Одним их настоящих нововведений в новых флагманах Samsung Galaxy S7 стала камера, которая подверглась существенным доработкам. Разрешение ее матрицы уменьшилось с 16 до 12 МП, зато диаметр пикселя вырос до 1,44 мкм, а светосила увеличилась до f/1,7. Но главным прорывом стало внедрение системы автофокуса Dual Pixel, ранее доступной только в профессиональных «зеркалках». По заявлениям производителей, инновация позволяет камере S7 фокусироваться на объектах в кадре значительно быстрее, и более качественно обнаруживать их контуры.
Чем особенна система Dual Pixel, действительно ли она является революционной, или же это – всего лишь очередной маркетинговый ход, поможет разобраться этот короткий материал.
Немного теории
В цифровых камерах (как выполненных в виде самостоятельного устройства, так и встраиваемых в электронику) получили распространение два вида автофокуса: пассивный и активный.
Первый пасивный вид автофокуса функционирует по принципу анализа контраста картинки, попадающей на матрицу. При фокусе на указанную точку процессор устройства обрабатывает оптические данные с этого участка, подбирая оптимальный контраст. Такой автофокус используется в большинстве мобильных камер, а также бюджетных мыльницах. Недостатками системы являются медлительность, не всегда корректное срабатывание, неспособность качественно запечатлеть объект в движении.
Второй тип автофокуса – активный , который может быть фазовым или лазерным. В последние пару лет оба принципа начали набирать популярность не только в сегменте DSLR, но и любительской фототехнике, добравшись даже до смартфонов. При лазерном автофокусе матрица камеры оснащена своего рода дальномером, луч которого позволяет анализировать трехмерное пространство, сохраняя его глубину на снимке.
Фазовый автофокус предполагает разделение оптического тракта на две части, для последующего их сравнения и выравнивания. Фокусировка производится на основе анализа разности фаз по этим двум каналам, отсюда и название технологии. За эту функцию отвечает специальный сенсор, который находится возле матрицы на таком же расстоянии от объектива. Именно подобный механизм и стал предтечей технологии Dual Pixel.
Ранее такой метод был доступен только в полноразмерных зеркальных камерах, так как требовал применения дополнительных сенсоров и их точного расположения. Но тенденция к уменьшению в области полупроводниковых технологий сделала возможной установку датчиков прямо на матрицу.
Технология Dual Pixel, примененная в смартфоне Samsung S7, является именно разновидностью фазового автофокуса, но есть в ней и свои отличия.
Чем отличается Dual Pixel в S7 от фазовой фокусировки в камерах других смартфонов?
Главным отличием камер смартфонов от матриц зеркалок является миниатюрный (в 5-15 раз меньший) размер. Поэтому технология фазового автофокуса имеет свои ограничения: чтобы оснастить отдельным фокусным сенсором каждый пиксель, придется уменьшить его размеры, что приведет к появлению большего количества шумов и артефактов. Поэтому датчиками оснащаются только 5-10 % от общего числа светочувствительных точек.
Dual Pixel в Galaxy S7 отличается тем, что благодаря увеличению размеров пикселя стало возможным оснащение каждого пикселя отдельным датчиком.
Мощный процессор смартфона в режиме реального времени отслеживает показания каждого пикселя, позволяя производить фокусировку значительно быстрее. Так что по сути, Dual Pixel в S7 – это не более, чем полноценная реализация уже проработанной технологии. Тем не менее, отрицать ее инновационность нельзя, так как в смартфонах подобное встречается впервые.
Как работает автофокус Dual Pixel в камере Galaxy S7
Компания Samsung презентовала видео, где в условиях специального тестового стенда показаны различия в работе автофокуса камер южнокорейских смартфонов. На примере сравнения Galaxy S6 и S7 видно, что новая технология Dual Pixel позволяет значительно быстрее сосредоточиться на кадре, сделав его четким и контрастным.
На видео хорошо видно, как в условиях резкой смены дистанции Dual Pixel в S7 практически мгновенно отображает картинку во всех деталях, в то время как камере S6 требуется время, которое может составить около секунды. Если при съемке на смартфон пейзажей или людей, которые стоят, этот промежуток можно считать несущественным, то при фотографировании движущихся объектов – каждая доля секунды имеет значение. Таким образом, можно констатировать, что Dual Pixel – действительно важное нововведение, которое преподносит мобильное фото на новый уровень.
Со всем ажиотажем вокруг анонса Google Pixel 2 и Pixel 2 XL и их самого высокого рейтинга среди камер смартфонов в мире легко потерять мелкие нюансы. Что важно знать об этом новом телефоне? Где Google оставили нам что-то, где мы будем желать большего? Чем камера этого телефона лучше, чем его предшественника?
