DXOMARK解码科技:软件调优在屏幕显示性能中起到的关键作用

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2022年,智能手机在屏幕方面展现了稳定的增强与优化,为用户体验带来了持续性提升。这证明了,设备的性能不仅仅取决于其硬件规格,软件功能也是影响智能手机性能的关键因素。因此,厂商们经常会发布固件更新以此对设备问题进解决或对设备性能进行优化处理。

智能手机通过程序或算法来优化控制屏幕显示和其他硬件设备,这一过程被称为“软件调优”。无论硬件设备多么先进,如果软件调优不佳的话也无法提供出色的性能。而设备调优得越仔细,就越能发挥其硬件性能从而满足甚至超越用户期望。同时,调优也会影响用户的实际操作体验:通过测试和分析,厂商可以对屏幕亮度和颜色配置等功能特性的数据进行调优,但他们也可以选择让用户自己调整这些默认设置。除此之外,调优的另一个主要作用是权衡管理智能手机。例如,一直使用120Hz的刷新率会影响电池续航,如何在智能手机限制和用户偏好之间找到一个平衡点,调优使其成为了可能。

为了解硬件和软件调优如何影响终端用户体验,DXOMARK比较了几组机型,测试数据如下

示例1:峰值亮度

广告上标注的峰值亮度并不能如实反映用户体验。平均图像水平(APL,Average Picture Level)是屏幕上显示整个内容的平均亮度,OLED峰值亮度便是基于平均图像电平来进行调整的,这意味着在强光下,黑色背景上的单个白点的亮度会比在最大容量下全白屏显示的亮度要更高。在OLED屏幕上,亮度通常会随着平均图像水平的增加而下降;但是,制造商也可以通过选择调优来提供一致的屏幕亮度,如下图所示:

设备A和设备B在广告上标注的峰值亮度皆约为1000尼特。设备A通过调优校正了其平均图像水平曲线,而设备B没有。如果只显示一个白点,两个设备的峰值亮度都会达到1000尼特以上,但在网页显示上(约80%APL),设备A仍然提供1000尼特的峰值亮度,而设备B仅提供约800尼特的峰值亮度。在这种情况下,两台设备之间的用户体验差距很大,由此可见,规格有时候也是具有误导性的。

制造商需要深入调试屏幕亮度,因为它对用户体验和电池续航都有很大影响,例如:无论屏幕内容显示如何,始终保持高亮度都会缩短电池续航。即使硬件组件能够提供非常高的峰值亮度,还是要靠软件才能确保亮度的调整,以提供最佳的用户体验并确保其符合电池限制。

示例2:高亮度模式

尽管“高亮度模式”(HBM)没有标准定义,但大多数制造商都声称他们的智能手机配备了这项功能,该功能会在强烈的照明环境下被激活,并临时提升屏幕的易读性。在智能手机上实现高亮度模式的方法有很多,其中大多数涉及提高亮度,通过色调映射补偿环境照明反射,增加色彩饱和度。每个OEM都可以将这些设置调整为他们认为最适合用户体验的设置。但无论采用何种高亮度模式的方法,厂商都必须测试多种不同类型的内容,以避免出现意外情况,如视频所示:

尽管设备A在高亮度模式下具有很好的渲染,但它的亮度提升和对花瓣的过度饱和抹去了花瓣的所有细节,并且背景中模糊的花瓣边缘有非常明显的过渡。虽然设备B的亮度提升相比而言并不明显,但花的大部分细节都是可见的。

高亮度模式持续时间取决于亮度水平

另一方面,即使具备相同的硬件规格,设备高亮度模式保持时间也不总是相同的。高亮度模式持续多长时间取决于制造商,他们会在亮度、可读性、电池续航和过热等这些可能会影响设备组件的因素之间找到最佳平衡。上图显示了两个不同设备的高亮度模式持续时长:设备C只持续了10分钟,而设备D在相同的照明条件下持续了30分钟。

示例3:视频色调映射

精准的调试对于展现视频拍摄者的艺术意图和最佳的渲染效果来说至关重要。在下面的案例中,两台相同品牌的设备都具有杜比视界和HDR10+,技术规格也都相同,我们假设它们的调优也很相似。然而,设备A由于色调映射不正确在HDR视频的暗色调中缺乏细节,如下面的曲线图和对比照片所示。

黑暗环境中电光传递函数

电光传递函数(EOTF)是一种将视频中的数字信号转换为屏幕亮度值的方式。

黑暗环境中电光传递函数的下降对应着设备 A渲染图中屋顶瓦片的完全消失,这导致视频中出现了一个完全黑暗的区域。设备 B具有不同的色彩渲染,更接近拍摄者想要表现的艺术意图,并提供了更多细节,因此整体的视觉体验更好。

示例4:可变刷新率

用于OLED的两种主要薄膜晶体管(TFT)技术是低温多晶氧化物(LTPO)和低温多晶硅(LTPS);简单来说,它们之间的主要区别是:

  • LTPO和LTPS都提供非常流畅的触摸交互(通常在120Hz时)。
  • LTPO比最先进的LTPS更节能;
  • LTPO 可以切换到1 Hz 和120 Hz 之间的任何刷新率(可变刷新率),而LTPS 只能在预设模式之间切换,例如60 Hz、90 Hz、120 Hz;
  • LTPO的晶体管尺寸比LTPS大,这会限制最大分辨率。

OLED LTPO面板的发展意味着会有更多旗舰设备采用可变刷新率(VRR)。这项技术允许面板降低其刷新率,从而让用户在设备待机时延长电池续航。但是对设备来说保持对用户的输入做出快速反应的能力也是十分重要的,刷新率的降低会极大地影响屏幕浏览体验,从而削弱其流畅性。这就是节省电量的代价,厂商们必须找到一个合适的平衡点,以确保可以平滑过渡。

话虽如此,可变刷新率在明亮的环境中还是十分有用的,因为屏幕需要提供更高的亮度才能被阅读,而降低刷新率是弥补高亮度带来的额外电池消耗的一种方式。制造商可以选择是否采用,并决定应该在哪个级别的设备中配备它。在下面的示例中,我们测量了两台使用可变刷新率的设备的刷新率:

网页上可变刷新率的适配性

这两款设备都声称拥有可变刷新率面板,刷新率在10Hz至120Hz之间。在黑暗环境中,这两款设备都非常流畅,提供了120Hz的体验。但在模拟室外环境照明下,它们开启了可变刷新率,设备A在60Hz时显示出第一个峰值,而设备B每隔10Hz会显示一个峰值,这意味着其刷新率已降至10Hz。

为什么在类似条件下,设备A以60Hz刷新而设备B以10Hz刷新?其中答案可能取决于厂商策略、电池消耗以及其他因素

结论

尽管配备最新的高质量面板是提升智能手机显示质量的良好选择,但这并不够。正如本文所强调的,屏幕显示性能不仅取决于硬件规格,还取决于制造商为了优化不同使用情况下的用户体验而做出的软件和电池策略选择。除了纯粹的用户体验外,带来稳定平衡的手机体验也是一个需要权衡的问题。这不是一门精确的科学,也没有独特的配方。调优将在智能手机优化中发挥越来越重要的作用,特别是随着厂商开发新的人工智能功能,这些功能可以根据用户交互来分析反馈并调整设置,从而为手机注入更多“智能”。