Апскейлинг что это такое в телевизоре
Что такое «апскейлинг» на телевизоре и как это работает?
от sasza
Поскольку 4K заменяет HD в наших домах, производители используют некоторые интересные маркетинговые термины, такие как «апскейлинг Ultra HD» (UHD). Но апскейлинг не является уникальной функцией — оно просто позволяет телевизорам 4K работать с видеоформатами более низкого разрешения, такими как 1080p и 720p.
Все телевизоры имеют апскейлинг
Повышение разрешения означает, что контент с низким разрешением будет заполнять весь экран телевизора. Без него видео с низким разрешением занимает меньше половины экрана. Это типичная функция для всех телевизоров. Даже телевизоры 1080p имели это — они могли масштабировать контент до 720p и отображать его в полноэкранном режиме на экране 1080p.
Благодаря апскейлингу до UHD ваш 4K-телевизор будет работать как любой другой. Он может принимать контент с более низким разрешением и отображать его на всем экране 4K.
Увеличенный контент 1080p на экране 4K часто выглядит лучше, чем контент 1080p на обычном экране 1080p. Но апскейлинг — это не волшебство — вы не получите четкого изображения, которое было бы от настоящего, нативного контента 4K. Вот как это работает.
Разрешение существует на физическом и визуальном уровне
Прежде чем перейти к апскейлингу, нам нужно понять концепцию разрешения изображения. На первый взгляд, это относительно простая концепция. Изображение или видео с высоким разрешением выглядит «лучше», чем изображение или видео с низким разрешением.
Однако мы часто забываем некоторые ключевые аспекты, а именно разницу между физическим и оптическим разрешением. Эти аспекты работают вместе, чтобы создать хорошее изображение, и они являются основой для понимания апскейлинга. Мы также собираемся рассмотреть плотность пикселей — но не волнуйтесь — мы будем краткими и приятными.
Физическое разрешение: в технических характеристиках телевизора физическое разрешение обозначается просто как «разрешение». Это количество пикселей на дисплее. 4K-телевизор имеет больше пикселей, чем телевизор 1080p, а изображение 4K в четыре раза больше изображения 1080p. Все дисплеи 4K, независимо от их размера, содержат одинаковое количество пикселей. Хотя телевизоры с высоким физическим разрешением могут использовать свои дополнительные пиксели для обеспечения дополнительной детализации, это не всегда срабатывает. Физическое разрешение зависит от оптического разрешения.
Оптическое разрешение: вот почему ваши старые фотографии с одноразовой камеры выглядят лучше, чем красивые фотографии с цифровой камеры вашего претенциозного друга. Когда фотография выглядит резкой и имеет четкий динамический диапазон, она имеет высокое оптическое разрешение. Телевизоры иногда тратят свое высокое физическое разрешение, отображая видео с дерьмовым оптическим разрешением. Это приводит к размытости изображения и контрасту. Иногда это результат апскейлинга, но мы вернемся к этому через минуту.
Плотность пикселей: количество пикселей на дюйм на дисплее. Все дисплеи 4K содержат одинаковое количество пикселей, но на меньших дисплеях 4K пиксели расположены ближе друг к другу, поэтому они имеют высокую плотность пикселей. Например, iPhone 4K имеет более высокую плотность пикселей, чем 70-дюймовый телевизор 4K. Мы упоминаем это, чтобы укрепить идею о том, что размер экрана — это не то же самое, что физическое разрешение, и что плотность пикселей экрана не определяет его физическое разрешение.
Теперь, когда мы все освежили разницу между физическим и оптическим разрешением, пора перейти к апскейлингу.
Апскейлинг делает изображение «больше»
В каждом телевизоре есть множество алгоритмов интерполяции, которые используются для повышения качества изображения с низким разрешением. Эти алгоритмы эффективно добавляют пиксели к изображению для увеличения их разрешения. Но зачем вам увеличивать разрешение изображения?