Dual Pixel AF
Новые смартфоны Pixel оборудованы датчиками изображения, Работающими с технологией, подобной той, что используется в камерах Canon. Под массивом микролиз на сенсоре находятся двойные пиксели. Это позволяет камере видеть объёмное изображение, как мы видим двумя глазами. Это может быть использовано для очень быстрой фокусировки. Данная технология является разновидностью фазовой автофокусировки.
Это официально называется Dual Pixel AF и у данной технологии есть потенциал, чтобы предложить целый ряд преимуществ по сравнению со смартфонами Apple. В традиционной системе для фокусировки используются не все пиксели, но в случае с Dual Pixel, работает вся матрица. Такой же механизм используется на Samsung Galaxy S7 и на камерах Canon. Таким образом, быстрый автофокус для фото будет реализован даже в условиях низкой освещенности. Также фокусировка будет очень плавной в видео. Учитывая то, насколько хороша стабилизация в Pixel 2 при съёмке 4K-видео, вы можете даже создавать видео профессионального качества, снятое на телефон.
Dual Pixel + машинное обучение
Двойные пиксели имеют другую функцию. Левые и правые пиксели под каждой микролинзой по существу получают изображение с двух различных точек обзора. Картинка получается слегка сдвинута соответственно левым и правым пикселям. Алгоритм Google затем строит элементарную карту глубины, используя этот набор разных изображений и некоторую помощь своих алгоритмов машинного обучения.
Несоответствие между двумя изображениями, вероятно, будет очень мало по сравнению с тем, что получают смартфоны с двойной камерой. Из-за этого Pixel 2 сложнее отличить фон от субъекта для более удаленных объектов. Это могло бы объяснить плохие результаты имитации размытия фона в тестах DxO, но результаты становятся намного лучше, когда объект приближается к камере.
Портретный режим iPhone 8 Plus (кликните для поросмотра в полном разрешении)
Портретный режим Google Pixel 2 (кликните для поросмотра в полном разрешении)
В Pixel 2 в портретном режиме на выходе создаются файлы разрешением 12MP. Первая версия смартфона могла генерировать фото в разрешении только лишь 5MP. Эффект размытия стал более реалистичным. Кроме того, алгоритм размытия от Google использует более сложный процесс создания малой глубины резкости, чем размытие по Гауссу на смартфонах Apple. За лучшее качество приходится платить. Алгоритм размытия не может создавать снимки в реальном времени, как смартфоны Apple. Придётся немного подождать, пока происходит обработка файла.
Выносливое аппаратное обеспечение
Аппаратные характеристики на новых телефонах Pixel 2 не лучше, того, что мы видели в других телефонах. Это хорошие устройства. Корпус выполнен по стандарту IP67, что даёт защиту от пыли и кпель воды. Это большой шаг по сравнению с предыдущей моделью Pixel, которая имела корпус с защитой IP53.
Мы потеряли разъем для наушников, но получили стереодинамики в передней части. XL имеет меньше рамку вокруг дисплея, но она ещё не так мала, как в смартфонах Samsung. Нет двойной-камеры. RAM и процессор аналогичны тем, что используются в других телефонах на Android.
Ничего на самом деле не выделяется. Но подождите, есть ещё кое что.
AI
Если есть одна вещь, о которой постоянно в своих выступлениях говорит генеральный директор Google Сундар Пичай. Он пытается заставить людей думать о смартфонах не как о карманных устройствах, а интеллектуальных помощниках, которые могут адаптироваться к нашим потребностям и делают нашу жизнь проще. И в этом Google является лидером благодаря данным, которые он приобретает от своих поисковых сервисов и приложений, таких как карты и фотографии.
AI все чаще используется во многих сервисах, чтобы сделать их лучше. Генеральный директор Пичай недавно привел пример из фитнес-приложения: каждый раз, когда он открывает его, он переходит на другую страницу. Но вместо того, чтобы иметь команду приложения для изменения страницы по умолчанию, он полагает, что ИИ должен просто узнать ваши предпочтения и сделать то, что вы делаете обычно вручную.
Что это значит для фотографии и видеографии? Представьте себе камеру, обученную вашему вкусу в фотографии. Камера может знать, как вы обрабатываете фото, какие снимки создаёте и какие фильтры используете. Как насчёт обучения вашего вкуса в музыке. Когда Google Assistant автоматически делает видео из библиотеки фотографий он сможет использовать ту музыку, которую вы любите.
Возможности безграничны, и мы, вероятно, увидим много интересных вещей в новых телефонах Pixel.
