4K felbontás, egyre növekvő frissítési frekvencia, a színmélység növekedése: mindezek a monitorok viharos fejlődésének jellemzői, hogy egyéb tényezőket – mint az adaptív szinkron megoldások (G-Sync, FreeSync) vagy a színtér és a dinamikatartomány növekedése, és a panelek minőségének általános javulása – most ne is említsünk.

Ebben az írásban azokat a monitorjellemzőket taglaljuk, amelyek az adatátviteli sebességgel szemben egyre nagyobb követelményeket támasztanak.

A 4K és a többi „húzóerő”

A 4K-UHD felbontás (3840 x 2160 pixel) például négyszer akkora adatátviteli sebességet igényel, mint a Full HD (1820 x 108 pixel). A frissítési frekvencia lineárisan növeli a bitrátát, vagyis kétszer akkora frissítési frekvencia kétszer akkora átviteli sebességet követel. A színmélység 8 bitről 10 bitre növelése 25%-kal nagyobb rátát tesz szükségessé.

További bitsebesség-növelő vagy csökkentő hatása van annak, hogy milyen a színek mintavételi sémája (chroma sampling). RGB jel esetében természetesen csak a 4:4:4-es mintavételezésről beszélhetünk, komponens YCbCr jelnél azonban ez lehet 4:4:4, 4:2:2 vagy 4:2:0 (ezek a leggyakoribbak). A két utóbbi – a színkülönbségi jeleket tekintve csökkentett mintavételezés – azért lehetséges, mert látásunk kisebb színfelbontással is megelégszik, mint a világosságjel esetében (amely az élességérzetet alapvetően meghatározza). Ha lemondunk a 4:4:4-es mintavételezésről, és megelégszünk a 4:2:0-val (mint az Blu-ray filmek, még a 4K Blu-ray filmek esetében is), akkor pontosan fele akkora lesz a bitráta-igény. A 4:2:2 1,5-szer kisebb rátát igényel, mint a 4:4:4.

Tovább árnyalja a képet, hogy a 4K nyomán megjelent a nagy dinamikatartomány (HDR) és a széles színtér (WCG) igénye is. A széles színtér közvetve, a színmélység (elvárt) növelésén keresztül kíván nagyobb bitrátát, akárcsak a nagyobb dinamikatartomány a finomabb kvantálás elvárásával. A Dolby Vision féle HDR esetében pl. 12 bit az alapszínenkénti kvantálási követelmény. Ez utóbbi persze a monitorokat (egyelőre) nem érinti, mivel az eddig csak kis számban megjelent „HDR-képes” monitorok a nyílt forráskódú HDR10 szabványt igyekeznek követni (ez az esélyes az általános elterjedésre), amely 10-bites színmélységet ír elő.

A legnagyobb változást – mint látjuk – a 4K-UHD monitorok terjedése hozza magával, a nagy felbontás növeli meg leginkább a szükséges adatátviteli sebességet. Ezért a panelgyártók mostanáig megmaradtak a 60 Hz frissítésénél, az RGB 4:4:4 lehetősége a monitoroknál elvárás, a színmélységet pedig ilyen felbontásnál „illik” 10 bitre növelni, bár ez nem kötelező.

4K, és nagy frissítés vagy HDR egyszerre

Az egészen közeli jövőben azonban a panelgyártók ki fogják hozni az első 120 Hz-es vagy 144 Hz-es frissítést lehetővé tevő 4K felbontású paneleket – természetesen a gamereknek szánt 4K monitorokhoz. Pl. az AU Optronics a hírek szerint (bár a tervekhez képest megkésve) éppen most kezdi gyártani 27”-es méretben a 4K@144 Hz-es AHVA panelt. 2018 első negyedévében valószínűleg megjelennek az első monitorok ezzel a panellel. A 32”-es, 144 Hz-es panelváltozat megjelenését kb. egy év múlva tervezik. Ugyancsak egy 4K-UHD, 32”-es AHVA panel tömeggyártását kezdi meg az AUO ezekben a napokban a professzionális monitorhasználók számára, igaz, a frissítési frekvencia ez esetben 60 Hz marad, de belép a HDR támogatás, 384-zónás full array local dimming háttérvilágítással és 95%-os DCI-P3 színtartományal. A csúcsfényerő 1000 cd/m2. Szintén a professzionális felhasználónak készül egy 32”-es VA-panel 2018 második felében, igaz „csak” 2560 x 1440 natív felbontással, 60 Hz-es és 165 Hz-es változatban, közel DCI-P3 színtartománnyal és 8-zónás edge-lit háttérvilágítással.

A következmények

A fent mondottak „húzzák maguk után” a PC-k, főleg a grafikus kártyák teljesítményének szükségszerű növelését, de ez nem igazán probléma manapság, legfeljebb pénzkérdés.

