I principi di funzionamento della tecnologia DLP sono tanto semplici quanto poco intuitivi. L'acronimo DLP sta per Digital Light Processing da tradurre letteralmente in elaborazione digitale della luce. Il cuore di questa tecnologia è rappresentato da un chip ricoperto da centinaia di migliaia di microspecchi, tanti quanta è la risoluzione delle immagini da riprodurre.

microfotografie della struttura superficiale di un chip DMD

Ciascun microspecchio disposto sulla superficie del chip DMD ha la possibilità di assumere due posizioni distinte, oscillando molto velocemente con un angolo di 24°. Gli specchi possono assumere solo una delle due posizioni: ±12°: non possono fermarsi a metà, in perfetto equilibrio. La luce prodotta da una lampada verrà indirizzata sullo schermo da ciascun microspecchio piegato verso uno dei due lati. La luce che colpisce gli specchi piegati in senso opposto verrà deviata verso un assorbente ottico e quindi non raggiungerà lo schermo di proiezione.

Schema del motore di un proiettore DLP con singolo chip

Il tempo con cui i microspecchi possono cambiare la loro posizione è cosi ridotto che in un secondo le oscillazioni possono raggiungere anche 5000/8000. Variando opportunamente la quantità di tempo in cui un un microspecchio assume una delle due posizioni, è possibile modulare l'intensità luminosa di ogni punto luminoso riflesso sullo schermo.

Con un singolo chip DMD è possibile creare anche tutti i colori, sempre sfruttando l'alta velocità di commutazione dei microspecchi. Posizionando tra lampada e DMD una ruota formata da spicchi dicroici, è possibile inviare alla matrice DMD un colore alla volta, lasciando al sistema occhi-cervello il compito di integrare nel tempo le informazioni colore, per sommarre le varie componenti e restituire allo sguardo tutti i colori delle immagini proiettate.

La ruota colore lascia passare una sola component RGB per volta

Per ricreare ad esempio un punto di colore giallo, basterà che il microspecchio corrispondente rimanga "acceso" (inclinato) per lo stesso periodo sia quando viene investito dal fascio luminoso rosso che da quello di colore verde, per rimanere in posizione di riposo quando è investito dal fascio luminoso di colore blu.

La storia della tecnologia DLP è giovanissima ed i primi prodotti destinati al mercato consumer di massa hanno meno di 10 anni. Nei primi periodi di disponibilità della tecnologia DLP erano conosciute soltanto 3 matrici DMD principali, legate alle risoluzioni VESA: SVGA (800x600), XGA (1024x768) ed SXGA (1280x1024), quest'ultima riservata all'inizio soprattutto al settore D-Cinema.

Schema del chip DMD Dual Mode con doppia risoluzione

Successivamente, fu disponibile una matrice cosiddetta "dual mode" con risoluzione di 848x600 che, con segnali 4:3 utilizzava l'area con 800x600 punti mentre con segnali in formato 16:9 utilizzava l'area con 848x480 punti. Tra i videoproiettori che utilizzavano questa matrice DMD ricordiamo il modello LS110 di InFocus, il SIM2 HT200DM ed il Plus Piano.

Da sinistra InFocus LS110, SIM2 HT200DM e Plus Piano

In seguito, l'evoluzione della tecnologia DLP ha focalizzato l'attenzione soprattutto nel segmento destinato al mercato home theater, con la produzione di chip DMD in formato 16:9 con risoluzione di 1280x720 punti, 1024x576 punti e, più recentemente, con 1366x768 punti.

Risoluzione dei quattro DMD con rapporto d'aspetto 16:9 a confronto

Ulteriori affinamenti della tecnologia, negli ultimi anni hanno riguardato l'aumento dell'angolo di oscillazione dei microspecchi che giunge fino a ±12°, il disegno dei microspecchi con aumento della superficie riflettente, aumento della velocità di oscillazione (quindi del numero di oscillazioni/sec), rinnovo delle architetture di comunicazione con il chip (controller verso la memoria di tipo DDR e LVDS) e applicazione di nuovi materiali e nuovi disegni per i microspecchi con notevole incremento del rapporto di contrasto.

Uno dei primi chip DMD con controller DDR e risoluzione SVGA

Nell'ultimo anno la famiglia di chip DMD si è allargata ulteriormente con la comparsa di nuovi chip sempre più efficienti, piccoli e con prezzo di produzione sempre più ridotto come i nuovi chip con risoluzione di 1280x720 punti che possono essere trovati su retroproiettori a meno di 3000 US$. Nel mercato "business", lo scorso anno ha fatto la comparsa la risoluzione SXGA+ con 1400x1050 punti di risoluzione in formato 4:3 ma molto utile anche per applicazioni home theater a patto che venga utilizzata assieme ad una lente anamorfica. 