Google Lens
Сундар Пичай впервые говорил о Google Lens на конференции разработчиков I/O в начале этого года. Это объединение машинного зрения и искусственного интеллекта. Теперь данный механизм впервые доступен в приложении Фотографии и в Google Assistant на новых телефонах Pixel. Алгоритмы машинного зрения Google могут проанализировать то, что видит камера, и использовать искусственный интеллект, чтобы делать классные вещи, как определить, какой тип цветка у вас в кадре. Благодаря искусственному интеллекту улучшилась способность автоматической идентификации объектов в сцене.
Как только устройство понимает, что это за объект в кадре, какова его форма, он может сделать с ним интересные вещей: убрать его, изменить освещение, найти его среди множества снимков. Приложение Фотографии уже может находить снимки самолетов, дней рождения, еды, животных, вина и многого другого.
Интеллектуальное распознавание объекта может даже устранить блики, с корторыми были проблемы в предыдущей версии смартфона… хотя это не является проблемой нового Pixel 2.
До свидания уродливые блики
К счастью, неприятные проблемы с бликами, которыми грешили предыдущие смартфоны Pixel, по всей видимости, можно устранить путем выдвижения модуля камеры над стеклянной подложкой, которая также была уменьшена и стала обтекаемой.
Проблемы с бликами Pixel первого поколения
Модуль камеры немного выступает. Это не слишком хорошо для современного смартфона, но данное решение позволило сделать камеру лучше. На этот компромисс мы готовы пойти.
Невероятно плавное видео
Когда был выпущен первый Pixel, Google утверждал, что их камера по стабилизации станет более качественной, чем у других смартфонов с оптической стабилизацией изображения (OIS), несмотря на отсутствие OIS. Также отсутствие оптической стабилизации в смартфоне первого поколения позволило сделать модуль камеры меньше и уместить его в тонкий корпус.
В этом году Google поёт другую песню. Программное обеспечение для стабилизации эволюционировало и стало лучше, но в дополнение к электронной стабилизации изображения (EIS) в большом блоке камеры нашлось место для OIS. Но это дало впечатляющие результаты. Оригинальные Pixel уже имели очень хорошую стабилизацию. в видео, даже 4K, но сочетание OIS + EIS позволило сделать видео ещё более гладким.
При съёмке в условиях низкой освещённости OIS должен помочь стабилизировать камеру для более длинных выдержек. Вы должны также получить лучшие результаты в макросъёмке.
Управление цветом?
Сейчас всё чаще поднимается вопрос о цветопередаче дисплеев и о правильном управлении цветом на новых телефонах. Предыдущие Pixel имели красивые OLED дисплеи, но цвета были дико неточными и часто слишком насыщенными из-за отсутствия какого-либо управления цветом или соответствующих калиброванных режимов отображения.
У iPhone одни из самых точных экранов в плане цветопередачи. Их экраны с широкой цветовой передачей покрывают большую часть гаммы DCI-P3, но, что более важно, iOS может автоматически переключаться между различными режимами для правильного отображения цветов. Переключение происходит между SRGB и DCI-P3 на лету.
Это означает, что вы будите просматривать фотографии и фильмы с теми цветами, которые были задуманы изначально создателями. Это также означает, что когда вы отправляете изображение с вашего iPhone для печати, напечатанные снимки будут содержать такие же цвета. Хотя на бумаге всё будет выглядеть немного темнее, но это только потому что напечатанные фото не подсвечиваются так же как дисплеи.
Samsung Galaxy S8 также откалиброван для режимов DCI-P3 и SRGB, хотя вам придется вручную переключаться между ними. Касательно Pixel 2 не было никаких заявлений об управлении цветом, хотя новая версия Android Oreo предоставляет возможность управления цветом, хотя, как и Windows, оставляет это для приложений. Но без правильного профиля дисплея непонятно как можно будет получить точные цвета.
HDR дисплей?
К сожалению, не было никакого упоминания о 10-битных изображениях или HDR отображении фотографий или видео с использованием HDR10 или стандартов Dolby Vision. Это оставляет желать лучшего.
iPhone X будет воспроизводить HDR-видео с использованием нескольких потоковых сервисов, но что более важно для фотографов, он будет отображать фотографии в режиме HDR. Помните, что это не имеет ничего общего со съёмкой HDR.
Проще говоря: фотографии, сделанные на iPhone X и просмотренные на iPhone X будут выглядеть более качественными и иметь больше тонов, чем на других устройствах благодаря поддержке HDR-дисплеев и точной цветопередачи. Это важно и Google, похоже, упустил это.
HDR дисплеи требуют меньше усилий в работе со светом и тенью. Вместо того, чтобы осветлять тёмные участки и опускать яркость светлых, такие дисплеи могут сразу отображать полный спектр деталей в разных участках.
