Co je PWM a proč OLED bliká? DEMONTÁŽ / Habr

PWM, všichni kolem mluví o PWM. No, kdo ví – já ho nevidím. Jak to myslíš, když snížím jas displeje, tak mě to nějak unaví? Vypadá to, že je tu hodně co vymýšlet!

Dnes si vysvětlíme, jak vlastně PWM funguje. Pojďme zjistit, kolik FPS vidí člověk a kolik vidí moucha. Proveďme PWM testy na osciloskopu. A samozřejmě vám řekneme, jak se zbavit PWM na Samsung a iPhone.

OLED displeje předčily IPS prakticky ve všech směrech. Ale někteří lidé prostě fyzicky nemohou OLED používat, protože pociťují únavu očí, sucho a dokonce i bolesti hlavy.

proč tomu tak je? Faktem je, že na rozdíl od většiny IPS obrazovek většina matic OLED bliká. Zhruba stejně jako levné zářivky. A to nemá příliš dobrý vliv na vidění.

Ale přestaň! Osobně nemám s OLED displeji problémy a kamarádi mají OLED a nestěžují si.

Podle statistik totiž většina (přibližně 90 %) lidí blikání z OLED displejů nezažívá. Dokonce jsme provedli průzkum: Unavují OLED displeje vaše oči? Unavují vás IPS displeje? A dostali jsme tyto výsledky: asi čtvrtina – 27 % uvedlo, že jejich oči jsou unavené. Menšina, ale stále čtvrtina!

Přesto jsou lidé, kteří PWM nejen cítí, ale dokonce ho jasně vidí. Jak se to stane?

PWM ve filmových projektorech

Abychom na tuto otázku odpověděli, pojďme mluvit o kině. Staré filmové projektory, které měly ještě kotouče filmu, přehrávaly filmy rychlostí 24 snímků za sekundu.

Aby se tedy při změně políček obraz nerozmazával a neviděli jste okamžik přetočení filmu, došlo v tomto okamžiku k zablokování toku světla. To vedlo k pekelnému blikání, protože obraz byl neustále přerušován „černým rámem“.

Protože nebylo technicky možné proces výměny personálu urychlit, přišli filmaři s dalším hackem. Obraz se začal překrývat dvakrát: nejen při změně snímku, ale také při zobrazení statického snímku na obrazovce. Mmm A jaký to má smysl?

Toto střídání obrazu a další „černé rámečky“ umožnily uměle zvýšit frekvenci blikání na 48krát za sekundu. Což stačilo k oklamání mozku. Když vidíme neustále blikající obraz, mozek jednoduše „vypne“ vnímání blikání a vidíme hladký obraz. Mimochodem, v němých filmech, kde se používala frekvence 16 F/s, se obecně 3x překrývaly a výsledkem bylo blikání – 48x za vteřinu.

Kolik rámů vidíme?

Tento neuvěřitelný efekt lidského vidění se nazývá práh flicker fusion a tento práh je 60 Hz. To znamená, že cokoli, co bliká více než 60krát za sekundu, bude člověk vnímat jako souvislý obraz.

Mimochodem, u psů a koček je tento práh vyšší – kolem 70-80 Hz a u much je to obecně 250-300 Hz.

Co to znamená, herní monitory 144 Hz a vyšší – je to všechno marketing? Ne, 60 snímků za sekundu je minimální hranice, při které člověk přestane vidět blikání.
A lidé s trénovaným zrakem, například piloti stíhaček během testování, rozlišují snímky, které se objevily při 4 ms. Což odpovídá 250 snímkům za sekundu. To platí i pro hardcore hráče.

Ve skutečnosti existují studie, kde lidé byli schopni rozlišit 480 fps a v některých podmínkách i více.

Ale obecně, pokud věříte GOSTs: Pulzace osvětlení nad 300 Hz neovlivňuje obecný a vizuální výkon. GOST R 54945-2012

Proč potřebujete PWM?