Помните, что физическое разрешение определяется количеством пикселей на дисплее. Это не имеет ничего общего с фактическим размером вашего телевизора. Экран телевизора 1080p состоит всего из 2 073 600 пикселей, а экран 4K — из 8 294 400 пикселей. Если вы показываете видео 1080p на 4K-телевизоре без апскейлинга, видео займет только четверть экрана.
Чтобы изображение 1080p соответствовало дисплею 4K, оно должно получить 6 миллионов пикселей в процессе масштабирования (в этот момент оно станет изображением 4K). Однако апскейлинг полагается на процесс, называемый интерполяцией, который на самом деле является просто прославленной игрой в угадывание.
Повышение разрешения снижает оптическое разрешение
Есть несколько способов интерполировать изображение. Самый простой метод называется интерполяцией «ближайшего соседа». Чтобы выполнить этот процесс, алгоритм добавляет к изображению сетку из «пустых» пикселей, а затем угадывает, какое значение цвета должен иметь каждый пустой пиксель, глядя на его четыре соседних пикселя.
Например, пустой пиксель, окруженный белыми пикселями, станет белым; тогда как пустой пиксель, окруженный белыми и синими пикселями, может получиться голубым. Это простой процесс, но он оставляет на изображении множество цифровых артефактов, размытости и неровных контуров. Другими словами, интерполированные изображения имеют плохое оптическое разрешение.
Слева: неотредактированное изображение. Справа: после интерполяции ближайшего соседа.
Сравните эти два изображения. Тот, что слева, не редактировался, а тот, что справа, стал жертвой процесса интерполяции ближайшего соседа. Изображение справа выглядит ужасно, хотя его физическое разрешение совпадает с разрешением слева. Это происходит в небольшом масштабе каждый раз, когда ваш 4K-телевизор использует интерполяцию ближайшего соседа для повышения масштаба изображения.
«Подождите минутку», — можете сказать вы. «Мой новый 4K-телевизор совсем не похож!» Ну, это потому, что он не полностью полагается на интерполяцию ближайшего соседа — он использует сочетание методов для повышения масштаба изображений.
Апскейлинг тоже пытается решить проблему оптического разрешения
Итак, интерполяция ближайшего соседа некорректна. Это метод грубой силы для увеличения разрешения изображения, который не принимает во внимание оптическое разрешение. Вот почему телевизоры используют две другие формы интерполяции наряду с интерполяцией ближайшего соседа. Это называется бикубической (сглаживающей) интерполяцией и билинейной (с повышением резкости) интерполяцией.
Слева: пример билинейной интерполяции. Справа: пример бикубической интерполяции.
При бикубической (сглаживающей) интерполяции каждый пиксель, добавленный к изображению, смотрит на свои 16 соседних пикселей, чтобы принять цвет. В результате получается изображение, которое явно «мягкое». С другой стороны, билинейная (повышающая резкость) интерполяция смотрит только на двух ближайших соседей и дает «резкое» изображение. Смешивая эти методы и применяя некоторые фильтры для контраста и цвета, ваш телевизор может генерировать изображение без заметной потери оптического качества.
Конечно, интерполяция — это все еще игра в догадки. Даже при правильной интерполяции некоторые видео могут иметь «ореолы» после масштабирования, особенно если ваш дешевый телевизор плохо справляется с масштабированием. Эти артефакты также становятся более очевидными, когда изображения сверхнизкого качества (720p и ниже) масштабируются до разрешения 4K или когда изображения масштабируются на безумно больших телевизорах с низкой плотностью пикселей.
Изображение выше не является примером масштабирования по сравнению с телевизором. Вместо этого это пример апскейлинга, сделанного для выпуска DVD Buffy The Vampire Slayer HD (взят из видеоэссе автора Страсть ботаника ). Это хороший (хотя и крайний) пример того, как плохая интерполяция может испортить изображение. Нет, Николас Брендон не носит воскового вампирского макияжа, это именно то, что случилось с его лицом во время процесса масштабирования.
Хотя все телевизоры предлагают апскейлинг, у некоторых могут быть лучшие алгоритмы апскейлинга, чем у других, что дает лучшее изображение.
