Технологии: "Эволюция экранов"⁠⁠

Из года в год разрешение экранов современных устройств растет, все больше и больше увеличивая четкость выдаваемой картинки. HD, 4K, 8K... А начиналось все с черно-белых телевизоров, где размер картинки был меньше спичечного коробка.

Раннее телевидение

Пионерами серийных ТВ можно считать черно-белые американские телевизоры Visionette, выпущенные в 1929 году. Экран у первых моделей был размером с почтовую марку. Перед ним устанавливалось увеличительное стекло, которое позволяло хоть что-то разглядеть. Это были модели с механической разверткой. Для создания изображения в телевизоре такого типа постоянно крутился диск с прорезями, управляемый электромотором. Понятия «разрешение экрана» в прямом смысле тогда не существовало. Качество изображения считалось по строкам развертки — в данной модели их было 45. Такого качества хватало лишь для того, чтобы распознать на кадре некоторые предметы или лица, снятые очень крупным планом.

Настоящую популярность телевизоры обрели лишь с появлением кинескопов. В 1934 году немецкая компания Telefunken начала производство первых серийных кинескопных телевизоров. Количество строк развертки составило 120. Это позволяло передавать изображение, эквивалентное разрешению 160 х 120 точек. На деле, правда, реальный размер картинки был немного меньше — все из-за особенностей чересстрочной развертки. Телевизоры стали более похожи на привычные нам модели. Это были устройства с диагональю от 30 см, но корпус по современным меркам был огромным. В течение пары лет выпуск аналогичных по характеристикам моделей освоили в США, Великобритании и Франции. В 1940 году производство таких телевизоров наладили и в Советском Союзе. На ближайшие полвека кинескопы, или электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), станут основой для большинства устройств с экранами.

Классическая эра: SECAM, PAL, ЭЛТ

В 1953 году для телевизионного вещания разработали и утвердили стандарт NTSC. Он позволил вещать в цвете с 480 строками развертки и частотой 60 Гц. В первом кадре отображались нечетные 240 строк, во втором — четные. Такая технология формировала изображение 640 х 480 с реальной скоростью 30 кадров в секунду. Этот принцип отображения использовали все телевизоры. Речь идет, в том числе, о системах по стандартам SECAM и PAL, появившихся в 1960-х. В новых стандартах максимальный размер изображения составлял 720 х 576 точек при частоте 50 Гц и 25 кадрах в секунду. Кинескопные телевизоры с такими характеристиками разрешения использовались вплоть до начала 21 века. Стандарт DVD-Video основан именно на этих параметрах разрешения и частоты.

Производители ТВ долгое время не видели смысла увеличивать качество картинки. Прогресс снова пошел вперед с появлением компьютеров. Они требовали все большего разрешения для комфортной работы с текстовыми элементами операционной системы. В начале девяностых ЭЛТ-мониторы покорили разрешение 1024 х 768, а чуть позже, с распространением 15- и 17-дюймовых моделей — 1280 х 1024 и 1600 х 1200. Последним, впрочем, в те годы мало кто пользовался. Вплоть до появления LCD-мониторов в большинстве компьютеров разрешение рабочего стола было довольно скромным: 1024 х 768 или 1280 х 1024 точек.

Впрочем, такое разрешение могли использовать только персональные компьютеры. Игровые приставки, подключаемые к ТВ, давали картинку совсем невысокого разрешения. Они уступали даже стандартам телевидения 60-х годов. К примеру, NES (известная нам, как Dendy) в режиме PAL выдавала всего 256 x 240 точек, SEGA Mega Drive и Sony PlayStation — до 320 x 240.

Панели LCD и эпоха HD

Начало 21 века ознаменовалось массовым распространением LCD-панелей. Первые такие мониторы страдали от недостатков медленных матриц и плохой контрастности. Однако места они занимали гораздо меньше, чем ЭЛТ. Кроме того, они поспособствовали появлению массовых ноутбуков и мобильных телефонов с цветными экранами.

