Калькулятор LED-экрана: разрешение, плеер и контроллер

Как связаны шаг пикселя, размер и разрешение

Шаг пикселя (pixel pitch) — расстояние между центрами соседних светодиодных пикселей в миллиметрах. Разрешение по горизонтали равно ширине полотна в миллиметрах, деленной на шаг: 6000 мм при шаге 2,5 мм — это 2400 пикселей. По вертикали то же самое: 1500 мм при шаге 2,5 мм дают 600 пикселей.

Обратные задачи решаются той же формулой. Известны размер и нужное разрешение — шаг равен размеру, деленному на число пикселей. Известны шаг и разрешение кабинетов — размер равен их произведению. Нацело делится не всегда: экран 5×3 м с шагом 2,6 мм дает 1923×1154, и это рабочая величина, а не ошибка расчета.

Полезная производная — плотность в пикселях на сантиметр: 10, деленное на шаг. При шаге 2,5 мм это 4 пикселя на сантиметр, при 1,25 мм — 8. По ней удобно прикидывать, с какой дистанции экран перестает распадаться на точки и какой кегль на нем еще читается.

Общее число пикселей — произведение сторон. Именно оно, а не диагональ и не площадь в квадратных метрах, определяет число выходов плеера, модель контроллера и количество портов.

Почему нестандартное разрешение, а не 4K с обрезкой

У связки «плеер — контроллер» два независимых бюджета, и их постоянно путают между собой.

Первый бюджет — выходной. Он задан числом светодиодов на полотне и не меняется ни от чего. Экран 2400×600 — это 1 440 000 пикселей, которые контроллер обязан разложить по портам, независимо от того, каким сигналом картинка к нему пришла. Нестандартное разрешение здесь не экономит ничего: если вам говорят, что пользовательский режим «экономит выходные пиксели контроллера», это неверно — светодиоды никуда не делись.

Второй бюджет — входной. Он задан пиксельной частотой разъема: сколько пикселей в секунду физически пролезает по кабелю. Вот здесь нестандартное разрешение и окупается. 3840×2160 при 60 Гц — это 594 МГц пиксельной частоты по стандартному таймингу CEA-861 (упрощенная оценка CVT-RB для того же растра дала бы около 527 МГц) и порядка 17,8 Гбит/с в кабеле при 8 битах и 4:4:4. Режим 2400×600 при 60 Гц — около 97,5 МГц и порядка 2,9 Гбит/с. Разница примерно шестикратная, и она целиком уходит в запас по кабелю, репитерам и оптическим конвертерам.

Что вы получаете на самом деле. Первое — экраны, которые в холст 3840×2160 не помещаются вообще: лента 6000×1200 или портрет 2000×4500 никакой «обрезкой 4K» не описываются. Второе — гарантированный режим пиксель-в-пиксель: когда растр совпадает с полотном, масштабатору нечего делать, он выключен по построению, а не галочкой в меню, которую снимут при следующей перенастройке. Третье — запас производительности плеера: чтобы показать 1 440 000 пикселей, плеер иначе рисует 8 294 400, то есть почти в шесть раз больше работы на каждый кадр, и это видно на анимации, видео и HTML-виджетах. Четвертое — целостность сигнала: 2,9 Гбит/с спокойно переживают длинную трассу и промежуточную оптику там, где 17,8 Гбит/с начинают сыпаться артефактами.

И честная обратная сторона: бывает, что 4K с обрезкой — совершенно нормальное решение. Если полотно целиком помещается в 3840×2160 и контроллер настроен именно на обрезку (crop), а не на масштабирование (scale), пиксели на экране будут в точности те же, что и при пользовательском режиме. Разница останется только в нагрузке на плеер и в запасе по сигналу. Работающую инсталляцию, собранную так, не нужно переделывать из теоретических соображений — достаточно убедиться, что в контроллере выбран кроп и масштабирование отключено.

