В этой статье мы познакомим вас с микрозеркальными чипами – теми малышами, которые формируют картинку в ваших проекторах. Немного истории, дальше технология. Сравним DMD по размерам и особенностям, дадим рекомендации.
Понимание разницы и контекста поможет выбрать подходящее решение для вашего домашнего кинозала.
DLP (Digital Light Processing) — технология проецирования от компании Texas Instruments. В настоящее время она доминирует в мировой кинотеатральной индустрии.
Сердце технологии DLP — особый чип, покрытый огромным количеством микромеханических зеркал, управляемых контроллером. Этот чип называется Digital Micromirror Device или коротко DMD. Автором DMD чипа является Dr. Larry J. Hornbeck. Он отдал 41 год компании Texas Instruments и он один из трех инженеров в мире, кто получил «Оскар» за технические достижения (Рей Долби тоже).
1987 г. — изобретение и патент DMD-чипа. Разработка в строжайшем секрете от конкурентов под кодовым названием «Харли». В честь мотоцикла.
1994 г.- Texas Instruments демонстрирует готовую DMD технологию для системы High-Definition TV на основе трёх DMD матриц.
1995 г. — промышленное производство DMD-чипов.
1996 г. — первый в мире DLP проектор InFocus LP440.
1999 г. — премьера фильма «Звездные войны. Эпизод I: Скрытая угроза» на DLP проекторах TI Mark V. Начало конца эры пленки.
DMD чип – это маленькое прямоугольное зеркало, похожее на микросхему. Но не простое. Это зеркало состоит из миллионов подвижных микрозеркал. На DMD чипе для 4К картинки – от 2,07 до 8,8 млн. микрозеркал.
Источник света в проекторе (лампа, лазер) светит на микромеханические зеркала DMD чипа. Контроллер чипа управляет поворотом каждого из этих микрозеркал, чтобы отправить свет или в объектив (ярко на экране), или в оптическую ловушку проектора (темно на экране). Каждое микрозеркало мгновенно переключается между двумя положениями: +12° (включено) и -12° (выключено). То есть всего 2 положения: On или OFF.
На каждый кадр 4К (60Гц) микрозеркало может переключаться ON/OFF до 5000 раз.
Важно: тон серого на экране зависит не от градуса наклона микрозеркала, а от его времени в положении On (+12°) и OFF(-12°) для каждого кадра.
Упрощённо: если за время кадра микрозеркало было в положении On 2500 раз и 2500 раз в положении OFF, то цвет на экране получится нейтрально серый.
Texas Instruments выпускает разные виды DMD чипов – например, есть даже чипы для УФ литографии. В нашей статье мы рассказываем только про отдельную линейку для кинотеатральных проекторов. Мы не будем рассматривать чипы для очень бюджетных проекторов с компромиссными решениями 1080р (Pico, переносные и т. п.), а сфокусируемся на чипах 4К проекторов для кинозалов, кинотеатров и медиарумов.
Сейчас очень важная развилка для понимания:
В настоящее время у Texas Instruments два больших семейства чипов для кино:
В таблице ниже представлены размеры двух семейств чипов, чаще всего используемых в проекторах для бытового кино. По сложившейся практике за размер чипа принимается его диагональ в дюймах.
| Чипы 4K XPR (искусственное 4K) | Чипы 4K (нативное 4K) |
| 0.47”(11.94 мм) | 0.90” (22.86 мм) |
| 0.66” (16.76 мм) | 0.98” (24.89 мм) |
| 0.78” (19.81 мм) | 1.38” (35.05 мм) |
| 0.8” (20.32 мм) | – |
Такие чипы у Texas Instruments называются XPR (Pixel Shifting):
Как видно, все они далеки от честного разрешения 4K (3840х2160 ) или DCI 4K (4096×2160). Так почему же их тогда называют DMD 4K UHD?
Магия, которая превращает физическое разрешение чипа 2К в картинку 4К называется Expanded Pixel Resolution (XPR). Вот что происходит по шагам:
Две последние манипуляции “восстанавливают” материал до 4К на экране.
Технология добавляет подкадры настолько быстро, что человеческое зрение не может уловить эти движения.
Чипам 0,47”, 0,78” и 0,80” для достижения 4К на экране нужно добавить к основному пикселю по полпикселя вокруг себя. Чипу 0,66” – только второй по диагонали от себя.
Посмотрите схему ниже для понимания:
Чтобы DLP проектору выдать зрителю на экране картинку 4К с частотой кадров 60 Гц чипу надо быть шустрее, соответственно, в 4 и 2 раза. Поэтому для достижения такого быстродействия требуется частоты 240 Гц для DMD чипов 0,47”, 0,78”, 0,80” и 120 Гц для чипа 0,66”. Это немало.
А что же физически двигает луч с такой скоростью в этой системе? Чип? Лазер? — спросите вы.
Ответ: ни то ни другое. Сдвигает луч иное устройство, которое называется оптический актуатор. Он располагается между DMD чипом и объективом проектора.
Упрощенно актуатор – это прямоугольник из специального оптического стекла, закрепленный на подвеске с электромагнитными приводами. В нужный момент приводы с невероятной скоростью наклоняют стекло на микроугол. Из-за наклона луч света преломляется в стекле и тем самым сдвигается на нужную величину в нужную точку экрана.
Эти актуаторы для чипов семейства XPR изготавливает сторонняя компания из Швейцарии Optotune.
