گفتاری در باب مفاهیم و استانداردهای تصویری

28 مهر 1385 - بزرگراه فناوری - تنوع انواع نمایشگرهای مورد استفاده در جامعه از ابتدای هزاره سوم رو به‌ فزونی داشته و هم‌اکنون در حوزه‌های مختلف با تکنولوژی‌های متفاوت مورد استفاده قرار گرفته ‌است. به‌عنوان مثال در نمایشگرهای کامپیوتر دو تکنولوژی LCD و CRT مورد استفاده قرار گرفته‌اند. تکنولوژی LCD خود شامل چند زیرگروه کاربردی مانند TN، IPS، MVP، S0IPS و PVA است که TN در اغلب نمایشگرهای کریستال‌مایع مورد استفاده دارد.

PVA تکنولوژی انحصاری Samsung است که از MVA گرته‌برداری شده و مورد استفاده قرار گرفته است. CRT نفس‌های آخر را شماره می‌کند و به‌زودی تولید آن در تمام خطوط تولید متوقف خواهد شد. در حوزه تولید ویدئوپروژکتورها نیز سه تکنولوژی LCD، DLP و LCoS مورد استفاده هستند. تلویزیون‌های بزرگ مورد استفاده در منازل و مکان‌های عمومی نیز از تکنولوژی Plasma و LCD بهره می‌برند. استفاده از تکنولوژی‌های جدید مانند OLED در نمایشگرهای کوچک آغاز شده است. موارد دیگری مانند FED و SED نیز وجود دارد که در مرحله تحقیقات به‌سر می‌برند.

نکته مشترک تمام تکنولوژی‌های جدید تصویری پشتیبانی از صفحات نمایش تخت (Flat) است. این تکنولوژی‌ها برای تولید تلویزیون‌های بزرگه نمایشگرهای کامپیوتر و نمایشگرهای رادار مورد استفاده در سیستم‌های کنترل محیط و بیشتر توسط سازمان‌های نظامی مورد استفاده هستند. هر یک از تکنولوژی‌های نام برده شده قابلیت‌ها و محدودیت‌هایی به‌همراه دارند. محدودیت اندازه نمایشگر، امکان مشاهده تصویر در نور، مصرف انرژی، عمر دستگاه، هزینه تولید و کیفیت نهایی تصاویر نمایش ‌داده شده مشخص خواهد کرد که کدام تکنولوژی قابلیت تولید و عرضه خواهد داشت.

پویش تصاویر

تصویر متحرکی که روی نمایشگر کامپیوتر یا تلویزیون مشاهده می‌کنید، از دو شیوه Interlaced و Progressive استفاده می‌کند. Interlaced Scan در اوایل سال 1920 میلادی تعریف و تا سال 1970 تنها شیوه مورد استفاده در تلویزیون‌ها بود. افزایش کیفیت تصاویر و گسترش نمایشگرهای کامپیوترها موجب شد تا شیوه Progressive به‌عنوان شیوه جدید تعریف شود. در حال حاضر تکنولوژی LCD، DLP و تلویزیون‌های Plasma که به PDP شهرت دارند، فقط از شیوه پویش Progressive استفاده می‌کنند.

Interlaced Scan

در ایام قدیم محدودیت‌های بسیاری در توان پردازش تصاویر وجود داشت و همین محدودیت‌ها مشوق محققان برای تعریف شیوه‌ جدیدی شد که همراه با افزایش کیفیت تصویری، بار کمتری به سیستم پردازشی وارد کند. نتیجه تحقیقات معرفی شیوه Interlaced به‌عنوان راه‌حل آرمانی بود. این شیوه هم‌اکنون در نمایشگرهای CRT به‌شکل گسترده مورد استفاده است. کار با این شیوه بدین صورت است که سیستم پردازشی تصویر موردنظر برای نمایش را به‌صورت یکجا دریافت می‌کند و شروع به تقسیم آن به دو حوزه می‌کند. اگر سطرهای صفحه‌نمایش را از یک تا 100 شماره‌گذاری کنیم، می‌توان آن را شامل دو حوزه سطرهای فرد و سطرهای زوج فرض کرد که درهم فرو رفته‌اند. این موضوع دربردارنده مفهوم اصلی شیوه پویش Interlaced است. نمایشگر کار خود را از سطر اول شروع کرده و آن را کامل می‌کند، سپس به سراغ سطر سوم رفته و آن را تا انتها تکمیل می‌کند.