Ограниченное неограниченное хранилище Google Photo
Когда Google объявила смартфон Pixel 2 с наивысшим рейтингом камеры по тестам DxO, компания также сказала, что все владельцы новых устройств получат неограниченное хранилище для снимков с Pixel 2 в Google Фото. Но оказывается, что есть кое что, написанное мелким шрифтом: вы получите безлимитное хранилище только до 2020 года.
«Свободное, неограниченное хранение оригинального качества фотографий и видео, снятых с Pixel доступно до конца 2020 года, и свободное, неограниченное хранение высокого качество для фотографий, сделанных с Pixel впоследствии.»
Google Фотографии уже предлагает бесплатное и неограниченное хранилище для тех, кто прямо сейчас его использует, давая согласие сжимать фотографии до 16 мегапикселей и видео до 1080p. Если вы решили загрузить данные в полном разрешении, файлы будут засчитываться в 15GB лимита для бесплатного хранения на все службы Google.
Если вы покупаете Google Pixel 2, вы получите возможность обойти эти пределы разрешения и хранить неограниченное количество фотографий и видео в оригинальном разрешении независимо от того, насколько велики файлы. Но это будет доступно только на протяжении трёх лет.
При наступлении 2021 года фото, сделанные на Pixel 2 останутся в прежнем разрешении, но все новые снимки будут загружаться с уменьшением размера до 16MP.
«После 2020 года не будет никаких изменений в фотографиях, которые вы сделали до 2020 года, и вы всегда будете иметь доступ к ним в оригинальном качестве,» сообщает представитель Google. «Мы знаем, что люди, как правило, меняют свой телефон каждые 2-3 года, поэтому для Pixel 2 мы предлагаем хранение данных в соответствии с этим».
Так что если вы готовы приобрести Pixel 2 или Pixel 2 XL, просто знайте, что владение телефоном не даст вам бесплатный вечный архив всех воспоминаний вашей жизни в полном разрешении.
Производители компактных устройств всеми силами стараются добиться улучшения качества снимков без увеличения размеров модуля камеры. Для этого вовсю внедряются необычные технологии, которыми раньше не могли похвастать даже зеркальные фотоаппараты. В частности, всё чаще можно встретить в описании смартфона упоминание о Dual Pixel. Что же это за технология?
Обычно в цифровых фотокамерах используется фазовый автофокус, состоящий из так называемых фотодиодов. Беда в том, что эти датчики раньше нельзя было разместить на всей поверхности матрицы. Обычно фотодиодами покрыты около 10% поверхности сенсора, из-за чего камера не может автоматически сфокусироваться на объекте, расположенном где-нибудь в углу.
Технология Dual Pixel заключается в том, что фотодиодом обладает абсолютно каждый пиксель матрицы. Создание такого сенсора становится более дорогим, но зато отныне камера получает возможность сфокусироваться на любом объекте, даже на разместившемся на краю кадра.
Основное преимущество Dual Pixel
На самом деле технологию внедрили не только ради того, чтобы камера идеально «понимала» расположение объекта съемки. Многие пользователи знакомы с тем, как долго некоторые фотоаппараты и смартфоны справляются с автофокусировкой. Это происходит именно из-за того, что фазовому AF приходится работать с недостаточным количеством материала. Системе сложно понять, стал ли объект съемки резким. Если же в работе находится камера Dual Pixel, то она справляется со своей задачей практически мгновенно.
Ускорение автофокусировки особенно заметно при видеосъемке. Фокус от одного объекта к другому может переходить практически мгновенно. Но ещё важнее то, что человек или автомобиль будет уверенно держаться в зоне резкости даже в случае перемещения по кадру. Что касается фотографирования, то этот процесс теперь занимает меньше времени. Также лучшая автофокусировка уменьшает количество смазанных снимков.
Почему появления технологии пришлось ждать так долго?
Производство матрицы для камеры или любого другого портативного устройства имеет ряд технологических сложностей. В частности, современные смартфоны имеют минимальную толщину, из-за чего встраиваемый в них сенсор должен быть маленьким. Но фотоэлементы нельзя уменьшать до бесконечности, иначе матрица перестанет нормально улавливать свет. Если бы каждый пиксель придумали снабжать фотодиодом лет восемь назад, то ничего хорошего из этого не вышло бы. Дело в том, что пиксели на тех матрицах были очень крохотными, а в данном случае их бы пришлось уменьшить ещё сильнее.
К счастью, технологии постепенно совершенствуются. Сейчас смартфоны снабжаются объективом с достаточно широко раскрывающейся диафрагмой, что увеличивает приток света к сенсору. А ещё производителям стали доступны более крупные матрицы. При сохранении прежнего разрешения вполне можно снабдить каждый пиксель фотодиодом. Именно поэтому в последнее время производители смартфонов перестали повышать разрешение камеры - вместо этого была сделана ставка на новую технологию, значительно ускоряющую работу системы автофокусировки.
