Dual Pixel RAW - что это и для чего она нужна. Схема конструкции Dual Pixel AF CMOS

Привет, Гиктаймс! При съемке на смартфон (да и не только) очень важно, чтобы фотографии получались четкими и ясными. Для этого объект снимка должен быть в фокусе до того, как вы нажмете на кнопку «Сделать фото». В последнее время многие производители смартфонов работают над улучшением технологий автоматической фокусировки, и сегодня мы рассмотрим плюсы и минусы каждой, и чем они отличаются. Как обычно все подробности под катом.

Лазерный автофокус: самый активный

Как и фазовый, лазерный автофокус относится к активному типу автофокуса. Этим направлением долгое время занималась компания LG, которая сперва реализовала лазерный автофокус в своем смартфоне G3. В основе работы технологии лежит принцип лазерного дальномера: лазерный излучатель освещает объект, а сенсор замеряет расстояние до него и время поступления отраженного лазерного луча.

Одно из главных преимуществ данного автофокуса - время. Как говорят в LG, весь процесс автофокусировки при помощи лазера занимает 0,276 секунды. Значительно быстрее контрастного автофокуса и немного пошустрее, чем фазовый.

Очевидный плюс лазерного автофокуса - он невероятно быстрый и хорошо отрабатывает в условиях недостаточного освещения. Но работает он только на определенной дистанции - самый лучший эффект достигается, если расстояние от смартфона до объекта составляет менее 0,6 метра. А после пяти метров - привет, контрастный автофокус.

Лазерным автофокусом оснащены преимущественно смартфоны LG - к примеру, LG G4 . Но есть и исключения: тот же One Plus 2 или Asus Zenfone 2 Laser . Впрочем, у последнего все ясно из названия, да и цена привлекательная для такого набора возможностей.

Двойная камера: смело, но не всем понятно

В какой-то момент производители поняли, что надо бы сделать что-нибудь диковинное, за пределами фазового или лазерного автофокуса. Так на свет появились двойные камеры: для получения четких снимков используется не один, а сразу два объектива. В то время, как одна камера с фиксированным фокусом получает снимок удаленных предметов, другая фокусируется на объектах, которые расположены рядом.

Важное преимущество двойной камеры - возможность быстро сделать снимок, а фокус сделать потом, прямо как в камере Lytro. Но если говорить о более аккуратном фокусе, здесь двойная камера явно проигрывает фазовому фокусу.

Пока что не очень много смартфонов на рынке доступны с двойной камерой - это устройства от HTC (например, One M9+), Honor 6 Plus и другие. Ходят слухи, что и Apple в своем новом iPhone решится на использование двойной камеры.

Технология инфракрасного автофокуса, которую компания Lenovo показала на MWC в прошлом году, работает по сути как лазерный автофокус, но по скорости он примерно в два раза быстрее контрастного. Протестировать её можно на примере Lenovo Vibe Shot .

Что же выбрать?

Поскольку смартфон каждый выбирает под свои нужды, сложно посоветовать что-то такое, что подойдет сразу всем. Кто-то в восторге от настраиваемого после съемки автофокуса у Huawei, другие считают оптимальным Dual Pixel. Если брать в целом, на данный момент фазовый автофокус является верным решением для большинства флагманов, и производители нам с вами постоянно это доказывают.

Теги: Добавить метки

Технология Dual Pixel CMOS AF используется в камерах Canon не первый год. Напомню, что в произведённых по данной технологии сенсорах изображения светочувствительные элементы имеют пару фотодиодов. Первоначально технология была призвана ускорить автофокусировку по матрице, используя фазовый принцип наведения на резкость. Об этом мы ещё поговорим в нашем обзоре.

Однако Canon EOS 5D Mark IV стал первой камерой в мире, которая способна записывать Dual Pixel RAW. В этом сыром формате сохраняется информация от отдельных фотодиодов каждого пикселя. Поэтому в RAW содержится некоторая информация о параллаксе: левый и правый фотодиоды «видят» мир по-разному. Конечно же, подобные файлы «весят» больше обычного — порядка 66 МБ, так как вмещают в себя два изображения. Скорость работы камеры с Dual Pixel RAW снижается.