Takže jsme vyřešili vizi. Proč ale OLED displeje vůbec blikají a s jakou frekvencí?

Nejprve si odpovězme na otázku „Proč?“

Jas displeje lze upravit dvěma způsoby:

První a nejzřejmější způsob je snížením napětí. Čím méně energie do displeje dodáváme, tím méně svítí.

Takto se upravuje jas ve většině IPS displejů v našich chytrých telefonech, noteboocích a monitorech.

Proč ale neudělat totéž na OLED displejích? Ve skutečnosti je to možné a dokonce se to již dříve dělalo. Přesně tento přístup využíval například smartphone LG G Flex 2. Ale je tu problém! Na OLED displejích při snížení napětí obraz značně trpí. Dochází k tzv. mura efektu, lépe známému jako efekt „smirkového papíru“. Podrobně jsme o tom hovořili v materiálu o OLED.

Proto, aby se předešlo takové degradaci obrazu, používá se druhý přístup: úprava jasu pomocí blikání nebo PWM. PWM je pulzně šířková modulace nebo anglicky PWM. To doslova znamená úpravu šířky neboli doby trvání pulsu.

Tak počkej, co je to za impuls? Faktem je, že napětí v displejích využívajících PWM není konstantní, ale přerušované. Dodává se pomocí takových výbojů nebo impulsů.

Počet pulzů za sekundu se nazývá frekvence a měří se v Hz. A čas, který každý pulzační cyklus zabere, se nazývá perioda.

Vezměme například frekvenci 250 Hz, v tomto případě bude perioda 4 ms. Frekvence a perioda jsou pevné hodnoty a nemění se při změně jasu displeje. Šířka každého pulzu je ale přesně to, co můžeme regulovat. Tato hodnota se nazývá pracovní cyklus a vyjadřuje se v procentech.

Je-li pracovní cyklus 100 %, bude puls trvat 100 % své periody, tedy 4 ms. To odpovídá 100% jasu displeje. Pokud snížíme šířku pulzu na 50 % nebo 2 ms, sníží se i vnímaný jas displeje na 50 %. A při jasu 1 % ve skutečnosti 99 % jednoduše zobrazí černou obrazovku, ale naše vize to interpretuje jen jako velmi slabý obraz. Ukazuje se, že čím nižší je jas displeje, tím výraznější je efekt blikání. A o to škodlivější je pro oči.

Frekvence PWM v různých zobrazeních

Ve skutečnosti se PWM používá nejen v OLED displejích, ale také v IPS. Na rozdíl od OLED však IPS obrazovky používají velmi vysokou frekvenci blikání, přes 2000 Hz. Člověk ani moucha si přirozeně tak rychlého blikání nevšimnou. To znamená, že vaše oči nebudou unavené.

Jaká je frekvence PWM v OLED?

Vše závisí na konkrétním modelu, ale existují určité vzory. Za prvé je žádoucí, aby frekvence PWM byla násobkem obnovovací frekvence displeje. Na displejích 60 Hz nebo 120 Hz je tedy frekvence PWM zpravidla 240 Hz a na displejích 90 Hz je to 360 Hz.

Rozhodli jsme se, že se o tom přesvědčíme na vlastní kůži a vydali se do Petrohradu. Tam pro nás kluci z firmy LLC připravili osciloskop s vysokorychlostním fotodetektorem.

Testovali jsme tedy na PWM na iPhone 11 Pro a Pixel 4.

Testy ukázaly, že iPhone 11 Pro, na rozdíl od všeobecného přesvědčení, trochu bliká i při maximálním jasu, při 240 Hz. Když se jas sníží na 50 %, blikání bude méně výrazné, což znamená, že až do tohoto bodu iPhone používá snížení napětí. No, pak PWM vstupuje do bitvy. Osciloskop může jasně vidět, jak se s klesajícím jasem zmenšuje šířka pulzu, což znamená, že blikání se zvyšuje.

