HD-видеопроекторы

Видеопроекторы с многопиксельными матрицами в зависимости от типа используемой панели можно условно разделить на три категории. Во-первых, это просветные ЖК-панели. Они и появились первыми. Это могут быть одно- или трехматричные. Во вторую группу входят отражающие ЖК-проекторы (LCOS), которые разделяются на три подвида из-за незначительных отличий в технологии. Это разработанный JVC проекторы D-ILA, а также проекторы с GLV и SXRD, разработанные корпорацией Sony. И, наконец, третья большая категория, это — DLP-проекторы, в которых используются созданные фирмой Texas Instruments микрозеркальные DMD-чипы.

Рис. 1. Форматы изображения и угол их обзора для стандартного положения просмотра

JVC уже представляла свой HDTV-видеопроектор в России

Рис. 2. Число пикселей для различных форматов изображения

Таблица 1. Основные характеристики HDTV и цифрового кинотеатра

За последние годы были существенно усовершенствованы оставляющие технологии всех типов проекторов, включая мегапиксельные матрицы, оптические системы и алгоритмы цифровой обработки изображений. Теперь можно получить изображение больших размеров с высоким разрешением при существенно расширенном наборе усовершенствованных функций. Более того, проекторы становятся разнообразнее в зависимости от сферы применения. Теперь, кроме бизнес-применения, проекторы появляются как компоненты домашнего кинотеатра, для обучения и медицинских целей, для систем автоматизированного проектирования и симуляторов, в больших офисах компаний и общественных местах.
   Презентационные проекторы — это наиболее традиционное применение в деловых целях. Большинство из них имеет разрешение XGA или SXGA, и наиболее важные для них характеристики — это возможность обеспечения большой яркости, хорошая читаемость текста и компактность: презентационный проектор должен быть по-настоящему портативным.
   Для AV-проекторов, которые используются в домашних кинотеатрах и предназначены для воспроизведения телевизионных передач и видеофильмов с DVD, важными являются уже другие параметры. Для них наиболее существенно — правильно воспроизводить подвижное изображение, с большим количеством градаций яркости, четким и ярким цветом и высокой контрастностью. В этом применении требование абсолютно высокой яркости не столь важно.
   Проекторы, используемые в цифровом кино, специально созданы и, можно сказать, подстроены для воспроизведения цифровых фильмов, которые создаются, обрабатываются и проецируются в цифровом формате. Такие фильмы и записываются цифровыми камкордерами, а не снимаются кинокамерами на пленку. Фильмы в цифровом формате передаются по сетям с большой пропускной способностью (например, по оптоволоконным) в цифровые кинотеатры, где для их демонстрации используются видеопроекторы. Поэтому для подобных кинотеатров уже часто используется название e-cinema, то есть «электронное кино». Проекторы, используемые в таких кинотеатрах, обеспечивают качество изображения, сопоставимое с качеством традиционных кинотеатров, в которых используются кинопроекторы для кинопленки.
   Это означает, что они могут показывать подвижное изображение с большой яркостью и высоким разрешением, большим числом градаций яркости, высокой контрастностью и точной цветопередачей. Кроме того, в этих проекторах есть возможность регулировки параметров видеоизображения и обеспечиваются уникальные для цифрового кино защитные функции контента.
   Некоторые специальные применения проекторов (например, в системах компьютерного проектирования или медицине) требуют большого разрешения. Как правило, в этих случаях дело ограничивается разрешением UXGA. Для получения высокого разрешения на больших экранах используется совместная работа нескольких проекторов, то есть режим мульти. В этом случае каждый видеопроектор обеспечивает проекцию только части изображения. Такая задача чаще всего возникает при проекции в больших корпоративных или общественных помещениях.
   Проекторы со сверхвысоким разрешением для проекции изображения на экраны от 3–5 метров и более обеспечивают при этом соответствие требованиям HDTV.
   На фоне нынешнего массового распространения презентационных проекторов модели с разрешением, отвечающим требованиям полного HDTV (1920х1080 с общим числом около 2000000 пикселей) и большим, представляют наиболее бурно развивающийся класс HD-проекторов.
   Изображение с высоким разрешением имеет три явных преимущества. Во-первых, на экране отображается более детальная информация: это позволяет разрешение. Во-вторых, зритель может наблюдать качественное изображение с близкого расстояния. У HD-изображения количество строк увеличено, и поэтому строчная и пиксельная структура менее заметна. И, наконец, по сравнению с проекторами с меньшим разрешением значительно шире угол наблюдения.
