汽車液晶儀表是不是分辨率越高越好？
現(xiàn)階段,12.3 吋全液晶屏的分辨率有:1280x480、1440x540、1920x720。對(duì)于汽車液晶儀表的應(yīng)用,是否是越高的分辨率越好呢分辨率的增高僅僅是換一個(gè) lcd 顯示屏的工作和成本嗎
這里我們從用戶需求和設(shè)計(jì)上逐個(gè)層次展開(kāi)分析。
1、視距與點(diǎn)距
說(shuō)到 lcd 顯示,我們一定不陌生一個(gè)詞「視網(wǎng)膜屏幕」。視網(wǎng)膜屏幕是分辨率超過(guò)人眼識(shí)別極限的高分辨率屏幕,由蘋(píng)果公司在 2010 年在 iphone 4 發(fā)布會(huì)上首次推出營(yíng)銷術(shù)語(yǔ)。
對(duì)于手機(jī),要求在距離眼睛 10-12 英寸(約 25-30 厘米)時(shí),lcd 的顯示達(dá)到 300ppi(pixels per inch)以上,視網(wǎng)膜就無(wú)法分辨出像素點(diǎn)了。這也就是蘋(píng)果對(duì)「視網(wǎng)膜屏幕」的最初定義,iphone 4 屏幕的像素密度也達(dá)到了 326ppi。這是怎么計(jì)算出來(lái)的呢
上圖是一個(gè)高為 h 的物體,在與眼睛為 d 的距離下,在視網(wǎng)膜上成像的示意圖。由三角關(guān)系可知,眼睛的分辨角α和 d,h 有如下對(duì)應(yīng)關(guān)系:
而人眼睛的最小分辨角約為 1 角分(1/60°),國(guó)內(nèi)視力標(biāo)準(zhǔn)的 5.0 大致相當(dāng)?？紤]手機(jī)的使用場(chǎng)景,可以取 d=25cm。這時(shí)候,h=0.076mm,對(duì)應(yīng)為 333ppi。這就是視網(wǎng)膜屏幕的由來(lái)。其中,h 為 lcd 的點(diǎn)距。
同樣道理,如果對(duì)于汽車液晶儀表的應(yīng)用場(chǎng)景,一個(gè)典型使用儀表的距離為 70cm 左右,則 h 為 0.204mm。12.3 吋 lcd 典型的點(diǎn)距如下表:
就是說(shuō),對(duì)于 12.3 吋汽車液晶儀表的應(yīng)用,1440x540 分辨率下,5.0 的眼睛已經(jīng)不能分辨出來(lái)屏幕上的點(diǎn)了。更高的分辨率,用戶體驗(yàn)并不會(huì)得到更好的提升。
2、處理能力
在汽車上引入液晶儀表盤(pán)的優(yōu)勢(shì)在于,能提供更炫酷的顯示效果。而這種效果,不單是一個(gè)靜態(tài)的畫(huà)面,還要有動(dòng)態(tài)的圖形圖像變換過(guò)程。即,一個(gè)優(yōu)秀的液晶儀表盤(pán)設(shè)計(jì),不單要在空間(合理的分辨率)上是最優(yōu)的,還要在時(shí)間上(動(dòng)畫(huà)幀率,像素級(jí)別的動(dòng)態(tài) shader 特效渲染)是最優(yōu)的。
當(dāng)前,計(jì)算機(jī)對(duì)屏幕的圖形的顯示(位圖、矢量圖繪制,像素填充,shader 級(jí)別的像素渲染等),實(shí)質(zhì)上是對(duì)內(nèi)存中,逐點(diǎn)數(shù)據(jù)的修改和計(jì)算。當(dāng)分辨率在一維尺度的提升,意味著實(shí)際的處理能力需要以平方關(guān)系增長(zhǎng)。
例如:分辨率從 1280x480 提升到 1440x540,像素量增加 1.26 倍;而從,1440x540 到 1920x720,像素量則要增加 1.78 倍。
這就意味著,高分辨率顯示屏的顯示效果(幀速率、色彩值、圖形抗鋸齒能力等)要保證與低分辨率相同。前者,只需要處理能力(包括:cpu、gpu 的數(shù)據(jù)傳輸、渲染速度等)增加 1.26 倍;而后者,則需要再增加 1.78 倍。這對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)性能的要求過(guò)于苛刻,意味著,cpu 處理能力、gpu 渲染速度、系統(tǒng)總線吞吐率都不能有瓶頸產(chǎn)生。