این کار تا پایان یافتن سطرهای فرد صفحه انجام می‌شود و پس از آن تکمیل سطر دوم آغاز خواهد شد. پس از آن سطر چهارم و تا آخرین سطر زوج صفحه نمایشگر تکمیل و تصویر کامل خواهد شد. انجام چنین شیوه‌ای در نمایشگرهای CRT بدین علت قابل اجراست که تصویر در این نمایشگرها از برخورد الکترون‌ها با سطح پوشیده از مواد فسفرسان تشکیل می‌شود. مواد فسفرسان در برخورد با ذرات باردار واکنش نشان داده و انرژی کسب شده را به ورت نور ساطع خواهند کرد. خاصیت دیگر مواد فسفرسان که لایه داخلی صفحه نمایشگرها را با آن می‌پوشانند این است که روشنایی خود را تا مدتی حفظ می‌کند و بلافاصله پس از قطع بمباران ذرات باردار، روشنایی خود را از دست نمی‌دهد. این زمان بسیار کوتاه امکان اجرای شیوه Interlaced را فراهم خواهد کرد. در واقع این زمان محدود به سیستم این اجازه را خواهد داد که به موقعیت‌های دیگر صفحه‌نمایش بپردازد. بر این اساس است که در شیوه Interlaced صفحه‌نمایش به دو حوزه زوج و فرد تقسیم می‌شود.

اجرای این سیستم مشکلاتی را نیز به ‌همراه خواهد داشت. شیوه Interlaced در صحنه‌هایی که تحرک بالایی دارند بسیار ضعیف عمل می‌کند، چراکه تصاویر با سرعت بالایی تعویض شده و این شیوه فرصت همراهی با آن را ندارد. البته کیفیت این شیوه در وضعیت‌های مختلف نمایشی آنالوگ PAL، SECAM و NTSC متفاوت است. لرزش تصاویر همراه همیشگی شیوه Interlaced است. علن این ارزش نیز به تکمیل زوج و فرد تصویر مربوط می‌شود. معمولا اعوجاج مختصری نیز در این نمایشگرها دیده خواهد شد.

Progressive Scan

شیوه جدیدی در دهه هفتاد میلادی پایه‌گذاری شد که به Non-Interlacing method شهرت داشت و بعدها Progressive Scan نامیده شد. در این شیوه بر خلاف جنگولک‌بازی به‌کار رفته در شیوه Interlaced هیچ حوزه فرد و زوجی تعریف نشده و کل تصویر از ابتدا تا انتها و به‌صورت ترتیبی تکمیل می‌شوند. هم‌اکنون سازندگان نمایشگرهای CRT از این رویکرد به‌نسبت جدیدتر در ساخت مدل‌های CRT بهره می‌برند. نمایشگرهایی که از شیوه Progressive استفاده می‌کنند وضوح بیشتری در نمایش سطرها نسبت به شیوه Interlaced خواهند داشت. به‌عنوان مثال تلویزیون‌های دیجیتالی HDTV که از استاندارد 1080 Interlaced با وضوح 1080×1920 بهره می‌برند، وضوح تصویری معادل و حتی پایین‌تری نسبت به همین تلویزیون‌ها با استاندارد 720 Progressive دارند که از وضوح 720×1280 بهره می‌برند.

از سوی دیگر این شیوه قابلیت‌های جالب دیگری دارد، عدم لرزش تصاویر، قابلیت فشرده‌سازی تصاویر و قابلیت انجام عملیات پردازشی با حداقل تجهیزات از این جمله هستند. البته اصل این شیوه به سال‌های 1936 بازمی‌گردد که در آن هنگام Sequential Scanning خوانده می‌شد.

Brightness

درخشندگی معنی صحیح این اصطلاح است که به‌صورت گسترده در نمایشگرها ذکر می‌شود. درخشندگی یکی از مفاهیم بصری وابسته به نور است که در اصل از مفهوم روشنایی استخراج شده است. در فیزیک نور واحد درخشندگی میزان نور تشعشع ‌شده در سطح است. به بیان دیگر چه میزان پرتو نورانی از یک سطح مشخص عبور می‌کنند. هرچه تعداد پرتوهای نورانی گذرنده از یک سطح واحد بیشتر باشد، درخشندگی آن منبع نورانی بالاتر خواهد بود. به ‌بیان دیگر درخشندگی نام دیگر تراکم پرتوهای نورانی در یک سطح واحد است. در نمایشگرها هرچه درخشندگی منبع نور بیشتر باشد، تصویر در وضعیت بهتری برای نمایش مهیا خواهد شد. در محیط واقعی درک درخشندگی مقیاس نسبی است.