V Pixel 4 jsme do 70% jasu vůbec nedetekovali PWM, je vidět pouze 90 Hz refresh obrazovky. A pak začíná PWM s frekvencí 360 Hz. Ale protože obnovovací frekvence obrazovky v Pixel 4 po 40 % klesne na 60 Hz, můžete vidět, jak každý čtvrtý pulz trochu poskočí. Je to proto, že obnovovací frekvence není stejná jako frekvence modulace.

• Galaxy S20 – 242.7 Hz
• Galaxy S20 Ultra – 240.4 Hz
• Google Pixel 2 – 245.1 Hz
• Google Pixel 2 XL – 242.7 Hz
• Google Pixel 3a – 271.1 Hz
• Google Pixel 3a XL – 242.7 Hz
• Google Pixel 4 – 367.6 Hz
• Google Pixel 4 XL – 367.6 Hz
• Huawei P30 – 240.4 Hz
• Huawei P30 Pro – 231.5 Hz
• Huawei P40 – 245 Hz
• Huawei P40 Pro – 365 Hz
• iPhone 11 Pro – 290.7 Hz
• iPhone 11 Pro Max – 245.1 Hz
• iPhone XS – 240.4 Hz
• iPhone XS Max – 240.4 Hz
• OnePlus 5T – 242.7 Hz
• OnePlus 6T – 240 Hz
• OnePlus 7 – 200 Hz
• OnePlus 7 Pro – 122 Hz
• OnePlus 7T Pro – 294 Hz
• OnePlus 8 Pro – 258 Hz
• Samsung Galaxy A50 – 119 Hz
• Samsung Galaxy A51 – 242.7 Hz
• Samsung Galaxy A71 – 247.5 Hz
• Samsung Galaxy S10e – 232 Hz
• Xiaomi Mi 10 – 362.3 Hz
• Xiaomi Mi 8 – 238 Hz
• Xiaomi Mi 8 Explorer Edition – 100 Hz

Samsung Galaxy A50:

Ve skutečnosti lze frekvenci blikání OLED displejů zvýšit, ne-li na 2000 Hz, ale alespoň na 500 Hz. Mimochodem, to je přesně ta frekvence PWM, která se používala ve starověkém Windows Phone – Lumii 950. To ale zvyšuje náklady na výrobu, a jelikož trpících lidí je málo, výrobci nejsou připraveni krást z kapes.

Mimochodem, téměř všechny moderní LCD televizory také PWM na frekvenci 240 Hz. A na televizorech je tento efekt ještě patrnější než na telefonech.

Ledaže by SONY nešetřilo instalací ovladačů jasu do svých LCD modelů buď bez blikání, nebo s blikáním na frekvenci 720 Hz.

Jak zkontrolovat PWM sami?

Jak ale můžete sami zkontrolovat PWM na svém telefonu, notebooku nebo televizi? Pokud nemáte po ruce osciloskop s vysokorychlostním křemíkovým fotodetektorem.

Je to vlastně velmi jednoduché! Musíte zachytit obrazovku na video ve zpomaleném záběru 240 fps nebo více. Nyní to umí téměř každý telefon. Pokud při všech hodnotách jasu nevidíte blikání ve formě pohyblivých pruhů. To znamená, že neexistuje PWM.

Co je DC Dimming?

Přesto je tu problém a Xiaomi jej jako první poznalo zavedením funkce DC Dimming v Black Shark 2 Pro. Toto téma šlo tak dobře, že OnePlus, OPPO a Huawei rychle přišli na pomoc. A od loňska mají DC Dimming určitě všechny vlajkové lodě.

Samotný název znamená Direct Current Dimming, což v překladu znamená stmívání stejnosměrného proudu. Jinými slovy, v tomto případě se jas upraví tak, jak má, snížením napětí.