另外,關(guān)于高分辨率的屏幕要點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的顯示,則需要 ui 提供更高分辨率的圖片。圖片等元素的增大,將導(dǎo)致儀表界面啟動(dòng)時(shí)間增長(zhǎng)。
如果不能保證上述處理能力怎么辦那就只能降低顯示效果。在 ui 的細(xì)節(jié)上做如下調(diào)整:
1、ui 界面中部分(或者全部)圖片用 16 位色圖片。從 32 位到 16 位,要求性能降低一半,彌補(bǔ)上述 1.78 倍的增長(zhǎng)。分辨率高了,但是顯示效果反而下降了。
2、使用低分辨率的圖片做拉伸或者插值,以滿足對(duì)啟動(dòng)時(shí)間和顯示性能的需求。這相當(dāng)于根本沒(méi)把高分屏發(fā)揮出來(lái)。
3、原來(lái)可以用透明度變化的,現(xiàn)在不用透明度。減少動(dòng)畫(huà)過(guò)程,在低分辨率的屏上可以更為平滑的加減速過(guò)程,將變?yōu)橹挥惺寄顟B(tài),沒(méi)有動(dòng)畫(huà)過(guò)程。例如:屏幕上車門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程。
4、gpu 的 shader 特效(例如:粒子效果、光影效果)盡可能的不用或者少用。原本可以做到的炫酷效果,現(xiàn)在不得不簡(jiǎn)化,甚至取消。
5、降低(甚至關(guān)閉)抗鋸齒功能。在 3d 模型的邊緣將產(chǎn)生明顯的鋸齒。雖然,分辨率提高了,但是,視覺(jué)上鋸齒更多了。
3、熱分析
汽車級(jí)液晶儀表要求的工作溫度范圍為-40～80(或者 85)℃。當(dāng)環(huán)境溫度為 85℃的時(shí)候,儀表內(nèi)部的溫度必須保證在元器件可以工作的溫度范圍內(nèi)。
首先,即便是汽車級(jí) lcd,其標(biāo)稱的最高工作溫度,也不會(huì)超過(guò) 85℃。我公司實(shí)際測(cè)試過(guò),在 90℃的時(shí)候,業(yè)界幾個(gè)知名品牌液晶屏供應(yīng)商提供的樣品均不能實(shí)際工作。這就要求,整個(gè)液晶儀表在設(shè)計(jì)的時(shí)候,必須考慮散熱。
其次,汽車級(jí)的處理器,通常標(biāo)稱的最高工作溫度為 105℃。也就是在外界環(huán)境溫度為 85℃的時(shí)候,必須保證,儀表殼體內(nèi)部處理器的環(huán)境溫度不能超過(guò) 105℃(只有 20℃的溫差范圍)。
處理器在工作的時(shí)候,發(fā)熱是不可避免的,其功耗與主頻成正比,與工作電壓的平方成正比?，F(xiàn)在的處理器,都有 dvfs(動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整)機(jī)制,根據(jù)當(dāng)前的負(fù)載,動(dòng)態(tài)調(diào)整處理器的核心工作電壓,達(dá)到降低功耗的目的。即,高主頻會(huì)對(duì)應(yīng)更高的核心電壓的提升,而工作電壓的平方正比于功耗。結(jié)果導(dǎo)致處理速度會(huì)與功耗超過(guò)平方的關(guān)系對(duì)應(yīng)。
通過(guò)對(duì)典型數(shù)據(jù)的初步估算表明,如果處理器主頻做 1.78 倍的提升,其實(shí)際功耗會(huì)超過(guò) 2 倍以上。這將給整個(gè)系統(tǒng)的熱設(shè)計(jì),帶來(lái)相當(dāng)大的難度——不得不使用更大的散熱片(儀表總體重量增加,儀表的抗沖擊震動(dòng)性能下降),更好的散熱材料和方式(成本提升),引入風(fēng)扇等主動(dòng)散熱機(jī)制(在國(guó)內(nèi)的空氣質(zhì)量下風(fēng)扇壽命為整機(jī)瓶頸,儀表的抗沖擊震動(dòng)性能下降)。
最后
