Мерцающие OLED дисплеи остались в прошлом! Сначала в смартфонах Xiaomi, а потом и в других китайских устройствах стали появляться экраны без мерцания. Более того, мерцание стали отключать и на предыдущих поколениях устройств. Насколько действительно полезна функция DC dimming и сколько здесь рекламы, что на самом деле сделали в Xiaomi и можно ли отключить мерцание на других смартфонах? Попробуем разобраться.

О вреде мерцания

Споры о вреде мерцания не стихают с тех самых пор, как дисплеи начали мерцать. «Через пять минут глаза слезятся, через полчаса краснеют», жалуется один из пользователей на форуме Samsung. «Ничего подобного, не слезятся и не краснеют!», 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 (а точнее – не в величине области цветового охвате), или не только в ней. Дело в том, что большинство современных экранов смартфонов, выполненных по технологии органических светодиодов OLED, 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, замечает ли он мерцание (это физиологическое свойство не глаз, а мозга, обрабатывающего поступающую от глазного нерва картинку), а от здоровья глаз пользователя и оставшегося «запаса прочности» по зрению.

В этой статье мы расскажем не только о том, как избавиться от мерцания в смартфонах iPhone 11 Pro и Pro Max, Xiaomi Mi 9, Google Pixel 4/4 XL и других устройствах с Android. Мы также расскажем о том, как обойти установленное Google ограничение, связанное с новыми экранами, установленными в Google Pixel 4 и 4 XL. Эти экраны реализуют более плавное обновление картинки с частотой 90 Гц вместо привычных 60 – но только на яркости в 75% или выше.

Предыстория

Xiaomi не была первой компанией, которая решила избавиться от мерцания OLED-панелей, но именно она привлекла внимание общественности к феномену мерцания. Почему это произошло лишь теперь, в 2019 году? Дело в качестве панелей. Ещё три года назад технология производства OLED допускала огромный 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 в случае с экраном – чем меньше фотонов излучается светодиодом) – тем больше вероятность возникновения «цифрового шума». Уже в прошлогодних моделях качество OLED панелей заметно выросло, и разброс параметров между соседними точками таков, что ШИМ можно и отключить с заметным, но не катастрофическим падением качества изображения.

Интересный факт: подавляющее большинство OLED-панелей для телевизоров большинства известных производителей – от SONY и Philips до самой LG включительно, – выпускаются 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, используемых в телевизорах.

Крупнейшим производителем OLED панелей для смартфонов был и остаётся Samsung. Samsung использует AMOLED в собственных смартфонах и поставляет панели сотням производителей, включая Apple и Google (о Google – чуть ниже, там не всё так просто). Настройки панелей различаются в зависимости от требований конкретного OEM; в том числе различаются 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.

Так, панели Samsung в смартфонах Galaxy S8+ мерцают всегда, даже на яркости в 99% от максимальной. Использование ШИМ на протяжении всего диапазона значений яркости позволила Samsung добиться отличной цветопередачи и равномерных заливок даже на самых тёмных участках экрана. То, что заявленные характеристики достигаются путём бомбардирования глаз пользователя яркими пульсациями, компания долгое время игнорировала. Даже в актуальном поколении Galaxy S10 производитель использует всё 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 управления яркостью. На высоких уровнях яркости контроллер дисплея варьирует ток, подаваемый на светодиоды. Когда яркость падает до заданного производителем уровня, контроллер перестаёт 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, компания Apple настроила экраны iPhone 11 Pro и Pro Max таким образом, что мерцание ШИМ начинается на уровне яркости 50% и ниже. А вот Google использовал разные экраны в модельной линейке Pixel 3 и 3 XL; соответственно, на компактной версии смартфона мерцание начиналось гораздо раньше, чем на XL.

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, и таких экранов множество. Ещё в 2015 году Microsoft устанавливали 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 SONY во всех моделях устанавливает контроллеры управления яркостью либо совсем без мерцания, либо с мерцанием на частоте 720 Гц (заметить его действительно очень трудно).

Почему так не поступают все производители? Вопрос исключительно экономии: контроллер, работающий на более высокой частоте, стоит на несколько десятков центов (для смартфонов) или даже долларов (для телевизоров) дороже самых дешёвых, с мерцанием на низкой частоте. Простая экономика масштабов позволяет компании сэкономить миллионы или десятки миллионов долларов на использовании более дешёвых (и вредных для здоровья пользователей) компонентов. Если же 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 или и вовсе выпустив обновление прошивки, как это сделала Xiaomi.

