Citazione:
simoncio ha scritto:
Ho fatto un po' di calcoli, che vorrei rivedere insieme a voi, per scoprire alcuni perché e trovare un appoggio solido da dare alle sensazioni sgradevoli che provo quando guardo i DLP a chip singolo.
Lungi da me la volontà di innescare guerre di religione: quindi solo commenti positivi e propositivi, please.
Ovviamente parto dalla situazione mia. Vedo l'arcobaleno immediatamente e in tutti i modelli single-chip che ho potuto vedere (sì, anche il 5700). Comunque tale effetto entrerà in questa discussione solo per la sua dipendenza dalla frequenza di colore. Vedo inoltre benissimo il dithering, anche dalla normale distanza di visione (ho una lieve ipermetropia :-), e noto infine, di frequente ma in determinate condizioni, le carenze nella profondità di colore (quando cioè gli sfumati si perdono in una bella gradinata di tinte uniformi).
Sigh! Procediamo.
Definizioni e premesse
(non so se sia tutto corretto, ma almeno così ci si intende...)
Fc = frequenza di colore
Nc = numero di colori della ruota
w = velocità angolare della ruota
Fr = frequenza di refresh sul DMD
D = bit disponibili per la rappresenzatione della scala di grigi
Sia inoltre
weq = w * Nc / 3 = velocità angolare di una ruota equivalente a 3 segmenti
Tc = 1 / Fc = tempo di colore
Usiamo un segnale PAL (50 semiquadri al secondo). Considerando che esisterà un qualche processo di deinterlacing, la natura del quale è ininfluente per queste considerazioni, ne risulterà comunque una frequenza di refresh uguale (Fr = 50Hz).
Supponiamo inoltre, per semplicità, che la banda passante dell'accoppiamento memoria-DMD sia infinita.
Prendiamo poi il DMD descritto dalla fig. 13 a pag. 39 del n° 46 della rivista di Emidio. Questa figura contiene il grafico di una ipotetica relazione
D = f(Fr)
Il grafico non permette elaborazioni molto precise, ma non ho trovato di meglio.
Assumiamo poi che la relazione D=f(Fr) sia una caratteristica della tecnologia, e non di altro (p.es. scelte progettuali), in quanto è abbastanza ovvio che debba dipendere, almeno, dalla frequenza massima di oscillazione degli specchi.
Per completezza, supponiamo infine che il driver del DMD riproduca le intensità del grigio mediante la generazione di un segnale PWM ordinato temporalmente dal bit più significativo al meno significativo (non come si vede negli esempi semplificati della figura 12 a fianco del grafico sopra citato, ma al contrario). In realtà le sequenze PWM sono diverse (i bit non vengono emessi nell'ordine LSB -> MSB e neppure viceversa) per ragioni di compromesso dovuti alla non infinita banda passante del sistema, ma semplifichiamoci la vita.
Analisi di un caso reale
Prendiamo un videoproiettore DLP con le seguenti caratteristiche:
Nc = 6
w = 7500 rpm (5x)
Con queste caratteristiche progettuali, peraltro equivalenti a una ruota a 3 colori che gira al doppio della velocità angolare w (Nc = 3, w = 15000 rpm), risulta:
weq = w * 6 / 3 = 15000 [giri al minuto] = 250 [giri al secondo]
da cui
Fc = 1 / Tc = weq * 3 = 750 [Hz]
Tc = 1.333 [ms]
In queste condizioni la ruota di colore equivalente, che gira 250 volte al secondo, passa, durante ogni frame, 5 volte davanti al DMD, e ciascuno spicchio di colore passa un quindicesimo del tempo di frame. Questo è Tc, ossia il tempo che il driver ha a disposizione per creare il segnale PWM che, pilotando l'inclinazione degli specchi, genererà la corretta intensità di quella componente di colore e su cui, mediante la relazione D=f(Fr), possiamo calcolare il numero di bit a disposizione.
