостатком данных дисплеев является появление на экране ярких «мертвых» точек в случае отказа управляющего транзистора. Зато мониторы, выполненные по технологии TN TFT, недороги и вполне могут использоваться в качестве вспомогательных устройств мониторинга.
Второй тип дисплеев — это Super-TFT, или IPS (In-Plane Switching). Технология была разработана компанией Hitachi. Она позволила достичь значительно большего прогресса по части расширения угла обзора — до 170°. Этого удалось добиться за счет более совершенной схемы управления поляризацией кристаллов. Кроме того, они располагаются параллельно плоскости экрана, благодаря чему удалось довести угол обзора до 170° в обоих направлениях: по горизонтали и вертикали. Но вот по контрастности они сравнимы с TN TFT. Увеличилось и время отклика (порядка 25 мс), что является довольно существенным минусом. Но своего рода компенсацией служит то, что «мертвые» пикселы теперь стали черными, что менее заметно для глаза, чем белые точки на панелях TN TFT. Еще один недостаток — довольно большой шаг между ячейками, из-за чего требуется источник задней подсветки повышенной мощности, чтобы добиться высокой яркости изображения.
Тем не менее, сочетание плюсов и минусов технологии IPS оказалось довольно неплохим, поэтому панели данного типа являются на сегодня одними из наиболее распространенных, правда, более в компьютерных, чем в телевизионных системах.
И, наконец, третий тип — это MVA (Multi-Domain Vertical Alignment). Технология, лежащая в его основе, была разработана компанией Fujitsu в 1996 году с целью устранения основных недостатков, свойственных ЖК-мониторам. Расширение угла обзора достигается благодаря тому, что все цветовые элементы панели разбиты на своего рода ячейки, сформированные выступами на внутренней поверхности фильтров. Это позволяет кристаллам менять ориентацию самостоятельно, независимо от соседних элементов. В результате видимый зрителю оттенок цвета практически не зависит от угла просмотра.
Кроме того, вторым преимуществом технологии MVA, которое трудно переоценить, является существенно меньшее время отклика по сравнению с первыми двумя подходами.
На какие же основные параметры надо обращать внимание при выборе ЖК-монитора? Их несколько. Конечно, это разрешение. Максимальное разрешение ЖК-монитора всегда фиксировано, поэтому надо оценить не только сегодняшние, но и потенциальные потребности. К примеру, если компания или студия собирается перейти в ближайшей или среднесрочной перспективе на работу в высоком разрешении 1080, то приобретение монитора меньшего по вертикали разрешения 1024, да еще и формата 4:3 вряд ли можно считать оптимальным вариантом. Но многое зависит также от сферы применения монитора. Если речь идет о студийном устройстве контроля качества, то нужно устанавливать максимально эффективный монитор с возможностью отображения материала «пиксел в пиксел», то есть безо всякого преобразования размера картинки: 1920×1080 в исходном изображении — столько же на экране монитора.
Если же назначение монитора — просто визуальный мониторинг наличия изображения либо контроль компоновки кадра (например при съемке), то соответствие его разрешения исходному разрешению изображения не обязательно. Как правило, все ЖК-устройства отображения профессионального и вещательного классов оснащаются весьма эффективными преобразователями, позволяющими оптимальным образом поместить картинку на его экран. Яркий пример — использование ЖК-мониторов размером до 10" в качестве видоискателя при съемке с крана, стабилизатора типа Steadicam и т. д. Также небольшие мониторы находят широкое применение в сборках, которыми комплектуются мобильные многокамерные телевизионные комплексы. Будучи установленными в них, эти устройства позволяют эффективно контролировать наличие сигналов от нескольких камер, соответствие их по цветопередаче и т. д. Вариантов может быть множество.
Вторым важным параметром является угол обзора. При использовании монитора в телевизионных комплексах он приобретает повышенную важность по сравнению с компьютерными системами и тем более с персональными компьютерами. Дело в том, что в случае с персональным компьютером за ним работает один человек, а к самому компьютеру подключен один, максимум два монитора. Поэтому работающий может легко расположить мониторы так, чтобы угол их обзора не превышал, скажем, 90°, то есть значение, характерное для самых простых устройств.
В случае же с телевизионными системами количество мониторов может исчисляться десятками и располагаются они зачастую так, что угол обзора может превышать 150° и более. Пример — видеомониторные стены центральных аппаратных, режиссерские отсеки ПТС и другие комплексы, предполагающие работу с большим числом сигналов, а значит — мониторов.
В этом случае если угол обзора по вертикали и/или горизонтали невелик, то оператору будут плохо видны изображения на крайних в ряду мониторах, что приведет, во-первых, к уменьшению качества визуального мониторинга, а во-вторых, к повышенной утомляемости оператора.
Максимальным для монитора считается угол, при обзоре с которого контрастность изображения снижается в 10 раз. Но надо отметить, что при отклонении от перпендикуляра к поверхности экрана постепенно начинают появляться и искажения цвета. Поэтому чем шире угол обзора, тем комфортнее условия работы с монитором. Для лучших образцов современных ЖК-устройств значение этого параметра достигает 178°.
Важен и такой общий для всех устройств отображения параметр, как яркость. Для ЖК-мониторов повысить ее куда проще — достаточно увеличить интенсивность подсветки, тогда как в электронно-лучевой трубке повышение яркости связано с усилением эмиссии, что влечет за собой не только дополнительное потребление энергии, но и ускоренный износ трубки. Конечно, увеличение яркости свечения лампы подсветки тоже сокращает срок ее службы, но заменить лампу куда проще и дешевле, чем кинескоп. В среднем для профессиональных ЖК-мониторов яркость составляет 300…500 кд/м2. Повышение ее допустимо только в случае, когда монитор расположен довольно далеко от наблюдателя. Высокая яркость при просмотре с малого расстояния пагубно влияет на зрение.
Контрастность — это отношение максимальной яркости к минимальной. Для ЖК-матриц характерна проблема достижения высокой контрастности, связанная со сложностью отображения абсолютно черного цвета, ведь лампа подсветки включена постоянно, и чтобы получить глубокий черный цвет, надо использовать совершенную систему поляризации, что приводит к существенному повышению стоимости монитора. Но в современных профессиональных и вещательных мониторах эта проблема решена, так что лучшие образцы имеют контрастность 1200:1 и выше.
Что касается количества отображаемых цветов, то для всех высококлассных мониторов оно исчисляется миллионами, поскольку практически все эти устройства являются 24-разрядными (по 8 бит на каждую цветовую компоненту).
С появлением ЖК-мониторов в обиход прочно вошло понятие «время отклика». Этот параметр обозначает время, необходимое для изменения пространственной ориентации молекул жидких кристаллов. Чрезмерно большое время отклика приводит к появлению не экране шлейфов, тянущихся за движущимися в кадре объектами либо возникающих при быстром панорамировании. Этот же параметр ограничивает частоту смены кадров на экране монитора. Понятно, что чем меньше время отклика, тем лучше. Для наиболее качественных современных мониторов оно составляет уже менее 10 мс. Зная время отклика, несложно рассчитать максимальную кадровую частоту для монитора — это величина, обратная времени отклика. К примеру, для 10 мс максимальная кадровая частота составит 100 Гц. Но расчетное значение может не совпадать по ряду причин с реальным.
Что же касается эксплуатационных характеристик ЖК-мониторов, то они практически полностью схожи с аналогичными характеристиками ЭЛТ-устройств. Это касается наличия интерфейсов, экранного меню, органов управления, индикации Tally и т. д.
…