Поэтому вторым пунктом в меню Canon EOS 5D Mark IV стоит именно включение/выключение этого формата записи. Так какие же преимущества даёт Dual Pixel RAW?

В Dual Pixel RAW записывается информация от левого и правого фотодиода каждого пикселя отдельно

Скажем сразу, что на момент написания обзора работать с Dual Pixel RAW можно было только в оригинальной программе Canon Digital Photo Professional 4. Однако возможности, которые открывают перед фотографом подобные RAW-файлы, как минимум удивляют.

Микрорегулировка изображения

Принцип работы этой функции мы так и не смогли выведать ни у представителей Canon, ни в интернете. То, что происходит в процессе «оптимизации Dual Pixel RAW» (именно так называется соответствующий пункт меню), скорее похоже на маленькое чудо. Уже после съёмки у фотографа появляется возможность подвинуть глубину резкости в кадре вперёд или назад.

Величина коррекции оказывается совсем небольшой. При съёмке со 100-мм объективом с дистанции около метра подвинуть ГРИП удалось лишь на 1,5-2 мм в одну и в другую сторону. Это немного, но такой регулировки может оказаться достаточно для микроподстройки при минимальных промахах в автофокусировке, которые в реальной съёмочной практике не редкость.

Оригиналы кадров:

Для эффективного применения функции «оптимизации Dual Pixel RAW» есть конкретные рекомендации, которые нам удалось запросить в Canon. Вот они:

• Съёмка должна производиться с фокусным расстоянием не менее 50 мм и диафрагменным числом не более f/5,6.
• ISO при этом не должно превышать 1600.
• Полученный эффект может различаться в зависимости от ориентации кадра (горизонтальная/вертикальная).
• Для максимальной эффективности необходимо придерживаться следующих параметров («Фокусное расстояние»: «Расстояние до объекта»):

o 50 мм: 1-10 м
o 100 мм: 2-20 м
o 200 мм: 4-40 м

Соблюдая эти правила, можно немного подкорректировать промах в фокусировке, например, при портретной съемке. На кадрах ниже я смог сделать резче ближний глаз модели уже после съемки.

Сдвиг резкости назад

Сдвиг резкости вперед

Сдвиг эффекта боке

Ещё более сюрреалистичной выглядит функция «сдвиг эффекта боке». Двигая ползунок в фоторедакторе, можно сдвигать фон относительно находящегося в фокусе объекта съёмки. Ощущение, что фотоаппарат «заглядывает за угол», за границу кадра. Безусловно, величина коррекции получается не слишком большой, однако она заметна на снимках.

Скриншоты в процессе обработки:

Как применять эту функцию на практике — решать вам. У нас же есть лишь одно предположение. Сдвиг боке может пригодиться, когда при съёмке в кадре случайно оказался мешающий объект, который частично закрыл собой основной объект съёмки. В редакторе можно получить эффект сдвига точки съёмки. Таким образом мешающий объект может быть передвинут.

Скриншоты в процессе обработки:

Важно отметить, что эффективность инструмента не стоит переоценивать. Сильные пересветы он не убирает. Однако яркость одиночных бликов, а также засветки у ярких объектов можно заметно снизить.

Оригиналы кадров:

Предварительные выводы о Dual Pixel RAW

На данный момент возможность работать с Dual Pixel RAW является скорее технологическим прорывом, нежели широко применимой на практике функцией. В процессе настройки вы можете выбрать лишь одну регулировку из трех. Нельзя одновременно сдвинуть боке и подстроить фокусировку для одного кадра. Сами границы коррекции сравнительно малы. На наш взгляд потенциал есть у микроподстройки фокуса. Эта функция может пригодиться портретным фотографам для идеального попадания в резкость при фокусировке на глазах модели. Также мы обращаем внимание читателей, что Dual Pixel RAW никак не влияет на разрешение снимка. Удвоения разрешения от применения двух раздельных фотодиодов не происходит.

Анонсированная в августе зеркальная фотокамера получила целый ряд усовершенствований по сравнению с предшественницей. Впрочем, большинство улучшений для такого класса камеры были вполне ожидаемыми, а сами улучшения можно назвать эволюционными.

