Képhibák [2]: A flicker (villogás)

A képhibák megismertetését másodikként a villogás (flicker, flickering) elemzésével folytatjuk. Ez nem jelent fontossági sorrendet, hiszen a kép jellegétől és a néző érzékenységétől függően a képhibák bármelyike kinek-kinek zavaróbb vagy kevésbé zavaró lehet.

A flicker vagy villogás/vibrálás eredete abban keresendő, hogy egy-egy teljes képfrissítési ciklus alatt a képernyőn a fénysűrűség – közkeletű nevén a fényerő – nem állandó. (Természetesen ebbe nem beleértendő a hasznos képtartalom változása miatti fényerőváltozás. A képtartalom átlagos fényerejének megnövekedése adott frissítési frekvencián azonban észlelhetőbbé teheti a villogást.)

Ezt a látásunk villogásként, vagy enyhébb esetben „vibrálásként” érzékeli. A jelenséget bizonyos képfrekvencia, illetve frissítési frekvencia fölött nem érzékeljük, de hogy hol van ez a határ, az sok mindentől függ. Pl. attól, hogy milyen megjelenítési technológiáról, vagy egyszerűbben szólva, milyen megjelenítő eszközről van szó. A fényerő nem kívánt változása ugyanis egy képkocka teljes megjelenítési ciklusa alatt – beleértve a képkioltás idejét (blank interval) – egészen másmilyen egy filmes vetítőgépnél, egy digitális projektornál, egy képcsöves monitornál/tévénél vagy egy LCD monitornál/tévénél stb. Fontos tény az is, hogy ugyanolyan frekvencián a villogás érzékelése erősen függ a fényerő abszolút nagyságától.

FIGYELEM! A flicker viszont nem függ attól, hogy mozgókép vagy állókép (fotó) megjelenítéséről van szó. Ez utóbbi esetében ugyanúgy fellép, ha alacsony a frissítési frekvencia.

A flicker is keletkezhet – akárcsak a Képhibák [1]: a judder, avagy akadozás c. írásunkban bemutatott judder – a kép felvételekor (pl. ha a jelenetet megvilágító fény frekvenciája eltér a felvételi frekvenciától), azonban mi most csak a kijelzők/megjelenítők okozta villogással akarunk foglalkozni.

A villogásérzet határai

Azt rögtön leszögezhetjük, hogy a legtöbb esetben a mozgás folyamatosságának érzetét biztosító 15-20 kép/s vagy a szabványosított 24 kép/s filmes ráta, sőt a 25 vagy 30 kép/s televíziós képfrekvencia sem elegendő a villogás érzetének megszüntetéséhez. (Ez utóbbinál éppen ezért vezették be az 50, illetve 60 félkép/s-os váltott soros pásztázást.) Kivételt képeznek ez alól éppen az LCD vagy hozzá hasonló technológiák, amelyeknél egy képkocka kirajzolásának elejétől a végéig csak elhanyagolható mértékben változik a képelemek fényereje („sample and hold” működés). Az LCD viselkedésére még vissza kell térnünk!

Kőbe vésett számot mondani a villogásmentes kép frekvenciájára már csak azért sem lehet, mert ugyanazon megjelenítő eszköz (ugyanazon kijelzőtechnológia) esetében is egy sor egyéb tényezőtől is függ. Például a környezeti fény mennyiségétől és minőségétől, a látásunk adaptációjától, attól, hogy a kép a centrális vagy a perifériális látótérben van, továbbá a néző nemétől, korától stb. A felsorolt tényezők azonban eltörpülnek az átlagos fényerő nagysága, illetve a teljes frissítési cikluson belül a fényerőváltozás jellege mellett. Minél nagyobb a megjelenítés fényereje, annál magasabb frissítési frekvencia szükséges ahhoz, hogy a villogást ne érzékeljük. A fényerő változásának jellege pedig a különböző megjelenítő rendszerekben más és más. Minél több fekete (blank) képtartalom van a frissítési periódusban, annál zavaróbb lehet a villogás – ha nem elég nagy a frekvencia.