Практическое правило. Нестандартное разрешение обязательно, когда полотно не помещается в 4K-холст или его пропорции далеки от 16:9. Оно желательно, когда нужен запас по кабелю и по плееру, — например на длинных трассах и на тяжелом анимированном контенте. И оно необязательно, когда экран укладывается в 4K, а тракт уже собран и работает.

Предел плеера и что такое PCF

PCF (pixel clock frequency) — пиксельная частота режима в мегагерцах. Считается по полному кадру, вместе со служебными интервалами: PCF = частота обновления × (ширина + LM + RM + HS) × (высота + UM + BM + VS) / 1 000 000, где LM, RM, UM и BM — поля слева, справа, сверху и снизу, а HS и VS — импульсы синхронизации.

Для быстрой оценки режима с сокращенным гашением (CVT-RB) хватает упрощенной формулы: PCF ≈ частота × (ширина + 160) × (высота + 35) / 1 000 000. Для 2400×600 при 60 Гц это около 97,5 МГц, для 4211×2368 — около 630 МГц.

Одна оговорка про эту формулу. 160 пикселей горизонтального гашения — величина постоянная, а 35 строк вертикального — нет: реальный CVT-R задает вертикальное гашение по времени, поэтому чем выше кадр, тем больше в нем служебных строк. На 1080 строках их 31, на 2160 — около 62, на 4096 — уже 117. Для прикидки в середине диапазона упрощенной формулы достаточно, но у края рамки она заметно занижает PCF, и считать надо по реальному бланкингу.

Платформа DSOS держит 4096×2160 при 60 Гц штатно. Шире 4096 или выше 2160 допустимо, пока PCF не превышает 760 МГц, а ширина и высота не выходят за 5120 и 4096 px соответственно — это два независимых предела по осям, а не прямоугольник, в углу которого можно встать. Сам режим задается строкой: «ширина высота частота LM RM UM BM HS VS HPVP p» для фиксированных таймингов или «ширина высота частота тип p» для CVT, где тип — один из gtf, cvt, cvt-R, cvt-R2, cvt-R2N, cvt-R3, cvt-R3L, ovt. Пользовательские режимы требуют уровня лицензии Systems; после применения режима плеер перезагружается.

Почему 760 МГц — не единственный предел

Это место, где ошибаются чаще всего, и ошибка дорогая. 5120 и 4096 — это пределы по каждой оси по отдельности, а не разрешение, которое можно запустить на любой частоте. Кадр 5120×4096 при 60 Гц дает PCF 1334,7 МГц — примерно в 1,8 раза выше потолка 760 МГц; при 50 Гц это 1107,0 МГц, тоже мимо. Пройти он может только на 30 Гц, где PCF падает до 658 МГц. Здесь нужна оговорка: для частот ниже 50 Гц SpinetiX не публикует рабочих максимумов, такой режим проходит по общему правилу — PCF до 760 МГц в рамке 5120 × 4096, — но совместимость проверяется на объекте.

Для 60 и 50 Гц рабочие максимумы в документации есть: при максимальной ширине это 5120×1916 при 60 Гц или 5120×2310 при 50 Гц, при максимальной высоте — 2304×4096 при 60 Гц или 2816×4096 при 50 Гц. То есть на предельной ширине потолок по высоте — 1916 строк, меньше половины от 4096.

Дальше — самое неочевидное: потолок 760 МГц и опубликованные рабочие максимумы — это два разных ограничения, а не одно и то же в разной записи. Если пересчитать все четыре максимума с реальным бланкингом CVT-R, они укладываются в 623–624 МГц, то есть примерно на 18 процентов ниже заявленного потолка. Подобрать одно пороговое значение PCF, которое воспроизвело бы эту четверку, невозможно: порог, пропускающий 5120×1916 (624,4 МГц), пропустит и 2304×4096 с прибавкой в один столбец — 2305×4096 дает 623,1 МГц, — а такой кадр документация уже не разрешает. Практический вывод: в середине диапазона ориентируйтесь на PCF, у края рамки — на рабочий максимум.