Апскейлинг необходим и редко заметен
Даже при всех его недостатках апскейлинг — это хорошо. Это процесс, который обычно проходит без сбоев и позволяет вам смотреть различные видеоформаты на одном телевизоре. Это идеально? Конечно, нет. Вот почему некоторые сторонники кино и видеоигр предпочитают наслаждаться старым искусством на предполагаемом носителе: старых телевизорах. Но на данный момент апскейлинг не вызывает особого энтузиазма. И не стоит слишком расстраиваться из-за этого.
Стоит упомянуть, что видеоформаты 8K, 10K и 16K уже поддерживаются некоторым оборудованием, которое мы используем каждый день. Если технология апскейлинга не сможет догнать эти форматы с высоким разрешением, есть шанс, что это приведет к гораздо большей потере качества, чем то, к чему мы привыкли.
Однако, поскольку производители и потоковые сервисы все еще тянутся к 4K, возможно, нам пока не стоит беспокоиться о 8K.
Apple iTunes, апскейлинг и HDR: какие технологии используются в вашем новом телевизоре?
На 2019 год пришелся очередной виток эволюции телевизоров. Помимо вновь возросшей диагонали, в средний ценовой сегмент (40-60 тысяч рублей) пришли 4K, HDR, QLED и прочие малопонятные обычному человеку технологии. Чтобы вам было проще разобраться во всех этих названиях, мы решили разобраться в том, как устроены телевизоры, которые сегодня становятся массовыми, хотя еще недавно стоили как недорогой автомобиль.
Новые процессоры
“Процессор, в телевизоре? Разве так бывает?” – вот что приходит на ум, когда впервые слышишь о том, что в обычной TV-панели есть что-то настолько сложное. На самом деле, процессор современному телевизору нужен для многих довольно сложных задач – улучшения цветопередачи, правильного отображения HDR-видео, масштабирования картинки и пр. Тут на помощь приходит искусственный интеллект (тот самый, который мы видели в чипах AMD, Apple, HiSilicon и других процессорных гигантов). Именно алгоритмы машинного обучения позволяют красиво растягивать низкодетализированный контент на полный экран практически без потери качества.
Апскейлинг
Апскейлинг – это то самое растягивание изображения, о котором мы говорили чуть выше. Первые 4K-телевизоры создавались без ИИ-процессора и функции автоматического апскейлинга, поэтому они масштабировали SD-ролики на всю площадь матрицы путем обычной интерполяции – то есть, просто увеличивая размер пикселей. Такой подход применялся и в более ранних моделях, еще со времен HD- и FullHD-телевизоров. Билинейная интерполяция является своеобразной лупой, выявляющей малейшие недостатки изображения. Искусственный интеллект проходится по таким участкам 60 раз в секунду, исправляя насыщенность, детализацию и баланс белого в тех местах, где это возможно сделать. Для того, чтобы процессор понимал в каких местах необходима обработка, в память телевизора записана база паттернов, представленных не с помощью обычных текстур, а виде строк кода. Такой подход позволяет добиться более высокой точности распознавания отображаемых в данный момент объектов, благодаря чему процессору удается различать где грунт, а где – шумы на картинке, где небо, а где – его отражение в окнах небоскребов.
HDR
На сегодняшний день основным стандартом этой технологии является HDR10, применяющийся и в мониторах, и в телевизорах, и в мобильных устройствах. Грубо говоря, HDR (High Dynamic Range) делает видеоряд гораздо более реалистичным, выравнивая яркость и контрастность отдельных зон изображения. Самый простой пример работы HDR: наверняка каждый, кто пытался сфотографировать что-то в контровом свете, получали пересвеченный источник освещения, а все остальное выходило черным. При этом, во многих голливудских фильмах объекты различимы вне зависимости от того, происходит ли действие на фоне заката, прожектора или обычной яркой лампы накаливания. Это происходит потому, что при монтаже отдельные участки вручную осветляют или затемняют, повышают яркость и регулируют контраст. В телевизорах с HDR в качестве “монтажера” выступает процессор, автоматически обрабатывающий те или иные объекты на текущем кадре.