   Два последних (близкое расстояние и больший угол) существенно увеличивают ощущение реалистичности изображения при просмотре, вплоть до иллюзии присутствия, например, на природе (естественно при соответствующем сюжете). Среди разработчиков технологий HD-проекторов следует отметить японскую NHK, специалисты научно-технической исследовательской лаборатории которой существенно продвинулись в этом направлении с 4000-строчной системой видеопроекции.
   Исследования показывают, что наибольший вклад в повышении реалистичности дает увеличение угла обзора до 100°, что в три раза больше чем для HDTV-проекторов, для которых он составляет 30° (рис. 1). Для системы с 2000-строчной разверткой угол просмотра составляет 60°. Отметим, что в области электронного кино принято сокращенное обозначение для разных систем, определяющим в которой является округленное до тысяч число строк. Так, система с числом строк 4000 обозначается как 4K (K — это первая буква множителя 1000, то есть кило). Точно так же системы с другим числом строк обозначаются как 2K или 1K. К последним, например, относится HDTV с 1020-строчной разверткой.
   В настоящее время комитет по цифровому кинематографу (DCI, Digital Cinema Committee) общества кино- и телеинженеров (SMPTE) принял спецификации для цифрового кинематографа. Для двух существующих форматов проект одобрен. Во-первых, это формат 2Kx1K (1920x1080 пикселей), соответствующий HDTV и называемый в этом случае DTIM. Для другого используется формат 4Kx2K (4096x2048 пикселей), и он называется DCDM. Последний рассматривается как формат для цифрового кино наивысшего качества. Основные голливудские кинокомпании разбились на два лагеря, пытаясь выбрать лучший. Группа, которая поддерживает формат 4Kx2K, считает, что он наиболее приближается к разрешению, обеспечиваемому традиционным кино, проецируемым с пленки. Если же сравнивать кинопленку и формат 2Kx1K, то, как считают представители этой группы, последний проиграет пленке, и прогресс потребует быстрого апгрейда цифрового кинотеатра. Сторонники формата 2Kx1K считают, что его качества вполне достаточно для цифрового кинотеатра. Одновременно они говорят, что если индустрия выберет формат 4Kx2K, то его внедрение потребует больших денег и растянется во времени. И они считают, что это имеет решающее значение на нынешней стадии развития цифрового кинематографа. Вместе с тем существуют еще два близких варианта с разрешением 3840х2048 пикселей и 3840х2160 пикселей, которые продвигает консорциум цифрового кино (Digital Cinema Consortium, DCC) — частная организация, созданная в 2001 году.
   В большинстве современных моделей DLP-видеопроекторов используются трехчиповая схема на матрицах с разрешением 1280х1024, которые производит Texas Instrument. Компания также делает проектор с разрешением 1920х1080, контрастностью 1350:1 и с 14-разрядной обработкой видеосигнала. В новейшей разработке Texas Instrument улучшила передачу темных изображений и изображений с большой контрастностью благодаря использованию 15-разрядной обработки сигнала и микрозеркальных DMD-чипов с уменьшенным зазором между зеркалами и увеличенным углом поворота: ±12° вместо традиционных для предыдущего поколения чипов ±10°. Texas Instrument также разработала DMD-чип специально для цифровых кинотеатров формата 2Kx1K с разрешением 2048х1080.
   Уже существующее в целом ряде стран телевещание в стандарте HDTV стимулирует появление проекторов с отвечающим ему разрешением среди проекторов формата 2Kx1K. Что касается проекторов для цифровых кинотеатров, в настоящее время на рынке есть три модели, и в двух используются отражающие ЖК-матрицы. Это полностью HDTV-совместимый видеопроектор DLA-QX1 (матрица D-ILA), который JVC выпустила в 2002 году, и HD-проектор Q004-R1 Sony (матрица SXRD), продающийся с конца лета 2003 года. С октября 2003 компания Sanyo начала принимать заказы на ЖК-проектор LP-HD10. Кроме того, сейчас Sony разрабатывает проектор, в котором используется решетчатый оптический модулятор (GLV).
   В видеопроекторе DLA-QX1 компания JVC использует отражающую матрицу D-ILA с QSGA-разрешением (2048х1536 пикселей). Проектор обеспечивает воспроизведение HDTV-изображения, но благодаря использованию QSGA-панели оно получается более ярким, контрастным и без размытых контуров. Выбранное разрешение панели и использование внутреннего скейлера обеспечивает совместимость с 14 стандартными форматами изображения. Более подробно о работе проектора с матрицей D-ILA мы уже неоднократно рассказывали (см. S&V, 3, 9, 11/2004). В 2004 году JVC представила специальный видеопроектор DLA-HD2K для домашнего кинотеатра с HDTV-разрешением и D-ILA-матрицей размером 0,8 дюйма.