Принципиально новое в зеркальных камерах встретить уже довольно сложно, но компании Canon все же удалось немного удивить фотографов.

Технология Dual Pixel RAW - это действительно что-то абсолютно невиданное, и ранее в камерах она не встречалась.

Что это за технология и для чего может быть использована?

Во многих системных современных камерах Canon используются светоприемные матрицы, где каждый пиксель состоит из двух отдельных фотодиодов A и B, информация с которых считывается раздельно. Такое раздельное считывание позволяет реализовать быструю фазовую фокусировку Dual Pixel AF при помощи самой матрицы.

За счет этого в зеркальных камерах Canon обеспечивается высокоскоростная автофокусировка при видеосъемке и при съемке с использованием экрана для визирования (LiveView).

Обычно при формировании снимка информация с фотодиодов A и B каждого пикселя объединяется, но в Canon EOS 5D Mark IV реализовали также дополнительную возможность записи файлов в особом формате Dual Pixel RAW.

В файлах Dual Pixel RAW содержатся два «изображения». Первое изображение сформировано на базе информации из фотодиодов A, а второе - на базе объединения информации из фотодиодов A и B. Получается, что к обычному кадру добавляется информация о параллаксе.

В теории все выглядит очень интересно, но попробуем Dual Pixel RAW на практике.

Как использовать Dual Pixel RAW?

На данный момент функция Dual Pixel RAW доступна только в камере Canon EOS 5D Mark IV. Для получения RAW-файлов формата Dual Pixel RAW необходимо в меню активировать соответствующую настройку.

При этом возникают некоторые не очень приятные особенности:

• размер RAW-файла формата Dual Pixel RAW имеет почти удвоенный объем (примерно 60 МБ против 35 МБ в обычных RAW-файлах);
• снижение скорости серийной съемки;
• в режиме LiveView серийная съемка будет недоступна;
• возможен рост шумов на изображении.

Также очень важным моментом при работе с RAW-файлами Dual Pixel RAW является то, что дополнительная функциональность формата обеспечивается только в фирменном редакторе Digital Photo Professional (DPP) .

А при использовании, например, популярного приложения Adobe Lightroom или RAW-конвертера Adobe Camera Raw файлы Dual Pixel RAW откроются (если установлены последние версии приложений), но функционально работа с ними не будет отличатся от работы с обычными RAW-файлами. Никаких дополнительных возможностей вы не получите.

По крайней мере, на данный момент ситуация именно такова.

Для получения большего эффекта от манипуляций с Dual Pixel RAW производитель приводит ряд рекомендаций. Они сводятся примерно к тому, чтобы при съемке обеспечивались небольшая глубина резкости (ГРИП) и существенное размытие фона.

Для файлов Dual Pixel RAW в редакторе Digital Photo Professional предусмотрен специальный режим обработки, в котором, собственно и осуществляются микроподстройка фокуса, сдвиг боке и подавление засветок.

Сдвиг точки фокусировки

Поэкспериментировав с несколькими файлами, должен сказать, что эффект от регулировки фокусировки настолько минимальный, что его очень трудно заметить . Да, при 100%-ном увеличении какое-то влияние ползунков видно, но оно очень незначительное и вряд ли дает реальную пользу фотографу.

Фото без редактирования (100-процентное увеличение)
Сдвиг зоны фокусировки максимально вперед (100-процентное увеличение)
Сдвиг зоны фокусировки максимально назад (100-процентное увеличение)

Признаться, ожидал несколько большего. Если вы рассчитываете перевести фокусировку с одного глаза на другой на портретном фото (разве что глаза будут находиться практически на одном расстоянии по отношению к камере), выбрать нужный объект на макроснимке, «перевести резкость» с одного участка на другой на предметном фото, то это не тот случай. Подстройка фокуса действительно микроскопическая.

Регулировка боке

При регулировке сдвига боке сам рисунок зоны размытия не меняется. Получаемый эффект на фото можно сравнить с тем, что вы получили бы, сдвигая чуть-чуть камеру вправо или влево относительно изначальной точки съемки.

Влияние на итоговое изображение настройки незначительное.

