З поширенням технології 4K як стандарту для домашніх розваг, виробники телевізорів активно використовують маркетингові терміни, такі як “Ultra HD upscaling”. Однак, збільшення масштабу (апскейлінг) не є унікальною розробкою. Це базова функція, яка дозволяє телевізорам 4K відтворювати відео нижчої роздільної здатності, наприклад, 1080p чи 720p.
Апскейлінг є стандартною функцією кожного телевізора
Апскейлінг, по суті, робить так, щоб контент з нижчою роздільною здатністю заповнював увесь екран телевізора. Без цієї технології, відео з низькою роздільною здатністю відображалося б лише на частині екрану. Це стандартна функція, присутня навіть у старих телевізорах. Наприклад, телевізори з роздільною здатністю 1080p вже мали можливість покращувати контент 720p і показувати його на весь екран 1080p.
Апскейлінг до UHD рівня – це стандартна функція, яка забезпечує роботу вашого 4K телевізора. Він обробляє контент з низькою роздільною здатністю та відображає його на всьому 4K екрані.
Контент 1080p, оброблений на 4K екрані, часто виглядає краще, ніж на звичайному екрані 1080p. Але варто розуміти, що апскейлінг не є магією. Він не створить зображення, яке буде ідентичним оригінальному 4K контенту. Розберемося, як це працює.
Роздільна здатність: Фізичний та Візуальний аспекти
Перш ніж заглибитись у деталі апскейлінгу, важливо зрозуміти, що таке роздільна здатність зображення. З першого погляду, це проста концепція: зображення або відео з високою роздільною здатністю виглядають більш якісними, ніж з низькою.
Однак, ми часто забуваємо про різницю між фізичною та оптичною роздільною здатністю. Ці два аспекти разом визначають якість зображення та є ключем до розуміння апскейлінгу. Також розглянемо поняття щільності пікселів. Все буде пояснено просто та чітко.
Фізична роздільна здатність: У характеристиках телевізора, фізичну роздільну здатність часто називають просто “роздільною здатністю”. Це кількість пікселів на екрані. Телевізор 4K має більшу кількість пікселів, ніж 1080p. Зображення 4K містить у чотири рази більше пікселів, ніж 1080p. Усі 4K дисплеї, незалежно від розміру, мають однакову кількість пікселів. Хоча телевізори з високою фізичною роздільною здатністю можуть використовувати додаткові пікселі для вищої деталізації, це не завжди так. На якість зображення також впливає оптична роздільна здатність.
Оптична роздільна здатність: Це пояснює, чому старі знімки з одноразової камери можуть виглядати краще, ніж фотографії з сучасного цифрового фотоапарата. Коли фотографія чітка та має широкий динамічний діапазон, вона має високу оптичну роздільну здатність. Іноді телевізори не використовують весь потенціал своєї високої фізичної роздільної здатності, відтворюючи відео з поганою оптичною роздільною здатністю. Це призводить до розмитих зображень та зниження контрастності. Інколи це наслідок апскейлінгу, але ми повернемося до цього пізніше.
Щільність пікселів: Це кількість пікселів на дюйм екрана. Всі 4K дисплеї мають однакову кількість пікселів, але на менших 4K екранах пікселі розташовані ближче один до одного, створюючи високу щільність пікселів. Наприклад, 4K iPhone має вищу щільність пікселів, ніж 70-дюймовий 4K телевізор. Цей приклад підкреслює, що розмір екрана не є тотожним фізичній роздільній здатності, і що щільність пікселів не визначає фізичну роздільну здатність.
Тепер, коли ми розібралися з різницею між фізичною та оптичною роздільною здатністю, перейдемо до апскейлінгу.
Апскейлінг збільшує розмір зображення
Кожен телевізор має набір алгоритмів інтерполяції, які використовуються для покращення зображень з низькою роздільною здатністю. Ці алгоритми додають пікселі до зображення, щоб збільшити його роздільну здатність. Але навіщо потрібно збільшувати роздільну здатність зображення?
Фізична роздільна здатність визначається кількістю пікселів на екрані, а не його фізичним розміром. Екран 1080p має 2 073 600 пікселів, тоді як 4K – 8 294 400 пікселів. Якщо відтворювати відео 1080p на 4K телевізорі без апскейлінгу, відео займатиме лише чверть екрана.