شاید این تجربه را با نمایشگرهای مستهلک یا ویدئوپروژکتورهای کم‌توان داشته باشید که در زیر نور مستقیم قابل استفاده نبوده اما در طول شب یا اتاق تاریک قابل استفاده خواهند بود. درخشندگی یا روشنایی که در نمایشگرها استفاده می‌شود، وابستگی بسیاری به روشنایی محیط دارد. تابش پرتوها با واحدی به‌نام کاندلا سنجیده می‌شود. تراکم این پرتوها در واحد سطح نیز بر مبنای مترمربع سنجیده می‌شود بنابراین درخشندگی نمایشگر بر مبنای کاندلا بر مترمربع سنجیده می‌شود. درخشندگی نمایشگرهای LCD بین 300 تا 800 کاندلا بر مترمربع است. البته 400 تا 500 کاندلا بر مترمربع به‌عنوان حد طبیعی نمایشگرهای LCD کنونی شناخته شده است.

برخی تلویزیون‌های Plasma میزان درخشندگی بسیار بالایی در حدود 1000 تا 5000 کاندلا بر مترمربع ارایه می‌کنند. با این درخشندگی، تصاویر نمایش داده شده به ‌سهولت در محیط‌های نورانی قابل رویت خواهند بود.

Contrast ratio

تقابل رنگ‌ها یا Contrast مقیاسی در نمایشگرهاست که اهمیت فراوانی در کیفیت تصویر نهایی خواهد داشت. به‌شکل دقیق Contrast Ratio را می‌توان نسبت روشن‌ترین به تاریک‌ترین نقاط نمایشگر دانست. یکی از راه‌های ایجاد حجم و بعد در نمایشگرهای دوبعدی کنونی استفاده از تقابل روشنایی یا تقابل رنگ‌هاست که باعث می‌شود چشم انسان همان تصوری را نسبت به یک تصویر دوبعدی داشته باشد که در واقعیت خواهد داشت.

در واقع Contrast راه‌حلی هوشمندانه برای ایجاد خطای بصری در چشم انسان است که در بازی‌ها و نرم‌افزارهای امروزی به‌شدت مورد توجه قرار دارد. تقابل رنگ‌ها در تغییر اندازه مجازی سطح نمایشگر نیز اهمیت پیدا می‌کند. با استفاده مناسب از این عنصر تصویری می‌توان اندازه سطح را بزرگ‌تر یا کوچک‌تر از اندازه واقعی جلوه داد.

در سیستم‌های جدید نسبت تقابل رنگ‌ها با توجه به میزان روشنایی محیط تنظیم می‌شود که Dynamic Contrast Ratio خوانده می‌شود. به‌صورت کلی نمایشگرهای تابشی چون CRT، Plasma و DLP نسبت کنتراست بسیار مطلوبی ارایه می‌کنند. کنتراست از مشکلات اصلی LCD است که در آینده نزدیک بهبود خواهد یافت.

نسبت تصویر

از زمان پیدایش اولین استاندارد نمایش تصویری تاکنون، چهار گونه مختلف از نسبت‌های تصویر با اسامی گوناگون معرفی شده است. نمونه‌های اولیه بیشتر برای نمایشگرهای کامپیوتر و تلویزیون‌های اولیه کاربرد داشت اما توسعه تصاویر متحرک در کامپیوتر این استانداردها را به‌سرعت گسترش داد. تلویزیون های دیجیتال آخرین موارد بهبود و ارتقا را در این حوزه موجب شده‌اند. CGA با نسبت 16 به 10 و با وضوح 200×320 آغازگر این جریان بود.

سپس نسبت 4 به 3 با معرفی QVGA وارد این میدان شد. نسبت 5 به 4 با SXGA و نسبت 160 به 9 با WVGA معرفی شدند. نسبت تصویر در نمایشگرهای CRT اهمیت چندانی ندارد اما در نمایشگرهای LCD که وضوح تصویر وابسته به تعداد پیکسل‌های نمایشگر است، این مورد ثابت خواهد بود. بنابراین در مشخصات نمایشگری که برای کامپیوتر یا به‌عنوان تلویزیون تهیه می‌کنید، دقت داشته باشید که نسبت تصویر آن برای شما مشخص شده باشد. در هنگام خرید ویدئوپروژکتورها باید به امکانات تطبیقی این دستگاه‌ها با نسبت‌های مختلف تصویری توجه داشت. تمامی تلویزیون‌های دیجیتال (HDTV) از نسبت 16 به 9 استفاده می‌کنند. بد نیست بدانید که تمام استانداردهای تصویری که در ابتدای آن‌ها از W استفاده شده است، از نسبت 16 به 10 پشتیبانی می‌کنند.

دانستن این مفاهیم، گشت‌ و گذار در بین محصولات کنونی بازار را آسان‌تر و انتخاب آن را بهینه خواهد ساخت. در فرصت‌هایی از این دست مفاهیم بیشتر مورد بحث قرار خواهند گرفت.