Первые LCD редко применялись в телевизорах. Поначалу производители остановили выбор на плазменных панелях. Эта технология обеспечивала хорошие цвета и контрастное изображение. Конечно, имелись и недостатки: плазменные телевизоры потребляли много энергии, много весили и были подвержены выгоранию экрана. Но самое главное, такие панели могли обеспечить лишь разрешение в 1024 х 768 точек. Этого было недостаточно: уже в 2005 году началось внедрение стандарта HD Ready, требовавшего разрешения 1280 х 720 и выше. LCD-панели все эти годы развивались, и могли предоставить необходимое разрешение. Так что полный переход на них стал вопросом времени. Появление стандарта Full HD в 2007 году стало последним гвоздем в крышку гроба плазменных панелей. Альтернатив LCD просто не осталось.

Первые массовые компьютерные мониторы на LCD-панелях имели разрешение 1280 х 1024 при диагонали 17-19 дюймов. Такие модели были типичны для 2002-2006 годов. В дальнейшем появились широкоформатные мониторы с соотношением сторон 16:10. Размер изображения увеличился: модели высокого класса могли похвастатть разрешением 1920 x 1200. Более простые модели имели разрешение 1680 х 1050 и 1440 х 900 точек. Последние применялись и в ноутбуках премиум-класса. В бюджетных «ноутах» использовалось более скромное 1280 х 800.

Увеличилось и разрешение в игровых приставках. PlayStation 2 и первые Xbox в основной массе игр выдавали до 720 x 576 точек. Приставки следующего поколения Xbox 360 и PlayStation 3 уже могли обеспечить настоящий HD-гейминг в разрешении 1280 х 720.

В «нулевых» развивались и экраны мобильников. В первых моделях с цветными LCD-дисплеями разрешение не превышало 128 x 96 точек. В 2005-2006 годах размер стандартного разрешения варьировался от 176 х 208 до 320 х 240 точек. Это поспособствовало развитию мультимедийных возможностей телефонов и мобильных игр . Первые массовые смартфоны на ОС Symbian также использовали эти разрешения. До 2008 года 320 х 240 оставалось стандартом для мобильных устройств.

LED, OLED, 4K

В 2010-е ТВ и мониторы стали оснащаться подсветкой матриц на основе светодиодов, или LED. До этого в крупных устройствах использовались люминесцентные лампы. Благодаря новой технологии увеличились контрастность и цветовой охват панелей.

К этому времени формат 16:10 признали устаревшим. Новые модели мониторов оснащались только панелями с соотношением сторон 16:9 — 1920 х 1080, 1600 х 900 и 1366 x 768. Этот формат до сих пор применяется в большинстве недорогих ноутбуков, телевизоров и компьютерных мониторов.

Произошла и эволюция в сегменте смартфонов: сенсорные модели стали по-настоящему массовыми. Они взаимодействовали с пользователем через экран, а не через клавиатуру. Поэтому первые закономерно стали расти в размерах. Разрешения нового формата 2008-2011 годов: 480 х 320, 640 х 360, 800 х 480, 960 х 540.

В «десятых» мобильные устройства получили новый вид матриц на органических светодиодах — OLED. Для смартфонов началась эпоха HD — появились модели с разрешением экрана 1280 х 720 точек. Флагманы вскоре обзавелись матрицами 1920 х 1080. В 2015 году появились первые модели с разрешением 2560 х 1440 и даже 3840 х 2160, что соответствует стандарту 4К. Правда, производители быстро поняли, что гоняться за огромным разрешением на маленьких экранах бессмысленно. Сейчас большинство смартфонов оснащается панелями с разрешением в 1080 точек по узкой стороне экрана (Full HD+).

К середине «десятых» OLED добрался и до телевизоров. Однако здесь конкуренция с LED идет только в устройствах высокого ценового диапазона. Новая технология — весьма недешевая.

Игровые приставки восьмого поколения PlayStation 4 и Xbox One, выпущенные в 2013 году, наконец порадовали пользователей разрешением Full HD в играх. Однако графика новых игр становится все более требовательной к аппаратной части приставок. Поэтому современные игры на них идут в куда более скромных разрешениях — 1600 x 900 или даже 1280 х 720.

