Що таке «підвищення масштабу» на телевізорі і як воно працює?

| | 0 Comments| 1:02 AM
Categories:

Оскільки 4K замінює HD у наших будинках, виробники відкривають цікавий маркетинговий жаргон, наприклад «Ultra HD upscaling» (UHD). Але збільшення масштабу — це не якась унікальна функція — воно просто дозволяє телевізорам 4K працювати з форматами відео з нижчою роздільною здатністю, такими як 1080p і 720p.

Усі телевізори мають апскейлінг

Збільшення масштабу означає, що вміст із низькою роздільною здатністю заповнить весь екран телевізора. Без нього відео з низькою роздільною здатністю займає менше половини екрана. Це типова функція для всіх телевізорів. Навіть телевізори з роздільною здатністю 1080p мали це — вони могли покращувати вміст 720p і відображати його в повноекранному режимі на екрані 1080p.

Збільшення рівня UHD – це те, що робить ваш телевізор 4K працювати як будь-який інший. Він може приймати вміст з нижчою роздільною здатністю та відображати його на всьому екрані 4K.

Покращений вміст 1080p на екрані 4K часто виглядає краще, ніж вміст 1080p на звичайному екрані 1080p. Але збільшення масштабу — це не магія — ви не отримаєте чіткого зображення, яке було б від справжнього оригінального вмісту 4K. Ось як це працює.

Роздільна здатність існує на фізичному та візуальному рівнях

Перш ніж перейти до масштабування, нам потрібно зрозуміти концепцію роздільної здатності зображення. На перший погляд, це відносно проста концепція. Зображення або відео з високою роздільною здатністю виглядають «краще», ніж зображення чи відео з низькою роздільною здатністю.

Однак ми схильні забувати деякі ключові аспекти, а саме різницю між фізичною роздільною здатністю та оптичною роздільною здатністю. Ці аспекти працюють разом, щоб створити гарний імідж, і вони є основою для розуміння масштабування. Ми також розглянемо щільність пікселів — але не хвилюйтеся — ми будемо писати коротко та солодко.

  Як віддалено відкрити програму з графічним інтерфейсом за допомогою PuTTY

Фізична роздільна здатність: у специфікації телевізора фізична роздільна здатність називається просто «роздільна здатність». Це кількість пікселів на дисплеї. Телевізор 4K має більше пікселів, ніж телевізор з роздільною здатністю 1080p, а зображення 4K в чотири рази більше, ніж зображення 1080p. Усі 4K-дисплеї, незалежно від їх розміру, містять однакову кількість пікселів. Хоча телевізори з високою фізичною роздільною здатністю можуть використовувати свої додаткові пікселі для надання додаткової деталізації, це не завжди виходить так. Фізична роздільна здатність залежить від оптичної роздільної здатності.
Оптична роздільна здатність: ось чому ваші старі одноразові фотографії з камери виглядають краще, ніж химерні фотографії з цифрової камери вашого претензійного друга. Коли фотографія виглядає чіткою та має чіткий динамічний діапазон, вона має високу оптичну роздільну здатність. Іноді телевізори витрачають свою високу фізичну роздільну здатність, відображаючи відео з жахливою оптичною роздільною здатністю. Це призводить до розмитих зображень і контрасту. Іноді це є результатом розширення масштабу, але ми повернемося до цього за хвилину.
Щільність пікселів: кількість пікселів на дюйм на дисплеї. Усі 4K-дисплеї містять однакову кількість пікселів, але на менших 4K-дисплеях пікселі розташовані ближче один до одного, тому мають високу щільність пікселів. Наприклад, 4K iPhone має вищу щільність пікселів, ніж 70-дюймовий телевізор 4K. Ми згадуємо це, щоб підкріпити ідею про те, що розмір екрана — це не те саме, що фізична роздільна здатність, і що щільність пікселів екрана не визначає його фізичну роздільну здатність.

Тепер, коли ми всі зрозуміли різницю між фізичною та оптичною роздільною здатністю, настав час зайнятися підвищенням масштабу.

Збільшення масштабу робить зображення «більшим»

Кожен телевізор містить безлад алгоритмів інтерполяції, які використовуються для підвищення рівня зображення з низькою роздільною здатністю. Ці алгоритми ефективно додають пікселі до зображення, щоб збільшити їх роздільну здатність. Але навіщо вам збільшувати роздільну здатність зображення?

Пам’ятайте, що фізична роздільна здатність визначається кількістю пікселів на дисплеї. Це не має нічого спільного з фактичним розміром вашого телевізора. Телевізійний екран 1080p складається лише з 2 073 600 пікселів, тоді як екран 4K має 8 294 400 пікселів. Якщо ви показуєте відео 1080p на телевізорі 4K без збільшення масштабу, відео займе лише чверть екрана.

  Як налаштувати FTP-сервер на Ubuntu за допомогою Webmin

Щоб зображення з роздільною здатністю 1080p відповідало дисплею 4K, воно повинно отримати 6 мільйонів пікселів через процес збільшення (тоді воно стане зображенням 4K). Однак збільшення масштабу покладається на процес, який називається інтерполяцією, який насправді є просто прославленою грою у відгадки.