Вслед за HDR10 в TV-индустрию приходит новый стандарт – HDR10+, который пока встречается лишь в дорогих 8K-панелях и задействует не только процессор, но и внешние датчики освещения, чтобы аккуратно подстраивать цветовую температуру в соответствии с окружающим пространством. HDR10+ также выравнивает громкость аудиоканала в различных сценах и улучшает его качество, делая речь более отчетливой при сохранении той же громкости прочих звуков.
QLED
После активного развития в середине десятых годов, сегодня телевизионные технологии находятся в некоем состоянии затишья. Судите сами: UltraHD уже вряд ли кого-то можно удивить, HDR медленно, но уверенно переходит в более доступные модели, а возможность воспроизведения потокового видео есть в каждом втором телевизоре. В то же время производители бытовой техники по-прежнему засыпают нас новыми аббревиатурами, причем наиболее терпеливыми остаются маркетологи компании Samsung — единственной выпускающей QLED-матрицы.
С технической токи зрения, QLED-телевизоры (Quantum-dot Light Emitting Diode, светодиод на квантовых точках) похожи на дисплеи с подсветкой на основе органических диодов (OLED), поскольку в обоих случаях каждый пиксель излучает собственный свет, однако в QLED вместо пикселей используются крошечные квантовые точки толщиной в несколько нанометров. Хотя QLED и обходит органические светодиоды по четкости и качеству цветопередачи, телевизоры с OLED-экранами обладают более высокой максимальной яркостью из-за того, что квантовые точки сами по себе не могут светиться, за них это делает подсветка, которая роднит QLED TV еще и с привычными нам LCD/IPS-матрицами
Встроенная поддержка сервисов Apple
В этом году Apple объявила о поддержке AirPlay 2 и iTunes телевизорами LG, Sony, Samsung и VIZIO. Если точнее, речь идет о возможности покупать и брать в аренду фильмы из каталога iTunes Store. Купертиновцы не пошли на этот шаг ранее, так как приобретая телевизор с яблочными сервисами, вы делаете бессмысленной покупку приставки Apple TV, но с появлением собственного стримингового сервиса Apple решила сделать ставку не на продажи довольно нишевого устройства, а на наращивание пользовательской базы. Среди поддерживаемых моделей – телевизоры, выпущенные в 2018 и 2019, причем если последние получат предустановленные приложения Apple, то в Smart TV 2018 года AirPlay 2 прилетит вместе с обновлением ПО. Полный список совместимых моделей телевизоров можно найти на сайте Apple.
Какие бывают функции улучшения изображения в телевизорах
Содержание
Содержание
Телевизоры последних поколений предлагают насыщенную, сочную и яркую картинку. Все это стало возможным благодаря использованию ряда технологий. Мы расскажем о каждой из них подробно, а также разберем путаницу в маркетинговых названиях.
Технология HDR
Данную аббревиатуру вы нередко встречаете в характеристиках телевизора и слышите в рекламе. Это одна из самых распространенных и важных технологий, которая дает ощутимое улучшение качества изображения.
HDR (High Dynamic Range) — стал дальнейшим развитием SDR (Standard Dynamic Range). Ранее из-за технологических ограничений в передаче информации данные урезались, поэтому изображение на телевизоре теряло в сочности, насыщенности и других деталях. Сейчас же с появлением HDMI 2.0 передача больших объемов данных не проблема, поэтому видеоконтент можно передавать практически без сжатия.
Расширенный диапазон оперирует тремя основными характеристиками изображения:
Другое принципиальное отличие последних версий HDR — наличие динамических метаданных. В них зашифрованы значения всех этих параметров, но не для фильма в целом,
а для каждого отдельного кадра и даже участка. HDR фактически «подкручивает» яркость, контрастность и цветопередачу в каждый отдельный момент видео так, чтобы картинка была максимально приближенной к оригиналу. Однако здесь есть несколько нюансов.