汽車級(jí)全液晶儀表的設(shè)計(jì),是一個(gè)綜合考慮的過(guò)程。綜上所述,我們需要在用戶體驗(yàn)(不但要考慮靜態(tài)顯示的效果,更要考慮動(dòng)態(tài)畫(huà)面的感受)、儀表壽命、總體重量、整機(jī)性能、散熱性、抗沖擊震動(dòng)性等各個(gè)方面綜合考慮。上述細(xì)節(jié),環(huán)環(huán)相扣,一個(gè)液晶屏分辨率的提升,將會(huì)帶來(lái)各種設(shè)計(jì)難度和成本的提升。
華一汽車科技全液晶儀表盤(pán)絕對(duì)可以顛覆你的視覺(jué)享受,12.3寸的大顯示屏,能夠顯示更加豐富的信息,界面設(shè)計(jì)更加人性化和時(shí)尚化,車輛相關(guān)信息都可以通過(guò)虛擬指針與數(shù)字顯示結(jié)合的方式呈現(xiàn)出來(lái),面對(duì)這么酷的效果,愛(ài)車人士都贊嘆它是視覺(jué)的“豪華享受”。
我相信隨著ti技術(shù)的發(fā)展,處理器制程的提升(例如:28nm 或者更優(yōu)的工藝),高分辨率液晶屏帶來(lái)的問(wèn)題會(huì)逐步解決。但當(dāng)前務(wù)實(shí)的做法是綜合考慮各個(gè)電子元件當(dāng)下最優(yōu)的選擇。
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這里我們從用戶需求和設(shè)計(jì)上逐個(gè)層次展開(kāi)分析。
1、視距與點(diǎn)距
說(shuō)到 lcd 顯示,我們一定不陌生一個(gè)詞「視網(wǎng)膜屏幕」。視網(wǎng)膜屏幕是分辨率超過(guò)人眼識(shí)別極限的高分辨率屏幕,由蘋(píng)果公司在 2010 年在 iphone 4 發(fā)布會(huì)上首次推出營(yíng)銷術(shù)語(yǔ)。
對(duì)于手機(jī),要求在距離眼睛 10-12 英寸(約 25-30 厘米)時(shí),lcd 的顯示達(dá)到 300ppi(pixels per inch)以上,視網(wǎng)膜就無(wú)法分辨出像素點(diǎn)了。這也就是蘋(píng)果對(duì)「視網(wǎng)膜屏幕」的最初定義,iphone 4 屏幕的像素密度也達(dá)到了 326ppi。這是怎么計(jì)算出來(lái)的呢
上圖是一個(gè)高為 h 的物體,在與眼睛為 d 的距離下,在視網(wǎng)膜上成像的示意圖。由三角關(guān)系可知,眼睛的分辨角α和 d,h 有如下對(duì)應(yīng)關(guān)系:
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同樣道理,如果對(duì)于汽車液晶儀表的應(yīng)用場(chǎng)景,一個(gè)典型使用儀表的距離為 70cm 左右,則 h 為 0.204mm。12.3 吋 lcd 典型的點(diǎn)距如下表:
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2、處理能力
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這就意味著,高分辨率顯示屏的顯示效果(幀速率、色彩值、圖形抗鋸齒能力等)要保證與低分辨率相同。前者,只需要處理能力(包括:cpu、gpu 的數(shù)據(jù)傳輸、渲染速度等)增加 1.26 倍;而后者,則需要再增加 1.78 倍。這對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)性能的要求過(guò)于苛刻,意味著,cpu 處理能力、gpu 渲染速度、系統(tǒng)總線吞吐率都不能有瓶頸產(chǎn)生。
另外,關(guān)于高分辨率的屏幕要點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的顯示,則需要 ui 提供更高分辨率的圖片。圖片等元素的增大,將導(dǎo)致儀表界面啟動(dòng)時(shí)間增長(zhǎng)。
如果不能保證上述處理能力怎么辦那就只能降低顯示效果。在 ui 的細(xì)節(jié)上做如下調(diào)整:
