Frissítve: 2023. április 18.

4K-UHD és még nagyobb 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 (5K, 6K, 8K) és a többi „húzóerő”

Az adatátviteli sebesség-igény növekedésére az elmúlt években főleg a felbontás folyamatosan tapasztalt növekedése gyakorolta. Az egyszerűség kedvéért itt most a kijelző látható pixeleinek teljes számát értjük.*  A 4K-UHD felbontás (3840 x 2160 pixel) például négyszer akkora adatátviteli sebességet igényel, mint a Full HD (1920 x 1080 pixel).  Megjegyzés: 8K-UHD (7680 x 4320 pixel) felbontású PC monitor mindezidáig alig-alig jelent meg kereskedelmi forgalomban, de azért a számuk lassan, de biztosan várhatóan növekedni fog.

*A manapság leginkább elterjedt 16:9-es formátumú monitorok mellett megjelentek különféle egyéb formátumok is, mint a „szuperwide” (21:9), „ultrawide” (32:9) és más „exotikus” képoldalarányok is. A gyártók ezeknél a monitoroknál a vízszintes és a függőleges pixelek számának arányát a formátumhoz igazítják. Pl. a 32:9-es monitoroknál a pixelszám tipikusan 3840 x 1080 pixel.

A frissítési frekvencia lineárisan növeli a bitrátát, vagyis kétszer akkora frissítési frekvencia kétszer akkora átviteli sebességet követel. A gaming monitorok egyre növekvő frissítési frekvenciája igencsak megnöveli a szükséges átviteli sebességet, ugyanis ma már vannak 360 Hz-es, sőt 500 Hz-es gaming monitorok is, ami a 60 Hz-es monitorokhoz képest 6-szoros, illetve több mint 8-szoros szorzót jelent. A színmélység ugyancsak lineárisan emeli a sebességigényt. Pl. 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 a 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 a PC-monitorokat (egyelőre) nem érinti, mivel az egyre nagyobb számban megjelenő „HDR-képes” monitorok a nyílt forráskódú HDR10 szabványt igyekeznek követni (ez az esélyes az általános elterjedésre, legalábbis a monitorok világában), amely 10 bites színmélységet ír elő. Fentebb említettük, hogy a 8 bithez képest ez 25%-kal nagyobb átviteli sebességet igényel.

A legnagyobb változást – mint látjuk – a 4K-UHD monitorok terjedése hozta magával, a nagy felbontás növelte meg leginkább a szükséges adatátviteli sebességet. A nem játék céljára szánt panelek gyártói a közelmúltig a 4K-UHD felbontás esetében 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, nagy frissítés és HDR egyszerre

A panelgyártók azonban már kihozták a 120 Hz, 144 Hz, sőt 240 Hz frissítést lehetővé tevő 4K-UHD felbontású paneleket – természetesen a gamereknek szánt monitorokhoz, és ezek a készülékek már a piacon vannak. Sok gaming monitor emellett HDR10 támogatást is produkál, ami együtt jár a 10 bites színmélység követelményével, nem beszélve a széles színtartományról és a nagy maximális fényerőről.

A következmények

A fent mondottak „húzzák maguk után” a PC-k, főleg a grafikus kártyák teljesítményének gyors növelését, de ez nem okoz technikai problémát manapság, viszont a felhasználók zsebét igencsak megterheli.

A szűk, vagy legalábbis viszonylag lassan változó keresztmetszet, amelynek szükségszerűen szintén alkalmazkodnia 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 (a VESA, illetve a HDMI Forum), és a DisplayPort 1.2-es verziót sok készüléken már felváltotta az 1.3 és 1.4 verzió, sőt a 2.0, legújabban pedig a 2.1 verzió is felkerülhet a kijelzőkre (és persze a grafikus kártyákra is). A HDMI 1.4-es és 2.0-ás verziót pedig a radikálisan megnövelt átviteli sebességű HDMI 2.1-es (a szabvány már 2017 végén nyilvánossá vált). A DisplayPort 2.0 interfész sávszélessége 80 Gbps, amelyből a kódolásra használt biteket levonva 77,37 Gbps marad a tényleges adatátvitelre, a HDMI 2.1-es pedig 48 Gbps sávszélesség mellett 42,6 Gbps-os adatátvitelre képes. Mindezekről részletes írtunk A HDMI, a DisplayPort és az adatátviteli korlátok című írásunkban.

