Hello 大家好,欢迎收看这一期的 Apple 护城河视频,我是初号。

我们频道之前用了好几期视频,给大家分享了几个 Apple 产品在显示效果上做的比较好的地方,像是色彩管理,可以根据图片或者视频的配置文件,在正确的色彩空间下进行渲染,再比如 local HDR,可以利用 OLED 或者 miniLED 高亮度的特性,让图片或者视频能够尽可能还原出当时场景的亮度。没看过的朋友强烈建议看看之前这几期视频。

但其实不知道大家有没有注意到一个问题,那就是这俩功能本质上是在干一件事,就是创造一个亮度和色彩都足够大的容器,把可以把所有内容统一转进来,再转换成屏幕接受的数据格式,因为对于屏幕的像素来说,他只接受一种数据格式,那就是 RGB 信号和当前的亮度,这部分是在系统中完成,不需要硬件的参与,我愿称其为操作像素的艺术。

但我们今天要分享的主题,则要比这个更加底层,因为我们都知道,内容当中的每一个像素,到屏幕上实际需要 RGB 几个像素来混合显示,这就是屏幕的次像素或者说子像素。

那次像素是如何被驱动进行显示的?OLED 和 LCD 之间的区别在哪? Apple 在这又有什么积累?那接下来我就来好好讲讲。

次像素渲染

先给大家做一点简单的科普,OLED 的像素并不是 RGB 1:1:1 的,像主流的钻石排列,红蓝就各少了一半的像素,这时候如果显示一个白点,只点亮 RGB 三个像素可能就不够,还需要从旁边借像素,来确保颜色和形状尽可能的还原,这就是次像素渲染算法

做得好可以让你感觉不到 OLED 缺少红蓝像素这个先天的劣势,做的不好那就会出现模糊或者锯齿,看起来不够清晰。所以这个功能算是那种,做的越好,你反而越没有感知的一个功能。

但大家可能不知道的是,尽管 LCD 是标准的 RGB 排列,他也需要借助类似的手段来平滑曲线或者圆角,像 Windows 有 ClearType 和整数缩放,Mac 这边有 HIDPI,都是在解决类似的问题,这些功能可以由软件来自定义,适配不同的显示屏,但是移动端由于功耗限制更加严格,所以类似的算法必须固化在硬件中,这个硬件就是显示芯片,又叫 DDIC,他不太起眼,藏在显示屏的背后,但是一般看楼斌老板的拆解视频,都能找到他的身影。

视频在 B 站被热心网友指正,这个框里圈出来貌似不是 DDIC,DDIC 在图中左边的封装内(待确认)

这也是软件端能控制的最末尾,软件系统是不能通过命令单独点亮一个「次像素」的,只有 DDIC 才有这个功能。所以不管聊显示的什么内容什么算法,最后可能都绕不开这颗芯片,今天先简单介绍下,未来我们的视频可能还会提及他。科普完毕我们进入正题。

DDIC 功能

为了这次给大家演示次像素渲染的效果,我还把放弃多年的 html 开发捡了起来,手写了个测试次像素渲染的网页,在这里也感谢 Navis 老师提供的创意,之所以用网页而不是图片,是因为每个设备的屏幕分辨率不一样,有 1080P 的、有 2K 的、还有 Apple 这种非标准分辨率的,要保证各个设备显示测试图案的大小接近,使用一样的字体,且不受图片压缩带来的影响,用代码画出来是最靠谱的,这个图虽然看着比较简陋,但是效果已经达到了。

测试页面在这,实现得很粗糙还望各位开发大佬轻喷,大家可以试试在自己手机上显示的效果。那这里再提醒一下,次像素渲染的算法实际上是 DDIC 芯片厂和屏厂一起来完成的,所以这里本质上是三星屏和国产屏、LCD 和 OLED,以及不同分辨率之间的区别。

所以请大家不要纠结我是在用什么型号的手机,这个跟本次测试其实没有关系。那我们先来看看 1080P LCD 屏幕的表现。

我们先看测试图案的上半部分,乍一看显示效果非常好,文字清晰不发虚,这些间隔 2 个单位的直线斜线,也都能分辨出轮廓,毕竟是 LCD 嘛,基础效果肯定是没问题的,但是往下看图标的显示效果,比如说新建便签的图标,左右和上下就出现了宽度不一致的问题,再看看耳机图标头梁的部分,也有明显的锯齿。