Se (** vedi oltre) possiamo assumere che ogni volta che uno spicchio di filtro dicroico passa davanti al DMD il driver generi il segnale PWM necessario a produrre l'intensità luminosa corrispondente a tale componente, dal grafico della succitata figura (seppur a fatica) si legge che, per Fc = 750Hz, è
D = ~5 bit o poco più
Ehi! 5 bit sono veramente pochi! Sarebbe troppo poco anche se fossero 6. Il driver può generare le sequenze di commutazione dei microspecchi, cominciando dal bit più significativo, per una profondità di colore equivalente di soli 5 bit, e al più gli avanza uno sfrido di tempo (minore comunque di un trentaduesimo di frame) in cui può scegliere una delle due posizioni, a seconda del valore del 6° bit.
(**)
Dico "se", in quanto sto implicitamente assumendo che il driver non utilizzerà gli intervalli successivi, e corrispondenti alla stessa componente di colore, per completare l'informazione che manca (cioè almeno i bit 6, 7 e 8...). Questo apre la strada a ulteriori considerazioni sulla percezione di flickering dei pixel che tralascio in questa sede... Sarebbe in realtà assai interessante discuterne...
Conclusioni
Ecco spiegato sia il dithering che le gradinature di colore che campeggiano al posto delle sfumature in certe condizioni. Il dithering si percepisce nelle basse luci, ossia proprio dove i bit meno significativi, che si perdono, contengono tutta l'informazione. Le gradinature di colore si percepiscono invece nelle luci alte (per esempio i volti) dove non bastano 5 o 6 bit per realizzare le sfumature senza creare visibili discontinuità.
Che dire? Se si rifanno i calcoli con un caso in cui la ruota colore gira a 4x, diffusa nei videoproiettori delle precedenti generazioni, risulta Fc = 600Hz, per una profondità di colore equivalente D = ~6 bit. Ancora troppo poco, ma si tratta pur sempre di qualcosina in meglio. Se poi la ruota è a soli tre colori, va ancora meglio (arcobaleno a parte ovviamente)! Forse qualcuno che avesse messo a confronto videoproiettori simili ma di vecchia e nuova generazione avrebbe potuto accorgersi della maggior profondità di colore del fratello più anziano...
Occorre fare le seguenti osservazioni, comunque.
- Con l'aumentare di Fc diminuisce la percepibilità dell'effetto arcobaleno
- Con l'aumentare di Fc diminuisce la profondità di colore
Quindi la scelta progettuale di Fc implica, per forza di cose, un compromesso: più profondità di colore o più probabilità di percezione dell'arcobaleno?
Poi osservo che:
- Il settimo segmento (verde scuro) delle nuovissime ruote colore potrebbe essere un sensato e inutile palliativo, ma meglio che niente
- Realizzando (finalmente!) videoproiettori a 3 chip, la necessità di questi compromessi viene automagicamente a cadere
Purtroppo non l'ho ancora potuto verificare (trovare dei triple-chip non è poi così semplice).
Appendice (forse inutile)
Dunque: è solo una questione di costi elevatissimi del sistema DMD + driver, o c'è dell'altro? Dissipazione del calore? Complicazione dei prismi dicroici? Perché non abbiamo ancora sistemi a 3 chip DLP a costi non proibitivi? E dire che tutte le risorse che sono state impiegate per studiare e progettare dispositivi atti a gestire correttamente la generazione di segnali PWM così complicati e la loro sincronizzazione con ruote a filtri dicroici sempre più veloci e costose, avrebbero potuto essere forse più efficacemente impiegate a risolvere gli altri problemi: oggi avremmo forse sistemi a tre chip ai costi attuali e la TI avrebbe le vendite dei suoi DMD triplicate.
Cosa obbliga il mercato a (mal) digerire una pletora così impressionante di dispositivi single-chip che, livello del nero a parte, non hanno altri vantaggi (nemmeno di costo!) rispetto ai videoproiettori LCD recenti?
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