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Le frequenze dei nuovi display digitali
Un argomento molto dibattuto, e sul quale in effetti non c'è molta chiarezza, è quello inerente le diciture che sempre più spesso accompagnano molti modelli di tv: LCD 100Hz-200Hz-(400 e 800), nonché ai 600Hz di moltissimi plasma di recente produzione.
Anzitutto, occorre fare una distinzione tra plasma e LCD. Gli LCD sono 100Hz, 200Hz ( o come per alcuni modelli prodotti nel 2010, 400 e 800, in questo caso omettendo l’unità di misura). Bene, non si deve assolutamente commettere l'errore di paragonare queste sigle con i 600Hz riportati per alcuni modelli di plasma. Tali sigle, anche se possono apparire simili per via dell'unità di misura, implicano in realtà cose ben diverse: 100-200-400-800, sono in realtà algoritmi elaborati dall'elettronica del tv che, tramite l'utilizzo di tecnologie che prendono il nome di interpolazione dei frame (che corrisponde all'inglese frame interpolation), scanning backlight e black frame insertion, vanno ad agire, a seconda dei casi, sui fotogrammi che compongono l'immagine o sulla retroilluminazione. Esse, poi, possono essere utilizzate sia singolarmente, sia in combinazione tra loro.
Per quanto riguarda i plasma, invece, i 600Hz fanno riferimento a quello che viene chiamato subfield drive.
Le tecnologie per l'interpolazione dei frame
L'interpolazione dei frame ha la finalità di analizzare i fotogrammi che compongono le immagini, creando nuovi fotogrammi aggiuntivi rispetto a quelli contenuti originariamente nella sorgente utilizzata (DVD, Blu-ray, o trasmissioni tv).
L’immagine illustrata rappresenta il funzionamento del Motionflow Sony: il sistema nel caso dei tv a 100Hz aggiunge un fotogramma ogni due trasmessi dall’emittente, calcolando la posizione del soggetto, tramite l’analisi dei vettori di movimento.
Gli algoritmi a 200Hz raddoppiano il numero dei fotogrammi riprodotti, infatti se nel caso del 100Hz i fotogrammi sono due, l’originale più quello creato, nel caso del 200Hz i fotogrammi riprodotti sono quattro, l’originale più tre aggiunti.
Ovviamente tutto questo si basa sul sistema televisivo che prevede per l’Italia una frequenza verticale di 50Hz.
Il risultato finale, dunque, consiste in un aumento della fluidità delle immagini, a seguito proprio dell'incremento del numero di fotogrammi riprodotti. In virtù di ciò, ci si può riferire a questo tipo di funzioni anche chiamandole motion compensation (ovvero compensazione del moto). Generalmente questi algoritmi offrono differenti possibilità di configurazione, al fine di ottimizzare la riproduzione delle immagini per i diversi contenuti che possono essere film sport o giochi.
Purtroppo questa tecnologia di interpolazione dei frame, non è sufficiente ad annullare completamente l’effetto di sfocatura e trascinamento delle immagini, dovuto ai limiti del display LCD.
Generalizzando possiamo dire che l’effetto scia o “ghosting” è da imputare principalmente alla velocità di aggiornamento del pannello, questo viene accentuato nelle immagini in movimento, dato che sugli LCD i pixel mantengono la loro luminosità per tutto il tempo nel quale sono accesi, a differenza dei CRT nei quali l’immagine precedente si annullava molto prima.
Questa caratteristica, chiamata "sampling & hold", fa si che l'occhio umano, seguendo l'immagine in movimento, noti un certo effetto di “motion blur”: l'oggetto sembra avere una scia sfocata che segue l'andamento dell'oggetto.
Tempo di ritardo (latenza)
In figura viene rappresentato il ritardo del pixel nel passaggio da uno stato di immagine nera a uno bianco e viceversa.
Vedremo di seguito i rimedi necessari per ottenere immagini più nitide e senza effetto “ghosting”.
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Scanning back light
Esaminiamo ora lo scanning backlight.
Il funzionamento avviene come illustrato nell'immagine. Il principio alla base dello scanning backlight riprende, in parte, quello delle tv crt, durante la visualizzazione di un fotogramma, la retroilluminazione non viene lasciata accesa su tutta l'area dello schermo ma ha una scansione che parte dall'alto verso il basso (come si vede nello schema sopra rappresentato: la barra nera orizzontale procede, appunto, dall'alto verso il basso). In sostanza avviene quanto segue: invece di visualizzare con una sola scansione l'intero fotogramma, si procede, dall'alto vero il basso, a visualizzarne solo una porzione orizzontale per volta. In questo modo viene lasciata spenta la retroilluminazione nel resto dello schermo, e più precisamente dove non si sta visualizzando nessuna porzione orizzontale del fotogramma.
scanning backlight disabilitato
scanning backlight abilitato
Il risultato, quindi, non è un incremento della fluidità come per l'interpolazione dei frame, ma una sensazione di maggiore nitidezza e un maggior dettaglio percepito; per contro si ha, a causa del particolare funzionamento della retroilluminazione, una diminuzione della luminosità delle immagini.