我们用显微镜放大看看次像素渲染实际的情况,那些半亮不亮的像素,就是为了显示平滑而从旁边借的像素,但 LCD 借的都是完整的 RGB 像素,不能借单个次像素。在便签这个图标中,其实不用借像素,也能把图标显示完整,借了之后反倒多余让四边不等宽,而耳机的图标这边,你能看到处理的又不够激进,尤其是头梁的上边缘,并没有借用,导致曲线看起来就不够平滑。

然后我们就着这两个图标,再来对比一下 1080P OLED 的表现,并且把国产屏和三星屏放一起看看区别,首先便签图标好像有着一样的上下左右不等宽的问题,这里国产 OLED 的表现似乎还好一些,但是耳机图标的曲线,三星 OLED 看起来会更加平滑,并且比 LCD 表现更好。

我们对比显微镜下的表现,国产屏在借用次像素时,上边缘的曲线向下多借用了几组像素,并且红色像素很亮很显眼,侵占黑区太多就中断了曲线的连续性。

并且如果回到测试图,看下排的大图标,三星屏仍然有优势,但是国产屏在显示文字的时候扳回一城,看起来会更加锐利,借用像素导致的边缘彩边现象更少,算是有益有弊吧。

并且从这也能看得出来,只要次像素渲染算法做的好,OLED 跟 LCD 差别已经并不明显,甚至有些场景,因为可以更精细的控制次像素对边缘进行填充,OLED 在平滑度上还要好于 LCD,OLED 已经不是当年的 OLED,这就好像 CMOS 当年各项素质也是不如 CCD,但最终还是把 CCD 淘汰了,确实是时代变了呀。

然后我们再看看两个 1.5K 和 2K 级别屏幕的对比,这里姑且按照红米的说法把 iPhone 也算成 1.5K,首先这一轮三块屏在清晰度上,相比 1080P 的屏幕都要好上不少,尤其是直线的辨识度上,因为像素密度更高的关系,次像素渲染算法有了更多发挥的空间,甚至显示一个单位的点,都要比 1080P 的更清晰。

在显微镜下观察,这是 1080P 屏幕的点,这是 1.5K 国产屏的点,这是 iPhone 的点,而这是 2K 三星屏幕下的点,从这可以发现,1.5K 确实是一个分水岭,显示出的点更接近一个正方形,我们再看看 1 个单位间隔的绿线,他们中间的分界线,也都比 1080P 的屏更加明确。

如果说到这三块屏难分秋色的话,那再往下看图标的效果,iPhone 的优势就非常大了,便签图标四边等宽,耳机图标极其平滑,这个甚至超过了分辨率更高的 2K 屏。

放大看细节,iPhone 在黑色区域调用了更多的次像素进行填充,不发光的区域最小,但是跟国产 1080P 屏不一样的是,填充的次像素亮度很低,平衡的更好,所以最终肉眼看上去,曲线会更加平滑。

其实看到这我们可以做一个小结了,1080P 下 LCD 屏幕跟三星的 OLED 各有优劣,但都略好于国产的 OLED 屏幕,主要体现在 LCD 字体更加清晰,但三星的 OLED 曲线处理更加平滑,而到了 1.5K 这个级别,国产 1.5K、iPhone 和三星的 2K 表现大体接近,但是在图标显示的平滑度上,iPhone 展现出了相对明显的优势。

当然啊,我这里的测试图属于非常极端的条件,是专门为了找问题而制作的,实际大家在使用手机的过程中,内容本身的清晰度差异可能远远大于算法的优劣。但还是得说,这两年国产屏的飞速发展,显示效果已经非常出色,早些年三星钻排屏幕清晰,显示效果好的优势再一点点被抹平,尤其是我在 K50U 的视频中说,1.5K 屏在中端产品上代替 1080P 屏幕一定是大势所趋了,今天的测试结果也侧面证明了这一点。再就是分辨率高并不一定清晰,次像素渲染算法能把清晰度的优势给抹平,甚至反超。

这里又要类比相机了,好的 CMOS 只能决定下限,配合上好的算法和调试效果,才能拉高整体的上限。我估计有朋友可能会说,这都太极端了,我觉得 1.5K 都挺好了,反正实际用也看不出啥区别。我相信大多数人应该都是这么想的。

确实作为一期护城河的视频,如果只挖到这一层,Apple  的优势似乎还不够明显,但你说,Apple  每年找屏厂独家定制的屏幕花那么多钱,他到底厉害在哪呢?是不是还有什么细节我们没有发现呢?

