Inovace testovací metodiky LCD monitorů
14.3.2012, Pavel Kovač, článek
Dnešním dnem upravujeme metodiku měření LCD monitorů Používáme novou a přesnější kolorimetrickou sondu. Upravujeme měření odezvy, které zohledňuje OverDrive a celkově je metodika komplexnější.
Kapitoly článku:
- Inovace testovací metodiky LCD monitorů
- Popis metodiky pro měření odezvy
- Bodové hodnocení monitorů v článcích
- Problém zvaný "jas LCD"
17.4.2006: Proč nová metodika pro měření odezvy?
V roce 2005 jsme odezvu LCD monitorů měřili pomocí fotografií pohybujícího se čtverce po obrazovce. Tato metoda byla sice velmi jednoduchá, avšak skrývá velká úskalí.
Hned prvním je fakt, že přesnost tohoto měření je poměrně špatná. Také přesnost závěrky u fotoaparátu není zcela striktně daná a může se lišit přístroj od přístroje. Nebylo také možné rozlišit odezvu typu "rise" (rozsvícení pixelu) a "fall" (zhasnutí pixelu) - jak jistě uznáte, takto měřená odezva jen málo vypovídá o reálné odezvě daného monitoru. Právě tyto důvody mě přiměly ke změně a následovalo poměrně dlouhé sestavování metodiky nové. Daleko menší už byl posléze problém obstarání potřebného hardwaru pro měření.
Princip měření odezvy
Základní myšlenka byla převzata z webu TomsHardware.com, kde proměřují LCD monitory pomocí optické sondy. Pro měření je nutné mít digitální osciloskop a optickou sondu. Obstarat osciloskop nebyl problém, optickou sondu však koupit nelze, resp. nelze jít do obchodu a říct "optickou sondu na měření LCD" :-).
Naštěstí byl poblíž kamarád z ČVUT FEL (fakulta elektrotechnická), který pro nás vyrobil dvě optické sondy (pro poměrová měření dvou LCD). Tímto tedy děkuji ing. Tomáši Vítkovi, který odvedl jako vždy profesionální práci. Posuďte sami:
Optické sondy pro měření LCD monitorů (Pro zvětšení klikněte)
Hlavním prvkem sondy je fotodioda, zde byla vybrána jedna z nejkvalitnějších - Vishay BPW21R. Její přesné specifikace najdete zde. Tato fotodioda má výhodu v tom, že její spektrální charakteristika je dost podobná lidskému oku.
Schéma zdroje a sondy
Sondu jsme napojili na paměťový digitální USB osciloskop ETC M523, jehož výrobcem je slovenská firma ETC s.r.o. Osciloskop nabízí opravdu dobrý poměr cena/výkon - šířka pásma daného modelu je sice "pouze" 120 MHz, pro naše účely to však naprosto dostačuje.
Digitální osciloskop pro napojení na USB 2.0
Vybavení pro měření odezvy LCD monitorů
Zde bych rád poděkoval projektu MacGyver, který funguje pod klubem Silicon Hill a kde nám sondu opravili, když po delším používání přestala fungovat.
Co jsme schopni touto sondou změřit?
Aktualizace 14.3.2012: Ve všech recenzích před 14.3.2012 jsme měřili odezvu včetně hodnoty OverDrive. Tato metodika byla sestavována v roce 2007, kdy byl sice OverDrive už běžnou součástí většiny monitorů, ale ne vždy byl zcela ideálně nasazen. Doba však pokročila a dnešní monitory už s OverDrive pracují výrazně lépe. Je méně postřehnutelný a už tolik nebije do očí. Proto jsme přistoupili k inovaci. Nechceme ale zahodit postih za OverDrive. Pouze metodiku rozšíříme, aby byla spravedlivější pro obě strany, jak pro monitory s OverDrive, tak pro ty bez ní. Navíc jasně uvidíte, jak dlouho OverDrive trvá a budete si moci udělat představu, zda bude monitor při prudkých pohybech zobrazovat "duchy" nebo ne.