   Кроме проекторов с GLV, Sony выпускает HDTV-проектор Q004-R1 с отражающей SXRD-матрицей размером 0,78 дюйма, благодаря которой обеспечивается контрастность 3000:1 и время отклика 5 мс — лучший показатель для проекторов такого класса. Специалисты Sony отмечают, что сознательно выбрали отражающую матрицу: у нее можно уменьшить шаг пикселей без потери их отражающей способности. Проектор Q004-R1 не профессиональная, а бытовая модель, которую компания продвигает в рамках нового бренда — Qualia. Еще одна особенность: внимание к качеству изображения проектора, проявившееся в использовании 12-разрядного прогрессивного конвертора для масштабирования обычного DVD-видеосигнала в HDTV-изображение. В качестве источника света используется ксеноновая лампа, которая лучше, чем галогенные лампы передает оттенки на плавных цветовых переходах и имеет более правильный спектр излучения вплоть до инфракрасной области. Плата за качество — цена. Во-первых, сама лампа в три-четыре раза дороже. Во-вторых, стоимость конструкции. Ксеноновая лампа потребляет больше мощности, и для отвода тепла в проекторе Q004-R1 используются большие радиаторы и два вентилятора. Предполагается, что проекторы с GLV будут использованы в High End-моделях и профессиональных проекторах для электронных кинотеатров, а SXRD — в массовых домашних проекторах.
   HDTV-проекторы с просветными ЖК-панелями выпускает Sanyo Electric. В проекторе LP-HD10 используются три ЖК-матрицы (1,65 дюйма, 1920х1080) и четыре 250-ваттных лампы UHP, которые обеспечивают яркость 5000 лм.
   Компания Seiko Epson выпускает видеопроекторы с форматом изображения 16:9 и HDTV-разрешением также с использованием просветных ЖК-матриц размером 1,3" (шаг пикселя 15х15 мкм) и 1,6" (шаг пикселя 19х19 мкм). Осенью компания объявила о начале производства ЖК-панелей с HDTV-разрешением для массовых моделей трехчиповых видеопроекторов с началом поставки промышленных объемов в мае 2005 года.
   Из проекторов формата 4Kx2K, то есть с 2000-строчной разверткой, в которых используется отражающая D-ILA-матрица размером 1,7" и разрешением 3840х2048, можно назвать уже упоминавшийся проектор JVC. Кроме того, JVC уже объявила о начале массового производства D-ILA-матрицы отвечающей требования HDTV размером 0,8" и разрешением 1920х1080 пикселей для домашних видеопроекторов и проекционных телевизоров. Другое изделие, также запущенное компанией в производство, — D-ILA-матрица для проектора с прогрессивной разверткой (режим 720p) размером 0,7" и разрешением 1280х720 пикселей, предназначено для стран, где телевещание ведется в стандарте NTSC.
   Другое решение предлагает компания Olympus Optical. Для получения изображения с высоким разрешением она объединяет в систему Vision Plex несколько проекторов, каждый из которых воспроизводит только часть изображения. Чтобы на экране не было искажений и разрывов, изображения соседних проекторов чуть-чуть перекрываются, а установленная за экраном камера подает на блок обработки, к которому и подключены все проекторы, сигнал коррекции. Это позволяет управлять общей яркостью всего изображения, уменьшая ее в зонах перекрытия. Мультипроекционная система Vision Plex допускает совместную работу до 68 проекторов с разрешением XGA или SXGA, что позволяет легко создать HD-изображение с общим числом пикселей более 80 миллионов. Использование в системе корректирующей камеры позволяет проецировать изображение не только на плоский, но и на цилиндрический экран. Система была представлена в начале 2004 года, и компания обещала начать ее коммерческую продажу до 2005 года. А поскольку для ее видеосистемы пока нет источника, компания также анонсировала создание цифровой 8-мегапиксельной кинокамеры, разрешение которой в четыре раза выше, чем у HDTV.
   И наконец проекционные системы с 4000-строчной разверткой, единственным представителем которых пока числится опытная установка, созданная научно-исследовательской лабораторией NHK. Это система с разрешением 7680х4320 пикселей, и дотошные японцы уже более двух лет досконально ее исследуют. Среди вопросов, которые их занимают, кроме чисто технических (оптимальный угол обзора, формат изображений и т.п.), присутствует также и эффект психофизиологического воздействия на зрителя изображения с таким высоким разрешением. При выборе разрешения новой системы учитывался существующий стандарт HDTV, предполагается в дальнейшем возможность простой операции конвертирования исходного сигнала системы NHK в сигнал HDTV: разрешение отличается ровно в четыре раза. В рассматриваемой системе используются два проектора с 8-мегапиксельными просветными ЖК-панелями. Формат изображения 16:9, режим развертки прогрессивный, частота кадров, естественно, 60 Гц — разработка-то японская. Один проектор создает зеленое изображение, а другой — красное и синее. Поэтому сигналы на проекторы поступают с блока коррекции геометрических изображений: изображения проектируется не из одной точки, но на экране должны совпадать. Экран имеет размеры 4 на 7 метров и при просмотре с расстояния 3 метров угол обзора очень реалистичного изображения составляет 110°.
   Исследования на действующем образце ведутся уже с мая 2002 года, и специалисты научно-исследовательской лаборатории NHK предполагают впервые публично продемонстрировать эту систему на всемирной выставке, которая будет проходить в 2005 году в Японии.