При слабой яркости эффект HDR практически незаметен, 8-мибитные матрицы не обеспечивают достаточную цветопередачу, а коннекторы ниже HDMI 2.0 не обладают достаточной пропускной способностью. Да, чтобы смотреть ТВ в HDR необходимо не только устройство с поддержкой этого стандарта, но и соответствующий контент. Обычно полную поддержку HDR имеют фильмы и сериалы со стриминговых сервисов, Blu-Ray-диски и некоторые игры, например, Horizon Zero Dawn или Metro Exodus.
Главная проблема — как узнать, действительно ли ваш телевизор поддерживает эту технологию? Маркетологи придумали десятки названий. Например, HDR+ и HDR Effect —
это маркетинговые названия имитации технологии HDR. Такие телевизоры лишь приближенно имитируют повышенное качество изображения.
ЕСли вам нужен настоящий HDR, то обращайте внимание именно на поддержку стандартов:
Если в технических характеристиках ТВ есть упоминание одного из этих четырех стандартов, то устройство способно воспроизводить видео с HDR. Главная сложность — найти соответствующий контент.
OLED-технология
Появление OLED действительно можно считать прорывом на фоне классической LED-подсветки, причем с ощутимым улучшением картинки. Обычные телевизоры со светодиодной подсветкой делятся на Edge LED и Direct LED. Первая предполагает размещение светодиодов по периметру, что приводит к появлению засветов по бокам. Вторая уже имеет светодиоды по всей площади, но все еще не способна обеспечить насыщенный черный цвет.
Принципиальное отличие OLED заключается в том, что в конструкции используются органические светодиоды, каждый из которых способен сам генерировать свет. Благодаря этому пропадает необходимость в использовании подсветки позади и других слоев. OLED-телевизоры способны контролировать яркость каждого отдельного пикселя, что делает картинку более контрастной, а черный цвет — супернасыщенным. Другое достоинство — такие модели более тонкие.
Телевизоры с OLED стоят ощутимо дороже, а главной проблемой является постепенное выгорание пикселей. Однако эта технология никакая не маркетинговая уловка, а самый настоящий прогресс в качестве.
Технология Motion Smoothing
У каждого бренда свое название этой технологи: Samsung Motion Rate, Sony MotionFlow, LG TruMotion. Несмотря на разные названия, принцип работы практически всегда идентичный. Motion Smoothing способна как улучшить изображение, так и ухудшить, поэтому ее использование актуально не для всех типов контента.
Видео может иметь частоту 24, 30 или 60 кадров в секунду в зависимости от источника. Однако телевизоры обладают частотой обновления экрана в 50, 60 и 120 Гц. Чтобы устранить несоответствие частоты обновления экрана и источника видео, применяется технология Motion Smoothing. Есть несколько алгоритмов ее работы:
Black Frame Insertions (BFI). Метод заключается в добавлении кадров с черным фоном. Это позволяет подтянуть частоту, уменьшает эффект размытия, но изображение становится менее ярким из-за мелькания черных кадров.
Дублирование. Вместо недостающих кадров алгоритм выставляет повторы в необходимом количестве. Но из-за этой методики изображение иногда ненадолго зависает или, наоборот, быстро прыгает.
Интерполяция. Процессор анализирует два соседних кадра и формирует на их основе промежуточный. Это самая продвинутая методика, но именно она приводит к эффекту «мыльной оперы», когда изображение теряет в четкости. Также такие алгоритмы не всегда корректно отрисовывают некоторые кадры.
Включать Motion Smoothing рекомендуется в сценах с постоянной динамикой. Это могут быть гонки, футбол, баскетбол и другие виды спорта. При просмотре фильмов или сериалов функцию лучше отключить, чтобы повысить четкость изображения. Практически в каждом телевизоре это можно сделать через стандартное меню.
Технология апскейлинга (Upscaling)
Если по-русски, то это обычное масштабирование. Большинство контента все еще поставляется в форматах HD (720p) и Full-HD (1080p). Соответственно, для просмотра такого видео на 4К или 8К-телевизорах картинку придется растягивать и дополнять данными. Чем больше разница в разрешении, тем больше пикселей придется дорисовать.
