LCD monitor s analogovým vstupem a konverze na digitál

U monitorů s VGA analog vstupem se často psalo, že "dochází ke dvoji konverzi" tedy že GPU převede obraz na analog a monitor jej opět převede na digitál.
Opravdu ale LCD při použití analog vstupu něco převádí na "digitál"?

LCD panel přece může fungovat na analogovém principu, kde amplituda analogového signálu z DSUB vstupu přímo ovládá otevření a zavření tekutých krystalů v pixelech. Takže by neměla být potřeba žádná další digitální konverze, když analogový signál z VGA vstupu může LCD panel zpracovat přímo.

Analogový signál mění svou amplitudu podle toho, jak je jednotlivý pixel "rozsvícený" a vysílá se jeden pixel po druhém řádek po řádku a podle toho se přímo mohou "otevírat" krystaly v panelu.

Napovídá tomu i to, že monitory jen s analog vstupem byly levnější než ty co měly i digitální DVI - kdyby tam byl potřeba konvertor navíc, tak levné modely mají naopak jen DVI.

Co si o tom myslíte? Dochází opravdu k nějaké "dvojí konverzi" u LCD monitorů s analogovým VGA vstupem?


Re:LCD monitor s analogovým vstupem a konverze na digitální signál
« Odpověď #1 kdy: 04. 11. 2024, 09:14:06 »
Co jsem viděl monitory rozebrané, tak je uvnitř vždycky "AD board" = hlavní a cca jediná mozková deska (plošák) uvnitř monitoru. To že monitory bez DVI byly levnější může být výsledek obchodní politiky a nemusí přímo souviset s náklady, nebo může hrát roli "licenční poplatek" za DVI konektor apod. Je to trochu paradox a souhlasím, že rychlý ADC v podobě samostatné součástky pro obecné použití je dodnes docela drahá legrace. Prostě v čipsetech pro placaté monitory byl trojitý RGB ADC vždycky superlevný - úspory z rozsahu / masová výroba. Podle mého taky bylo potřeba prodávat "mizerné analogové VGAčko" levně, aby se modely s digitálním vstupem mohly prodávat dráž a s lepší marží :-) Reálný kapitalismus.

Historicky analogový přenos existoval dříve, byl na trhu základní volbou v době, kdy digitální propoje se teprve začínaly etablovat. Digi přenos byl "něco nového, s příslibem dokonalé kvality" - v porovnání s analogovou mazanicí. Taky ta analogová mazanice si vystačila s řádově menší šířkou pásma (rychlostí přeběhu budičů) než obvody pro sériový digitální přenos téhož obrazu v nekomprimované podobě. Nevím jak dneska... digitální hradla a diferenciální linkové budiče a křemíkový proces pro jejich výrobu může vycházet levněji, než proces způsobilý produkovat mixed-signal DAC (nebo levněji než externí DAC čip, což se ale reálně spíš nekoná).

Samotný ten nápad, budit LCD krystaly rovnou VGA signálem - není to až tak přímočaré.

Předně by musela být splněna podmínka, že rozlišení VGA signálu odpovídá rozlišení displeje. Pokud neodpovídá, je potřeba konverze rozlišení obrazu = digitální interpolační operace nad rastrovými daty (pixely). Dumám, jak by tohle šlo implementovat analogově... no, zajímavá úvaha :-) Reálně se to dělá digitálně, čipsety pro monitory obsahují scaler prakticky odjakživa. Dokonce nějaké relativně malé "skoro jenom level shifter" čipy na starých PC motherboardech, konvertory digitálního rozhraní, taky dělaly scaling, stačila jim k tomu paměť na pár řádků. Tohle bylo v dobách, kdy integrované nebo diskrétní grafiky třeba scaler ještě neměly - je to opravdu dávno.