Фото без редактирования
Сдвиг боке максимально влево
Сдвиг боке максимально вправо

Надо заметить, что регулировка засветки очень влияет на боке. Причем, влияние негативное. На кадре появляются неприятные двоения объектов в зоне нерезкости. Видимо, не зря в данном режиме доступна возможность выбора зоны на фото, к которой будет применяться эффект. Кстати, выбор зоны на фото предусмотрен и для регулировки сдвига боке.

27.08.2016 5722 Справочная информация 0

недавно представленной зеркальной фотокамере появилась новая функция — Dual Pixel RAW. Давайте попробуем разобраться в том, что на самом деле предлагает использовать компания Canon в своей новинке.

Как уже стало понятно из анонса, никаких принципиальных изменений в пост-обработке не появилось. Новая функция только немного расширяет возможности для редактирования фотографий. Изначально многие сделали вывод, что двойная запись позволит произвольно менять точку фокусировки. Конечно, в действительности, ничего подобного нет. Dual Pixel RAW позволяет делать две манипуляции:

1) микро-подстройку фокуса;

2) сдвиг боке.

Эти слова означают именно то, что кажется. Зону нерезкости действительно можно «сдвинуть» влево и вправо на некоторое расстояние, которое зависит от нескольких факторов, например от расстояния до фона. Конечно, в связи с некоторым изменением ракурса, можно даже сказать, что меняется рисунок боке. Но это не совсем так. Объектив дает определенную картину, которую нельзя изменить.

Микро-подстройка фокуса работает примерно так же: появляется возможность выбрать чуть другую «точку съемки», которая позволит изменить резкость в определенных зонах изображения.

Вместе с данными изображения записывается информация о работе привода фокусировки. Такая информация дает возможность определять точку фокусировки проще. Не совсем понятно: насколько много такой дополнительной информации сохраняется, ведь и в предыдущих моделях, в том числе и в компактах, можно было посмотреть, по какой точке сфокусировалась камера.

В общем и целом все это приводит к тому, что для качественного использования Dual Pixel RAW нужно выполнять ряд условий:

1) объектив с фокусным расстоянием более 50 мм;

2) значение диафрагме от f/5.6 и больше (меньше значение f/...);

3) чувствительность ниже ISO 1600.

Для объектива с ФР 50 мм — дистанция 1...10 метров

Для объектива 100 мм — дистанция 2...20 метров

Для объектива 200 мм — дистанция 4...40 метров

Каждая двойная точка в Dual Pixel RAW формируется из двух разных фотоприемников (пикселов), которые расположены на матрице. Изначально технология использовалась для ускорения работы автофокуса. В данный момент камера 5D Mark IV позволяет записывать отдельные данные для получения фактически двух изображений для одного снимка. Со временем это может развиться, и появятся интересные алгоритмы обработки, которые анализируя зону резкости позволят менять силу применения эффекта в зависимости от "расстояния" до объекта, которое косвенно можно получить из двух разных кадров, снятых как бы с немного разных ракурсов. В теории это позволит очень легко определять зону размытия и размыть ее еще больше. Хотя производители портретных объективов с большой диафрагмой вряд ли будут прилагать усилия к развитию этой технологии.

К сожалению, за новые дополнительные возможности приходится расплачиваться огромным объемом данных. При использовании Dual Pixel RAW фотоаппарат записывает два файла для одного снимка, поэтому место на карте памяти расходуется в два раза быстрее.

В видеоролике ниже показана работа программы микро-коррекции фокуса. Отчетливо видно, что есть два положения фокуса — по количеству кадров.

Помимо того факта, что ЖК-мониторы для отображения картинки требуют цифровые данные, они отличаются от классических ЭЛТ-дисплеев ещё несколькими особенностями. К примеру, в зависимости от возможностей монитора, на ЭЛТ можно вывести практически любое разрешение, поскольку трубка не имеет чётко заданного числа пикселей.

А ЖК-мониторы из-за принципа своей работы всегда имеют фиксированное ("родное") разрешение, при котором монитор обеспечит оптимальное качество картинки. С DVI это ограничение не имеет ничего общего, так как его основная причина заключается в архитектуре ЖК-монитора.

