Urządzenia mobilne i celowość wprowadzania dużych rozdzielczości.

Od pewnego momentu zastanawiam się czym kierują się producenci urządzeń mobilnych instalując w swoich najnowszych smartfonach ekrany o rozdzielczości Full-HD i wyższej. Bo na pewno nie rozsądkiem. Instalowanie takiego ekranu nie ma żadnego uzasadnienia z punktu widzenia jakości obrazu, a pociąga za sobą znaczne problemy.
Do napisania tego tekstu skłoniły mnie dwie rzeczy. Po pierwsze przez pewien czas użytkowałem telefon Microsoft Lumia 640 wyposażony w ekran o rozdzielczości 720x1280 dpi czyli o działkę słabszy w stosunku do Nokia Lumia 930 którego używam na co dzień, a który ma rozdzielczość 1080x1920. I obraz generowany przez ekran Lumii 640 w zupełności mnie satysfakcjonował i zapewniał odpowiednie doznania wzrokowe.

Drugi powód to zapowiedz nowego telefonu firmy Sony, czyli nowej Xperii Z5 Premium o ekranie 5,5 cala i rozdzielczości 4K czyli 2160x3840 dpi.

Siedzę ciągle w temacie i zaczynam się poważnie zastanawiać jaki sens ma instalowanie ekranów o takich rozdzielczościach w ekranach o takiej wielkości.
Pierwsze co mi się nasuwa to aspekt marketingowy. Dla zwykłych zjadaczy chleba cyferki działają na wyobraźnie niczym solidna dawka LSD. Może wtedy pochwalić się przez znajomymi, ze ma ekran o tak absurdalnej rozdzielczości.
To że jest to zabieg czysto marketingowy utwierdza mnie już taka prosta sprawa jak nazewnictwo stosowane w kolejnych wersjach rozdzielczości.

Tryb SD ma rozdzielczość 720x576 dpi i oznaczany jest 576
Tryb HD ma rozdzielczość 1280x720 i oznaczany jest 720p
Tryb FHD ma rozdzielczość 1920x1080 i oznaczany jest jako 1080p

Jak wiec widzimy dotychczas nazwy i ogólne oznaczenia rozdzielczości były brane po tej mniejszej wartości, czyli wymiaru pionowego.

Teraz zobaczmy jak to jest w przypadku kolejnej wielkości ekranu

Tryb 4K ma rozdzielczość 3840x2160 i jest oznaczany jako UHD (Ultra HD).
Słowo 4K oznacza w tym wypadku 4000 dpi. Po pierwsze ekran 4K nie osiąga nawet tych 4000 pixeli, a po drugie, nagle marketingowcy zmienili sobie sposób nazywania i zamiast brać wielkość pionowa czyli 2160 to wzięli sobie wielkość poziomą czyli to 3840.
Przypadek? Wątpię, myślę ze to celowe działanie. W końcu nic tak nie działa na wyobraźnie potencjalnego kupca jak duże liczby.

Ok, ale jak wiemy marketing rządzi się własnymi prawami i niewiele ma wspólnego z rzeczywistością.
Wrócę zatem do rozważań na temat zasadności wprowadzania takich rozdzielczości do ekranów o takiej wielkości jaka maja urządzenia mobilne.

Jakość obrazu.

Z teorii wynikało by ze wraz ze wzrostem rozdzielczości rośnie jakość i szczegółowość obrazu. Ale praktycznie rzecz biorąc przy takiej wielkości ekranu granica szczegółowości osiągana jest już przy 720p. Przy tej rozdzielczości pojedynczy pixel jest już na tyle mały, ze nieuzbrojonym okiem jest niedostrzegalny, a już szczególnie przy normalnej pracy. Oczywiście zawsze znajdzie się jakiś entuzjasta wysokich rozdzielczości który będzie się doktoryzował patrząc na ekran z 5 cm i odpalał kolejne aplikacje pokazujące wyższość FHD nad HD. Ale nie oszukujmy się. Na 5 calowym ekranie rozdzielczość 1280x720 gwarantuje nam już wyraźny i ostry obraz. I dlatego właśnie wspomniałem o Lumii 640 na początku mojego tekstu. W normalnym użytkowaniu telefon generował mi taki obraz ze nie widziałem różnicy w stosunku do wcześniejszych moich telefonów. A można powiedzieć ze jestem już przyzwyczajony do ekranów Full HD, bo od ponad dwóch lat używam telefonów FHD (HTC ONE M7 oraz Nokia Lumia 930). A jednak nie bolały mnie oczy od patrzenia na zwykle HD.
Wiec dalsze powiększanie rozdzielczości uważam już za zupełnie bezcelowe. Bo w jakości nic się nie poprawi.
Chciałem pokazać jak wygląda porównanie HD z Full HD, ale na zwykłym zdjęciu ekranu różnicy nie widać. Przy powiększeniu 100 krotnym uwidacznia się różnica w ustawieniu sub pikseli na poszczególnych rodzajach matryc i trudno takie obrazy porównywać.

Obraz matrycy Full HD wykonanej w technologii OLED powiększony 100 razy

Obraz matrycy HD wykonanej w technologii IPS powiększonej 100 razy

Jak widać porównanie jest dość ciężkie, bo obraz na OLED wydaje się taki rozmyty. Wynika to z ustawienia sub pikseli na takiej matrycy.
Poniżej przedstawiam ten sam obraz powiększony 800 razy

Obraz z matrycy OLED powiększony 800 razy

Obraz z matrycy IPS powiększony 800 razy

Zapotrzebowanie na moc obliczeniowa.