Pokud odhlédneme od rozlišení, tak i pokud se týče barvonosného signálu, je potřeba zpracování. Reakce elementu tekutého krystalu není zdaleka lineární, tzn. je potřeba linearizace, toto pro každý barevný kanál zvlášť, a další problém je, že barevné podání pigmentů/filtrů v LCD displejích se neshoduje se "spektrálními vlastnostmi" jmenovitých RGB barevných složek - takže to ani nejde "narovnat per barevný kanál", ale je potřeba dělat transpozici v "třírozměrném" barevném prostoru... viz řeči o pokrytí gamutu apod. Což je opět operace buď na nějakou digitální interpolační matiku nebo překladové tabulky (look-up tables, LUT). Tzn. první krok je opět ten, že se relativně krotký lineární VGA signál zdigitalizuje, aby se dal zmasírovat do podoby, která bude barevně vypadat OK na zhůvěřilém LCD displeji.

Není třeba si lámat hlavu s tím, že to digitální zpracování něco stojí. Několik fabrik v Číně a možná v Koreji přesně pro tyhle potřeby už asi dvacet let peče all-in-one šváby a prodává je za hrst fazolí. S příchodem LCD televizí pokročila integrace dál, a dneska má ten jediný velký šváb on-die taky poměrně výkonný obecný procesor a video dekompresní akcelerátor se schopností dekomprimovat všemožné formáty, libovolně škálovat rozlišení, odstraňovat proklad, konvertovat snímkovou frekvenci, vyhlazovat pohyb a vůbec obraz všemožně "vylepšovat". Toto vše pořád "za hrst fazolí". V samostatných čipech zbyla jenom RAM, Flash, tuner (RF front-end) a snad výkonový audio konec (tř.D).

Zahlédl jsem před časem odkazy na službu někde v Číně, která dokázala poslat A/D board pro libovolný displej. Člověk si z televize může vyrobit velkoformátový monitor, který nebude mít "televizní" manýry. Nebo zrecyklovat starou televizi, které umřel motherboard. Ohledně tohoto nápadu mi trochu kazí radost, že zrovna motherboard obvykle přežije nejdéle. Jako první odchází třeba podsvícení (pokud pominu opravitelné závady v napájení). A co pozoruju aktuálně prodávané televize, tak se k posvícení zřejmě už ani nedá dostat - tenoučký skleněný sendvič displeje je vlepený do plechové vany mechovou oboustrankou a nazdar bazar...

Re:LCD monitor s analogovým vstupem a konverze na digitální signál
« Odpověď #2 kdy: 04. 11. 2024, 09:54:12 »
Dalo by se pokračovat:

* Nastavte si na monitoru kontrast. Tím se změní přepočty…
* Zobrazte si na monitoru OSD. Bude muset kombinovat dva obrazy…

Jako asi by šlo udělat analogový obvod, který by to za specifických podmínek (plné rozlišení, výchozí kontrast, bez OSD, …) řešil, a v ostatních případech použít analog. I tak by ten obvod asi nebyl úplně triviální, a celý návrh by komplikoval, protože digitální varianta by stále existovala. A pokud má jít o levné monitory, fakt bych nečekal, že se bude výrobce pouštět do speciálního návrhu pro ně, aby docílil vyšší kvality za cenu dražší výroby i dražšího návrhu.

RDa

  • *****
  • 2 760
    • Zobrazit profil
    • E-mail
Re:LCD monitor s analogovým vstupem a konverze na digitální signál
« Odpověď #3 kdy: 04. 11. 2024, 11:03:44 »
Moderni LCD displej nelze krmit analogovymi daty.

LCD displej aktivuje 1 z Y radku, zatimco horizontalni drivery produkuji patricnou sadu napeti pro kazdy sloupec, a ta se "zapise" / zapamatuje skrze tranzistor z toho "TFT". V podstate je to podobny jako u moderniho CMOS obrazoveho snimace, jen namisto per-column-ADC je zde per-column-DAC.

