Co je „upscaling“ v televizi a jak to funguje?

Jelikož 4K nahrazuje HD v našich domácnostech, výrobci odhalují zajímavý marketingový žargon, například „Ultra HD upscaling“ (UHD). Upscaling ale není nějaká jedinečná funkce - pouze umožňuje televizorům 4K pracovat s video formáty s nižším rozlišením, například 1080p a 720p.

Všechny televizory mají upscaling

Upscaling znamená, že obsah s nízkým rozlišením zaplní celou vaši televizní obrazovku. Bez něj video s nízkým rozlišením zabírá méně než polovinu prostoru na obrazovce. Toto je typická vlastnost všech televizorů. Dokonce i televizory s rozlišením 1080p to mohly - mohly upscalovat obsah 720p a zobrazit jej v režimu celé obrazovky na obrazovce 1080p.

UHD upscaling je to, díky čemu vaše 4K TV funguje jako každá jiná. Může mít obsah s nižším rozlišením a zobrazit jej na celé obrazovce 4K.

Upscaled 1080p content on a 4K screen often looks better than 1080p content on a normal 1080p screen. Ale upscaling není kouzlo - nezískáte ostrý obraz, jaký byste získali od skutečného nativního obsahu 4K. Funguje to takto.

Rozlišení existuje na fyzické a vizuální úrovni

Než se pustíme do upscalingu, musíme porozumět konceptu rozlišení obrazu. Na první pohled je to relativně jednoduchý koncept. Obrázek nebo video s vysokým rozlišením vypadá „lépe“ než obrázek nebo video s nízkým rozlišením.

Máme však tendenci zapomínat na některé klíčové aspekty, konkrétně na rozdíl mezi fyzickým rozlišením a optickým rozlišením. Tyto aspekty společně vytvářejí dobrý obraz a jsou základem pro pochopení upscalingu. Budeme také pokrývat hustotu pixelů - ale nebojte se - budeme udržovat věci krátké a sladké.

  • Fyzické rozlišení : Na specifikačním listu televizoru se fyzické rozlišení jednoduše označuje jako „rozlišení“. Je to počet pixelů na displeji. Televizor 4K má více pixelů než televizor 1080p a obraz 4K je čtyřikrát větší než obraz 1080p. Všechny 4K displeje, bez ohledu na jejich velikost, obsahují stejný počet pixelů. Zatímco televizory s vysokým fyzickým rozlišením mohou využít své další pixely k poskytnutí dalších detailů, nemusí to vždy tak fungovat. Fyzické rozlišení je vydáno na milost optickému rozlišení.
  • Optické rozlišení : To je důvod, proč vaše staré jednorázové fotografie z fotoaparátu vypadají lépe než vymyšlené fotografie digitálního fotoaparátu vašeho domýšlivého přítele. Když fotografie vypadá ostře a má jasný dynamický rozsah, má vysoké optické rozlišení. Televizory někdy promrhají své vysoké fyzické rozlišení zobrazováním videa s mizerným optickým rozlišením. To vede k rozmazaným obrazům a kontrastu. Někdy je to výsledek upscalingu, ale za minutu se k tomu vrátíme.
  • Hustota pixelů : Počet pixelů na palec na displeji. Všechny 4K displeje obsahují stejné množství pixelů, ale na menších 4K displejích jsou pixely blíže k sobě, takže mají vysokou hustotu pixelů. Například 4K iPhone má vyšší hustotu pixelů než 70palcový 4K televizor. Zmínili jsme to, abychom posílili myšlenku, že velikost obrazovky není to samé jako fyzické rozlišení a že hustota pixelů obrazovky nedefinuje jeho fyzické rozlišení.

Nyní, když jsme všichni oprášili rozdíl mezi fyzickým a optickým rozlišením, je čas pustit se do upscalingu.

Upscaling dělá obrázek „větším“

Každá televize obsahuje nepořádek interpolačních algoritmů, které se používají k upscalování obrazů s nízkým rozlišením. Tyto algoritmy efektivně přidávají pixely do obrazu, aby zvýšily jejich rozlišení. Ale proč byste potřebovali zvýšit rozlišení obrázku?

Nezapomeňte, že fyzické rozlišení je definováno počtem pixelů na displeji. Nemá to nic společného se skutečnou velikostí vašeho televizoru. Televizní obrazovka 1080p se skládá pouze z 2 073 600 pixelů, zatímco obrazovka 4K má 8 294 400. Pokud na televizoru 4K zobrazíte video v rozlišení 1080p bez upscalingu, zabírá video pouze čtvrtinu obrazovky.