В 2014 появился новый стандарт разрешения — 4К. Он обеспечил разрешение в 3840 х 2160 точек, то есть ровно в четыре раза больше популярного Full HD. К настоящему времени телевизоры с поддержкой формата доступны даже в начальном ценовом сегменте. Компьютерные мониторы с поддержкой разрешения 4К тоже выпускаются, однако встречаются в реальном пользовании довольно редко до сих пор. В этом сегменте сейчас происходит экспансия так называемых 2.5К-моделей с разрешением 2560 х 1440.

В связи с распространением формата 4К, Sony и Microsoft выпустили улучшенные версии консолей восьмого поколения. Ими стали PlayStation 4 Pro и Xbox One X, выпущенные в 2016 и 2017 году. Однако, несмотря на поддержку 4К, во многих играх данные консоли выдают меньшее разрешение. Где-то используют апскейл с 2560 х 1440, где-то применяют шахматный рендеринг (разные части кадра чередуются через один для получения нужного разрешения).

8К, 16К… Что дальше?

В 2020 году Sony и Microsoft выпустили игровые приставки девятого поколения: PlayStation 5 и Xbox Series X/S. Устройства поддерживают вывод картинки в 8К Ultra HD. Хотя игры на них воспроизводятся лишь в 4К, курс на повышенное разрешение уже задан.

Телевизоры и мониторы с поддержкой 16К уже есть в продаже. Правда, моделей не очень много, да и стоят они баснословных денег. Но момент, когда они станут массовыми, недалеко. А потом начнут набирать обороты устройства с более высоким разрешением. Прогресс не остановить. Но есть ли в таком разрешении смысл?

Возьмем для примера самый популярный размер диагонали для современных ТВ — 55 дюймов. При разрешении Full HD картинка будет выглядеть максимально чётко вплоть до 2,5 метров от устройства. Это и есть то расстояние, на котором смотрят ТВ такого размера большинство людей. При использовании современной модели 4К такой же диагонали вы сможете наблюдать идеально гладкое изображение уже с расстояния 120 сантиметров от экрана.

Идем дальше — прикупили вы суперсовременную модель с 8К. Порог различимости снова уменьшился в два раза. Теперь идеальную картинку вы сможете видеть с расстояния… 60 см. Дальше нельзя? Можно конечно, но тогда разницу с Full HD вы не увидите, а с 4К — и тем более. И это мы говорим об устройствах с действительно большими экранами. В компьютере или смартфоне с панелью сверхвысокого разрешения отличия можно увидеть лишь буквально уткнувшись носом в экран.

Проблему использования 4K и 8К на компьютерах усложняет и то, что для обработки 3D-картинки свервысокого разрешения требуется кратно больше аппаратных мощностей. Именно поэтому пользователи производительных игровых ПК предпочитают мониторы с разрешением 2560 х 1440. Разница с 4К на обычном расстоянии не бросается в глаза, зато производительность в играх гораздо выше.

При этом телевизоры уже осуществили переход формат 4К и 8К но не торопятся переезжать на 16К. Всё потому, что большинство пользователей разницы не увидит: мало кто смотрит ТВ с расстояния меньше метра. Да и контента в таком разрешении практически нет.

Зачем же нужны сверхвысокие разрешения, раз от них нет никакой реальной пользы? На самом деле, это серьезный задел на будущее. Матрицы сверхвысокого разрешения будут полезны в VR-очках следующего поколения, при использовании которых наконец-то можно будет избавиться от зернистости изображения. Крупные панели 8К и 16К найдут отличное применение в телевизорах-стенах, установленных в торговых центрах — наконец, к такому ТВ можно будет подойти вплотную и увидеть четкое изображение, а не размытые кадры. В будущем такое разрешение найдет применение и в лобовых AR-стёклах автомобилей.

Для съемки видео 8К тоже пригодится: из ролика такого разрешения можно будет получить более качественную 4К-видеозапись. Вариантов действительно множество, поэтому дальнейшее развитие сверхвысоких разрешений неизбежно.