A hagyományos (filmes) mozi

Amiről most néhány szó ejtünk, az már legnagyobbrészt a múlté, bár néhány filmrendező még mindig ragaszkodik a filmnyersanyagra való forgatáshoz. A film előhívása után azonban a képet digitális “metamorfózisnak” vetik alá, és minden további munkálat, és a végén a vetítés is valódi film nélkül történik. A flicker megértéséhez mégis célszerű, ha megismerkednünk a filmvetítéssel – múlt időbe téve az e szakaszban leírtakat.

A mozikban szokásos 50-60 cd/m2 (kb. 16 footlambert) fénysűrűség esetében a villogásérzet megszüntetéséhez elegendő lenne kb. 40 kép/s vetítése. A filmek 24 kocka/másodperc rátával készülnek, így ha a vetítőgép minden kockát – miközben a film áll a képkapuban – kétszer vetít be a fényút megszaggatásával –, akkor a 48 kép/s „frissítési frekvencia” jó eredményt ad. Ha az említettnél nagyobb a fénysűrűség, akkor szükség lehet a 24 kép/s megháromszorozására, azaz minden képkocka háromszori bevetítésére (72 kép/s). Hangsúlyozzuk, hogy a vetítőgép minden esetben „csak” 24 különböző tartalmú képkockát (mozgásfázist) jelenít meg, de a villogásérzet megszüntetéséhez a kétszeri vagy háromszori megszaggatás tökéletesen megfelel.

Ide tartozik még az is, hogy a hagyományos film esetében a felvételkor az egy képkockára „szánt” 1/24 másodpercnyi (kb. 41,7 ms) időtartamnak csak a fele esik magára a „hasznos” képtartalomra, a másik felében nem történik képrögzítés, hiszen a filmszalag továbbításának idejére, azaz 20,8 ms-ig az ún. szektornak meg kell akadályoznia a fény bejutását a kamerába. (Ez az időtartam a film hőskorában a szektor területének változtatásával állítható volt, azután rögzítették az értékét.) Vetítéskor ugyanezt a sémát kell követni: filmlehúzás, vetítés, újra filmlehúzás, vetítés… Egy-egy kocka vetítési ciklusának a fele mindig fekete képtartalom, akkor is, ha a „frissítést” kétszerezik vagy háromszorozzák. Könnyű észrevenni, hogy az elektronikus megjelenítés esetében gyakran alkalmazott „black frame insertion” (BFI – fekete képkockák beszúrása) nevű eljárás analógiájáról van szó. Pontosabban az elektronikus képalkotás bizonyos fajtái vették át a filmtől ezt a „megoldást”. Ez kifejezetten csökkenti a mozgáselmosódást, viszont sajnos emeli a villogás legyőzéséhez szükséges frekvenciát.

A digitális mozi

A digitális mozinál kissé más a helyzet, mint a hagyományosnál. A 24 kocka/másodperc felvételi ráta egyelőre még uralkodó, de a digitális filmkameránál gyakorlatilag bármilyen nagyra beállítható a hasznos képidő és a „holtidő” (a kioltás) aránya. Ennek következménye, hogy a mozgásfázisok sokkal „közelebb” kerülhetnek egymáshoz (a hasznos képidő 20,8 ms-nál jóval hosszabb lehet), ami nem biztos, hogy kívánatos. A mozgáselmosódás szempontjából biztos, hogy nem, de a villogást tekintve igen. Ám ha megtartja is a digitális kamera a fele-fele arányt (amit a hagyományos filmkameránál mechanikai okok miatt határoztak meg) – a mai képérzékelők nagy érzékenysége és kis zaja ezt bőven megengedi –, vetítéskor a digitális projektor a fényerőveszteség elkerülése érdekében alapesetben nem fog hosszú blank intervallumokat, elsötétítéseket beiktatni a képkockák közé, habár a frissítési frekvenciát megnövelheti akár 96 vagy 120 Hz-re is. Így természetesen a villogás már egyáltalán nem érzékelhető, de a „black frame insertion” elmaradása mozgáselmosódási problémákhoz vezethet (a projektortechnológiától függően), és a film „filmszerűsége” is bizonyos mértékig csorbát szenved.