В каких камерах присутствует технология Dual Pixel?
Многие компании до сих пор используют обычный модуль камеры. И это при том, что впервые технология Dual Pixel стала применяться ещё несколько лет назад. Сначала нововведением оснащались сенсоры для зеркальных и системных фотоаппаратов. Позже эту технологию позаимствовали и создатели смартфонов. В частности, упоминание о Dual Pixel легко можно встретить в описании топовых аппаратов от Samsung . Например, данная технология внедрена в Samsung S8. А вот в недорогих устройствах используется рядовая матрица, без такого полезного улучшения.
Ставку на новую технологию пока делает только южнокорейский гигант. Такая конструкция матрицы запатентована, поэтому у других компаний есть лишь один выход - заказывать модули камеры у Samsung. Пока на это решились только создатели . Впрочем, в будущем всё может измениться, так как собственный аналог Dual Pixel разрабатывает компания Sony . Напомним, сейчас это один из самых крупных производителей мобильных модулей камеры.
Стоит ли ради Dual Pixel покупать новый смартфон?
Однозначно нет! Выбирать аппарат с поддержкой новой технологии стоит в том случае, если требуется получение и остальных функций флагмана. Также покупать подобный девайс стоит только если у вас есть достаточная сумма. Не нужно залезать ради какого-нибудь Samsung Galaxy S8 или Google Pixel 2 в кредит.
Пользователь обязательно почувствует поддержку камерой технологии Dual Pixel. Однако это не значит, что съемка станет приносить большее удовольствие. Просто данный процесс будет занимать меньше времени. Что касается качества фотографий, то на этот параметр вышеупомянутая технология влияет лишь косвенно.
Помимо того факта, что ЖК-мониторы для отображения картинки требуют цифровые данные, они отличаются от классических ЭЛТ-дисплеев ещё несколькими особенностями. К примеру, в зависимости от возможностей монитора, на ЭЛТ можно вывести практически любое разрешение, поскольку трубка не имеет чётко заданного числа пикселей.
А ЖК-мониторы из-за принципа своей работы всегда имеют фиксированное ("родное") разрешение, при котором монитор обеспечит оптимальное качество картинки. С DVI это ограничение не имеет ничего общего, так как его основная причина заключается в архитектуре ЖК-монитора.
ЖК-монитор использует массив крохотных пикселей, каждый из которых состоит из трёх диодов, по одному на основной цвет (RGB: красный, зелёный, синий). ЖК-экран, имеющий "родное" разрешение 1600x1200 (UXGA), состоит из 1,92 миллиона пикселей!
Конечно же, ЖК-мониторы способны выводить другие разрешения. Но в таких случаях картинку придётся масштабировать или интерполировать. Если, к примеру, ЖК-монитор имеет "родное" разрешение 1280x1024, то меньшее разрешение 800x600 будет растянуто до 1280x1024. Качество интерполяции зависит от модели монитора. Альтернативой является вывод уменьшенного изображения в "родном" разрешении 800x600, но при этом придётся довольствоваться чёрной рамкой.
На обоих кадрах показана картинка с экрана ЖК-монитора. Слева выведено изображение в "родном разрешении" 1280x1024 (Eizo L885). Справа находится интерполированное изображение в разрешении 800x600. В результате увеличения пикселей картинка выглядит блочной. Таких проблем на ЭЛТ-мониторах не существует.
Для отображения разрешения 1600x1200 (UXGA) с 1,92 миллиона пикселей и частотой вертикальной развёртки 60 Гц монитору требуется высокая пропускная способность. Если посчитать, то необходима частота 115 МГц. Но на частоту влияют и другие факторы, например прохождение области гашения, поэтому требуемая пропускная способность возрастает ещё больше.
Около 25% всей передаваемой информации относится ко времени гашения. Оно нужно для смены позиции электронной пушки на следующую строчку в ЭЛТ-мониторе. В то же время, ЖК-мониторам время гашения практически не требуется.
Для каждого кадра передаётся не только информация об изображении, но и учитываются границы, а также область гашения. ЭЛТ-мониторам необходимо время гашения, чтобы выключить электронную пушку по завершению вывода строчки на экране и перевести её на следующую строчку для продолжения вывода. То же самое происходит в конце картинки, то есть в нижнем правом углу - электронный луч выключается и меняет позицию на верхний левый угол экрана.
Около 25% всех пиксельных данных относятся ко времени гашения. Поскольку ЖК-мониторы электронную пушку не используют, здесь время гашения совершенно ни к чему. Но его пришлось учитывать в стандарте DVI 1.0, поскольку он позволяет подключать не только цифровые ЖК, но и цифровые ЭЛТ-мониторы (где ЦАП встроен в монитор).