Co obnáší nová metodika? V první fázi měříme odezvu dle standardních principů měření rise a fall time, jež vychází z měření jakékoli změny, tedy ne jen u monitorů, ale obecně jakéhokoli signálu. Nejlépe to popíše následující obrázek:
Je tedy změřen čas náběžné hrany (u odezvy rise) od hodnoty 10 % do 90 % napětí na sondě. Tuto hodnotu t(rise) zaznamenáme a dále změříme odezvu překmitu, resp. OverDrive. Nazveme ji t(rise-over). Opět ji zaznamenáme. Analogicky se měří i odezva fall. V grafech zaznamenáme hodnoty t(rise) a také t(rise-over), resp. t(fall) a t(fall-over). Grafy a tabulky budou obsahovat obě hodnoty. Grafická podoba je následující:
V tabulkách je graficky (resp. intenzitou barvy) znázorněna hodnota odezvy. Samozřejmě je zde i samotná hodnota. Máte tak okamžitý přehled o odezvě napříč různými změnami. Pro názornost přikládáme graf vybraných změn, kde jsou gradienty znázorněné jednotlivé barevné rozdíly, kdy pruh začíná a končí barvou dané změny.
Pokud monitor nebude mít technologii OverDrive, nebude zkrátka graf hodnoty odezvy OverDrive obsahovat:
Prostorové grafy už nebudou potřeba. Pomocí tabulky a jednoduchého pruhového grafu znázorníme všechny hodnoty a jsou jistě přehlednější a srozumitelnější. V podobné grafické úpravě budou i ostatní grafy včetně grafického rozlišení hodnot. To se může hodit např. u podsvícení, kdy v grafu není zcela zřejmé, jakou hodnotu má v kterém místě, nebo pokud je propad jasu velký a 3D graf není schopen zobrazit některou část (je překrytá jinou hodnotou).
S upravením metodiky jde ruku v ruce i upravení procentuálního hodnocení, jež zohledňuje OverDrive. Rozdělíme váhy v jiném poměru a přidáme samotnou odezvu OverDrive. Dříve byly váhy 70 pro průměrnou odezvu a po 15 pro maximum a minimum. Nyní přerozdělíme váhy na 64 pro průměrnou odezvu a po 12 pro minimum, maximum a průměr z OverDrive. Ve výsledku to tedy znamená, že pokud nebude monitor používat OverDrive (hodnoty budou nulové), dostane automaticky bonus 12 %. Pokud však průměrný čas (odezva) OverDrive bude přesahovat 35 ms, tak oněch 12 % ztratí.
Měření odezvy z roku 2006
Sonda dokáže reagovat na světlo natolik rychle, že pro účely měření odezvy LCD monitorů naprosto dostačuje. V cestě signálu nebrání žádný kondenzátor, který by vytvářel zpoždění. U LCD monitorů rozlišujeme odezvu vzestupnou ("rise") a sestupnou ("fall") - rozsvícení a zhasnutí pixelu, jejich součet udává odezvu celkovou. Samozřejmě je nutné změřit odezvu pro více odstínů. I zde použijeme stejnou metodu jako na webu Tomshardware, vždy se tedy bude jednat o změnu ze stavu "nesvítí" (černá) do určitého odstínu šedé odstupňovaného od R=G=B=50 až do R=G=B=255 s krokem po 25 (poslední krok je 30 z 225 na 255). Odezvu 0-25-0 nebudeme uvádět, protože změna je to dost malá a také se na sondě vyskytuje trochu šumu, a tak by měření nebylo relevantní.
Jak však změřit odezvu, pokud monitor používá technologii OverDrive (dnes většina LCD monitorů)? Zde posloužila norma VESA "FLAT PANEL DISPLAY MEASUREMENTS STANDARD Version 2.0" kterou naleznete zde. Tato norma stanovuje, že pokud je použita technologie OverDrive resp. její modifikace (obecně označováno jako "overshoot" resp. "undershoot"), je třeba měřit odezvu v okamžiku, když pixel při "návratu" do požadované intenzity šedé protne hodnotu 110% (u "rise"), resp. -10% u "fall" - toto místo je označeno jako konec odezvy. Nejvíce vysvětluje následující obrázek:
První případ označuje průběh rozsvícení (natočení krystalu) pixelu do požadované hodnoty bez technologie OverDrive. Zde se měří hodnota daná dvěma průsečíky 0 %, 100 % a tečny ke křivce průběhu odezvy. V reálném průběhu je však určení tečny nutno přesně definovat. To provedeme tak, že nalezneme nejrovnější úsek (ten musí být dlouhý cca 75 % z celkového průběhu jednotlivé odezvy) a ten interpolujeme přímkou.