A képcsöves monitorok/televíziók

Weboldalunkon már elbúcsúztattuk a képcsövet (In Memoriam CRT), azonban a flicker jobb megértése miatt most mégis érdemes beszélnünk róla, habár az eszköz a használatból csaknem teljesen kiszorult.

Hogyan történik a kép kirajzolása a CRT-ben? Egy kép (vagy félkép) kirajzolása alatt az elektronsugár felülről lefelé végigpásztázza a képernyőt, egy adott pillanatban egyetlen (vagy a színes képcsövekben három elektronsugár három) foszforpontot fénykibocsátásra késztet, majd továbbhalad. A gerjesztés megszűnésével a foszforpont fénykibocsátása a foszfor fajtájától függően gyorsan csökkenni kezd, de nem szűnik meg azonnal – ezt hívják utánvilágításnak (decay). Ám a televíziós képcsövekben vagy monitorokban az utánvilágítás nem lehet sem túl hosszú, sem túl rövid egy kocka kirajzolási idejéhez képest. Ha túl hosszú, akkor az adott képkockából megmaradó tartalom áthúzódhat a következő kockára, ami egyfajta látható utánhúzást okoz. A rövid utánvilágítás pedig nagy „hullámzást” hoz létre a képelemek fénysűrűségében a kockán belül, ami éppenséggel a villogást erősíti. Külön problémát jelenthet, hogy a zöld foszfor utánvilágítása tipikusan nagyobb a vörösénél és a kékénél.

A képcső a fent vázolt működési elvből adódóan mindig relatíve erősen villog, amit csakis a frissítési frekvencia növelésével lehet csökkenteni vagy megszüntetni (mármint azt, hogy a szemünk ezt érzékelje).

Végeredményben a képcsövek utolsó nagy korszakában a nagy fényerő miatt már az 50/60 Hz-es váltott soros pásztázás, illetve a 60 Hz-es progresszív pásztázás sem volt képes a villogásérzetet tökéletesen megszüntetni. A PC monitorokat gyártók ezért a beállítható frissítési frekvenciát feljebb „tolták” akár 85 Hz-ig. Ugyanis ennél kisebb frissítésnél az esetleg alig érzékelhető CRT villogás is komoly szemkárosodást okozhat, ha naphosszat a képernyő előtt ülünk. Az LCD monitorok és televíziók elterjedésével azonban a villogás megszűnt probléma lenni a TFT LCD panel működési elvének köszönhetően. De tényleg száműzte a villogást az LCD?

Az LCD monitorok/televíziók

Az LCD panel alapesetben villogásmentes, ami önmagában nagyon jó, de a mai monitorok egy részére ez már nem igaz. A villogásmentesség okát csak röviden említjük, mert oldalunkon már többször szóba került, pl. Az LCD tündöklése c. írásunkban. Az LCD pixelek „sample and hold” elven működnek, azaz a frissítésük első pillanatában kapott fényértéket (majdnem teljesen) megtartják a ciklus végéig. A kioltási idő (blank intervallum) pedig olyan rövid, hogy a szemünk számára normál frissítési frekvencián észrevehetetlen. A világos „felfalja” a sötétet – ahogy találóan mondani szokták.