能力展现

这时候大家再仔细看看 Apple 的屏幕,不管是对比 1.5K 的国产屏,还是三星的 2K 屏,你们有没有发现 Apple 的像素好像更大一些,像素看起来更密集、间隔更小?其实不管对比哪个 OLED 都是一样的,iPhone 的屏幕,像素就是最大的,这个东西的学名叫做像素的「开口率」

开口率做大有很多的好处,比如说同样的电压,开口率大的像素亮度会更高,反过来说达到同样的亮度也会更加省电,对屏幕的寿命也有一定的提升。

不知道这时候会不会有朋友问,为什么开口率做大有这么多优势,连三星自己的 2K 屏幕都没有跟进,只有 Apple 是独一份呢?

说实话答案其实很简单,那就是良率和成本。OLED 屏幕的生产是通过蒸镀的方式固定像素位置的,RGB 三种像素对应要做三次蒸镀,每次蒸镀会用到一种掩膜,像素透过掩膜落在基材上就算固定成功,所以为了保证良率减少坏点,掩膜的开口要比像素稍大一点。

但是如果像素开口率很大,像素又很密,掩膜开口大小就很矛盾,弄小了像素固定不到基材上,就变成了坏点,弄大了落到了旁边像素上,颜色就错了。总之这是个行业难题,我不知道 Apple 到底花了多少时间和成本解决了这个问题,但最后的结果是,Apple  的屏幕在三星有完全独立的生产线,并且 iPhone 屏幕的亮度成为了行业标杆,功耗还做的很好。这可能就是钞能力把。

话说回来,厨子同志毕竟是供应链管理大师,他不可能允许屏幕的成本无限制膨胀,他肯定得想点什么辄来降低屏幕的成本,他想了个什么辄呢?我们其实能从一个参数当中找到答案,那就是屏幕的「PPI」。

其实 Apple 真的是一家非常不一样的公司,他们的产品都是用尺寸定义屏幕,而不像其他人一样用分辨率定义屏幕,Apple  的产品的分辨率全都非常奇怪,但如果你仔细看参数的话,你会发现他们的 PPI 都是相同或者接近的。回顾近十年来 Apple 发布的所有手机,在升级了 Retina 显示屏之后,LCD 只出现过 326 和 401 两个数字,OLED 我没记错的话,也就只有 458、460、476 这三个数字,iPad 和 Mac 我就不一一列举了。

从用户端来讲,选择产品时屏幕只需要考虑尺寸就足够了,不同尺寸的屏幕,清晰度和显示效果都比较接近,Apple  屏幕好这个记忆点就被植入进了用户的心中。从成本控制上来讲,只要是 PPI 一样的屏幕,其实可以被认为是一块屏,因为生产时都是一整块大的面板上切下来的。

甚至不同代的屏幕,就像今年 14 Plus 和去年的 13 Pro Max,虽然刷新率不一样,但是尺寸和 PPI 完全一样,在生产当中一定是有很多工序是可以完全复用的,这些都进一步的节省了成本。

并且这里有一个非常隐性的成本,就是次像素渲染的研发成本,这个算法实际上跟 PPI 是强相关的,因为 Apple 的屏都是独家定制的,使用次像素渲染的算法也是自己研发的,PPI 一样的屏使用的是同样的算法,不用重复造轮子,更专注的优化效果,确实是一举多得。

最后也是最重要的,其实是如果具备了控制次像素的能力,相当于打开了一扇新世界的大门,因为你还可以做另一件事,那就是「烧屏补偿」,今年大家也都看到了,iPhone 的 AOD 跟安卓非常不一样,屏幕整个不熄灭直接显示锁屏页面,还不移动位置。从理论上说,这么干相比安卓这边的 AOD 当然是更容易烧屏的。但是一方面像素的开口率更大,提升了屏幕的寿命,另一方面,Apple  有一套自己的补偿算法。