Naopak druhý případ je při použití technologie OverDrive (zde overshoot i undershoot). Ilustrovaná situace se však vyskytuje pouze v případě odezvy typu šedá-šedá. Pokud se ovšem pixel nachází v nějaké krajní poloze (bílá nebo černá barva), minimálně jeden (overshoot nebo undershoot) "překmit" zmizí. V tom případě se bude odezva měřit jako kombinace obou ilustrovaných situací. Poslední průběh je obdobný jako druhý, avšak pokud "overshoot" nebo "undershoot" nepřesáhne 10 % z celkové změny, měří se vrcholky onoho překmitu. Pokud však překmit nedosáhne alespoň 5 %, tak nebude brán v potaz. Tímto máme striktně dané podmínky měření odezvy, a tak nám již nic nebrání změřit reálný monitor. Tyto průběhy odezvy jsou však idealizované - nejspíše žádný monitor takovéto průběhy odezvy mít nebude. Přikládám proto reálný průběh zachycený již pomocí digitálního osciloskopu a optické sondy.
Odezva 0-175-0 měřená osciloskopem ("rise")
Odezva zachycená na obrázku je naměřena na monitoru Dell 2405FPW (udávaná odezva 16 ms, technologie MVA) a jde o odezvu z černé barvy do světle šedé a zpět (0-175-0, tedy z R=G=B=0 do R=G=B=175 a zpět do R=G=B=0). Modrá vodorovná linka znázorňuje hodnotu napětí na fotodiodě u černé barvy, bílá linka pak hodnotu napětí při barvě R=G=B=175. Červená vodorovná linka je hodnota 110 % z velikosti napětí mezi modrou a bílou vodorovnou linkou měřená od modré, je to tedy v souladu s předchozí teoretickou situací. Odezva je vzdálenost mezi modrou a červenou vertikální linkou. Jen pro zajímavost - hodnota odezvy "rise" je zde 17,2 ms a "fall" 6,8 ms (odezva "fall" je na následujícím obrázku). Celková odezva je tedy 24 ms. Průběh změny 0-175-0 bude také v každé recenzi.
Odezva 0-175-0 měřená osciloskopem ("fall")
Jako poslední případ z měření odezvy bude zachycen průběh odezvy šedá-šedá (konkrétně 50-200-50 ). U tohoto průběhu se již může vyskytnout jak "overshoot" tak "undershoot." Příklad je na následujícím obrázku:
Průběh odezvy šedá-šedá (50-200-50)
Konec popisu měření odezvy z roku 2006.
Sonda dokáže reagovat na světlo natolik rychle, že pro účely měření odezvy LCD monitorů naprosto dostačuje. V cestě signálu nebrání žádný kondenzátor, který by vytvářel zpoždění. U LCD monitorů rozlišujeme odezvu vzestupnou ("rise") a sestupnou ("fall") - rozsvícení a zhasnutí pixelu, jejich součet udává odezvu celkovou. Samozřejmě je nutné změřit odezvu pro více odstínů. I zde použijeme stejnou metodu jako na webu Tomshardware, vždy se tedy bude jednat o změnu ze stavu "nesvítí" (černá) do určitého odstínu šedé odstupňovaného od R=G=B=50 až do R=G=B=255 s krokem po 25 (poslední krok je 30 z 225 na 255). Odezvu 0-25-0 nebudeme uvádět, protože změna je to dost malá a také se na sondě vyskytuje trochu šumu, a tak by měření nebylo relevantní.
Jak však změřit odezvu, pokud monitor používá technologii OverDrive (dnes většina LCD monitorů)? Zde posloužila norma VESA "FLAT PANEL DISPLAY MEASUREMENTS STANDARD Version 2.0" kterou naleznete zde. Tato norma stanovuje, že pokud je použita technologie OverDrive resp. její modifikace (obecně označováno jako "overshoot" resp. "undershoot"), je třeba měřit odezvu v okamžiku, když pixel při "návratu" do požadované intenzity šedé protne hodnotu 110% (u "rise"), resp. -10% u "fall" - toto místo je označeno jako konec odezvy. Nejvíce vysvětluje následující obrázek:
První případ označuje průběh rozsvícení (natočení krystalu) pixelu do požadované hodnoty bez technologie OverDrive. Zde se měří hodnota daná dvěma průsečíky 0 %, 100 % a tečny ke křivce průběhu odezvy. V reálném průběhu je však určení tečny nutno přesně definovat. To provedeme tak, že nalezneme nejrovnější úsek (ten musí být dlouhý cca 75 % z celkového průběhu jednotlivé odezvy) a ten interpolujeme přímkou.