Есть и третье ограничение, уже не техническое, — оговорка производителя, которую стоит прочитать до заказа: «SpinetiX не тестирует режимы свыше DCI 4K при 60 Гц — совместимость с конкретным экраном или контроллером заказчик проверяет самостоятельно до внедрения.» На практике это значит: режим за пределами 4096×2160 закладывайте в проект вместе с натурным тестом на том самом контроллере и тех самых кабинетах, которые поедут на объект.

Отдельно про модельный ряд. В строке с пределом 760 МГц и пределами по осям 5120 и 4096 px документация SpinetiX называет HMP400/W, iBX410/W и iBX440 — EMP-III там не назван. Но та же страница распространяет ограничения дальше сама: большинство сторонних плееров на DSOS имеют те же пределы, что и HMP400/W. На этом основании калькулятор применяет к EMP-III ту же рамку; конкретные характеристики вывода смотрите на странице EMP-III.

Экраны разного шага на одном плеере

Когда на одном плеере висят полотна с разным шагом, привести их к общему знаменателю помогает макетный холст. Холст строится в пикселях самого мелкого шага в проекте: размер каждого экрана в миллиметрах делится на этот минимальный шаг. Полотно с шагом 2,5 мм рядом с полотном 1,25 мм займет на холсте вдвое больше пикселей, чем у него есть физически.

Контент верстается на холсте в реальной геометрии — так, как экраны расположены в помещении. Дальше контроллер вырезает из общего растра прямоугольник под каждый экран и отдает его в родном разрешении полотна, без масштабирования на лету: пересчет масштаба заложен один раз, в раскладке холста. Результат — единая композиция, которая проходит через несколько экранов разного шага и не «плывет» на стыках.

Ограничение у метода одно: холст целиком должен укладываться в предел плеера. Если не укладывается — экраны разносятся по разным выходам или разным плеерам. Режим «Разный шаг» в калькуляторе строит холст, таблицу кропов и раскладку по портам.

Сколько портов нужно контроллеру

Порт RJ45 отдает ограниченное число пикселей за кадр. У контроллеров Novastar серии COEX (MX20, MX30, MX40 Pro) бюджет считается по правилу «нагрузка × бит на пиксель × частота обновления < 0,95 Гбит/с»: при 8 битах (24 бита на пиксель) и 60 Гц это 659 722 пикселя на порт, при 10 битах — 329 861 пиксель на обычных картах серии Armor и 494 791 на картах A10s Pro или A8s Pro. У серии VX Pro (VX400 Pro, VX600 Pro, VX1000 Pro, VX2000 Pro) порт держит 650 000 пикселей при 8 битах; режим 10 бит производителем не документирован.

Число портов — это общее число пикселей полотна, деленное на бюджет порта и округленное вверх. Полотно 2400×600 (1 440 000 пикселей) при 8 битах и 60 Гц займет три порта, лента 6000×1200 (7 200 000 пикселей) — одиннадцать. Параллельно проверяется общая емкость модели: VX400 Pro — 2,6 млн пикселей и 4 порта, VX600 Pro и MX20 — 3,9 млн, VX1000 Pro и MX30 — 6,5 млн, MX40 Pro — 9 млн (20 портов RJ45 плюс 4 оптических), VX2000 Pro — 13 млн.

Важная поправка: емкость порта зависит не только от контроллера, но и от приемных карт в кабинетах. На COEX 10-битный тракт дает 329 861 пиксель на порт на обычных картах серии Armor и 494 791 на картах A10s Pro или A8s Pro — ровно в полтора раза больше, поэтому карты выбираются вместе с контроллером, а не после него. Расчет по умолчанию стоит вести по консервативной цифре. Оптические конвертеры (CVT4K-S, CVT10-S, CVT320) собственного пиксельного бюджета не добавляют: предел всегда остается на стороне контроллера, конвертер только увеличивает дальность.