Aby se obraz s rozlišením 1080p vešel na displej s rozlišením 4K, musí procesem upscalingu získat 6 milionů pixelů (v tomto okamžiku se stane obrazem 4K). Upscaling se však opírá o proces zvaný interpolace, což je ve skutečnosti jen oslavovaná hádací hra.

Upscaling snižuje optické rozlišení

Existuje několik způsobů, jak interpolovat obrázek. Nejzákladnější se nazývá interpolace „nejbližší soused“. K provedení tohoto procesu přidá algoritmus do obrazu síť „prázdných“ pixelů a poté při pohledu na své čtyři sousední pixely odhadne, jakou hodnotu barvy by měl mít každý prázdný pixel.

Například prázdný pixel obklopený bílými pixely bude bílý; zatímco prázdný pixel obklopený bílými a modrými pixely může vyjít světle modrý. Je to přímočarý proces, ale v obraze zanechává spoustu digitálních artefaktů, rozmazání a drsných obrysů. Jinými slovy, interpolované obrázky mají špatné optické rozlišení.

Porovnejte tyto dva obrázky. Ten vlevo je neupravený a ten vpravo je obětí procesu interpolace nejbližšího souseda. Obrázek vpravo vypadá hrozně, i když má stejné fyzické rozlišení jako obrázek vlevo. K tomu dochází v malém měřítku pokaždé, když vaše 4K TV používá interpolaci nejbližších sousedů k upscalování obrazu.

"Počkej," možná říkáš. "Moje nová 4K televize nevypadá takhle!" Je to proto, že se zcela nespoléhá na interpolaci nejbližších sousedů - k upscalování obrázků využívá kombinaci metod.

Upscaling se také snaží řešit optické rozlišení

Dobře, takže interpolace nejbližšího souseda je chybná. Je to metoda hrubé síly pro zvýšení rozlišení obrazu, která nebere v úvahu optické rozlišení. Proto televize používají vedle interpolace nejbližších sousedů dvě další formy interpolace. Nazývají se bikubická (vyhlazení) interpolace a bilineární (zostření) interpolace.

S bikubickou (vyhlazovací) interpolací vypadá každý pixel přidaný k obrázku na 16 sousedních pixelů, aby získal barvu. Výsledkem je obraz, který je rozhodně „měkký“. Na druhou stranu se bilineární (zostřící) interpolace dívá pouze na své nejbližší dva sousedy a vytváří „ostrý“ obraz. Smícháním těchto metod - a použitím některých filtrů pro kontrast a barvu - může váš televizor generovat obraz, který nemá znatelnou ztrátu optické kvality.

Interpolace je samozřejmě stále hádací hrou. I při správné interpolaci může některé video po upscalování nabývat „duchů“ - zvláště pokud vaše levná televize vyskočí upscaling. Tyto artefakty se také stanou zřetelnějšími, když jsou obrázky super nízké kvality (720p a nižší) upscalovány na rozlišení 4K, nebo když jsou obrazy upscalovány na šíleně velkých televizorech s nízkou hustotou pixelů.

Výše uvedený obrázek není příkladem upscalingu z televize. Místo toho je to příklad upscalingu provedeného pro vydání DVD Buffy The Vampire Slayer HD (převzato z video eseje Passion of The Nerd). Je to dobrý (i když extrémní) příklad toho, jak špatná interpolace může zničit obraz. Ne, Nicholas Brendon nemá na sobě nějaký voskovitý upíří make-up, to se právě stalo s jeho tváří během procesu upscalingu.

Zatímco všechny televizory nabízejí upscaling, některé mohou mít lepší algoritmy upscalingu než jiné, což vede k lepšímu obrazu.

Upscaling je nutný a zřídka znatelný

I přes všechny jeho chyby je upscaling dobrá věc. Je to proces, který obvykle probíhá bez problémů a umožňuje vám sledovat různé formáty videa na stejné televizi. Je to perfektní? Samozřejmě že ne. Proto si někteří puristé z oblasti filmů a videoher dávají přednost vychutnávat si staré umění na jeho zamýšleném médiu: old-ass TV. Ale právě teď není upscaling něco, na co by vás příliš vzrušovalo. Není to ani tak něco, čím by ses příliš rozčilil.

Za zmínku stojí, že video formáty 8K, 10K a 16K jsou již podporovány některým hardwarem, který používáme každý den. Pokud technologie upscalingu nedokáže tyto formáty s vysokým rozlišením dohnat, existuje šance, že to povede k mnohem větší ztrátě kvality, než na jakou jsme zvyklí.

Vzhledem k tomu, že výrobci a streamovací služby stále táhnou nohama směrem ke 4K, možná bychom si zatím neměli dělat starosti s 8K.