1、ui 界面中部分(或者全部)圖片用 16 位色圖片。從 32 位到 16 位,要求性能降低一半,彌補(bǔ)上述 1.78 倍的增長(zhǎng)。分辨率高了,但是顯示效果反而下降了。
2、使用低分辨率的圖片做拉伸或者插值,以滿足對(duì)啟動(dòng)時(shí)間和顯示性能的需求。這相當(dāng)于根本沒(méi)把高分屏發(fā)揮出來(lái)。
3、原來(lái)可以用透明度變化的,現(xiàn)在不用透明度。減少動(dòng)畫(huà)過(guò)程,在低分辨率的屏上可以更為平滑的加減速過(guò)程,將變?yōu)橹挥惺寄顟B(tài),沒(méi)有動(dòng)畫(huà)過(guò)程。例如:屏幕上車門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程。
4、gpu 的 shader 特效(例如:粒子效果、光影效果)盡可能的不用或者少用。原本可以做到的炫酷效果,現(xiàn)在不得不簡(jiǎn)化,甚至取消。
5、降低(甚至關(guān)閉)抗鋸齒功能。在 3d 模型的邊緣將產(chǎn)生明顯的鋸齒。雖然,分辨率提高了,但是,視覺(jué)上鋸齒更多了。
3、熱分析
汽車級(jí)液晶儀表要求的工作溫度范圍為-40～80(或者 85)℃。當(dāng)環(huán)境溫度為 85℃的時(shí)候,儀表內(nèi)部的溫度必須保證在元器件可以工作的溫度范圍內(nèi)。
首先,即便是汽車級(jí) lcd,其標(biāo)稱的最高工作溫度,也不會(huì)超過(guò) 85℃。我公司實(shí)際測(cè)試過(guò),在 90℃的時(shí)候,業(yè)界幾個(gè)知名品牌液晶屏供應(yīng)商提供的樣品均不能實(shí)際工作。這就要求,整個(gè)液晶儀表在設(shè)計(jì)的時(shí)候,必須考慮散熱。
其次,汽車級(jí)的處理器,通常標(biāo)稱的最高工作溫度為 105℃。也就是在外界環(huán)境溫度為 85℃的時(shí)候,必須保證,儀表殼體內(nèi)部處理器的環(huán)境溫度不能超過(guò) 105℃(只有 20℃的溫差范圍)。
處理器在工作的時(shí)候,發(fā)熱是不可避免的,其功耗與主頻成正比,與工作電壓的平方成正比?，F(xiàn)在的處理器,都有 dvfs(動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整)機(jī)制,根據(jù)當(dāng)前的負(fù)載,動(dòng)態(tài)調(diào)整處理器的核心工作電壓,達(dá)到降低功耗的目的。即,高主頻會(huì)對(duì)應(yīng)更高的核心電壓的提升,而工作電壓的平方正比于功耗。結(jié)果導(dǎo)致處理速度會(huì)與功耗超過(guò)平方的關(guān)系對(duì)應(yīng)。
通過(guò)對(duì)典型數(shù)據(jù)的初步估算表明,如果處理器主頻做 1.78 倍的提升,其實(shí)際功耗會(huì)超過(guò) 2 倍以上。這將給整個(gè)系統(tǒng)的熱設(shè)計(jì),帶來(lái)相當(dāng)大的難度——不得不使用更大的散熱片(儀表總體重量增加,儀表的抗沖擊震動(dòng)性能下降),更好的散熱材料和方式(成本提升),引入風(fēng)扇等主動(dòng)散熱機(jī)制(在國(guó)內(nèi)的空氣質(zhì)量下風(fēng)扇壽命為整機(jī)瓶頸,儀表的抗沖擊震動(dòng)性能下降)。
最后
汽車級(jí)全液晶儀表的設(shè)計(jì),是一個(gè)綜合考慮的過(guò)程。綜上所述,我們需要在用戶體驗(yàn)(不但要考慮靜態(tài)顯示的效果,更要考慮動(dòng)態(tài)畫(huà)面的感受)、儀表壽命、總體重量、整機(jī)性能、散熱性、抗沖擊震動(dòng)性等各個(gè)方面綜合考慮。上述細(xì)節(jié),環(huán)環(huán)相扣,一個(gè)液晶屏分辨率的提升,將會(huì)帶來(lái)各種設(shè)計(jì)難度和成本的提升。
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