Naopak druhý případ je při použití technologie OverDrive (zde overshoot i undershoot). Ilustrovaná situace se však vyskytuje pouze v případě odezvy typu šedá-šedá. Pokud se ovšem pixel nachází v nějaké krajní poloze (bílá nebo černá barva), minimálně jeden (overshoot nebo undershoot) "překmit" zmizí. V tom případě se bude odezva měřit jako kombinace obou ilustrovaných situací. Poslední průběh je obdobný jako druhý, avšak pokud "overshoot" nebo "undershoot" nepřesáhne 10 % z celkové změny, měří se vrcholky onoho překmitu. Pokud však překmit nedosáhne alespoň 5 %, tak nebude brán v potaz. Tímto máme striktně dané podmínky měření odezvy, a tak nám již nic nebrání změřit reálný monitor. Tyto průběhy odezvy jsou však idealizované - nejspíše žádný monitor takovéto průběhy odezvy mít nebude. Přikládám proto reálný průběh zachycený již pomocí digitálního osciloskopu a optické sondy.
Odezva 0-175-0 měřená osciloskopem ("rise")
Odezva zachycená na obrázku je naměřena na monitoru Dell 2405FPW (udávaná odezva 16 ms, technologie MVA) a jde o odezvu z černé barvy do světle šedé a zpět (0-175-0, tedy z R=G=B=0 do R=G=B=175 a zpět do R=G=B=0). Modrá vodorovná linka znázorňuje hodnotu napětí na fotodiodě u černé barvy, bílá linka pak hodnotu napětí při barvě R=G=B=175. Červená vodorovná linka je hodnota 110 % z velikosti napětí mezi modrou a bílou vodorovnou linkou měřená od modré, je to tedy v souladu s předchozí teoretickou situací. Odezva je vzdálenost mezi modrou a červenou vertikální linkou. Jen pro zajímavost - hodnota odezvy "rise" je zde 17,2 ms a "fall" 6,8 ms (odezva "fall" je na následujícím obrázku). Celková odezva je tedy 24 ms. Průběh změny 0-175-0 bude také v každé recenzi.
Odezva 0-175-0 měřená osciloskopem ("fall")
Jako poslední případ z měření odezvy bude zachycen průběh odezvy šedá-šedá (konkrétně 50-200-50 ). U tohoto průběhu se již může vyskytnout jak "overshoot" tak "undershoot." Příklad je na následujícím obrázku:
Průběh odezvy šedá-šedá (50-200-50)
Konec popisu měření odezvy z roku 2006.
Podsvícení
Aktualizace 14.3.2012: Protože starší metodika nebyla schopna zohlednit průsvity na okrajích a různé extrémy, bylo potřeba ji upravit. Nyní vychází výpočet z procentuálního vyjádření podsvícení od 85 do 100 % (tedy stejně jako v předchozí metodice). Avšak od těchto procent se odečítá 30 % za průsvity na okrajích či jiné extrémy. Dalších 20 % může být odečteno za neplacaté celkově "zvlněné" (z pohledu grafu) podsvícení. Ukažme si to na teoretickém příkladu:
Podsvícení bez jakéhokoli postihu
Podsvícení s postihem za "neplacatou" plochu (-20 %)
Podsvícení s postihem za průsvity (-30 %)
Také uvedeme konkrétní tabulku hodnot jasu v daných bodech. Tu jsme vlastně už "potají" přidali v průběhu recenzování, takže se nejedná o nic nového. Uvádíme ji pro úplnost.
Pro kvalitní sledování filmů je také potřeba mít co nejtmavší černou barvu. Proto změříme u monitorů i jas černého bodu. Pokud máme jas černého bodu a jas bílého bodu, tak můžeme spočítat i kontrast v konkrétním bodě. O něm však v dalším odstavci.
Pro účely srovnání monitorů mezi sebou budeme udávat i hodnoty jasu černé barvy při nastaveném jasu blé barvy na 120 cd/m2. Hodnota 120 cd/m2 je totiž považována za optimální pro použití. Vyšší jas vás může oslňovat a nižší zase za dne může skrýt některé detaily. Tabulky tedy budou dvě, jedna pro maximální jas a jedna pro jas 120 cd/m2. Tyto neduhy odstraní až technologie OLED.
Rozložení kontrastu
Stejně jako se měří podsvícení, budeme měřit i kontrast ve více bodech (konkrétně 8x8, tedy 64 bodů). Zde se mohou projevit neduhy průsvitů v okrajích, které výrazně snižují kontrast.
Měření podsvícení z roku 2006
Stačí zobrazit na celém monitoru černou barvu a měřit intenzitu v různých místech obrazovky. Měření probíhá v 64 místech (síť 8x8) a je vyneseno do prostorového a pro maximální přehlednost i 2D grafu, hodnota napětí je přepočtena na "%". Grafy jsou uvedeny jako čtvercové, avšak záleží na monitoru, jaký má poměr stran. Hodnoty H jsou souřadnice v horizontálním směru a V ve vertikálním. Měření začíná v levém horním rohu (H1V1).