La matrice DMD con risoluzione di 1280x720 punti e rapporto d'aspetto in 16:9

Negli ultimi due anni, la tecnologia DLP è arrivata a produrre matrici DMD con risoluzione di 2048x1080 punti (definite 2k) ma solo per il  segmento dedicato al D-Cinema di ultima generazione e per alcuni prodotti destinati alla proiezione su grandi superfici. Nel segmento consumer, la matrice DMD più interessante rimane ancora oggi quella in formato 16:9 e con risoluzione di 1280x720 punti nelle sue varie versioni, molto utile anche perché perfettamente compatibile con segnali in alta definizione. 

Le indicazioni generali che dovremmo tenere sempre presente se siamo interessati all'acquisto di un display o proiettore compatibile con l'alta definizione, sono necessariamente tre:
- capacità di riprodurre segnali HDTV 1280x720p e 1920x1080i;
- presenza di una connessione HDMI (oppure DVI compatibile con il protocollo HDCP);
- risoluzione nativa del display di almeno 720 punti in senso verticale, con la regola di "più sono meglio è". Dallo scorso gennaio di quest'anno, l'EICTA (European Information & Communications Technology Industry Association) ha definito un marchio "HD Ready" e le condizioni perché possa essere utilizzato da prodotti di elettronica di consumo compatibili con l'alta definizione.

Il logo HD Ready

Infatti è  possibile riprodurre segnali con risoluzione di 1920x1080 punti anche su display con risoluzione inferiore. Sarà un DSP che si occuperà di riscalare (ridisegnare) ogni fotogramma per ridimensionarlo alla risoluzione del pannello. Un processo molto simile al "resize" di qualsiasi programma di foto-ritocco che, nel mondo video, deve essere estremamente veloce.

Scalando un'immagine da una risoluzione più alta ad una più bassa, molto spesso non si perde soltanto il numero di punti che è il risultato della differenza aritmetica tra le due condizioni. Nel passaggio da 1920x1080 a 1280x720, non bisogna dimenticare che entrambe le risoluzioni sono multipli di quella pari a 640x360 punti. In teoria quindi, è possibile eliminare esattamente 1/3 dei punti senza ulteriori elaborazioni.

Qui in alto due differenti risultati di scaling per sottrazione (sinistra) e ricampionamento
partendo da una risoluzione di 1920x1080 per arrivare a 1280x720 punti

La maggior parte delle volte invece (ad esempio per TV con risoluzione di 1280x768 punti, oppure di 1366x768) è indispensabile un ricampionamento di tutti i punti dell'immagine. Il ricampionamento potrebbe essere effettuato anche nel passaggio da 1920x1080 a 1280x720 e in alcune condizioni i risultati potrebbero essere superiori. Detto questo, la qualità generale che risulta da un'operazione di ricampionamento da una risoluzione superiore ad una inferiore, offre comunque un ottimo risultato. 

D'altra parte, chi è interessato alla riproduzione di segnali "full HD" da 1920x1080 senza compromessi, dovrà necessariamente utilizzare un display con la stessa, identica risoluzione nativa. E qui iniziano i problemi poiché nel momento in cui scriviamo, i prodotti in commercio con questa risoluzione sono davvero pochi. 

Le tecnologie alternative a quella DLP hanno già da tempo raggiunto la risoluzione di 1920x1080 punti per il mercato consumer, anche se il numero di prodotti è comunque limitato.

Il videoproiettore JVC HD2K con tecnologia D-ILA e risoluzione di 1920x1080 punti

Se eccettuiamo i videoproiettori da svariate decine di migliaia di Euro come il JVC HD2K ed il Sony QUALIA 004 che, assieme al Fujitsu D711 sarà in vendita anche in Italia da settembre, rimangono solo tre display con tecnologia LCD dal prezzo più che dimezzato rispetto ai tre videoproiettori appena nominati, ma ancora piuttosto proibitivo.

I videoproiettori 1920x1080 di Fujitsu e Sony saranno disponibili in Italia da settembre

Una soluzione annunciata già da tempo è rappresentata dalla nuova ondata di videoproiettori e retroproiettori LCD con risoluzione di 1920x1080 punti che dovrebbero arrivare sul mercato nel periodo a cavallo tra la fine del 2005 e l'inizio del 2006, appena in tempo per i Mondiali di calcio che si terranno in germania.

Alcuni prototipi osservati all'ultimo Consumer Electronic Show che si è tenuto lo scorso settembre a Las Vegas utilizzavano questi nuovi pannelli prodotti da Seiko-Epson da 0,9" di diagonale, rapporto d'aspetto pari a 16:9 e risoluzione di 1920x1080 punti. Si tratta di pannelli LCD "economici" che dovrenbbero essere montati su retroproiettori e videoproiettori dal prezzo che potrebbe essere inferiore ai 5000 Euro.

Un prototipo Epson con pannelli LCD e risoluzione di 1920x1080 punti

Texas Instruments fino a poco tempo fa non sembrava interessata alla rincorsa dei 1080p anche se ultimi annunci sull'inizio della produzione di nuovi chip DMD ad alta definizione aveva riacceso gli animi dei sostenitori dell'azienda texana.

