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| 本文作者： 新智駕 | 2017-04-05 21:53 |
*圖片來自網絡
雷鋒網新智駕（公眾號：AI-Drive）按：本文作者為友衷科技聯合創始人劉淼博士，已授權雷鋒網發布。
現階段，12.3 吋全液晶屏的分辨率有：1280x480、1440x540、1920x720。對于汽車液晶儀表的應用，是否是越高的分辨率越好呢？分辨率的增高僅僅是換一個 LCD 顯示屏的工作和成本嗎？
這里我們從用戶需求和設計上逐個層次展開分析。
說到 LCD 顯示，我們一定不陌生一個詞「視網膜屏幕」。視網膜屏幕是分辨率超過人眼識別極限的高分辨率屏幕，由蘋果公司在 2010 年在 iPhone 4 發布會上首次推出營銷術語。
對于手機，要求在距離眼睛 10-12 英寸（約 25-30 厘米）時，LCD 的顯示達到 300ppi（pixels per inch）以上，視網膜就無法分辨出像素點了。這也就是蘋果對「視網膜屏幕」的最初定義，iPhone 4 屏幕的像素密度也達到了 326ppi。這是怎么計算出來的呢？
上圖是一個高為 h 的物體，在與眼睛為 d 的距離下，在視網膜上成像的示意圖。由三角關系可知，眼睛的分辨角α和 d，h 有如下對應關系：
而人眼睛的最小分辨角約為 1 角分（1/60°），國內視力標準的 5.0 大致相當。考慮手機的使用場景，可以取 d=25cm。這時候，h=0.076mm，對應為 333ppi。這就是視網膜屏幕的由來。其中，h 為 LCD 的點距。
同樣道理，如果對于汽車液晶儀表的應用場景，一個典型使用儀表的距離為 70cm 左右，則 h 為 0.204mm。12.3 吋 LCD 典型的點距如下表：
就是說，對于 12.3 吋汽車液晶儀表的應用，1440x540 分辨率下，5.0 的眼睛已經不能分辨出來屏幕上的點了。更高的分辨率，用戶體驗并不會得到更好的提升。
在汽車上引入液晶儀表盤的優勢在于，能提供更炫酷的顯示效果。而這種效果，不單是一個靜態的畫面，還要有動態的圖形圖像變換過程。即，一個優秀的液晶儀表盤設計，不單要在空間（合理的分辨率）上是最優的，還要在時間上（動畫幀率，像素級別的動態 Shader 特效渲染）是最優的。
當前，計算機對屏幕的圖形的顯示（位圖、矢量圖繪制，像素填充，Shader 級別的像素渲染等），實質上是對內存中，逐點數據的修改和計算。當分辨率在一維尺度的提升，意味著實際的處理能力需要以平方關系增長。
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 的數據傳輸、渲染速度等）增加 1.26 倍；而后者，則需要再增加 1.78 倍。這對于整個系統性能的要求過于苛刻，意味著，CPU 處理能力、GPU 渲染速度、系統總線吞吐率都不能有瓶頸產生。
另外，關于高分辨率的屏幕要點對點的顯示，則需要 UI 提供更高分辨率的圖片。圖片等元素的增大，將導致儀表界面啟動時間增長。
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 的細節上做如下調整：
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，彌補上述 1.78 倍的增長。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，以滿足對啟動時間和顯示性能的需求。這相當于根本沒把高分屏發揮出來。
3、原來可以用透明度變化的，現在不用透明度。減少動畫過程，在低分辨率的屏上可以更為平滑的加減速過程，將變為只有始末狀態，沒有動畫過程。例如：屏幕上車門開啟和關閉過程。
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，現在不得不簡化，甚至取消。
5、降低（甚至關閉）抗鋸齒功能。在 3D 模型的邊緣將產生明顯的鋸齒。雖然，分辨率提高了，但是，視覺上鋸齒更多了。
汽車級液晶儀表要求的工作溫度范圍為-40～80（或者 85）℃。當環境溫度為 85℃的時候，儀表內部的溫度必須保證在元器件可以工作的溫度范圍內。
首先，即便是汽車級 LCD，其標稱的最高工作溫度，也不會超過 85℃。我公司實際測試過，在 90℃的時候，業界幾個知名品牌液晶屏供應商提供的樣品均不能實際工作。這就要求，整個液晶儀表在設計的時候，必須考慮散熱。
其次，汽車級的處理器，通常標稱的最高工作溫度為 105℃。也就是在外界環境溫度為 85℃的時候，必須保證，儀表殼體內部處理器的環境溫度不能超過 105℃（只有 20℃的溫差范圍）。
處理器在工作的時候，發熱是不可避免的，其功耗與主頻成正比，與工作電壓的平方成正比。現在的處理器，都有 DVFS（動態電壓頻率調整）機制，根據當前的負載，動態調整處理器的核心工作電壓，達到降低功耗的目的。即，高主頻會對應更高的核心電壓的提升，而工作電壓的平方正比于功耗。結果導致處理速度會與功耗超過平方的關系對應。
通過對典型數據的初步估算表明，如果處理器主頻做 1.78 倍的提升，其實際功耗會超過 2 倍以上。這將給整個系統的熱設計，帶來相當大的難度——不得不使用更大的散熱片（儀表總體重量增加，儀表的抗沖擊震動性能下降），更好的散熱材料和方式（成本提升），引入風扇等主動散熱機制（在國內的空氣質量下風扇壽命為整機瓶頸，儀表的抗沖擊震動性能下降）。
汽車級全液晶儀表的設計，是一個綜合考慮的過程。綜上所述，我們需要在用戶體驗（不但要考慮靜態顯示的效果，更要考慮動態畫面的感受）、儀表壽命、總體重量、整機性能、散熱性、抗沖擊震動性等各個方面綜合考慮。上述細節，環環相扣，一個液晶屏分辨率的提升，將會帶來各種設計難度和成本的提升。
我相信隨著 TI 技術的發展，處理器制程的提升（例如：28nm 或者更優的工藝），高分辨率液晶屏帶來的問題會逐步解決。但當前務實的做法是綜合考慮各個電子元件當下最優的選擇。
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