Pokud by jste chtel analog, tak potrebujete analogovej deserializer - a namisto jednoho ADC skoncite s X analogovymi pametmi kterym musite sampling ridit velice presne - a taky distribuovat 1 signal do 1920 bufferu tak, aby nebyl videt zadnej pattern noise moc nejde.

Navic kazdy lepsi TCON umi overdrive, takze to, cim se matice krmi, je zprocesovany signal podle nejake temporalni filtracni funkce a displej si vlastne skryte pamatuje predchozi cely frame.

VGA monitor nebyl levnej kvuli zapojeni, ale kvuli sve ne-kvalite (a mozna danim).

Obcas pouziji VGA z BMC, a cim modernejsi monitor, tim hur to trefi framing takze mam text mimo obraz. Stare monitory to zvladali pocitove lepe.

Tonda

  • *****
  • 646
    • Zobrazit profil
    • E-mail
Re:LCD monitor s analogovým vstupem a konverze na digitální signál
« Odpověď #4 kdy: 04. 11. 2024, 11:09:56 »
LCD displej je z podstaty digitální, je tam jasně daný počet pixelů a každý má daný konečný počet stavů. Takže i to co popisuješ je v podstatě AD konverze.


Re:LCD monitor s analogovým vstupem a konverze na digitální signál
« Odpověď #5 kdy: 04. 11. 2024, 11:46:13 »
Díky za vysvětlení. Asi to dává smysl, že konverze na digitál byla nutná.
Hlavně teda ta interpolace při nižším rozlišení - ale i to by asi šlo vyřešit nějakým analogovým pevně daným škálováním.
Ale jinak vaše vysvětlení dávají smysl.

Trochu jsem se divil tomu OSD - CRT monitory byly analogové a taky neměly problém nad analogovým obrazem zobrazit OSD. A nebo poslední CRT monitory taky obraz digitalizovaly pro lepší vlastnosti obrazu a možnosti jeho úpravy? (Barevná teplota, různé lichoběžníkové korekce atd)

Re:LCD monitor s analogovým vstupem a konverze na digitální signál
« Odpověď #6 kdy: 04. 11. 2024, 12:27:52 »
Nevím jak moc digitální byly poslední generace multisync CRT, ale podle mého do video signálu digitálně nezasahovaly.  Pokud tam byl nějaký MCU/CPU, tak víceméně počítal nějaké stejnosměrné pracovní body / řídící napětí, která pak dával skrz vícekanálový pomalý DAC klíčovým uzlům v analogové signálové cestě. Nebo jestli se taky něco korigovalo ve vychylování paprsku (ohledně geometrických zkreslení)... nevím nejsem odborník.

Upravit barevnou teplotu lze analogově nastavením zisku / posuvu / gammy per barevný kanál.

Ano měly OSD - podle mého "klíčovaný" do analogového obrazu, podobně jako už mnoho let u CRT televizí, video-přehrávačů apod. OSD se držel rozlišení analogového signálu a ve vhodný okamžik byla video data OSD "prostřižena do běžícího bodu na stínítku". Na to stačí osmibit MCU s relativně pomalým video ASICem. Takový primitivní analogový overlay :-)

Chci říct, že CRT neměly framebuffer na celý snímek a nějaké zpracování po pixelech, jako to mají LCDčka.
« Poslední změna: 04. 11. 2024, 12:32:16 od František Ryšánek »

Re:LCD monitor s analogovým vstupem a konverze na digitál
« Odpověď #7 kdy: 04. 11. 2024, 13:54:40 »
Celkem si troufnu tvrdit, že dělat VGA LCD monitor bez převodu na digitální signál je nesmysl, protože dělat zpracování vstupního signálu po celé trase až do panelu analogově bude násobně dražší a choulostivější na jakékoli rušení, než to ADC za dva dolary převést na data, která pak hotový masově vyráběný kontrolér za další dva dolary pošle na panel.