A szükséges bitsebesség számítása

Az említett cikkben futólag megemlítettük (nem reklám céljából, hanem a hasznossága miatt) az Extron Electronics bitsebesség-kalkulátorát (8K Data Rate Calculator):

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

A kalkulátor lehetővé teszi a szükséges adatátviteli sebesség kiszámítását egyrészt a 640 x 480 pixel felbontástól a 7680 x 4320 pixel (8K-UHD) felbontásig (Advanced fül, VESA szabvány), másrészt az NTSC-től a 10K-ig (10240 x 4320 pixel) (Advanced fül, SMPTE/ CTA/DCI szabvány).

Van egy Basic fül is a kalkulátoron, ahol kilencféle felbontás szerepel a 1080p-től a 10K-ig, de az UHD-n belül választható a „normál” UHD és a VESA szerinti csökkentett kioltású idejű (RB) UHD. Mindebből kiderül, hogy az Extron nemcsak monitorokhoz, hanem a televízió- és videotechnika kijelzőihez is készítette ezt a kalkulátort.

Nézzünk egy-két példát! Az Advanced fülre kattintva a Standard alatt válasszuk ki a VESA szabványt, a Resolution alatt a 3840 x 2160 UHD CVT-RB felbontást, a Refresh Rate alatt a 60 Hz-et, a Color Bit Depth alatt 10 bitet, és a Chroma Sampling alatt a 4:4:4-et. A Calculate gombra kattintva 18 Gbit/s (nem névleges, hanem ténylegesen szükséges) adatsebességet kapunk. Ezt a jelet a DisplayPort 1.3-ason vagy 1.4-esen kényelmesen át lehet küldeni, de a DisplayPort 1.2 vagy a HDMI 2.0 ehhez már nem elegendő. A HDMI 2.1 viszont már alkalmas ilyen adatmennyiség átvitelére.

Ugyanez az SMPTE/CEA/DCI szabvány szerinti (videó) 4K-UHD esetében, egyébként hasonló feltételek mellett a sebességigény 20,05 Gbps, amihez ugyancsak szükséges a HDMI 2.1 (vagy a DisplayPort 1.3, ill. 1.4).

Ha a 24 Hz „filmes” frissítéssel, és a 4:2:2 komponens jellel megelégszünk, akkor még a HDMI 1.4-es és a DisplayPort 1.2-es csatolófelület is elegendő, mivel a szükséges átviteli sebesség 8,91 Gbps. A 24 Hz-es UHD filmek, videók kódolása a fogyasztók számára 4:2:0 komponens formában történik, ami újabb 25%-kal csökkenti a sebességigényt.

Végül – még mindig az SMPTE/CTA/DCI mellett maradva – tételezzük fel, hogy egy HFR (high frame rate) filmet szeretnénk megnézni. Jellemzők: 4K-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 és 4:4:4 mintavételezés. A kalkulált szükséges bitsebesség 40,10 Gbit/s. Ehhez sajnos a DisplayPort 1.4-es (max. adatsebesség: 25,92 Gbps) nem megfelelő, a HDMI 2.1-es (max. adatsebesség: 42,6 Gbps) viszont igen.

Fentebb említettük a DisplayPort 2.0 portot (a 2.1-es verzió a sebességet tekintve nem különbözik), amely tovább tágítja a lehetőségeket – ám az igények általában előtte járnak a lehetőségeknek, különösen a gaming monitoroknál. 240 Hz frissítést, 4K-UHD felbontást, RGB 4:4:4-et és 10 bit színmélységet feltételezve – és azt is feltéve, hogy ezt a legeslegújabb grafikus kártyák tudják – már a DisplayPort 2.0 sem elég a maga 80 Gbps sávszélességével, nem beszélve a HDMI 2.1-ről. Van azonban egy menekülési lehetőség…

Mentőöv

Létezik egy „mentőöv” a nagyon nagy adatátviteli sebességigényű jelek átviteléhez, amelyet a VESA fejlesztett ki. Az ún. Display Stream Compression (DSC) „vizuálisan veszteségmentes” és pici késleltetésű tömörítési eljárás ugyanis a jel formátumától függően felére vagy harmadára tudja csökkenteni a szükséges bitrátát. A DisplayPort 2.0 és 2.1 (de már az 1.4-es is) többek között abban különbözik az előző verzióktól, 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