ЖК-монитор использует массив крохотных пикселей, каждый из которых состоит из трёх диодов, по одному на основной цвет (RGB: красный, зелёный, синий). ЖК-экран, имеющий "родное" разрешение 1600x1200 (UXGA), состоит из 1,92 миллиона пикселей!

Конечно же, ЖК-мониторы способны выводить другие разрешения. Но в таких случаях картинку придётся масштабировать или интерполировать. Если, к примеру, ЖК-монитор имеет "родное" разрешение 1280x1024, то меньшее разрешение 800x600 будет растянуто до 1280x1024. Качество интерполяции зависит от модели монитора. Альтернативой является вывод уменьшенного изображения в "родном" разрешении 800x600, но при этом придётся довольствоваться чёрной рамкой.

На обоих кадрах показана картинка с экрана ЖК-монитора. Слева выведено изображение в "родном разрешении" 1280x1024 (Eizo L885). Справа находится интерполированное изображение в разрешении 800x600. В результате увеличения пикселей картинка выглядит блочной. Таких проблем на ЭЛТ-мониторах не существует.

Для отображения разрешения 1600x1200 (UXGA) с 1,92 миллиона пикселей и частотой вертикальной развёртки 60 Гц монитору требуется высокая пропускная способность. Если посчитать, то необходима частота 115 МГц. Но на частоту влияют и другие факторы, например прохождение области гашения, поэтому требуемая пропускная способность возрастает ещё больше.

Около 25% всей передаваемой информации относится ко времени гашения. Оно нужно для смены позиции электронной пушки на следующую строчку в ЭЛТ-мониторе. В то же время, ЖК-мониторам время гашения практически не требуется.

Для каждого кадра передаётся не только информация об изображении, но и учитываются границы, а также область гашения. ЭЛТ-мониторам необходимо время гашения, чтобы выключить электронную пушку по завершению вывода строчки на экране и перевести её на следующую строчку для продолжения вывода. То же самое происходит в конце картинки, то есть в нижнем правом углу - электронный луч выключается и меняет позицию на верхний левый угол экрана.

Около 25% всех пиксельных данных относятся ко времени гашения. Поскольку ЖК-мониторы электронную пушку не используют, здесь время гашения совершенно ни к чему. Но его пришлось учитывать в стандарте DVI 1.0, поскольку он позволяет подключать не только цифровые ЖК, но и цифровые ЭЛТ-мониторы (где ЦАП встроен в монитор).

Время гашения оказывается очень важным фактором при подключении ЖК-дисплея по DVI-интерфейсу, поскольку каждое разрешение требует определённой пропускной способности от передатчика (видеокарта). Чем выше требуемое разрешение, тем больше должна быть пиксельная частота TMDS-передатчика. Стандарт DVI оговаривает максимальную пиксельную частоту 165 МГц (один канал). Благодаря десятикратному умножению частоты, описанному выше, мы получаем пиковую пропускную способность данных в 1,65 Гбайт/с, которой будет достаточно для разрешения 1600x1200 на 60 Гц. Если требуется большее разрешение, то дисплей следует подключать по двухканальному DVI (Dual Link DVI), тогда два DVI-передатчика будут работать совместно, что даст удвоение пропускной способности. Подробнее этот вариант описан в следующем разделе.

Впрочем, более простым и дешёвым решением будет уменьшение данных гашения. В результате, видеокартам будет предоставлено больше пропускной способности, и даже DVI-передатчик на 165 МГц сможет справиться с более высокими разрешениями. Ещё одним вариантом можно считать уменьшение частоты горизонтального обновления экрана.

В верхней части таблицы показаны разрешения, которые поддерживает один DVI-передатчик на 165 МГц. Уменьшение данных гашения (в середине) или частоты обновления (Гц) позволяет достичь больших разрешений.

На этой иллюстрации показано, какая пиксельная частота требуется для определённого разрешения. Верхняя строчка показывает работу ЖК-монитора с уменьшенными данными гашения. Второй ряд (60Hz CRT GTF Blanking) показывает требуемую пропускную способность ЖК-монитора, если данные гашения нельзя уменьшить.