Збільшення масштабу зменшує оптичну роздільну здатність

Існує кілька способів інтерполяції зображення. Найпростіший називається інтерполяцією «найближчого сусіда». Щоб виконати цей процес, алгоритм додає сітку «порожніх» пікселів до зображення, а потім вгадує, яке значення кольору має мати кожен порожній піксель, дивлячись на чотири сусідні пікселі.

Наприклад, порожній піксель, оточений білими пікселями, вийде білим; тоді як порожній піксель, оточений білими та синіми пікселями, може вийти світло-блакитним. Це простий процес, але він залишає на зображенні багато цифрових артефактів, розмиття та нерівних контурів. Іншими словами, інтерпольовані зображення мають погану оптичну роздільну здатність.

Зліва: зображення без редагування. Праворуч: після інтерполяції найближчого сусіда.

Порівняйте ці два зображення. Той, що ліворуч, не відредагований, а той, що праворуч, є жертвою процесу інтерполяції найближчого сусіда. Зображення праворуч виглядає жахливо, хоча воно має ту ж фізичну роздільну здатність, що й зображення зліва. Це відбувається в невеликому масштабі щоразу, коли ваш 4K-телевізор використовує інтерполяцію найближчого сусіда для збільшення зображення.

«Почекай хвилинку», — можливо, скажете ви. «Мій новий телевізор 4K не виглядає так!» Ну, це тому, що він не повністю покладається на інтерполяцію найближчого сусіда — він використовує поєднання методів для покращення масштабу зображень.

Збільшення масштабу також намагається подолати оптичну роздільну здатність

Гаразд, значить, інтерполяція найближчого сусіда помилкова. Це метод грубої сили для збільшення роздільної здатності зображення, який не враховує оптичну роздільну здатність. Ось чому телевізори використовують дві інші форми інтерполяції поряд з інтерполяцією найближчого сусіда. Вони називаються бікубічною (згладжуючою) інтерполяцією та білінійною (згострювальною) інтерполяцією.

Ліворуч: Приклад білінійної інтерполяції. Справа: Приклад бікубічної інтерполяції.

  SndLatr Створюйте повідомлення Gmail зараз і надсилайте їх пізніше [Chrome]

За допомогою бікубічної (згладжуючої) інтерполяції кожен піксель, доданий до зображення, дивиться на 16 сусідніх пікселів, щоб отримати колір. Це призводить до зображення, яке є однозначно «м’яким». З іншого боку, дволінійна (збільшення різкості) інтерполяція дивиться лише на двох найближчих сусідів і створює «різке» зображення. Змішуючи ці методи та застосовуючи деякі фільтри для контрасту та кольору, ваш телевізор може створити зображення без помітних втрат оптичної якості.

Звичайно, інтерполяція все ще є грою у вгадування. Навіть за умови належної інтерполяції деяке відео може набувати «привидів» після збільшення масштабу, особливо якщо ваш дешевий телевізор погано піддається масштабуванню. Ці артефакти також стають більш очевидними, коли зображення надзвичайно низької якості (720p і нижче) масштабуються до роздільної здатності 4K або коли зображення масштабуються на шалено великих телевізорах із низькою щільністю пікселів.

Зображення вище не є прикладом збільшення масштабу з телевізора. Замість цього, це приклад підвищення рівня, зробленого для випуску HD DVD-диска Баффі, вбивця вампірів (взято з відео-есе від Пристрасть ботаніка). Це хороший (хоча й екстремальний) приклад того, як погана інтерполяція може зіпсувати зображення. Ні, Ніколас Брендон не носить восковий вампірський макіяж, це саме те, що сталося з його обличчям під час процесу збільшення.

Хоча всі телевізори пропонують збільшення масштабу, деякі можуть мати кращі алгоритми збільшення, ніж інші, що призводить до кращого зображення.

Збільшення масштабу є необхідним і рідко помітним

Незважаючи на всі недоліки, підвищення масштабу — це добре. Це процес, який зазвичай проходить без перешкод і дає змогу дивитися різноманітні формати відео на одному телевізорі. Це ідеально? Звичайно, ні. Ось чому деякі пуристи кіно та відеоігор воліють насолоджуватися старовинним мистецтвом на його призначеному носії: старих телевізорах. Але на даний момент розширення масштабу не є чимось таким, щоб захоплюватися. Це також не те, з чого варто занадто засмучуватися.

Варто зазначити, що формати відео 8K, 10K і 16K вже підтримуються деяким обладнанням, яке ми використовуємо щодня. Якщо технологія масштабування не може наздогнати ці формати з високою роздільною здатністю, є ймовірність, що це призведе до набагато більшої втрати якості, ніж ми звикли.

Оскільки виробники та потокові сервіси все ще тягнуться до 4K, можливо, нам поки не варто турбуватися про 8K.