Время гашения оказывается очень важным фактором при подключении ЖК-дисплея по DVI-интерфейсу, поскольку каждое разрешение требует определённой пропускной способности от передатчика (видеокарта). Чем выше требуемое разрешение, тем больше должна быть пиксельная частота TMDS-передатчика. Стандарт DVI оговаривает максимальную пиксельную частоту 165 МГц (один канал). Благодаря десятикратному умножению частоты, описанному выше, мы получаем пиковую пропускную способность данных в 1,65 Гбайт/с, которой будет достаточно для разрешения 1600x1200 на 60 Гц. Если требуется большее разрешение, то дисплей следует подключать по двухканальному DVI (Dual Link DVI), тогда два DVI-передатчика будут работать совместно, что даст удвоение пропускной способности. Подробнее этот вариант описан в следующем разделе.
Впрочем, более простым и дешёвым решением будет уменьшение данных гашения. В результате, видеокартам будет предоставлено больше пропускной способности, и даже DVI-передатчик на 165 МГц сможет справиться с более высокими разрешениями. Ещё одним вариантом можно считать уменьшение частоты горизонтального обновления экрана.
В верхней части таблицы показаны разрешения, которые поддерживает один DVI-передатчик на 165 МГц. Уменьшение данных гашения (в середине) или частоты обновления (Гц) позволяет достичь больших разрешений.
На этой иллюстрации показано, какая пиксельная частота требуется для определённого разрешения. Верхняя строчка показывает работу ЖК-монитора с уменьшенными данными гашения. Второй ряд (60Hz CRT GTF Blanking) показывает требуемую пропускную способность ЖК-монитора, если данные гашения нельзя уменьшить.
Ограничение TMDS-передатчика пиксельной частотой 165 МГц сказывается также и на максимально возможном разрешении ЖК-дисплея. Даже при уменьшении данных гашения мы всё равно упираемся в определённый предел. Да и снижение частоты горизонтального обновления может дать не очень хороший результат в некоторых приложениях.
Чтобы решить эту проблему, спецификация DVI оговаривает дополнительный режим работы, названный Dual Link. В данном случае используется сочетание двух TMDS-передатчиков, которые передают данные на один монитор через один разъём. Доступная пропускная способность удваивается до 330 МГц, чего вполне достаточно для вывода практически любого существующего разрешения. Важное замечание: видеокарта с двумя выходами DVI не является картой Dual Link, у которой два TMDS-передатчика работают через один порт DVI!
На иллюстрации показан двухканальный режим работы DVI, когда используется два TMDS-передатчика.
Впрочем, видеокарты с хорошей поддержкой DVI и уменьшенной информацией гашения будет вполне достаточно для вывода информации на один из новых 20" и 23" дисплеев Apple Cinema в "родном" разрешении 1680x1050 или 1920x1200, соответственно. В то же время, для поддержки 30" дисплея с разрешением 2560x1600 от интерфейса Dual Link уже никуда не деться.
Из-за высокого "родного" разрешения 30" дисплей Apple Cinema требует подключения по Dual Link DVI!
Хотя два разъёма DVI уже стали стандартом на high-end 3D-картах для рабочих станций, не все видеокарты потребительского уровня могут этим похвастаться. Благодаря двум разъёмам DVI мы всё же можем использовать интересную альтернативу.
На этом примере два одноканальных порта используются для подключения дисплея на девять мегапикселей (3840x2400). Картинка просто разделена на две части. Но этот режим должны поддерживать и монитор, и видеокарта.
На данный момент можно найти шесть различных разъёмов DVI. Среди них: DVI-D для полностью цифрового подключения в одноканальной и двухканальной версиях; DVI-I для аналогового и цифрового подключения в двух версиях; DVI-A для аналогового подключения и новый разъём VESA DMS-59. Чаще всего производители графических карт оснащают свои продукты двухканальным разъёмом DVI-I, даже если карта имеет один порт. С помощью адаптера порт DVI-I можно превратить в аналоговый выход VGA.
Обзор различных разъёмов DVI.
Раскладка разъёма DVI.
Спецификация DVI 1.0 не оговаривает новый двухканальный разъём DMS-59. Он был представлен рабочей группой VESA в 2003 году и позволяет вывести два выхода DVI на картах малого форм-фактора. Он также призван упростить расположение разъёмов на картах с поддержкой четырёх дисплеев.