Ограничение TMDS-передатчика пиксельной частотой 165 МГц сказывается также и на максимально возможном разрешении ЖК-дисплея. Даже при уменьшении данных гашения мы всё равно упираемся в определённый предел. Да и снижение частоты горизонтального обновления может дать не очень хороший результат в некоторых приложениях.

Чтобы решить эту проблему, спецификация DVI оговаривает дополнительный режим работы, названный Dual Link. В данном случае используется сочетание двух TMDS-передатчиков, которые передают данные на один монитор через один разъём. Доступная пропускная способность удваивается до 330 МГц, чего вполне достаточно для вывода практически любого существующего разрешения. Важное замечание: видеокарта с двумя выходами DVI не является картой Dual Link, у которой два TMDS-передатчика работают через один порт DVI!

На иллюстрации показан двухканальный режим работы DVI, когда используется два TMDS-передатчика.

Впрочем, видеокарты с хорошей поддержкой DVI и уменьшенной информацией гашения будет вполне достаточно для вывода информации на один из новых 20" и 23" дисплеев Apple Cinema в "родном" разрешении 1680x1050 или 1920x1200, соответственно. В то же время, для поддержки 30" дисплея с разрешением 2560x1600 от интерфейса Dual Link уже никуда не деться.

Из-за высокого "родного" разрешения 30" дисплей Apple Cinema требует подключения по Dual Link DVI!

Хотя два разъёма DVI уже стали стандартом на high-end 3D-картах для рабочих станций, не все видеокарты потребительского уровня могут этим похвастаться. Благодаря двум разъёмам DVI мы всё же можем использовать интересную альтернативу.

На этом примере два одноканальных порта используются для подключения дисплея на девять мегапикселей (3840x2400). Картинка просто разделена на две части. Но этот режим должны поддерживать и монитор, и видеокарта.

На данный момент можно найти шесть различных разъёмов DVI. Среди них: DVI-D для полностью цифрового подключения в одноканальной и двухканальной версиях; DVI-I для аналогового и цифрового подключения в двух версиях; DVI-A для аналогового подключения и новый разъём VESA DMS-59. Чаще всего производители графических карт оснащают свои продукты двухканальным разъёмом DVI-I, даже если карта имеет один порт. С помощью адаптера порт DVI-I можно превратить в аналоговый выход VGA.

Обзор различных разъёмов DVI.

Раскладка разъёма DVI.

Спецификация DVI 1.0 не оговаривает новый двухканальный разъём DMS-59. Он был представлен рабочей группой VESA в 2003 году и позволяет вывести два выхода DVI на картах малого форм-фактора. Он также призван упростить расположение разъёмов на картах с поддержкой четырёх дисплеев.

Наконец, мы переходим к сути нашей статьи: качество TMDS-передатчиков разных графических карт. Хотя спецификация DVI 1.0 и оговаривает максимальную пиксельную частоту 165 МГц, не все видеокарты дают на ней приемлемый сигнал. Многие позволяют достичь 1600x1200 только на уменьшенных пиксельных частотах и со сниженным временем гашения. Если вы попытаетесь подключить к такой карте устройство HDTV с разрешением 1920x1080 (даже с уменьшенным временем гашения), ваш ждёт неприятный сюрприз.

Все графические процессоры, поставляемые сегодня ATi и nVidia, уже имеют встроенный на чип TMDS-передатчик для DVI. Производители карт на графических процессорах ATi чаще всего используют встроенный передатчик для стандартной комбинации 1xVGA и 1xDVI. Для сравнения, многие карты на графических процессорах nVidia используют внешний TMDS-модуль (к примеру, от Silicon Image), даже несмотря на наличие TMDS-передатчика на самом чипе. Чтобы обеспечить два DVI-выхода, производитель карты всегда устанавливает второй TMDS-чип независимо от того, на каком графическом процессоре базируется карта.

На следующих иллюстрациях показаны обычные дизайны.

Типичная конфигурация: один выход VGA и один DVI. TMDS-передатчик может быть как интегрирован в графический чип, так и вынесен на отдельный чип.

