Береги глаза! Активируем DC Dimming в iPhone Xs, Pixel 3 XL, Xiaomi Mi 9 и других смартфонах

«Вырвиглазные мерцающие OLED-дисплеи остались в прошлом! Берегите глаза: в Xiaomi изобрели способ сделать OLED без мерцания! Спешите видеть: новая возможность доступна не только для актуального флагмана, но и для старых устройств!» Сколько в этих утверждениях истины, а сколько — рекламной шелухи, что на самом деле сделали в Xiaomi и были ли они первыми на рынке? Попробуем разобраться.

О вреде мерцания

Споры о вреде мерцания не стихают с тех самых пор, как дисплеи стали мерцать. «Через пять минут глаза слезятся, через полчаса краснеют!» — жалуется пользователь на форуме. «У меня тоже есть нога, но она не болит!» — хором отвечают ему форумчане. «На AMOLED цвета, конечно, сочнее, но зато от IPS глаза не болят», — делятся наблюдением другие пользователи и делают неожиданный вывод: «Наверное, дело в цветопередаче!»

Увы, нет: дело не в цветопередаче, точнее — не только в ней. Дело в том, что современные экраны OLED, используемые в смартфонах, мерцают на достаточно низкой частоте в 240 Гц. По статистике, мерцания на этой частоте не замечает 70% пользователей, а из тех, кто замечает, большинство не обращает внимания. В то же время нагрузка на глаз одинакова у всех; будут ли болеть глаза у конкретного пользователя, который смотрит на мерцающий экран, зависит не от того, видит ли он мерцание (это физиологическое свойство не глаз, а мозга, обрабатывающего поступающую от глазного нерва картинку), а от здоровья глаз пользователя и, так сказать, оставшегося «запаса прочности» по зрению.

Я отношусь к категории пользователей, которые мерцание отлично видят и замечают. Лично мне мерцание мешает, а глаза от него устают. Наверное, я был единственным в своем городе человеком, который в 1995 году менял видеокарту в компьютере только для того, чтобы получить DAC, позволяющий на разрешении 800 × 600 достичь частоты обновления на ЭЛТ-мониторе не в 56, а в 75 Гц.

С мерцанием OLED-экранов я впервые столкнулся в 2014 году в смартфонах Nexus 6 и Nokia Lumia 930. И если с мерцанием смартфона с Windows мне пришлось смириться, то ядро Nexus 6 я успешно модифицировал, полностью избавившись от мерцания. «А что, так можно было?» Да — если ты понимаешь, чем жертвуешь, и согласен терпеть «поехавшую» цветопередачу на низких уровнях яркости и мириться с неравномерными заливками в тенях. В этой статье я планирую рассказать о том, как избавиться от мерцания в смартфонах Xiaomi Mi 9, Google Pixel 3 XL и iPhone X, Xs и Xs Max. В качестве бонуса я посоветую, как убрать мерцание на смартфонах Samsung Galaxy S8, S9 и S10. Наконец, я поделюсь информацией о том, как избавиться от PWM практически на любом смартфоне с Android как с root-доступом, так и без него.

Xiaomi — новаторы или нет?

Xiaomi была не первой компанией, которая решила избавиться от мерцания OLED-панелей. Задолго до Xiaomi OLED-панели без мерцания использовала компания LG в своих экспериментальных смартфонах. Самым ярким представителем таких устройств был LG G Flex 2, весьма противоречивый смартфон с изогнутым экраном P-OLED. В этом смартфоне LG допустила столько ошибок, что их перечисление растянулось бы на несколько абзацев. Мы же рассмотрим только и исключительно экран.

В LG G Flex 2 использовалась гибкая матрица P-OLED, управление яркости в которой на аппаратном уровне было реализовано через изменение подаваемого на пиксели тока. Контроллер экрана не был оборудован модулем ШИМ (широтно-импульсная модуляция, или pulse width modulation, PWM); соответственно, никакого мерцания не было даже на самом низком уровне яркости.

