Отсутствие мерцания на экранах: технологии и принципы работы.

Введение

Flicker free – термин, используемый для видеодисплеев, в первую очередь электронно-лучевых трубок, работающих с высокой частотой обновления для уменьшения или устранения восприятия мерцания экрана. Для телевизоров это подразумевает работу с частотой поля 100 Гц или 120 Гц, чтобы исключить мерцание, в отличие от стандартных телевизоров, работающих на частоте 50 Гц (системы PAL, SÉCAM) или 60 Гц (NTSC), что обычно достигается путем отображения каждого полукадра дважды вместо одного. Для компьютерных дисплеев это, как правило, частота обновления 70–90 Гц, иногда 100 Гц или выше. Это не следует путать с интерполяцией кадров, хотя эти технологии могут комбинироваться – см. раздел «Реализация» ниже. Телевизоры, работающие на этих частотах, часто маркируются как 100 или 120 Гц без использования термина "бесмерцание" в описании.

Распространенность

Термин в основном используется для ЭЛТ-мониторов, особенно телевизоров в странах с частотой 50 Гц (PAL или SECAM) и компьютерных мониторов 1990-х и начала 2000-х годов. Частота 50 Гц видео PAL/SECAM (в отличие от 60 Гц видео NTSC) и относительно большие размеры компьютерных мониторов, расположенных близко к периферическому зрению пользователя, делают мерцание наиболее заметным на этих устройствах. Вопреки распространенному мнению, современные ЖК-мониторы не лишены мерцания, поскольку большинство из них используют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для регулировки яркости. По мере уменьшения настройки яркости мерцание становится более заметным, так как время, в течение которого активна подсветка в каждом цикле ШИМ, сокращается. Эта проблема особенно остро проявляется на современных мониторах с LED-подсветкой, поскольку светодиоды быстрее реагируют на изменения тока.

Реализация

Цель состоит в том, чтобы отображать изображения достаточно часто, чтобы превысить порог слияния мерцания человеческим глазом и, таким образом, создать впечатление постоянного (немерцающего) источника. На компьютерных дисплеях это достигается изменением частоты кадров генерируемого сигнала видеокартой (и синхронизированным с этим отображением изображения на дисплее). Это ограничено тактовой частотой видеоадаптера и требуемой программой частотой кадров. При заданной тактовой частоте пикселей более высокие частоты обновления требуют более низкого разрешения или глубины цвета, а более высокие частоты кадров требуют, чтобы программа, генерирующая видео, чаще перерисовывала экран. По этим причинам частоты обновления выше 90–100 Гц для уменьшения мерцания редко используются на компьютерах – эти частоты достаточны для его устранения. На телевидении это более сложный процесс, поскольку исходный материал имеет фиксированную частоту кадров (и традиционно представляет собой разностную развертку, при которой в каждый момент времени передается только половина строк развертки). Самый простой способ удвоить частоту кадров – просто отображать одно и то же изображение дважды подряд, как это делают кинопроекторы (которые отображают каждый кадр 24-кадрового фильма два или более раз) – либо отображая каждое поле дважды, либо чередуя поля. Альтернативно, можно использовать интерполяцию движения, при которой вместо повторного отображения исходных полей создаются интерполированные изображения между исходными кадрами. Это может быть объединено с деинтерляцией, преобразующей изображение в прогрессивную развертку (попытка создать целое изображение из двух полуизображений). Более высокие частоты обновления, хотя и уменьшают мерцание, могут вызывать другие проблемы. Простое повторное отображение полей может привести к рывкам, если частота кадров не кратна целому числу (например, 24 кадра в секунду × 2 = 48), особенно при быстром движении, поскольку изображение отображается неоднократно в одном и том же месте, а не плавно. И наоборот, интерполяция (которая позволяет избежать рывков и может создать более плавное движение, чем в исходном видео) может вместо этого вызвать размытие, особенно заметное при быстрой прокрутке текста. Подробнее см. в разделах «Three two pull down» и «Интерполяция движения».

The goal is to display images sufficiently frequently to exceed the human flicker fusion threshold, and hence create the impression of a constant (non flickering) source. In computer displays this consists of changing the frame rate of the produced signal in the video card (and in sync with this, the displayed image on the display). This is limited by the clock speed of the video adapter and frame rate required of the program – for a given pixel clock speed, higher refresh rates require lower resolution or color depth, and higher frame rates require that the program producing the video recalculate the screen more frequently. For these reasons, refresh rates above 90–100 Hz to reduce flicker are uncommon on computers – these rates are sufficient to eliminate flicker. On television, this is more involved, as the source material has a fixed frame rate (and is also traditionally interlaced video, in which one half of the scan lines of each frame are broadcast at a time). Most simply, the frame rate can be doubled by simply displaying the same broadcast image twice in rapid succession, as is done with movie projectors (which display each frame of 24 fps film two or more times) – either displaying each field twice or alternating fields. Alternatively, this can involve motion interpolation, where rather than displaying the original fields twice, creates interpolated images between the original frames. This may be combined with deinterlacing, converting the image to progressive scan (attempting to create a full picture from the two half images). Higher refresh rates, while they reduce flicker, may cause other problems. Simply redisplaying the fields may cause judder if not a full number multiplication of the frame rate (e. g. 24 fps × 2 = 48), particularly on fast moving images, as the image is displayed repeatedly in the same location, rather than moving smoothly. Conversely, interpolation (which avoids judder and may create more fluid motion than in the original video) can instead cause blurring, particularly visible on fast scrolling text. See Three two pull down and motion interpolation for further discussion.