Возможные конфигурации DVI: 1x VGA и 1x Single Link DVI (A), 2x Single Link DVI (B), 1x Single Link и 1x Dual Link DVI, 2x Dual Link DVI (D). Примечание: если на карте установлены два выхода DVI, то это не означает, что они двухканальные! На иллюстрациях E и F показана конфигурация новых портов VESA DMS-59 с высокой плотностью, где обеспечивается четыре или два одноканальных выхода DVI.

Как покажет дальнейшее тестирование в нашей статье, качество выхода DVI на картах ATi или nVidia бывает весьма разным. Даже если отдельный TMDS-чип на карте известен своим качеством, это вовсе не означает, что каждая карта с этим чипом обеспечит высокое качество сигнала DVI. Даже его расположение на графической карте немало влияет на конечный результат.

Совместимость со стандартом DVI

Чтобы протестировать качество DVI современных графических карт на процессорах ATi и nVidia, мы выслали шесть образцов карт в тестовые лаборатории Silicon Image для проверки совместимости со стандартом DVI.

Что интересно, для получения лицензии DVI совсем не обязательно проводить тесты совместимости со стандартом. В результате, на рынок выходят продукты с заявленной поддержкой DVI, которые не соответствуют спецификациям. Одной из причин такого положения дел является сложная и, следовательно, дорогая процедура тестирования.

Отреагировав на эту проблему, компания Silicon Image в декабре 2003 года основала тестовый центр DVI Compliance Test Center (CTC) . Производители устройств с поддержкой DVI могут выслать свои продукты для тестирования на совместимость со стандартом DVI. Собственно, это мы и сделали с нашими шестью графическими картами.

Тесты разделены на три категории: передатчик (обычно видеокарта), кабель и приёмник (монитор). Для оценки совместимости DVI создаются так называемые глазковые диаграммы, представляющие сигнал DVI. Если сигнал не выходит за определённые границы, то тест считается пройденным. В противном случае устройство не совместимо со стандартом DVI.

На иллюстрации показана глазковая диаграмма TMDS-передатчика на частоте 162 МГц (UXGA) с передачей миллиардов битов данных.

Проверка глазковой диаграммы является самым важным тестом для оценки качества сигнала. На диаграмме заметны флуктуации сигнала (дрожь фазы, jitter), искажения амплитуды и эффект "звона". Эти тесты также позволяют наглядно увидеть качество DVI.

Тесты совместимости со стандартом DVI включают в себя следующие проверки.

1. Передатчик: глазковая диаграмма с заданными границами.
2. Кабели: создаются глазковые диаграммы до и после передачи сигнала, затем они сравниваются. И вновь, границы отклонения сигнала жёстко заданы. Но здесь уже допускаются большие расхождения с идеальным сигналом.
3. Приёмник: вновь создаётся глазковая диаграмма, но опять же, допускаются ещё большие расхождения.

Самые большие проблемы при последовательной высокоскоростной передаче связаны с дрожью фазы сигнала. Если такого эффекта нет, то вы всегда можете чётко выделить сигнал на графике. Большинство флуктуаций сигнала создаются тактовым сигналом графического чипа, что приводит к появлению низкочастотной флуктуации частоты в диапазонах от 100 кГц до 10 МГц. На глазковой диаграмме флуктуация сигнала заметна по изменению частоты, данных, данных по отношению к частоте, амплитуды, слишком избыточному или слишком малому подъёму. Кроме того, измерения DVI различаются для разных частот, что необходимо учитывать при проверке глазковой диаграммы. Но благодаря глазковой диаграмме, можно наглядно оценить качество сигнала DVI.

Для измерений анализируется один миллион перекрывающихся участков с помощью осциллографа. Этого достаточно для оценки общей производительности соединения DVI, поскольку сигнал на протяжении длительного периода времени не будет существенно изменяться. Графическое представление данных производится с помощью специального программного обеспечения, которое Silicon Image создала в сотрудничестве с Tektronix. Сигнал, соответствующий спецификации DVI, не должен заступать на границы (синие области), которые автоматически прорисовываются программным обеспечением. Если сигнал попадёт на синюю область, то тест считается не пройденным, а устройство - не соответствующим спецификации DVI. Программа сразу же показывает результат.