Цифровое кино
   Киноиндустрия США быстрее других стран переориентируется на электронный кинематограф стандарта 2K. Джорж Лукас еще в 1999 году снимал «Звездные войны. Эпизод 1» на камкордер с прогрессивной разверткой 1080 и использовал проектор с разрешением 1280х1024 пикселя для демонстрации. Интересно, о чем договорятся ведущие кинопроизводители в Голливуде: их решение станет завтра стандартом.
   GLV
   Технология GLV была изобретена в 1992 году в Стенфордском университете, а разработка законченных изделий и приложений для проекторов велась компанией Silicon Light Machines. В 2000 году Sony приобрела исключительные права на разработку, производство и продажу устройств отображения информации с использованием этой технологии. Два года спустя Sony заявила о разработке GLV-модулятора для видеопроекторов. Идея конструкции GLV очень проста — это одноколонная матрица из микроленточек, которые работают как зеркала. В качестве источника света в проекторе с GLV используется RGB-лазер, который дают очень высокую чистоту цвета. В разработанном GLV-устройстве оптические дифракционные элементы формируются на кремниевой подложке методом микротехнологий. Эти отражающие элементы могут двигаться под воздействием электрического сигнала. Яркость изображения регулируется поворотом оптических дифракционных элементов. У оптического модулятора GLV, предназначенного для стандарта HDTV 1080 пикселей, каждый из которых состоит из шести микроленточек. При воспроизведении изображения RGB-лазер светит на соответствующий пиксель модулятора, а развертка изображения осуществляется сканирующим зеркалом. Еще одним преимуществом проектора является отсутствие дополнительного источника света для подсветки: весь световой поток обеспечивает RGB-лазер.