Пользователи очень плохо восприняли этот дисплей, и их можно понять: на низкой яркости изображение покрывалось желтыми разводами и приобретало структуру «наждачной бумаги». Технология производства экспериментальных экранов в 2015 году была плохо отработана, и довольно большому числу пользователей не повезло получить смартфоны с ярко выраженными дефектами P-OLED.


В то же время в LG никак не использовали отсутствие мерцания в своих маркетинговых программах: не публиковались статьи о вреде мерцания, не выходили технические публикации, подобные тем, что делает Google в своем блоге. С учетом того что в 2015 году проблема мерцания экранов была неизвестна широкому кругу пользователей, а два человека из трех не способны заметить мерцание светодиодов на частоте 240 Гц, эксперимент LG провалился. Технологию немерцающих экранов OLED крупные производители положили под сукно.

INFO

А знаешь ли ты, что львиная доля OLED-панелей для телевизоров многих известных производителей — от SONY и Philips до самой LG включительно — выпускается на заводах LG? Все эти панели используют структуру пикселей RGBW и не мерцают ни на каком уровне яркости — в отличие от подавляющего большинства LCD-экранов для телевизоров. Забавный парадокс, правда?

Действительно ли OLED без мерцания настолько плохи? В 2015 году технология производства действительно допускала гигантский по современным меркам уровень разброса параметров между соседними светодиодами. Сильнее всего разброс параметров проявлялся тогда, когда на светодиод подавался очень низкий ток. А вот при высоком токе разница между характеристиками соседних пикселей в глаза не бросалась. Этот эффект можно сравнить с цифровым шумом на фотографиях, сделанных в темноте с короткой выдержкой. Чем меньше фотонов попадает на светочувствительные ячейки (а для экрана — чем меньше фотонов излучается светодиодом), тем больше вероятность возникновения «цифрового шума».

При цифровой фотосъемке для уменьшения шума можно использовать более длинную выдержку. В случае же с излучающим светодиодом можно увеличить ток, заставив светодиод светиться ярче, испуская значительно большее количество фотонов. Логичным решением стало использование схемы управления яркостью на основе широтно-импульсной модуляции.

Крупнейшим производителем OLED-панелей для смартфонов была и остается компания Samsung. Samsung использует AMOLED в собственных смартфонах и поставляет панели сотням производителей, включая Apple и Google (о Google — чуть ниже, там не все так просто). В зависимости от требований конкретного OEM различаются настройки панелей, включая и настройки ШИМ. Эти различия проявляются в том, на каком именно уровне яркости (в процентах от максимальной) заканчивается прямое управление яркостью и начинается скважность импульсов, приводящая к мерцанию.

Примерно так работает управление яркостью на уровне контроллера

Так, панели Samsung в смартфонах Galaxy S8+ мерцают всегда, даже на яркости в 99% от максимальной. Убедиться в этом можно на следующем изображении.

В Samsung Galaxy S8+ значимая модуляция дисплея присутствует даже при яркости в 75% от максимума (источник: ixbt.com)

Использование ШИМ на протяжении всего диапазона значений яркости позволило Samsung добиться отличной цветопередачи и равномерных заливок даже на самых темных участках экрана. То, что заявленных характеристик достигают, бомбардируя глаза пользователя нечастыми яркими вспышками света, компания долгое время игнорировала. Даже в актуальном поколении Galaxy S10 производитель использует все ту же схему управления яркостью.

Со стороны Samsung это вполне сознательный подход, как можно убедиться, изучив патентную заявку US9269294B2.

Практически все другие производители используют гибридный подход к управлению яркостью. На высоких уровнях яркости контроллер дисплея варьирует ток, подаваемый на светодиоды. Когда яркость падает до заданного производителем уровня, контроллер перестает снижать ток и начинает использовать ШИМ. В разных моделях будут использованы разные уровни отсечки, которые могут зависеть как от характеристик матрицы, так и от пожелания OEM. Так, на момент выхода экран Xiaomi Mi 9 мерцал точно так же, как мерцают экраны в телефонах Samsung. Apple настроила экраны iPhone X, Xs и Xs Max таким образом, что мерцание ШИМ начинается на уровне яркости 50% и ниже.