Lo scanning backlight può essere affiancato all'interpolazione dei frame, come su diversi modelli di tv a 200Hz: in alcuni casi possono essere disponibili delle opzioni per abilitare indipendentemente sia l'interpolazione dei frame che lo scanning backlight.
Miglioramento del “Motion blur” grazie al backlight blinking
Gli occhi umani hanno una naturale tendenza a concentrarsi su oggetti in movimento.
Il “Motion blur” viene creato dal divario di tempo tra l'immagine visualizzata sullo schermo e il punto focale dell'occhio umano, che non sempre corrispondono.
Come illustrato nella figura sotto, grazie al “Backlight blinking”, questo intervallo di tempo è ridotto a 1/400s, eliminando l’effetto di trascinamento dell’immagine.
In figura si dimostra per quanto tempo l’occhio dello spettatore vede l’immagine sullo schermo del tv, infatti il tratto verticale colorato che attraversa il pallone, rappresenta la permanenza dell’immagine sullo schermo. La porzione nera di questo tratto, rappresentato nella figura centrale, indica l’istante in cui la retroilluminazione si spegne rendendo invisibile l’immagine. Così facendo, si ottiene una visione simile a quella di un televisore dotato di scansione a 400Hz, al momento non presente sul mercato.
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Due sistemi di backlight control
Nessun HDTV a cristalli liquidi ad oggi, è in grado di supportare un refresh di aggiornamento a 400Hz, per il semplice motivo che la risposta fisica dei cristalli liquidi non è adeguata a questi tipi di aggiornamento, quando si legge nelle specifiche dei televisori il numero 400 in realtà non si parla di 400 FPS ma 200 FPS reali e 200Hz gestiti in scanning back light. Un refresh molto elevato mette in crisi la risposta fisica dei cristalli liquidi, per ovviare a ciò è stato sperimentato un dispositivo che in sostanza genera delle strisce di oscuramento con una scansione rapidissima che il nostro occhio non è in grado di rilevare, ma questo tipo di oscuramento a scansione, è in grado di "resettare" la "memoria retinale", infatti sono in grado di interrompere ciò che il nostro occhio percepirebbe come scia o trascinamento.
Alcuni prodotti attuali non solo fanno uso di scanning back light ma in sinergia anche del black frame, questo per evitare qualsiasi tipo di eventuale scia, inoltre, tempo fa, era sorta una protesta per le diciture, in quanto molti HDTV dichiarati 200Hz, in realtà sono dei 100 + 100Hz.
Effetto del ritardo nel rinfresco del pixel
Il black frame insertion
Veniamo ora all'ultimo tipo di tecnologia impiegata. il blak frame insertion, o altrimenti noto come dark frame insertion (BFI). Anche in questo caso, il funzionamento avviene come illustrato nell'immagine.
In sostanza viene inserito un fotogramma completamente nero tra due fotogrammi contigui.
I vantaggi introdotti sono analoghi a quelli derivanti dall'utilizzo dello scanning backlight: una maggior nitidezza e percezione di dettaglio. Anche in questo caso, si avrà una diminuzione della luminosità delle immagini, dovuta proprio all'alternanza di fotogrammi effettivamente contenenti immagini a fotogrammi neri. La luminosità del display è data dalla media dei due valori.
Il black frame insertion viene impiegato principalmente in combinazione con le altre tecnologie sin qui illustrate (sia singolarmente, sia in coppia). Un esempio tipico è il motionflow XR400 che impiega, contemporaneamente, interpolazione dei frame, scanning backlight e black frame insertion.
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Riassunto delle tecnologie a confronto
La necessità dell’overdrive
L’overdrive è un metodo che consiste nel mandare un impulso di sovratensione che accelera l'allineamento dei cristalli liquidi, quindi restituisce in pratica, tempi di risposta inferiori.
I display LCD mostrano effetti di “ghosting” a causa del tempo di risposta eccessivamente lento dei cristalli liquidi. La funzionalità overdrive compensa questo ritardo del tempo di risposta dei pixel, migliorando la nitidezza dell’immagine.
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Il subfield drive 600Hz
Ogni 1/50 di secondo vengono create 12 immagini
Ogni 1/50 di secondo vengono create 12 immagini
A breve la descrizione del funzionamento del sub-field drive nei plasma
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