Televisiovastaanottimien energiankulutuksen mittausstandardi uusittu

22.10.2008

Televisiovastaanottimien energiankulutus on noussut viranomaisten mielenkiinnon kohteeksi eri puolilla maailmaa. Yhdysvalloissa EPA (Environmental Protection Agency) ja eri osavaltioiden viranomaiset, Japanissa viranomaiset ja Euroopassa EU ovat laatimassa suosituksia vastaanottimien energiankulutukselle.

Televisiovastaanotinkalusto uusiutuu kaikkialla maailmassa. Lähetyksissä siirrytään digitaalisiin järjestelmiin, ja samalla kuvaputki korvautuu uusilla näyttötekniikoilla. Tietokoneissa nestekidenäyttöjä on käytetty jo jonkin aikaa, mutta vasta nyt nopeus, koko ja hinta alkavat olla televisioon sopivat. Varsinkin suurissa taulutelevisioissa on plasmatekniikka ollut vallitsevana, mutta nestekide on tulossa sinnekin.

Näyttötekniikoiden eroista

Perinteisellä katodisädeputkella kuva muodostetaan pyyhkimällä kuvaputken sisäpintaa elektronisuihkulla. Elektronisuihkun käyttämä teho vaihtelee kuvasisällön kirkkauden mukaan, mutta vaihtelu on varsin vähäistä verrattuna elektronisuihkun poikkeuttamiseen tarvittavaan tehoon, ja kuvaputki-tv:n tehonkulutus onkin melko vakio.

Nestekidenäytössä kuva muodostetaan ohjaamalla kuva-alkioiden läpinäkyvyyttä. Näytön taustalla on tasaisesti valaistu pinta ja kuva syntyy sen edessä olevan nestekidepaneelin ”luukkuja” availemalla. Taustavalo on jatkuvasti päällä. Taustavaloa moduloidaan eli sen kirkkautta vaihdellaan hyvin nopeasti, mutta sitä ei tehdä tehonkulutuksen vähentämiseksi, vaan sen avulla saadaan nestekiteiden hitautta näennäisesti parannettua. Perustekniikalla nestekidenäytön tehonkulutus on kuvasisällöstä riippumaton.

Plasmanäyttö on periaatteeltaan valoa säteilevä kuten katodisädeputkikin. Plasmanäytöstä kuitenkin puuttuu kuvaputken tehoa kuluttava poikkeutuselektroniikka, joten sen käyttämä teho on kuvasisällöstä riippuva. Kirkas kuva, jossa on paljon valoisia kohteita, vie enemmän tehoa kuin tummasävyinen.

Mittausstandardointi puhuttaa

Verrattaessa erikokoisten ja erilaisilla näyttötekniikoilla toteutettujen televisiovastaanottimien tehonkulutusta on havaittu, että näyttötekniikasta riippumatta on tarvittava teho noin 580 W/m2. Mahdollisuudet ja keinot tehonkulutuksen pienentämiseen ovat eri tekniikoilla erilaiset. Tässä onkin ristiriidan siemen tehonmittausstandardia laadittaessa.

Nykyisessä standardissa (IEC 62087, Ed. 1.0) tehomittauksen testikuvassa on mustalla pohjalla kolme pystysuoraa valkoista palkkia. Kuvan keskimääräinen kirkkaus on 50 % (täysvalkoisesta). Todellisia televisio-ohjelmia tutkittaessa on havaittu kuvan keskimääräiseksi kirkkaudeksi noin 34 %. Nestekidenäytön tehonkulutuksessa tämä kirkkausero ei näy. Sen sijaan plasmanäytön käyttämä teho seuraa kuvan kirkkautta.

Japanissa JEITA ehdottaa testikuvan muuttamista siten, kuvasarjassa olisi neljä erilaista kuvaa: täysvalkoinen, täysmusta, väripalkisto ja mustavalkopalkisto. Plasmanäytön kannattajat tuntevat tulevansa tässä menetelmässä kohdelluksi epäoikeudenmukaisesti. Kokeilujen perusteella on nimittäin havaittu, että JEITAn ehdottamalla testikuvalla plasmanäytön tehonkulutus on vastaanottimen kirkkausasetuksista riippuen 20 - 80 % korkeampi kuin nestekidenäytön. Sen sijaan aidolla ohjelmamateriaalilla mitattuna ero nestekidenäytön eduksi on enää 5 - 20 %.

”Plasmaleiri” ehdottaakin testikuvan muuttamista vastaamaan paremmin todellista ohjelmamateriaalia. Tältä pohjalta lähdettiin laatimaan mittausstandardista uutta painosta, IEC 62087, Ed. 2, jossa mittaussignaalina käytettäisiin tyypillistä ohjelmamateriaalia.

Haasteellisen tehtävän edessä

Helsingissä kaksi vuotta sitten pidetyssä kokouksessa perustettiin työryhmä korjaamaan mittausstandardia. Koska käytössä olevien staattisten testikuvien ei katsottu kohtelevan näyttötekniikoita tasapuolisesti, tavoitteeksi otettiin tyypillistä televisio-ohjelmaa vastaavan testisignaalin laatiminen.

Videokuvan kirkkautta kuvaa APL-lukema (Average Picture Level), jolla tarkoitetaan yhden kuvan keskimääräistä kirkkautta prosentteina täysvalkoisesta. Ohjelman keskimääräinen kirkkaustaso saadaan analysoimalla APL-lukemat kuva kuvalta ja määrittelemällä tulosten jakauma asteikolla 0 … 100 prosenttia. Kerätystä ohjelmamateriaalista laskettiin APL-lukemien keskimääräinen jakauma, jota kutsuttiin Master Histogrammiksi. Tämän master histogrammin huippu osuu 34 prosentin kohdalle (Kuva 1.)

Kuva 1. Televisio-ohjelmien keskimääräinen kirkkausjakauma 

Seuraava tehtävä oli hankkia videomateriaalia, josta voitaisiin koostaa testivideo, jonka APL-jakauma vastaisi mahdollisimman tarkasti master histogrammia. Ohjelmamateriaalista koostettiin 10 minuutin testivideo.

Vastaavanlainen analyysi ja testiaineisto tehtiin myös Internet-sisällöstä. Kuvasta 2 voidaan havaita, että Internet-sivujen APL-jakauman huippu osuu lähelle 90 prosenttia keskiarvon ollessa 81 psenttia. Internet-sivujen keskimääräinen kirkkaus on siis selvästi korkeampi kuin tyypillisen televisio-ohjelman.

Kuva 2. Internet-sivujen keskimääräinen kirkkausjakauma. 

IEC 62087, Ed. 2.0: 2008 Methods of measurement for the power consumption of audio, video and related equipment on julkaistu syyskuussa 2008. Siihen liittyy DVD-levy, joka sisältää staattiset testikuvat eli ns. palkkikuvat sekä 10 minuutin testivideon.

 

Piirrokset: IEC 62087, Ed. 2

Teksti: Eero Sorri

Artikkelin kirjoittaja Eero Sorri työskentelee SESKO ry:ssä ryhmäpäällikkönä vastuualueenaan tietotekniikan ja viihde-elektroniikan laitteet, EMC ja tietoliikenneverkot. Hän toimii myös SESKOn kansallisen komitean SK 100:n sekä IEC:n teknisen komitean TC 100:n sihteerinä.

Artikkeli on tiivistelmä Sähköala-lehden numerossa 10/2008 julkaistusta kirjoituksesta.