На уровнях яркости 50% и выше колебания яркости можно игнорировать: их амплитуда невелика, и светодиод никогда не гаснет полностью. Видимого мерцания на этих частотах нет (источник: ixbt.com)

Можно ли обойтись без мерцания?

Можно ли уменьшить видимое мерцание, увеличив частоту пульсаций до уровня, когда даже самые критически настроенные пользователи не смогут увидеть ШИМ? Можно запросто, таких экранов множество. Еще в 2015 году Microsoft устанавливала OLED-экраны с частотой мерцания 500 Гц в смартфон Lumia 950 (при этом в старшую модель 950 XL ставили обычные экраны с ШИМ на частоте 240 Гц). Практически все современные LCD-телевизоры мерцают на частоте 240 Гц, но в SONY не поленились установить во всех моделях контроллеры управления яркостью либо совсем без мерцания, либо с мерцанием на частоте 720 Гц (заметить его действительно очень трудно).

Почему так не делают? Экономия: контроллер, работающий на более высокой частоте, стоит на несколько десятков центов (для смартфонов) или даже долларов (для телевизоров) дороже самых дешевых, с мерцанием на низкой частоте. Это ты ценишь свои глаза дороже пары долларов, у производителя же — экономика масштабов: даже несколько десятков центов, масштабированных на миллионы устройств, позволят положить в карман лишние сотни тысяч, а то и миллионы долларов. При этом, если завтра в какой-нибудь юрисдикции законодательно зафиксируют санитарные нормы для смартфонов, в которых будет ограничиваться пульсация экрана, производители отреагируют на следующий же день, начав устанавливать панели с соответствующими настройками.

А можно ли вообще избавиться от мерцания, полностью переведя панели на прямое управление яркостью? Сегодня и это проделать можно, а вот еще два-три года назад тебе пришлось бы терпеть слишком много компромиссов. Я до сих пор помню смартфон Lumia 930, OLED-экран которого на минимальной яркости становился нежно-розового цвета — и это несмотря на мерцание.

Сегодня же телевизоры с OLED-экранами не мерцают вообще. Если тебя не убеждают компьютерные мониторы, уже много лет работающие без мерцания, то свежий пример — компания SONY, реализующая именно такую схему управления в своих телевизорах на фоне повального увлечения моделями с ШИМ в 240 Гц. Однако такая схема управления уже не просто дороже, а требует использования более качественных компонентов: светодиодов подсветки в панелях LCD (это проще) или OLED-панелей с более жесткими стандартами контроля качества (именно на этом прогорела и продолжает прогорать компания LG, которая никак не может наладить выпуск качественных OLED-экранов для смартфонов).

Пока же нам приходится иметь дело с мерцающими экранами — и пытаться что-то с этим сделать самостоятельно.

Продолжение доступно только участникам

Вариант 1. Присоединись к сообществу «Xakep.ru», чтобы читать все материалы на сайте

Членство в сообществе в течение указанного срока откроет тебе доступ ко ВСЕМ материалам «Хакера», увеличит личную накопительную скидку и позволит накапливать профессиональный рейтинг Xakep Score! Подробнее

Вариант 2. Открой один материал

Заинтересовала статья, но нет возможности стать членом клуба «Xakep.ru»? Тогда этот вариант для тебя! Обрати внимание: этот способ подходит только для статей, опубликованных более двух месяцев назад.


Олег Афонин: Эксперт по мобильной криминалистике компании «Элкомсофт»

Комментарии (2)

  • А невозможно как-то DC Dimming на Galaxy note 10+ установить? И могут ли это исправить обновлениями?

  • "При цифровой фотосъемке для уменьшения шума можно использовать более длинную выдержку." - при съемке в темноте шума меньше не станет. Будет больше объекта съемки, если хватит освещенности. Но шума меньше не будет.