Видеокарта не прошла тест совместимости с DVI.

Программное обеспечение сразу же показывает, прошла карта тест, или нет.

Для кабеля, передатчика и приёмника используются разные границы (глазки). Сигнал не должен заступать на эти области.

Чтобы понять, как определяется совместимость с DVI и что необходимо при этом учитывать, нам следует погрузиться в дополнительные детали.

Так как передача DVI полностью цифровая, то возникает вопрос, откуда появляется дрожание фазы сигнала. Здесь можно выдвинуть две причины. Первая - дрожание вызывается самим данными, то есть 24 параллельными битами данных, которые выдаёт графический чип. Однако данные автоматически корректируются в чипе TMDS при необходимости, что гарантирует отсутствие дрожания фазы в данных. Поэтому оставшейся причиной появления дрожания является тактовый сигнал.

На первый взгляд, сигнал данных свободен от помех. Это гарантируется благодаря регистру-защёлке (latch), встроенному в TMDS. Но главной проблемой всё же остаётся тактовый сигнал, который портит поток данных через 10-кратное умножение ФАПЧ.

Так как частота умножается в 10 раз с помощью ФАПЧ, влияние даже небольшого искажения увеличивается. В итоге данные попадают на приёмник уже не в своём первоначальном состоянии.

Сверху показан идеальный тактовый сигнал, ниже - сигнал, где один из фронтов начал передаваться слишком рано. Благодаря ФАПЧ, это напрямую влияет на сигнал данных. В общем, каждое возмущение тактового сигнала приводит к ошибкам при передаче данных.

Когда приёмник семплирует повреждённый сигнал данных с помощью "идеального" тактового сигнала гипотетического ФАПЧ, он получает ошибочные данные (жёлтая полоса).

Как это работает на самом деле: если приёмник будет использовать повреждённый тактовый сигнал передатчика, он всё ещё сможет считать повреждённые данные (красная полоса). Именно поэтому тактовый сигнал тоже передаётся по кабелю DVI! Приёмнику требуется тот же самый (повреждённый) тактовый сигнал.

Стандарт DVI включает в себя устранение дрожания фазы (jitter management). Если оба компонента будут использовать один и тот же повреждённый тактовый сигнал, то информация может считываться из повреждённого сигнала данных без ошибок. Таким образом, совместимые с DVI устройства могут работать даже в условиях наличия низкочастотного дрожания фазы. Ошибку в тактовом сигнале тогда можно обойти.

Как мы уже объясняли выше, DVI работает оптимально, если передатчик и приёмник используют один и тот же тактовый сигнал и их архитектура одинакова. Но так бывает не всегда. Именно поэтому использование DVI может привести к появлению проблем, несмотря на сложные меры предотвращения дрожания фазы.

На иллюстрации показан оптимальный сценарий для передачи DVI. Умножение тактового сигнала в ФАПЧ (PLL) приводит к задержке. И поток данных уже не будет целостным. Но всё выправляется с помощью учёта той же самой задержки в ФАПЧ приёмника, поэтому данные принимаются корректно.

Стандарт DVI 1.0 чётко определяет задержку ФАПЧ. Такая архитектура называется несвязанной (non-coherent). Если ФАПЧ не соответствует данным спецификациям по времени задержки, то могут появиться проблемы. В индустрии сегодня ведутся горячие дискуссии по поводу того, следует ли использовать подобную несвязанную архитектуру. Причём, ряд компаний выступает за полный пересмотр стандарта.

В этом примере используется тактовый сигнал ФАПЧ вместо сигнала графического чипа. Следовательно, сигналы данных и тактовые сигналы согласованы. Однако из-за задержки в ФАПЧ приёмника данные обрабатываются некорректно, и устранение дрожания фазы уже не работает!

Теперь вам должно быть понятно, почему использование длинных кабелей может стать проблемным, даже если не учитывать внешние помехи. Длинный кабель может вносить задержку в тактовый сигнал (напомним, что сигналы данных и тактовые сигналы имеют разные частотные диапазоны), дополнительная задержка может влиять на качество приёма сигнала.