Наконец, мы переходим к сути нашей статьи: качество TMDS-передатчиков разных графических карт. Хотя спецификация DVI 1.0 и оговаривает максимальную пиксельную частоту 165 МГц, не все видеокарты дают на ней приемлемый сигнал. Многие позволяют достичь 1600x1200 только на уменьшенных пиксельных частотах и со сниженным временем гашения. Если вы попытаетесь подключить к такой карте устройство HDTV с разрешением 1920x1080 (даже с уменьшенным временем гашения), ваш ждёт неприятный сюрприз.
Все графические процессоры, поставляемые сегодня ATi и nVidia, уже имеют встроенный на чип TMDS-передатчик для DVI. Производители карт на графических процессорах ATi чаще всего используют встроенный передатчик для стандартной комбинации 1xVGA и 1xDVI. Для сравнения, многие карты на графических процессорах nVidia используют внешний TMDS-модуль (к примеру, от Silicon Image), даже несмотря на наличие TMDS-передатчика на самом чипе. Чтобы обеспечить два DVI-выхода, производитель карты всегда устанавливает второй TMDS-чип независимо от того, на каком графическом процессоре базируется карта.
На следующих иллюстрациях показаны обычные дизайны.
Типичная конфигурация: один выход VGA и один DVI. TMDS-передатчик может быть как интегрирован в графический чип, так и вынесен на отдельный чип.
Возможные конфигурации DVI: 1x VGA и 1x Single Link DVI (A), 2x Single Link DVI (B), 1x Single Link и 1x Dual Link DVI, 2x Dual Link DVI (D). Примечание: если на карте установлены два выхода DVI, то это не означает, что они двухканальные! На иллюстрациях E и F показана конфигурация новых портов VESA DMS-59 с высокой плотностью, где обеспечивается четыре или два одноканальных выхода DVI.
Как покажет дальнейшее тестирование в нашей статье, качество выхода DVI на картах ATi или nVidia бывает весьма разным. Даже если отдельный TMDS-чип на карте известен своим качеством, это вовсе не означает, что каждая карта с этим чипом обеспечит высокое качество сигнала DVI. Даже его расположение на графической карте немало влияет на конечный результат.
Совместимость со стандартом DVI
Чтобы протестировать качество DVI современных графических карт на процессорах ATi и nVidia, мы выслали шесть образцов карт в тестовые лаборатории Silicon Image для проверки совместимости со стандартом DVI.
Что интересно, для получения лицензии DVI совсем не обязательно проводить тесты совместимости со стандартом. В результате, на рынок выходят продукты с заявленной поддержкой DVI, которые не соответствуют спецификациям. Одной из причин такого положения дел является сложная и, следовательно, дорогая процедура тестирования.
Отреагировав на эту проблему, компания Silicon Image в декабре 2003 года основала тестовый центр DVI Compliance Test Center (CTC) . Производители устройств с поддержкой DVI могут выслать свои продукты для тестирования на совместимость со стандартом DVI. Собственно, это мы и сделали с нашими шестью графическими картами.
Тесты разделены на три категории: передатчик (обычно видеокарта), кабель и приёмник (монитор). Для оценки совместимости DVI создаются так называемые глазковые диаграммы, представляющие сигнал DVI. Если сигнал не выходит за определённые границы, то тест считается пройденным. В противном случае устройство не совместимо со стандартом DVI.
На иллюстрации показана глазковая диаграмма TMDS-передатчика на частоте 162 МГц (UXGA) с передачей миллиардов битов данных.
Проверка глазковой диаграммы является самым важным тестом для оценки качества сигнала. На диаграмме заметны флуктуации сигнала (дрожь фазы, jitter), искажения амплитуды и эффект "звона". Эти тесты также позволяют наглядно увидеть качество DVI.
Тесты совместимости со стандартом DVI включают в себя следующие проверки.
- Передатчик: глазковая диаграмма с заданными границами.
- Кабели: создаются глазковые диаграммы до и после передачи сигнала, затем они сравниваются. И вновь, границы отклонения сигнала жёстко заданы. Но здесь уже допускаются большие расхождения с идеальным сигналом.
- Приёмник: вновь создаётся глазковая диаграмма, но опять же, допускаются ещё большие расхождения.
Самые большие проблемы при последовательной высокоскоростной передаче связаны с дрожью фазы сигнала. Если такого эффекта нет, то вы всегда можете чётко выделить сигнал на графике. Большинство флуктуаций сигнала создаются тактовым сигналом графического чипа, что приводит к появлению низкочастотной флуктуации частоты в диапазонах от 100 кГц до 10 МГц. На глазковой диаграмме флуктуация сигнала заметна по изменению частоты, данных, данных по отношению к частоте, амплитуды, слишком избыточному или слишком малому подъёму. Кроме того, измерения DVI различаются для разных частот, что необходимо учитывать при проверке глазковой диаграммы. Но благодаря глазковой диаграмме, можно наглядно оценить качество сигнала DVI.