那说到这我还是提醒一下,OLED 烧屏补偿属于非常核心的机密,我也只能给大家分享一些实验结果和猜测,大家就听一下当做一个参考。这里也欢迎对这块有深入研究的朋友在评论区和私信跟我交流。

3 年前,我们当时用 XS Max 做了很多的老化实验之后发现,Apple  屏幕的寿命要比当年的 Android 机好很多,非常不容易出现烧屏的痕迹,这引发了我们非常大的好奇心,而后我们经过跟国内屏厂合作做技术分析之后发现,Apple  在 OLED 屏幕上外挂的那颗闪存芯片,可能是这里面的关键。

我们当时猜测,这个芯片其中一个作用就是存储每一个子像素的发光时间,按照像素本身的寿命曲线,对亮度进行补偿,注意啊,是每一个子像素,差不多 800 多万个数据。这样做的结果就是,除非是非常严重的老化,否则你几乎不会看到烧屏出现的痕迹。但是随着使用时间的提高,屏幕的峰值亮度会下降,去匹配老化最严重的像素的亮度

这也可能是为什么 Apple 要在 2019 年开始做屏幕认证的原因,只有官方的屏幕,这些信息才能被识别,烧屏补偿的功能才能正常开启。

坦率的说这个做法是非常聪明的,考虑的非常完整,既保证了官方维修的控制力,也让发光时间可以跟屏幕绑定在一起,同一块屏幕,不管用了多久不管换到哪个手机上,他的显示效果前后不会改变。

我们之所以猜测 Apple 会这样干,一是因为 iPhone 在老化测试中确实表现非常好,另外也是因为这件事 Apple 确实有能力做,并且别人很难学:闪存芯片和 DDIC 全都要定制,次像素渲染跟烧屏补偿算法高度耦合,必须通盘考虑,每种像素的老化曲线需要提前测量,这里面每个点对其他产品来说可能都是一座大山,但是 Apple 把他们全都掌握在了自己手里,并且最终转化成了一个独一无二的功能,就是 iPhone 和手表的 AOD 显示。

这就是 Apple 垂直整合的功力。

不过我必须在这补充一句,三星自己的手机其实也是有机会的能做到的,但从我们当年老化测试的结果来看,他们的表现又很普通,并且现在的 AOD 也没有比其他安卓手机更丰富,所以我猜还是哪里有困难没有打通。

总结

又到了总结的部分了,其实在分析完 Apple 的产品之后,我常常有一种感觉,就是在 Apple 做产品经理可能是一件非常轻松的事,因为没有很多条条框框的限制,你只要专注在正确的事情上就够了,技术团队能力足够强,可以把你的想法执行落地。

但我转念一想,专注在正确的事情上,并且把方案考虑的足够细致,足够完整,这不也是产品经理这个岗位最困难的地方吗?没有了外部条件的限制,其实更加考验产品经理的能力,因为你是没有任何接口的。

就像我们今天分析的次像素渲染这一大堆相关联的功能,次像素渲染和防烧屏我应该可以想到,但是官方屏幕认证这件事很可能就会被忽略掉,而且你再仔细想想的话,次像素渲染和 miniLED 上的分区调光,底层原理是一模一样的呀。不都是为了保证边缘的平滑吗?那分区调光的算法又从中借鉴了多少呢?

所以我总是感慨,越研究 Apple,越觉得 Apple 是所有人的老师,他拿出的往往是最优解,让你不得不去模仿,甚至有时候连模仿都很难做到,那你还怎么好意思嘲讽人家没有创新呢?

就拿防烧屏来说,现在每一家都在研究解决方案,但是摆在眼前的问题是,次像素渲染算法、DDIC 功能定制、像素老化研究,这里每一个都是硬骨头,有时候即使你有想法,也会发现受制于人,没法面面俱到。

不过国产屏的强势崛起其实给行业带来了变化,就像我之前在 K50U 那期视频里讲到的,国内供应商是非常开放的,合作时的技术交流也非常真诚,愿意一起努力提升屏幕的显示效果。

我对这件事还是非常乐观的,可能这一段的护城河已经不那么牢固了。好了这就是本期视频的全部内容了,非常感谢大家的观看和三连支持,这里是是两颗皮蛋的初号,我们下期见~

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