Самый простой алгоритм решения этой проблемы — выполнить дублирование пикселя и заполнить «клонами» недостающее пространство. Однако это дает посредственную картинку, которая получается размытой. Алгоритмы бикубической и билинейной интерполяции дают лучший результат, но изображение все равно получается неточным.
В большинстве телевизоров, способных делать апскейлинг до 4К и выше, используется ИИ на базе нейросетей. У каждого разработчика не только свой алгоритм, но и собственная база изображений в разных разрешениях, которые используются нейросетью для анализа.
Функция апскейлинга незаменима для 4К и 8К телевизоров, но ее эффективность можно узнать только на практике, поскольку каждый производитель использует свои процессоры и технологии. Однако применение ИИ однозначно дает лучший результат, чем ранее описанные классические методы.
Цифровое шумоподавление
Даже «цифра» подвержена помехам, например, белые пятна, расплывчатость картинки, «соль и перец». Если вы столкнулись с этими проблемами, то стоит поискать функцию шумоподавления. В каждом ТВ она может иметь свое маркетинговое название, однако в основе обычно используются идентичные алгоритмы с некоторыми доработками.
2D DNR (Digital Noise Reduction). Простейший метод устранения шумов, который анализирует пиксели в одном из двух направлений — пространственном или временном. В первом случае анализируются пиксели одного кадра, а во втором пиксели сравниваются с двумя соседними. Используется компенсационный или адаптивный методы фильтрации. Недостаток 2D DNR — расплывчатость изображения и возможная потеря в цветности.
3D DNR использует и пространственный и временной анализ пикселей, что позволяет эффективно удалять помехи и не терять в качестве изображения. Алгоритм учитывает и вектор движения, и положение пикселей в кадре. Поскольку большинство помех не статические, то они легко устраняются.
Каким бы не было название функции шумоподавления, обычно в ее основе лежит 2D или 3D DNR. Включать шумоподавление рекомендуется только для контента в низком качестве. Например, если вы смотрите аналоговое или не самое качественное цифровое ТВ. Для Blu-Ray или контента из стриминговых сервисов шумоподавление лучше отключить, поскольку картинка может потерять в четкости.
Динамический контраст
Часть телевизоров предлагает и такую функцию. Суть заключается в том, что ТВ автоматически подбирает уровень контрастности в зависимости от изображения, как правило, путем регулировки отдельных светодиодов подсветки. Соответственно, динамический контраст работает лучше всего на Direct LED с большим количеством светодиодов, а также на OLED телевизорах, где можно контролировать буквально любой пиксель.
Однако многие пользователи утверждают, что динамическая контрастность по факту ухудшает качество картинки. Проблема в том, что освещенность комнаты остается неизменной, поэтому оптимальный уровень контрастности следует подбирать именно под окружение, а не постоянно менять его в зависимости от сцены. К тому же, увеличение яркости белого обычно отрицательно сказывается на насыщенности черного. Иногда изменение подсветки просто не успевает под смену кадров, что также вносит дискомфорт при просмотре.
Локальное затенение и микродимминг
Еще одна пара технологий, которые частично связаны с динамическим контрастом и между собой. Локальное затенение аналогично динамической контрастности регулирует уровень подсветки отдельных светодиодов/пикселей. Это позволяет делать черный цвет более насыщенным. Эффект напрямую зависит от плотности и возможностей светодиодов.
Технология микродиминга (Samsung — Micro Dimming, Panasonic и Toshiba — Local Dimming, LG — Edge) — это фактически то же самое, что и локальное затенение. Отличия лишь в размере массива светодиодов, яркость которых можно менять. Эффективность зависит от динамичности видео и уровня освещенности помещения.
Теперь вы точно знаете, какие технологии принесут вам пользу, а какие — нет. Поделитесь в комментариях своим опытом использования функций улучшения изображния на ТВ.