Alcuni problemi legati sia al costo dei chip DMD ad alta risoluzione ma anche ad alcuni colli di bottiglia nel data-rate delle architetture attuali, hanno convinto Texas Instruments a percorrere una strada diversa e semplicemente geniale per arrivare a produrre display a piena risoluzione HDTV. Il retroproiettore Samsung visto al T.H.E. Show di quest'anno e di cui proporremo presto una preview, utilizza infatti l'ultima versione di uno speciale chip DMD costruito da Texas Instruments che dovrebbe sfruttare un brevetto di HP conosciuto meglio con il termine di "vobulation".

Texas Instruments, produttore esclusivo della tecnologia DLP, è piuttosto restia a fornire informazioni ufficiali sull'architettura utilizzata. Basta osservare quanto disponibile sul sito ufficiale riservato alla tecnologia DLP - www.dlp.com - per immaginare la cronica mancanza di informazioni sui nuovi traguardi raggiunti dall'azienda texana. Per questo motivo, tutto quello che segue da questo punto in avanti è frutto di ragionamenti su documentazioni non ufficiali recuperate negli ultimi sei mesi. Il condizionale quindi è l'unico tempo ammesso per la costruzione delle frasi che seguiranno.

Chip DMD tradizionale con risoluzione XGA: 1024x768 punti e formato 4:3

Il nuovo chip DMD, benché riesca a riprodurre immagini a risoluzione di 1920x1080 punti, ha una risoluzione pari esattamente alla metà: 960x1080 punti. I microspecchi sulla superficie del piccolo chip sono disposti in maniera nettamente diversa rispetto a quella normalmente utilizzata per i prodotti che sono già presenti sul mercato. I pixel sono disposti in diagonale, ruotati in pratica di 45° rispetto all'asse tradizionale.

Schema disposizione pixel nei DMD tradizionali (sinistra) e nei nuovi xHD3 e xHD4

I nuovi meccanismi elettromeccanici che rendono possibile il movimento dei microspecchi dei nuovi chip xHD4 hanno una velocità praticamente doppia rispetto ai DMD di penultima generazione. Questo enorme vantaggio renderebbe ora possibile la modulazione di ben 120 fotogrammi al secondo con il medesimo numero di sfumature. In pratica, l'immagine da 1920x1080 punti viene suddivisa in due semiquadri da 1080 linee orizzontali ciascuno e con 960 linee verticali: il primo con quelle dispari ed il secondo con quelle pari.

      fotogramma originale               primo semiquadro 1080p           secondo semiquadro 1080p

Come risultato si avranno due fotogrammi da 960x1080 punti di risoluzione. Il chip inoltre dovrebbe essere montato su un dispositivo mobile (probabilmente di tipo piezoelettrico - courtesy of GPM), che ne rende possibile il movimento di mezzo pixel in senso orizzontale, perfettamente sincronizzato con l'incedere dei vari fotogrammi.

Animazione dell'alternanza dei due semiquadri   -   simulazione del risultato dell'animazione

Alla normale velocità di visione, il risultato (qui in alto a destra) sembra davvero notevole e la parziale sovrapposizione di porzioni di pixel adiacenti contribuisce a sfumare solo leggermente i contorni. L'immagine più in basso, letteralmente "rubata" in condizioni critiche nell'angolo inferiore sinistro di un retroproiettore Samsung con il nuovo chip xHD4, lascia intravedere la struttura diagonale dei nuovi chip xHD4.

Immagine dal nuovo Samsung DLP 1080p
- click per ingrandire -

Dal prossimo luglio saranno molti i costruttori che proporranno retroproiettori DLP con i nuovi chip xHD4. Il primo sarà certamente Samsung che ha annunciato la disponibilità dei primi prodotti con diagonale di 57" già dal prossimo luglio, per il momento solo negli Stati Uniti, e ad un prezzo che lascia esterrefatti: meno di 6.000 US$, tasse escluse: meno della metà rispetto ad un Sony QUALIA 006.

Oltre Samsung, anche HP ed LG Electronics dovrebbero introdurre retroproiettori dotati della stessa soluzione proposta da Texas Instruments con risoluzione interpolata otticamente di 1920x1080 punti. Resta da capire come mai per il momento non si parla ancora di prodotti per la proiezione frontale, per cui la soluzione xHD4 di Texas Instruments sarebbe la naturale risposta ai prossimi videoproiettori LCD "economici" da 1920x1080 punti  che potrebbero arrivare entro la fine dell'anno corrente.

D'altra parte negli States, il mercato dei retroproiettori ad alta definizione è sensibilmente più grande di quello della videoproiezione frontale classica ed è quindi possibile che la produzione dei nuovi chip DMD xHD4 venga completamente assorbita dalla produzione di retroproiettori, senza lasciare purtroppo molto spazio alla videoproiezione.

Per quel che ci riguarda, cerchemo di acquisire altre notizie al prossimo InfoComm International che si terrà a Las Vegas dal prossimo 8 giugno: la fiera internazionale più importante dedicata a display e proiezione che seguiremo per AV Magazine in prima persona.

Per maggiori informazioni:

www.dlp.com

www.3lcd.com

www.infocomm.org