В настоящее время выпускаются чипы DMD 4К Native следующих размеров:
Эти чипы имеют физическое (родное) разрешение 4096 × 2160 (DCI 4K). Никаких сдвигов, преломляющих стекол и прочих манипуляций. Настоящие 4К на входе в проектор, эти же 4К на экране.
Это же прекрасно, – скажем мы все. Но…
Печаль:
К огромному сожалению инженеров и энтузиастов кино, вся информация о чипах с нативным разрешением DCI 4K засекречена.
Эти чипы Texas Instruments продает лишь узкому кругу производителей проекторов: Barco, Christie и NEC. Такие чипы классифицируются уже как компонент коммерческого кино DLP Cinema. Их технические параметры не разглашаются.
Судя по спецификациям проекторов Barco и Christie, частота современных чипов с родным 4К может достигать 120 Гц.
Для понимания физического размера указывают диагональ микрозеркального поля в дюймах.
Почему чипы с бо́льшим размером – это лучше?
а) Меньше дифракционных процессов.
Чем больше физический размер, тем эффективнее оптическая решетка, т.е. соотношение площади микрозеркал к площади промежутков между ними. Больше пиксель (зеркальце) – меньше дифракции (радуги) отражения, паразитных ореолов от торцов зеркал, «растекания» пикселя на экране.
Результат – выше чёткость и контраст.
б) Отражает больше света.
Бо́льшая площадь зеркала — больше световой энергии. Чем больше поверхность чипа, тем с бо́льшим световым потоком он сможет справиться без угрозы термодеформаций микрозеркала, локального перегрева на краях зеркал. Чип проекторов размером 0,47” ограничен яркостью до 6’000 люмен, а чип 1.38” уже 75’000 люмен.
В конструкции больших чипов применяется керамика и более толстый алюминий в зеркалах. Результат: выше светосила, стабильность цветовой температуры, дольше жизнь чипа.
в) Упрощение оптической системы проектора.
Бо́льший чип выдаёт бо́льшие катеты проекционного конуса, проще коррекция оптических аберраций в линзах объектива проектора. Результат: меньше неравномерность яркости в центре и краях экрана (эффект виньетирования).
Безусловно, контрастность проектора зависит от нескольких компонентов проектора.
Но сейчас только о контрастности DMD чипа.
Главный враг контраста DMD чипа – щели между микрозеркалами. Они генераторы паразитной засветки, убивающей контраст. Чем меньше отношение площади щелей к площади зеркал (Pixel Fill Factor), тем выше контрастность чипа. Отношение площади зеркал к площади щелей:
Выше мы упоминали частоту DMD чипов 4К. Подробнее:
Сейчас очень важное пояснение:
Количество кадров в секунде контента (p) и частота проектора (Гц) – не одно и то же.
Большинство художественных фильмов снято с 24-мя кадрами в секунде (24р). Контент с 60-ю кадрами в секунде (60р) — это современные сериалы и шоу, документальные фильмы, спортивные мероприятия и некоторые игры. Контент с количеством кадров в секунде выше 60р пока встречается редко.
Для идеального результата кадры контента должны подружиться с частотой проектора. Что же происходит с картинкой при выходной частоте 60 Гц у проектора с чипами 4К XPR:
Что происходит при выходной частоте 120 Гц у проектора с нативными 4К чипами:
Вывод: У 4К XPR чипов нелады с идеальным показом художественных фильмов.
Для адаптации 24р фильма к 60 Гц проектора требуются технологические костыли (алгоритм преобразования 3:2 pulldown). Это серьёзный компромисс, он приводит к заметному подёргиванию картинки (judder), что особенно заметно в панорамных сценах фильмов.
Увы, это непреодолимая технологическая данность на сегодня для всех 4К XPR чипов (для художественных фильмов).
У чипов 4K Native с частотой 120 Гц всё отлично со всеми вариантами контента. Никаких преобразований, костылей, компромиссов, подергиваний. Идеал.
Проекторы для кино с чипами 4К XPR (особенно 0,47”) выпускает великое множество компаний. Но не многие из них инженерно развиваются и могут похвастаться выдающимися НИОКР (инженерными отделами).
На сегодня лидеры в кинотеатральном домашнем сегменте проекторов: Barco, итальянский Sim 2, тайваньские Optoma, BenQ, активно догоняющие – китайские XGIMI, Hisense, Awol.
Проекторы с нативными чипами 4К DMD для домашнего кино выпускает лишь одна компания в мире – Barco. В её линейке несколько проекторов с одним или тремя чипами, с разными источниками света, но чип DMD — 4K Native.
У конкурента Christie нет отдельной линейки проекторов 4К Native для домашнего кино, она предлагает для ультимативных премиальных персональных кинозалов 2 модели из своей профессиональной линейки (наш обзор тут).
Мы отдаём себе отчет, что и источник света, и оптика, и прочие элементы проектора сильно влияют на результат.
Также сильные коррективы в выбор вносит размер экрана (светосила проектора).
Спасибо за внимание.
Вопросы по статье можно задать в чате телеграмм.
Автор Антон Усанов (AV Архитектор Artinstall)
Вы пользуетесь устаревшей версией браузера. Данная версия браузера не поддерживает многие современные технологии, из-за чего многие страницы отображаются некорректно, а главное — на сайтах могут работать не все функции.