Для измерений анализируется один миллион перекрывающихся участков с помощью осциллографа. Этого достаточно для оценки общей производительности соединения DVI, поскольку сигнал на протяжении длительного периода времени не будет существенно изменяться. Графическое представление данных производится с помощью специального программного обеспечения, которое Silicon Image создала в сотрудничестве с Tektronix. Сигнал, соответствующий спецификации DVI, не должен заступать на границы (синие области), которые автоматически прорисовываются программным обеспечением. Если сигнал попадёт на синюю область, то тест считается не пройденным, а устройство - не соответствующим спецификации DVI. Программа сразу же показывает результат.
Видеокарта не прошла тест совместимости с DVI.
Программное обеспечение сразу же показывает, прошла карта тест, или нет.
Для кабеля, передатчика и приёмника используются разные границы (глазки). Сигнал не должен заступать на эти области.
Чтобы понять, как определяется совместимость с DVI и что необходимо при этом учитывать, нам следует погрузиться в дополнительные детали.
Так как передача DVI полностью цифровая, то возникает вопрос, откуда появляется дрожание фазы сигнала. Здесь можно выдвинуть две причины. Первая - дрожание вызывается самим данными, то есть 24 параллельными битами данных, которые выдаёт графический чип. Однако данные автоматически корректируются в чипе TMDS при необходимости, что гарантирует отсутствие дрожания фазы в данных. Поэтому оставшейся причиной появления дрожания является тактовый сигнал.
На первый взгляд, сигнал данных свободен от помех. Это гарантируется благодаря регистру-защёлке (latch), встроенному в TMDS. Но главной проблемой всё же остаётся тактовый сигнал, который портит поток данных через 10-кратное умножение ФАПЧ.
Так как частота умножается в 10 раз с помощью ФАПЧ, влияние даже небольшого искажения увеличивается. В итоге данные попадают на приёмник уже не в своём первоначальном состоянии.
Сверху показан идеальный тактовый сигнал, ниже - сигнал, где один из фронтов начал передаваться слишком рано. Благодаря ФАПЧ, это напрямую влияет на сигнал данных. В общем, каждое возмущение тактового сигнала приводит к ошибкам при передаче данных.
Когда приёмник семплирует повреждённый сигнал данных с помощью "идеального" тактового сигнала гипотетического ФАПЧ, он получает ошибочные данные (жёлтая полоса).
Как это работает на самом деле: если приёмник будет использовать повреждённый тактовый сигнал передатчика, он всё ещё сможет считать повреждённые данные (красная полоса). Именно поэтому тактовый сигнал тоже передаётся по кабелю DVI! Приёмнику требуется тот же самый (повреждённый) тактовый сигнал.
Стандарт DVI включает в себя устранение дрожания фазы (jitter management). Если оба компонента будут использовать один и тот же повреждённый тактовый сигнал, то информация может считываться из повреждённого сигнала данных без ошибок. Таким образом, совместимые с DVI устройства могут работать даже в условиях наличия низкочастотного дрожания фазы. Ошибку в тактовом сигнале тогда можно обойти.
Как мы уже объясняли выше, DVI работает оптимально, если передатчик и приёмник используют один и тот же тактовый сигнал и их архитектура одинакова. Но так бывает не всегда. Именно поэтому использование DVI может привести к появлению проблем, несмотря на сложные меры предотвращения дрожания фазы.
На иллюстрации показан оптимальный сценарий для передачи DVI. Умножение тактового сигнала в ФАПЧ (PLL) приводит к задержке. И поток данных уже не будет целостным. Но всё выправляется с помощью учёта той же самой задержки в ФАПЧ приёмника, поэтому данные принимаются корректно.
Стандарт DVI 1.0 чётко определяет задержку ФАПЧ. Такая архитектура называется несвязанной (non-coherent). Если ФАПЧ не соответствует данным спецификациям по времени задержки, то могут появиться проблемы. В индустрии сегодня ведутся горячие дискуссии по поводу того, следует ли использовать подобную несвязанную архитектуру. Причём, ряд компаний выступает за полный пересмотр стандарта.
В этом примере используется тактовый сигнал ФАПЧ вместо сигнала графического чипа. Следовательно, сигналы данных и тактовые сигналы согласованы. Однако из-за задержки в ФАПЧ приёмника данные обрабатываются некорректно, и устранение дрожания фазы уже не работает!
Теперь вам должно быть понятно, почему использование длинных кабелей может стать проблемным, даже если не учитывать внешние помехи. Длинный кабель может вносить задержку в тактовый сигнал (напомним, что сигналы данных и тактовые сигналы имеют разные частотные диапазоны), дополнительная задержка может влиять на качество приёма сигнала.