А можно ли вообще избавиться от мерцания, полностью переведя панели на прямое управление яркостью? Сегодня и это проделать можно, а вот ещё два-три года назад пользователю пришлось бы терпеть слишком много компромиссов. Пока же пользователям приходится иметь дело с мерцающими экранами – и пытаться что-то с этим сделать самостоятельно.

DC Dimming от Xiaomi

Термин “DC Dimming” является маркетинговым изобретением Xiaomi. Аналогичную маркетинговую кампанию провёл в своё время производитель мониторов BenQ, выпустив в 2013 году линейку мониторов Flicker Free. С тех пор мерцание в компьютерных LCD мониторах постепенно стало дурным тоном; от него отказались практически все производители.

Изобретение Xiaomi неожиданно для самой компании оказалось отлично воспринятым пользователями и журналистами. В результате подтянулись и другие китайские производители. Компания OnePlus активировала соответствующий режим в OnePlus 7, OPPO выпустили смартфон Reno с соответствующей возможностью. Huawei выпустила обновление прошивки, отключающее мерцание для смартфона P30 Pro.

А вот для старых моделей возможность DC dimming доступно достаточно условно. Так, в моделях OnePlus 6 и 6T соответствующая опция доступна, но лишь в экспериментальных настройках. Дело в том, что прямое управление яркостью светодиодов на низкой яркости обнажает недостатки OLED – здесь и испорченная цветопередача, требующая программной компенсации, и структура «наждачной бумаги». В результате более современные матрицы OnePlus 7 и 7 Pro выглядят в режиме «без мерцания» заметно лучше более старых матриц из OP6 и 6T.

Чтобы включить DC Dimming на смартфонах Xiaomi Mi 9, установи актуальную прошивку и введи в приложении «Телефон» код *#*#3225#*#*

Отключается этот режим повторным вводом того же кода.

Обратная сторона медали

Есть ли у «немерцающего» режима недостатки? В модели Xiaomi Mi 9 – безусловно, есть. В этой модели режим DC Dimming, вероятно, реализован не на уровне ядра, а на уровне framework прошивки – недалеко от «ночного» режима (Reading Mode в терминологии Xiaomi), который в ночное время уводит температуру экрана в тёплые оттенки.

Это следует из того, что «ночной» режим и DC dimming не работают на экране блокировки; стоит разблокировать аппарат, как мерцание тотчас же пропадает, а цвета приобретают янтарный оттенок «ночного» режима. Связано это с особенностями работы встроенного под экран датчика отпечатков пальцев, который функционирует некорректно при использовании любых экранных фильтров. Никакого контроля цветопередачи на пониженной яркости также не наблюдается: тестовые шаблоны при активированном режиме DC Dimming выглядят точно так же, как при использовании наложения серого фильтра (screen overlay) приложением Lux Dash, Darker или одним из множества подобных.

Как это выглядит? Качество матрицы у Mi 9 достаточно высокое, и даже на минимальных уровнях яркости заливка экрана серым цветом выглядит равномерно; нет ни структуры «наждачной бумаги», ни грязных жёлтых пятен. При этом на самых низких значениях яркости (ниже 10%) экран Mi 9 всё-таки начинает мерцать, так что о полном и безоговорочном отсутствии мерцания говорить не приходится. Xiaomi корректно описывает «уменьшение» уровня мерцания, но не полное избавление от него.

В целом, решение Xiaomi портировать DC Dimming на предыдущие модели можно похвалить за намерение и популяризацию проблемы – и серьёзно покритиковать за кривую реализацию.

По имеющейся информации, в Xiaomi сейчас работают над полностью аппаратным решением проблемы мерцания OLED для новых моделей смартфонов.

OnePlus 7, 7T и модели Pro

Сразу после Xiaomi о поддержке DC Dimming заявила компания OnePlus – в первую очередь для смартфонов OP7 и 7 Pro. Новая возможность по умолчанию выключена; её можно активировать в настройках OnePlus Laboratory.

Решение OnePlus – также чисто программное. Судя по отзывам пользователей, DC Dimming не распространяется на экран блокировки. Вероятно, это также связано с тем, что встроенный в экран оптический датчик отпечатков пальцев не может работать при активном оверлее. Эту проблему производитель может решить в новых моделях соответствующими настройками на уровне контроллера дисплейного модуля; надеюсь, такие контроллеры появятся в ближайшем будущем.

Мерцание в Google Pixel 4/4 XL и частота развёртки в 90 Гц

Показательный пример вреда ШИМ неожиданно преподнёс Google. Новые смартфоны компании, Pixel 4 и 4 XL, используют экранные модули OLED с мерцанием на уровнях яркости ниже 75%. В то же время одной из широко рекламируемых возможностей новых устройств стали экраны с частотой обновления, повышенной со стандартных 60 до 90 Гц. Повышенная частота развёртки позволила добиться визуально более гладкого эффекта прокрутки и анимаций.