Щоб зображення 1080p відображалося на всьому 4K екрані, потрібно додати 6 мільйонів пікселів через апскейлінг, перетворюючи його на зображення 4K. Апскейлінг використовує інтерполяцію – процес, який є, по суті, набором припущень.
Апскейлінг може знижувати оптичну роздільну здатність
Існує кілька методів інтерполяції. Найпростіший з них – інтерполяція “найближчого сусіда”. Алгоритм додає до зображення сітку “порожніх” пікселів, а потім визначає їх колір, виходячи з кольору сусідніх пікселів.
Наприклад, порожній піксель, оточений білими пікселями, стане білим. Якщо ж він оточений білими та синіми пікселями, то може стати світло-блакитним. Це простий процес, але він часто призводить до появи цифрових артефактів, розмиття та нерівних контурів. Іншими словами, інтерпольовані зображення можуть мати низьку оптичну роздільну здатність.
Зліва: оригінальне зображення. Праворуч: після інтерполяції найближчого сусіда.
Порівняйте ці два зображення. Зображення праворуч є результатом інтерполяції найближчого сусіда і виглядає гірше, хоча має ту ж фізичну роздільну здатність, що й оригінал зліва. Ваш 4K телевізор використовує інтерполяцію найближчого сусіда у меншому масштабі при апскейлінгу.
Можливо, ви зараз думаєте: “Мій новий 4K телевізор не виглядає так погано!”. Це тому, що він не використовує лише інтерполяцію найближчого сусіда, а застосовує комбінацію різних методів.
Апскейлінг також прагне покращити оптичну роздільну здатність
Інтерполяція найближчого сусіда – це грубий спосіб збільшення роздільної здатності, який не враховує оптичну якість. Тому телевізори використовують інші форми інтерполяції: бікубічну (згладжуючу) та білінійну (збільшення різкості).
Ліворуч: білінійна інтерполяція. Справа: бікубічна інтерполяція.
Бікубічна інтерполяція використовує 16 сусідніх пікселів для визначення кольору нового пікселя, що призводить до м’якішого зображення. Білінійна інтерполяція використовує лише двох найближчих сусідів, створюючи чіткіше зображення. Поєднуючи ці методи та використовуючи фільтри для кольору та контрасту, телевізор створює зображення без помітних втрат оптичної якості.
Звичайно, інтерполяція залишається процесом припущень. Навіть з якісною інтерполяцією, зображення можуть отримати “привидів” після апскейлінгу, особливо якщо телевізор має погані алгоритми. Артефакти стають більш помітними, коли зображення дуже низької якості (720p і нижче) масштабуються до 4K, або коли зображення масштабуються на дуже великих екранах з низькою щільністю пікселів.
Наведений вище приклад не є результатом апскейлінгу з телевізора. Це приклад апскейлінгу, зробленого для HD DVD випуску “Баффі – винищувачка вампірів” (із відео-есе від Пристрасть ботаніка). Це хороший приклад того, як погана інтерполяція може зіпсувати зображення. Ніколас Брендон не має воскового вампірського макіяжу, це наслідок поганого апскейлінгу.
Всі телевізори пропонують апскейлінг, але деякі мають кращі алгоритми, що забезпечують кращу якість зображення.
Апскейлінг – необхідність, яка рідко помітна
Незважаючи на всі недоліки, апскейлінг – це корисна технологія. Вона дозволяє дивитися відео різних форматів на одному телевізорі. Чи це ідеально? Звісно, ні. Тому деякі поціновувачі кіно та ігор віддають перевагу перегляду на старіших телевізорах. Але в цілому, апскейлінг не є чимось, про що варто турбуватися. Це також не привід для розчарування.
Варто зазначити, що формати 8K, 10K і 16K вже підтримуються деяким обладнанням. Якщо технологія масштабування не зможе наздогнати ці формати, це може призвести до значніших втрат якості, ніж ми звикли.
Оскільки виробники та стрімінгові сервіси ще не повністю перейшли на 4K, можливо, нам поки не варто турбуватися про 8K.