Az első léket az LCD villogásmentességén az ütötte, hogy a fényerő szabályozási módszereként bevezették a háttérvilágítás idejének lerövidítését az ún. PWM módszerrel. A PWM (Pulse Width Modulation – impulzusszéleség-moduláció) elnevezés itt erősen vitatható, mert eredetileg egy impulzussorozat impulzusai szélességének hasznos információval való modulációjára használták a kifejezést (és használják ma is), de ezen az apróságon ne akadjunk fenn! Nos, a monitorok fényerejének PWM szabályozásakor a maximális fényerőn nincs semmi baj, mivel a PWM ekkor nem aktív (de ki az, aki szeretne megvakulni, és maximális fényerő mellett használni a mai monitorokat?). A fényerő csökkentésekor azonban egyre jobban rövidül a háttérvilágítás időtartama, más szóval az LCD cellák relatíve hosszú ideig nincsenek átvilágítva. Fölösleges mondani, hogy ez észrevehető villogást okozhat, bár a PWM frekvenciáját általában jó nagyra választják (2-300 Hz fölött, sőt jóval efölött is). Én azt gondolom, hogy a PWM okozta villogás miatti félelem nagyobb, mint a villogás érzékelhetősége, de a monitorgyártók inkább nem nagyon kockáztatnak, a PWM kiszorulóban van. De lehet, hogy ebben tévedek.

Van azonban egy másik, az LCD monitorokba egyre gyakrabban beépített technológia, amely radikálisan képes csökkenteni az LCD-re amúgy jellemző mozgáselmosódást (ez jó), de egyúttal villogás forrása is (ez nem jó). Az összefoglalóan „motion blur reduction”-nak (mozgáselmosódás-csökkentésnek) nevezhető módszer – amelynek az egyes gyártók természetesen saját nevet adnak – lényege abban van, hogy a frissítési cikluson belül a kép „jelenléti” idejét csökkenti, a legtöbbször változtatható mértékben. Az eljárás alapja itt is a háttérvilágítás idejének csökkentése (emiatt a fényerő is csökken, akárcsak a PWM-nél), de tipikusan a frissítési frekvencia periódusával, tehát a háttérvilágítás minden ciklusban megrövidül. Az eredmény: a mozgó objektumok élessége látványosan javul, de sajnos megjelenik régi ismerősünk is, a villogás. Az igazat megvallva, az LCD panel működését ezzel a módszerrel „CRT-jellegűvé” tették, ám szerencsére az újabb monitorok egyre nagyobb frissítési frekvenciái (120, 144,…240 Hz) a villogást jórészt semlegesítik, miközben a mozgáselmosódást is csökkentik. A mozgáselmosódásról mint képhibáról egy következő jegyzetben részletesen írunk.

Alvares

Readers Comments (2)

  1. Mit tegyek ha flickering -em van?
    Van megoldás, vagy csak egyszerűen vegyek egy új monitort?

    Válasz
    • Nagy Árpád 2018-03-30 @ 22:22

      Ha CRT monitorról lenne szó (bár nem feltételezem, hogy manapság valaki CRT monitort használ), akkor nincs más megoldás, mint a csere. Az LCD monitoroknál nem lép fel észrevehető villogás, kivéve két esetet: ha a fényerőszabályozás ún. PWM-mel van megoldva (elég könnyen utána lehet nézni, hogy ez így van-e), vagy pedig ha aktiválva van a mozgáselmosódás-csökkentő funkció (ezt a legtöbbször ULMB-nek nevezik, de a neve márkafüggő). Az ULMB élesebbé teszi a képet gyors mozgás esetén, de hátránya, hogy villogást okoz, ugyanis tulajdonképpen villogtatja a háttérvilágítást. A mértéke azonban szabályozható, és a frekvenciája a frissítási frekvenciával egyezik meg, úgyhogy lehet olyan beállítást elérni, ahol sokan már nem érzékelik a villogást. Ha azonban valaki kifejezetten érzékeny a villogásra, akkor ki kell kapcsolni a funkciót. A PWM-es monitornál pedig – ha ez okozza a villogást – nincs jobb megoldás, mint a csere. Igaz, 100% fényerő mellett a PWM nem aktív, na de ki az, aki full fényerőn kiteszi magát a gyors megvakulásnak?

      Válasz

Várjuk hozzászólását!

Az Ön email címe nem kerül nyilvánosságra.


*


Ez a weboldal az Akismet szolgáltatását használja a spam kiszűrésére. Tudjunk meg többet arról, hogyan dolgozzák fel a hozzászólásunk adatait..