A másik szűk keresztmetszet, amelynek szükségszerűen szintén alkalmazkodni kell a növekvő bitráta-igényekhez, a csatoló interfész. Az természetes, hogy a gyártók ennek „áteresztési sebességét” a konkrét modell tudásához igazítják. A DisplayPort és a HDMI teljesítőképességét folyamatosan növelik az erre hivatott szervezetek, és a ma még általános DP 1.2-es verziót hamarosan felváltja (vagy már felváltotta) az 1.3 és 1.4 verzió, a HDMI 1.4-es és 2.0-ás verziót pedig a radikálisan megnövelt átviteli sebességű HDMI 2.1-es. Mindezekről részletes írtunk A HDMI, a DisplayPort és az adatátviteli korlátok című írásunkban.

Bitsebesség-számítás

Az említett cikkben futólag megemlítettük (nem reklám céljából, hanem a hasznossága miatt!) az Extron Electronics bitsebesség-kalkulátorát (4K Data Rate Calculator):

https://www.extron.com/product/videotools.aspx

A kalkulátor, nevével ellentétben lehetővé teszi az adatátviteli sebesség kiszámítását egyrészt a 640 x 480 pixel felbontástól a 3840 x 2160 pixel (UHD) felbontásig (Advanced fül, VESA szabvány), másrészt az NTSC-től a 10K-ig (10240 x 4320 pixel) (Advanced fül, SMPTE/ CEA szabvány).

Van egy Basic fül is a kalkulátoron, ahol hatféle felbontás szerepel az UHD-től a 10K-ig, de az UHD-n belül választható a „normál” UHD és a VESA szerinti csökkentett kioltású idejű UHD. Mindebből kiderül, hogy az Extron nemcsak monitorokhoz készítette ezt a kalkulátort.

Nézzünk egy-két példát! Az Advanced fülre kattintva a Standard alatt válasszuk ki a VESA szabványt, a Resolution alatt a legnagyobb felbontást (3840 x 2160 Reduced Blanking), a Refresh Rate alatt a 60 Hz-et, a Color Bit Depth alatt 8 bitet, és a Chroma Sampling alatt a 4:4:4-et. A Calculate gombra kattintva 16 Gbit/s adatsebességet kapunk. Ezt a jelet a 21,6 Gbit/s névleges, de 17,28 Gbit/s max. effektív adatsebességű DisplayPort 1.2-esen kényelmesen át lehet küldeni.

Ugyanez az SMPTE/CEA szabvány szerinti (videó) UHD esetében csak 4:2:0 kiválasztása mellett lehetséges, hiszen a kalkulátor szerint ekkor a szükséges bitsebesség így „csak” 8,91 Gbit/s, viszont 4:4:4 mellett ez 17,82 Gbit/s lenne. Szerencsére az UHD filmek, videók kódolása a fogyasztók számára 4:2:0-val történik.

Vegyünk egy másik példát: UHD felbontás, 120 Hz frissítés (ez a kalkulátorban csak 120 Hz-ig választható, de az egyenes arányosság miatt a kapott eredmény nagyobb frissítésre is könnyen átszámítható), 10 bit színmélység, 4:4:4 mintavételezés. A kalkulált bitsebesség 44,55 Gbit/s. Ez sajnos még a DisplayPort 1.4-esen (max. effektív átviteli sebesség: 25,92 Gbit/s) vagy a HDMI 2.1-esen (max. effektív átviteli sebesség: 42,6 Gbit/s) sem vihető át. A mintavételezést 4:2:2-re csökkentve (29,7 Gbit/s) azonban a HDMI 2.1-es már megfelel, 4:2:0 esetében (22,28 Gbit/s) pedig a DisplayPort 1.4 is megteszi.

Mentőöv

Létezik azonban egy „mentőöv” a nagy adatátviteli sebességigényű jelek átviteléhez, amelyet a VESA fejlesztett ki. Az ún. Display Stream Compression (DSC) „vizuálisan észrevehetetlen” tömörítési eljárás ugyanis a jel formátumától függően felére vagy harmadára tudja csökkenteni a szükséges bitrátát. A DisplayPort 1.4-es többek között abban különbözik az 1.3-as verziótól, hogy támogatja a DSC-t. Ugyanez érvényes a HDMI 2.1-re is, amelyen a DSC használatával akár a 8K@120 Hz-es jel is átvihető 4:4:4 mellett, feltéve, hogy 8 bit a színmélység. Komponens 4:2:2 vagy 4:2:0 mintavételezés esetében pedig még nagyobb bitráta-igényű jelek is továbbíthatók. A DSC tömörítő eljárás az 1.2-es verziónál tart.

Strongpulse