Jak wiadomo obraz tworzony jest punkt po punkcie, czyli pixel po pixelu. Każdy pixel ma opisana jasność, kolor, nasycenie itd. Wymaga to obliczenia i przesłania określonej liczby danych w jednostce czasu.
Dla przykładu: przy rozdzielczości 1024 x 768 i 16.7 mln. kolorów, jedna klatka obrazu opisana jest przez 1024 x 768 x 3 bajty = 2.3 MB. Mnożąc tę wartość przez częstotliwości odświeżania 80 Hz otrzymujemy żądaną szybkość przetwarzania RAMDAC równą 180 MB/s.
A teraz zróbmy te same obliczenia dla Full HD. Czyli mamy 1920 x 1080 i 16,7 mln kolorów. Jedna klatka daje nam trzykrotnie większa wartość czyli 6,2 MB. Teraz  przy 80 Hz szybkość przetwarzania wynosi 496 MB/s. Przy 4K wartości te wynoszą odpowiednio 24,5 MB na pojedyncza klatkę i 1960 MB/s. To już ogromne wartości, a trzeba pamiętać ze to układy mobilne, które przede wszystkim powinny być energooszczędne a nie ekstremalnie wydajne.

Daje nam to obraz jakie duże wymagania są stawiane przed układami zajmującymi się wyświetlaniem obrazu. Aby obrobić takie ilości danych potrzebujemy wydajnych układów.
Wydajne układy do tego wydzielają duże ilości ciepła, które trzeba jakoś rozproszyć. A to w urządzeniach o małych gabarytach jak smartfony nie jest łatwe. Można było niedawno poczytać o najnowszej jednostce firmy Qualcomm gdzie jego flagowy procesor Snapdragon 810 potrafił podczas 5 minutowej rozgrywki w grę rozgrzać się do ponad 70 stopni. Rozproszenie takiej temperatury na takiej malej powierzchni jest nie lada wyczynem i siłą rzeczy smartfon będzie się poważnie nagrzewał, aż do momentu gdy będzie nieprzyjemny w trzymaniu.

To ze aby obsłużyć tak wysoką rozdzielczość jest potrzebna duża moc obliczeniowa niech posłuży mały przykład z mojego życia. Mam komputer z procesorem Intel ® Core™ i3-3120M 2.5GHz oraz grafiką Intel ® HG Graphics 400, który z video o rozdzielczości FHD radzi sobie bez problemu.
Nagrałem za pomocą mojej Lumii 930 video o rozdzielczości 4K, bo taką ma możliwość i puściłem to na moim komputerze. Obraz stracił płynność na tyle ze stal się zwykłym pokazem klatek. Z 30 klatek/s dostawałem może 3/s.
Widać wyraźnie ze obsłużenie takiej rozdzielczości obrazu wymaga sporej wydajności. 

Zapotrzebowanie na energie.

Kolejna sprawa jest zapotrzebowanie takiego układu na energie. Wydajny układ potrzebuje dużo energii do  działania. A z drugiej strony współczesne urządzenia staja się coraz bardziej smukłe. Wielkość obudowy wymusza zmniejszanie wielkości ogniwa zainstalowanego wewnątrz, co przekłada się na czas pracy urządzenia.
Już powoli zapominamy że kiedyś telefony komórkowe działały 7 dni na jednym ładowaniu. Oczywiście, że współczesne telefony komórkowe potrafią o wiele więcej niż kiedyś, ale spójrzmy też na to realnie. Postęp dotyczy tylko wydajności i jakości obrazu, ale za to w dziedzinie mobilności cofamy się w czasie. Producenci wciskają nam power banki, czy bezprzewodowe ładowarki i tym próbują usprawiedliwić to że ich telefon ma problemy z wytrzymaniem jednego dnia na jednym ładowaniu.

Podsumowanie.

Wiem ze znajdzie się teraz grupa ludzi, którzy będą mi próbowali wmówić, że widza różnice miedzy HD a Full HD na ekranie 5 calowym patrząc z 30 cm.
Ja niestety nie mam wbudowanego mikroskopu w oko i ta różnica jest dla mnie niedostrzegalna przy normalnym użytkowaniu.
Oczywiście lubię wydajne urządzenia, ale przeraza mnie kierunek w jakim to zmierza. Producenci oczywiście podnoszą wydajność urządzeń, ale jednocześnie zwiększają tez rozdzielczości ekranów. Wiec cala ta większa wydajność jest marnowana na obsługę tej większej rozdzielczości.

Ja osobiście wolałbym dostać telefon 5 czy 5.5 cala taki jak oferuje Sony w swojej Xperii Z5, ale z ekranem co najwyżej Full HD. Bo po co mi ekran o takiej rozdzielczości skoro i tak nie dostrzegę  różnicy? Cala para idzie w gwizdek. To tak jakbym mieszkał na afrykańskiej prerii i zakupił sobie ferrari. Mam samochód który przekroczy 300 km/h ale i tak nie jestem wstanie tyle pojechać, bo nie ma po czym.

Moim zdaniem wprowadzanie dużych rozdzielczości ma sens w ekranach o dużych przekątnych, bo tam jest to w jakiś sposób dostrzegalne.
Monitorów komputerowych o rozdzielczości 4K już na rynku parę jest, ale nie ma mniejszych niż 23,8 cala. I tam producenci podchodzą jakoś tak rozsądniej. A tutaj na rynku mobilnym wciskają nam 4K na 5,5 cala. Po prostu debilizm.