Homogenita podsvícení (3D graf)
Homogenita podsvícení (2D graf)
Konec popisu měření podsvícení z roku 2006.
Stačí zobrazit na celém monitoru černou barvu a měřit intenzitu v různých místech obrazovky. Měření probíhá v 64 místech (síť 8x8) a je vyneseno do prostorového a pro maximální přehlednost i 2D grafu, hodnota napětí je přepočtena na "%". Grafy jsou uvedeny jako čtvercové, avšak záleží na monitoru, jaký má poměr stran. Hodnoty H jsou souřadnice v horizontálním směru a V ve vertikálním. Měření začíná v levém horním rohu (H1V1).
Homogenita podsvícení (3D graf)
Homogenita podsvícení (2D graf)
Konec popisu měření podsvícení z roku 2006.
Stabilita kontrastu
Aktualizace 14.3.2012: Původně byl také kontrast měřen pomocí osciloskopu a fotodiody. Díky nové kolorimetrické sondě však probíhá daleko přesněji.
V závislosti na hodnotě jasu je i výsledný kontrast lehce rozdílný. U některých panelů může být však při nastavení minimálního jasu kontrast dost nízký, a tak je dobré na tento neduh upozornit. Měření probíhá při zobrazení šachovnice 4x4 (bílo-černá), vždy je měřena hodnota napětí na bílých a černých polích. Z těchto dílčích kontrastů je vytvořen průměr (aby bylo co nejvíce odstraněno nehomogenní podsvícení). Toto měření se opakuje pro různé hodnoty jasu (obvykle v rozmezí 0 až 100 % s krokem 10 %). Opět je zde ilustrační graf.
Interpolace
Aktualizace 14.3.2012: V neposlední řadě přidáme lepší obrazec pro měření interpolace. Tento obrazec se zaměřuje na moaré efekt. Jsou na něm vodorovné a svislé linky s tloušťkou 1 px a rozestupem 1 px. Pak je tu kombinace obojího, tedy mřížka.
V tomto obrazci sledujeme hlavně míru vzniku moaré efektu. Samozřejmě čím méně, tím lépe.
Update 15.1.2007: měření Inputlagu
Inputlag je jev, kdy LCD zpracovává obraz (úprava barev, vyhodnocování předchozího snímku pro OverDrive apod.), což nějakou dobu trvá v závislosti na rychlosti čipu a na míře zpracování obrazu. Některé monitory mohou mít tak výrazný inputlag, že značně znepříjemňuje hraní rychlých FPS her. Při práci v operačním systému sice může inputlag trochu vadit, ale obvykle si jej vůbec nevšimnete. Jde tedy o parametr, který je důležitý hlavně pro náruživé hráče.
A jak inputlag změřit? Vezmeme osciloskop, CRT monitor jako referenční (který nemá inputlag), měřený LCD monitor a 2 optické sondy. Poté na obou monitorech zobrazíme stejný obrazec. Pomocí dvou sond už není problém inputlag změřit. Velikost inputlagu stanovíme tak, že změříme posunutí rozsvícení pixelu LCD oproti rozsvícení CRT obrazovky. Měřím k začátku rozsvícení, proto je třeba vlastně ještě připočítat alespoň průměrnou dobu odezvy typu rise (proto jí ode dneška uvádím i v recenzích). A proč připočítávat odezvu? Protože až po rozsvícení pixelu vlastně onen obraz vidíte.
Další otázka - proč rovnou při měření inputlagu nezměřit přímo inputlag + odezvu rise a neuvést přímo výsledné "zpoždění obrazu"? Odpověď je velice jednoduchá: neměřili bychom přímo inputlag a hlavně by mohly být některé monitory ve výhodě, protože mají při 0-255-0 (u této změny měřím inputlag) horší odezvu rise než jiné. Proto je vhodné započítat průměrnou odezvu rise. Budeme tedy rozlišovat reálný inputlag (tedy takový inputlag, jaký skutečně monitor má) a "zpoždění obrazu" (inputlag + průměrná odezva rise).
Co nová metodika přinese vám, čtenářům?
V prvé řadě budou přesnější výsledky a bude snazší porovnávat jednotlivé monitory mezi sebou. Je zminimalizován lidský faktor při recenzích a recenze tak budou celkově objektivnější než doposud. Jistě uznáte, že metodika je nesrovnatelně lepší a ve stínu této nové se zdá ta stará jako velmi chudý příbuzný.
