FRC в телевизорах и мониторах, объяснение

Современные мониторы и телевизоры предлагают широкий выбор дисплеев, от бюджетных до высококачественных моделей. Значительное место среди них занимают устройства, поддерживающие искусственное улучшение цвета, используя человеческое восприятие для повышения качества изображения. Эти устройства используют технологии, известные как FRC (Frame Rate Control) или Dithering. Хотя оба термина часто используются взаимозаменяемо, они представляют немного разные подходы с одной целью.

Frame Rate Control (FRC) — это технология, которая искусственно добавляет цветовые тона к изображению. Она делает это, намеренно изменяя цвет пикселя для создания более плавных переходов между оттенками.

Dithering, с другой стороны, вводит шум в изображение, сглаживая исходный цветовой оттенок для достижения аналогичных мягких переходов между цветами.

Цветовые тона, передаваемые экранами с разными битами

Понимание количества оттенков и глубины цвета можно проиллюстрировать на примере 8-битной матрицы. В видео исходное изображение передается в трех основных цветах: синий, красный и зеленый. Каждый пиксель на экране состоит из трех субпикселей, по одному на каждый цвет.

Цифровой сигнал в своем исходном формате может быть представлен 2 битами (вкл/выкл) с разным количеством блоков. В 8-битном дисплее один субпиксель может представлять 2^8 цветов, что равно 256 оттенкам. Учитывая, что для создания одного цвета используются три субпикселя, общее количество возможных оттенков рассчитывается следующим образом: 256×256×256 = 16,7 миллиона оттенков.

Вот краткий обзор мониторов и телевизоров на основе их глубины цвета и качества изображения:

Глубина цвета	Количество цветов	Использование	Текущая актуальность
6 бит	0,26 миллиона	Самые дешевые мониторы, в основном для офисной работы, не подходят для графики.	Ведущие производители не используют это качество в своих продуктах уже более десятилетия.
8 бит	16,7 миллиона	Мониторы среднего класса, подходящие для работы с графикой, но не профессионального уровня.	90% телевизоров и мониторов используют 8-битные экраны. Более половины телевизоров оснащены дисплеями этого класса, включая бюджетные сегменты LED и начальные QLED телевизоры.
10 бит	1,07 миллиарда	Высококачественные мониторы, подходящие для редактирования фотографий и других задач, требующих превосходных цветовых переходов.	Устанавливаются в премиум телевизоры.

Как работает FRC в дисплеях

Человеческий глаз имеет определенную инерцию. Из-за этого два часто меняющихся изображения сливаются в одно. Если вы смотрите на фигуру, которая меняет цвет с белого на черный с высокой частотой, она будет казаться серой. Именно так работает FRC. Если два «соседних» цвета меняются на пикселе с высокой частотой, глаз увидит промежуточный цвет, которого нет в палитре матрицы.

Если ваш телевизор или монитор поддерживает FRC, эта технология работает на аппаратном уровне. В свою очередь, существуют различные алгоритмы создания промежуточных оттенков изображения, которые имеют разные названия: 8bit+A-FRC, классический 8bit+FRC, 8bit+Hi-FRC.

В общем, некоторые кадры отображают цвета, соответствующие палитре матрицы с заданной глубиной цвета, но заменяют истинный цвет. Например, на изображении ниже переход от темно-синего к голубому приводит к очевидному и заметному сдвигу цвета. Следующая иллюстрация схематически показывает, как группа последовательных пикселей работает на экране без и с FRC, и как люди воспринимают цвет.

Кадр 1: Переход явно виден, потому что цвета показаны такими, какие они есть: первые два пикселя темнее, а следующие два светлее. Человек воспринимает четкий переход цвета.

Кадр 2: В игру вступает FRC, переставляя цвета второго и третьего пикселей.

Кадр 3: Визуально человек воспринимает эту перестановку пикселей как появление дополнительного цвета, которого нет на 8-битном экране.

Достигает ли дисплей 8-bit + FRC качества 10-bit?

Конечно, нет. Независимо от используемой технологии, дисплей 8-bit + FRC никогда не сможет действительно отображать миллиард оттенков. Хотя он может визуально представить больше оттенков и улучшить качество изображения, он все же будет уступать настоящему 10-битному экрану.

В реальных условиях восприятие оттенков изображения очень индивидуально. Некоторые люди могут воспринимать 200000 оттенков зеленого, другие — только 10000, а некоторые могут увидеть миллион. Точно измерить количество оттенков, отображаемых дисплеем с FRC, очень сложно и требует специализированных лабораторий. Более того, непреодолимым препятствием для правильного определения количества оттенков является индивидуальное восприятие, которое и является основой всей технологии FRC.