Всё бы хорошо, но пользователи быстро обнаружили, что новые устройства используют повышенную частоту обновления экрана только при яркости в 75% и выше. В условиях пониженной яркости частота обновления экрана падает до стандартных 60 Гц.

С одной стороны, Google пообещал рассмотреть возможность автоматической активации повышенной частоты обновления экранов и в других условиях освещённости. С другой – пользователи могут вручную активировать повышенную частоту обновления вне зависимости от условий внешнего освещения. Мы же попробуем разобраться в причине, побудившей Google сделать столь странные настройки экрана.

Может быть, дело в экономии заряда? Действительно, отрисовка анимаций с повышенной в полтора раза частотой сильнее нагружает графический сопроцессор. В ситуациях с обычной прокруткой страниц в браузере нагрузка на GPU составляет целых 1.4% вместо обычных 0.9 (да, обычные 2D операции с буфером не способны сколько-нибудь заметно загрузить графическую подсистему в Snapdragon 855). Однако смартфонам OnePlus 7 Pro и 7T Pro это ничуть не помешало, а на время автономной работы никто особо не жалуется.

Сравнение с OnePlus 7/7T Pro здесь более чем уместно. В этих моделях компания OnePlus отошла от мерцающего управления яркостью через ШИМ (PWM) благодаря использованию функции DC Dimming (мы уже обсудили особенности её реализации). При этом Google продолжает выпускать смартфоны с гибридной схемой управления яркостью; на уровне яркости от 100 до 75% используется прямое управление яркостью, а на более низких уровнях включается ШИМ.

Сопоставим факты. Матрицы OLED в подавляющем большинстве мерцают на частоте 240 Гц. Такое мерцание отлично сочетается с частотой обновления экрана в 60 Гц; на одно обновление приходится ровно 4 пульсации. А если частота обновления экрана будет 90 Гц? 240 на 90 нацело не делится. То есть, получается дробное количество пульсаций на одно обновление экрана – и это способно отрицательно повлиять на опыт использования устройства. Соответственно, развёртка экрана в 90 Гц у Google работает только на тех уровнях яркости, на которых нет мерцания – видимо, такой подход позволил избежать артефактов при анимации. Для тех же, кто хочет именно 90 Гц, есть настройка в Developer Settings.

Решить проблему может либо полный отказ от мерцаний (механизм DC Dimming), либо развёртка на частоте не 90, а 120 Гц (как в планшетах iPad Pro). Альтернативный вариант – ШИМ на другой частоте, кратной частоте развёртки (например, 270 Гц). Мы же в рамках данной статьи попробуем отключить мерцание вовсе, заодно добившись того, чтобы смартфоны Pixel 4/4XL. Об этом – в разделе «AMOLED без ШИМ».

AMOLED без ШИМ

До восьмой версии Android для понижения яркости можно было использовать обычные экранные фильтры. С одной стороны, включать-выключать фильтр вручную довольно неудобно; с другой – в магазине Google Play хватает приложений, которые автоматизируют этот процесс. Такие приложения могут как активироваться самостоятельно в заданное время суток, так и временно отключать фильтр, если датчик освещения показывает, что снаружи достаточно светло. К примеру, приложение Lux Auto Brightness полностью автоматизирует процесс, позволяя задать минимальный уровень яркости (в процентах), ниже которого программа будет использовать серый фильтр-overlay переменной прозрачности (чем ниже яркость, тем менее прозрачен фильтр). Использование таких программ позволяло полностью избавиться от ШИМ в старых устройствах.

Начиная с Android 8 Oreo разработчики Google ограничили возможности экранных фильтров. В Android 8, 9 и 10 приложения, использующие фильтры, больше не могут распространить их действие на верхнюю область с часами и уведомлениями, что сводит их практическую полезность на нет.

Спустя некоторое время нашёлся и обходной путь: оказалось, что использование сервиса Accessibility позволяет это ограничение обойти. Google попытались ограничить использование этого сервиса, но попытка потерпела неудачу: оказалось, что без службы Accessibility не могут нормально функционировать многие и многие приложения (это отнюдь не похвала архитектуре системы). На сегодня известны всего три приложения, которые могут использовать для затемнения экрана сервис Accessibility.

Первое – доступно в Google Play, но – платное: Lower Brightness Pro.