ZASTÁVKA! Ale to také není možné! Obrázek bude zabit! Ve skutečnosti to dříve nebylo možné, protože kvalita OLED displejů zůstala velmi žádoucí. Teď je ale všechno jinak.

Již dlouhou dobu mnoho výrobců začalo používat hybridní způsob úpravy jasu. Například na iPhonu se napětí sníží na 50 % jasu a teprve poté se zapne PWM. A telefony s funkcí DC Dimming šly dál a začaly jas regulovat výhradně snižováním napětí.

Ano, zapnutí DC Dimming při nízkém jasu může způsobit mírné vyblednutí barev a výskyt šumu. Ale to není vůbec kritické.

A testy ukazují, že funkce opravdu funguje. Kolísání jasu sice není zcela vyrovnáno, ale i tak nám tento přístup umožňuje výrazně snížit namáhání očí.

Podle našich měření na Xiaomi Mi 10 zcela mizí PWM se zapnutým DC Dimming! To znamená, že vaše oči mohou odpočívat.

Odstranění PWM pro každého

Co ale dělat, když vám DC Dimming nebylo doručeno? Máte například Samsung, který shimuje i při 100% jasu, nebo iPhone, který začíná shimovat na 50%?

Ve skutečnosti existuje řešení a je to software. Jejich název je filtry obrazovky!

Android. Například program OLED Saver můžete nainstalovat na jakýkoli Android. Přes celý obrázek může použít průsvitný šedý filtr. Úpravou průhlednosti filtru se upraví jas. Tento program umí simulovat funkci automatického jasu. Můžete rychle upravit průhlednost filtru ze závěsu a nastavit jej na automatické spuštění po restartu.

Nemůžu říct, že je to moc pohodlné. Ale může být velmi užitečné, pokud se před spaním rádi díváte na telefon ve tmě.

iPhone. A iPhone má obecně v systému zabudovaný speciální režim. Říká se tomu „snížení bílého bodu“ a je skryto v sekci „Univerzální přístup“. Cesta je taková: Nastavení > Usnadnění > Displej a velikost textu > Dolní bílý bod

A abyste se neustále nehrabali v nastavení, můžete aktivaci režimu přiřadit trojitému stisknutí tlačítka napájení pomocí této cesty: Nastavení > Usnadnění > Zkratky.

V iOS 14 můžete dokonce totéž přiřadit poklepání na zadní kryt. Ale nedoporučoval bych to dělat, budou falešně pozitivní.

A nakonec můžete přidat zástupce s touto funkcí do ovládacího centra. K tomu jdeme do Nastavení > Ovládací centrum a přetáhněte ikonu „Příkazy pro univerzální přístup“.

Výsledky

jaký je výsledek? PWM je samozřejmě zlo. I když to nevidím a moje oči nejsou unavené, tato věc stále namáhá můj mozek. A s věkem se může objevit únava očí.

Na druhou stranu se díky PWM stal možný pokrok ve vývoji technologie OLED. Kdyby tomu tak nebylo, seděli bychom na IPS a ani bychom nevěděli o všech radostech skvělých OLED displejů.

Pevně ​​doufáme, že se DC Dimming stane standardem a na PWM ve smartphonech a televizorech zapomeneme, stejně jako jsme na něj zapomněli u stolních monitorů s příchodem monitorů Flicker Free od BenQ. To je mimochodem stejná technologie jako DC Dimming.

Video je založeno na článku z portálu deep-review.com a materiálu Olega Afonina pro časopis Hacker. Kluci odvedli skvělou práci a my v jejich práci pokračujeme.

Děkujeme LLC za vybavení a vřelé přivítání v Petrohradě! Je radost s vámi vytvářet skvělý vědecko-popový obsah. To je pro dnešek vše!

• Firemní blog Droider.Ru
• Zpracování obrazu
• Výroba a vývoj elektroniky
• Práce s videem
• Smartphony