В отличие от Darker, Lux Auto Brightness и массы подобных им приложений, в этом действительно затемняется и строка уведомлений. К сожалению, управление яркостью реализовано не слишком удобно (кнопками + и -). Автоматическое управление яркостью сохраняется. Это неплохо для Android 8/8.1, где можно зафиксировать положение ползунка яркости, но сводит с ума автоматическую регулировку яркости в Android 9 и прошивках, имитирующих iOS (то есть таких, в которых автоматическое изменение уровня яркости экрана сдвигает положение ползунка управления яркостью).

Есть бесплатная альтернатива с XDA: утилита PWMfree. Google Play приложение отсутствует. Скачать приложение можно непосредственно из ветки разработчика на XDA. Несмотря на бесплатность, утилита понравилась мне заметно больше конкурента из Play Store: в ней — удобное управление яркостью движком из панели уведомлений, включение-выключение одной кнопкой. Датчик освещения отключается при активации серого оверлея и включается обратно при деактивации. В то же время, автоматического управления яркостью здесь нет.

Оптимальным решением является, пожалуй, третий вариант: бесплатное приложение OLED Saver, обладающее рядом достоинств по сравнению с конкурентами:

1. Работает в том числе и в зоне уведомлений
2. Есть настройка порогового значения аппаратной регулировки уровня яркости (как в Lux)
3. Есть быстрый переключатель для временного отключения сервиса
4. Регулировка яркости как ползунком, так и кнопками (это удобно)
5. Собственная реализация автояркости (она работает, хоть и не идеально)
6. Несмотря на то, что приложение использует службу Accessibility, оно присутствует в Google Play

Использование и последующая настройка OLED Saver позволяют добиться того, что экран всё время работает на значении яркости от порогового (например, 75%) до максимального (100%). Для более низких значений яркости приложение использует серый фильтр, позволяя таким образом достичь двух целей: избавиться от ШИМ (на любых смартфонах с AMOLED) и обеспечить постоянную работу экрана на частоте 90 Гц (для Pixel 4/4XL) без включения опции из режима для разработчиков.

Если есть root: отключение мерцания

Наверное, стоит упомянуть и другой вариант отключения мерцания, доступный для устройств с Android с root-доступом. Для этого потребуется два приложения: Lux Auto Brightness и CF.Lumen (последнее – только если не используется ядро с поддержкой KCAL). Далее настройте значение, ниже которого Lux будет использовать серый фильтр вместо системного управления яркостью:

Без root-доступа всё будет работать уже на этом этапе, но строка состояния и область уведомлений в Android Oreo и Pie не будут покрыты оверлеем. Соответственно, настроить альтернативный механизм управления яркостью можно в следующем окне:

Если установлено ядро, которое поддерживает механизм KCAL – просто укажите в Lux соответствующую опцию. Если поддержки KCAL нет, то CF.Lumen предлагает собственный драйвер для управления настройками экрана. Запустите его и предоставьте root-доступ, после чего в настройках Lux выберите пункт «интеграция с CF.Lumen Pro».

Далее нужно будет указать комфортные для вас уровни яркости, соответствующие разным условиям внешнего освещения. Задача решена.

iPhone 11 Pro и Pro Max: отключаем мерцание экрана

Традиционно Apple использовали в iPhone матрицы, выполненные по технологии IPS. OLED экран впервые появился в iPhone X, и в нём же пользователи компании впервые столкнулись с мерцанием. По отзывам пользователей, мерцание присутствует и в последних моделях компании, iPhone 11 Pro и iPhone 11 Pro Max.

(Оригинальное видео доступно по ссылке: Twitter)

Многие пользователи недовольны мерцанием, справедливо ссылаясь на такие устройства, как OnePlus 7 и 7T, экраны которых не мерцают благодаря функции DC Dimming. Нужно, однако, отметить, что в iOS есть встроенный механизм, позволяющий по желанию пользователя включать и отключать экранный фильтр заданной плотности, что позволяет полностью избавиться от мерцания дисплея на низкой яркости.

Как проверить экран на мерцание

Наличие или отсутствие мерцания можно проверить без специального оборудования, используя камеру другого смартфона. Откройте на смартфоне страницу с белым фоном (например, about:blank в браузере Safari или Chrome), выключите свет и понизьте яркость экрана до минимума. Если теперь навести на экран камеру другого смартфона, то мерцание экрана будет выглядеть примерно так:

Чтобы определить, на каком уровне яркости прекращается мерцание экрана, можно открыть Центр управления и плавно двигать ползунок яркости. Исчезновение диагональных полос означает отсутствие ШИМ на данном уровне яркости.

На смартфонах Apple минимальный уровень яркости без мерцания – порядка 50%. Но если постоянно держать яркость на этом уровне, то в тёмных условиях устройством будет пользоваться некомфортно. Задача – понизить эффективный уровень яркости экрана, но не допустить мерцания.

Включаем серый фильтр

В настройках iOS есть специальный режим, который можно найти в настройках Accessibility > Display Accomodations.

В этом режиме экран искусственно затемняется программным фильтром (аналог screen overlay в Android). Чтобы включить фильтр, зайдите в Display Accomodations. Теперь нужно нажать на надпись Display Accomodations и активировать ползунок Reduce White Point (см. скриншот). Значение плотности фильтра подберите экспериментально; попробуйте начать со значения в промежутке от 85 до 100% и настройте до комфортного уровня (яркость экрана в Центре управления должна быть на уровне 50%).

Отключение ШИМ тремя кликами

На этом настройка не закончена; включать и выключать фильтр из настроек – долго и неудобно. Рекомендую повесить соответствующую команду на тройной клик кнопкой включения экрана.

Для этого найдите в настройках опцию Accessibility Shortcut (проще всего это сделать, используя поиск по настройкам) и назначьте на неё включение и отключение функции Reduce White Point (см. скриншоты).

На том всё. После активации этой функции мы получили iPhone 11 Pro или Pro Max, мерцание экрана которого можно быстро включать и отключать трёхкратным нажатием на боковую кнопку. Теперь можно спокойно пользоваться устройством в темноте. Кстати, похожая процедура работает и для предыдущих моделей, iPhone Xs и Xs Max.

Выводим включение фильтра в Центр управления

Если вы предпочитаете активировать и отключать экранный фильтр не кнопкой включения экрана, а командой в Центре управления, то этого можно добиться посредством Accessibility Shortcut.

Откройте настройки и найдите Control Center (в меню General).

Далее пройдите в Control Center > Customize Controls. Иконка Accessibility Shortcuts находится под пунктом More Controls. Нажмите на Accessibility Shortcuts. Иконка Accessibility Shortcuts будет добавлена в список доступных элементов управления.

Проверьте, что иконка добавилась в Центр управления. Расположение иконки можно изменить, перетащив её в нужное место.

Заключение

Широтно-импульсная модуляция – вещь противоречивая. С одной стороны, ШИМ приводит к повышенной утомляемости и усталости глаз приблизительно 30% пользователей. Оставшиеся пользователи его не замечают, но при длительном использовании мерцающих устройств со временем устаёт и их мозг. С другой – использование ШИМ позволяет производителям не только сэкономить несколько десятков центов на каждом устройстве, но и даёт им возможность эффективно маскировать недостатки существующих OLED панелей. Впервые OLED экран без мерцания появился ещё в 2015 году, но эксперимент оказался неудачным: на тот момент технология производства дисплеев не позволяла создать панель, обладающую удовлетворительными характеристиками на низких уровнях яркости.

Уже в прошлом году качество панелей достигло такого уровня, что производители стали массово использовать гибридную схему управления яркостью; в относительно свежих устройствах ШИМ часто появляется лишь на самых низких (25% и ниже) уровнях яркости.

На сегодняшний день Samsung выпускает достаточно качественные панели OLED, на которых полное отключение ШИМ уже не приводит к заметной на глаз деградации картинки. Сейчас – самое время отказаться от ШИМ в OLED экранах. Китайские производители (Xiaomi, OnePlus, Oppo, Huawei) уже начали это делать; для крупных же производителей процесс наверняка растянется на несколько лет. Предлагаю взять заботу о своих глазах в собственные руки, используя описанные в статье методы избавления от мерцания.

Дополнительная информация

• DC Dimming против ШИМ или как регулировать яркость AMOLED без мерцания (ссылка)
• What is DC Dimming & Why it’s Important for AMOLED Smartphones? (ссылка)
• The Pixel 4’s 90Hz display only works at high brightness levels (ссылка)
• Google has a blacklist of apps that won’t run at 90Hz on the Pixel 4 (ссылка)
• How to configure the Pixel 4’s 90Hz Smooth Display: Enable, Disable & Force On (ссылка)
• Google’s own code explains why the Pixel 4’s Smooth Display isn’t always as smooth as you’d like (ссылка)
• Google promises another Pixel 4 software update, this time for the screen’s refresh rate (ссылка)
• Xiaomi and OnePlus add DC-dimming as an alternative to OLED PWM in their smartphone OS (ссылка)
• Xiaomi Mi 9 получил функцию DC dimming, берегущую глаза (ссылка)
• [APP] AMOLED PWMfree (ссылка)
• OLED’s Cause a Shift in Display Driving to DC Dimming to Improve Low Luminance Images (ссылка)
• iPhone 11 Pro (Max) PWM eye strain(ссылка)