ULTRA HD TO COŚ WIĘCEJ NIŻ ROZDZIELCZOŚĆ

Klatki na sekundę
 
Wraz z pojawieniem się Ultra HD zaproponowano również zwiększenie parametru “klatek na sekundę” (fps – frames per second, określanych też, jako częstotliwość odświeżania – Hz). By lepiej zrozumieć temat, zerknijmy jeszcze raz wstecz, tym razem biorąc pod uwagę parametr fps.
 
Na dzień dzisiejszy prawie wszystkie Hollywoodzkie produkcje są kręcone z prędkością 24 klatek na sekundę ( 24 nowych zdjęć na sekundę) a programy telewizyjne powstają z kolei z prędkością 25 lub 50 klatek na sekundę (w tym drugim przypadku używany jest tak zwany przeplot, przez co rozdzielczość pionowa obrazu jest o połowę mniejsza). Obraz w grach na konsole jest zwykle generowany z szybkością od 30 do 60 klatek, a w grach na PC z prędkością nawet do 120 klatek na sekundę. Łatwo zauważyć, że istnieje spora rozbieżność w wartości tego parametru, a co za tym idzie, w tym na ile płynnie postrzegamy ruch. Standard Ultra HD zakłada, że zarówno filmy jak i programy mogą być nagrywane i odtwarzane z częstotliwością odświeżania do 120 klatek na sekundę. Ultra HD będzie wspierać standard 24, 25, 48, 50,60 i 120 klatek na sekundę, jeśli wszystkie zalecenia zostaną zrealizowane w praktyce.
 
Jeżeli oglądaliście Hobbita nakręconego w formacie HFR mieliście okazję doświadczyć czym jest film nakręcony w standardzie 48 klatek na sekundę i prawdopodobnie wiecie jak ów standard znacząco wpływa na jakość obrazu i odbiór filmu. Dwie nadchodzące części Avatara zostaną najprawdopodobniej nakręcone z zastosowaniem 60 klatek, co jest ledwie połową w stosunku do proponowanych 120 klatek na sekundę. Niektórzy producenci filmów uważają nawet, że zwiększenie liczby klatek daje większą poprawę jakości obrazu niż dalsze zwiększanie rozdzielczości. Tak więc mimo przejścia od 24 Hz do zaledwie 48 lub 60 Hz możemy mówić już o małej rewolucji, w jakości obrazu.
 

Kolory
 
Jakie zmiany niesie za sobą Ultra HD w kwestii kolorów? W tym obszarze również zaproponowano znaczące ulepszenia. Standard Ultra HD wprowadza nową gamę kolorów nazwaną Rec.2020. Do tej pory mieliśmy do czynienia z Rec.709, bo tak właśnie nazywa się gama używana w standardzie Full HD. Nie zawracajcie sobie jednak głowy nazwami, to jest dosyć proste, a najlepiej zilustruje to poniższy diagram.
 

 
Ludzkie oko jest w stanie dostrzec tylko konkretny zestaw kolorów. Nie możemy dostrzec chociażby podczerwieni (nie widzimy światła podczerwieni wychodzącego z pilota do telewizora), co jest tylko jednym z wielu przykładów zakresu fal (w uproszczeniu: kolorów) dla nas niewidocznych. Typowe ludzkie oko może dostrzec wszystkie kolory przedstawione na wykresie spektrum kolorów poniżej.
Jednak nasze telewizory, projektory i kamery nie mogłyby same dopasować tych wszystkich kolorów, tak więc przemysł filmowy zdefiniował mniejszą gamę kolorów, tak, aby ludzie zajmujący się filmami jak i producenci telewizorów, mogli podpierać się pewnym standardem, normą zarówno w produktach jak i przy produkcji.
 
Taki standard jest potrzebny, aby zapewnić, że film czy też programy telewizyjne będą poprawnie wyświetlane na naszych ekranach. Na powyższym wykresie widać zarówno Rec.709 (stosowany w standardzie Full HD) jak i Rec.2020 (który może być wykorzystany w Ultra HD)
 
Jak widać Rec.2020 ma większy zakres niż Rec.709 i daje nam do dyspozycji znacznie szerszą gamę kolorów do wyboru. Ultra HD proponuje również rozszerzenie parametru, który zazwyczaj określamy mianem głębi koloru, a mówiąc konkretniej zakłada wzrost od obecnych 8 bitów do 12 bitów (czyli zmianę łącznej ilości bitów z 24 na 36). Może to brzmieć bardzo technicznie, jednak można to objaśnić w bardzo prosty sposób. Gdy, załóżmy telewizor lub aparat wykorzystuje 8 bitów na kolor, oznacza to, że można go określić w 256 odcieniach  (2 ^ 8 = 256), są to odpowiednio czerwony, zielony i niebieski. Są to trzy podstawowe kolory, na bazie których tworzy się wszystkie inne. Rozwijając myśl dalej, pozwala nam na stworzenie 256 odcieni czerwieni, 256 zieleni i 256  odcieni niebieskiego. Łącznie daje nam to 24 bity lub inaczej 16777000 (256x256x256) kolorów.
 

Przykład zmiany jakości obrazka wraz ze wzrostem próbkowania koloru. Od lewej 1-bit (2 kolory), 2-bity (cztery kolory), 8-bitów (256 kolorów), 24 bity (16,7 miliona kolorów). Niestety nie możemy pokazać 30, ani 36 bitów ponieważ nie obsługuje tego typowy system komputerowy.

 
 
Standard Rec.2020 przynosi nam znacznie większą paletę barw, co automatycznie daje nam większe możliwości. Ultra HD proponuje 12 bitowe kolory. Przy 12 bitach można wybierać juz z 4096 (2^12 = 4096) odcieni, odpowiednio czerwonego, zielonego i niebieskiego. Daje to w sumie 68.71 miliarda kolorów (4096x4096x4096). Ultra HD to także 10 bitowe kolory.
 
Podsumowując:

• 8 bitów na każdy kanał RGB = 24 bity łącznie = 256 x 256 x 256 odcieni niebieskiego, czerwonego i zielonego = 16,7 miliona barw
   
• 10 bitów na każdy kanał RGB = 30 bitów łącznie = 1024 x 1024 x 1024 odcieni niebieskiego, czerwonego i zielonego = 1,07 miliarda barw
   
• 12 bitów na każdy kanał RGB = 36 bitów łącznie = 4096x4096x4096 odcieni niebieskiego, czerwonego i zielonego = 68,71 miliarda barw

 
Trzeba podkreślić, że wyświetlacze Ultra HD, kamery i produkcje filmowe niekoniecznie muszą od razu korzystać z tych wszystkich rozszerzonych opcji, ale mogą wykorzystać te elementy w razie potrzeby. Nie trudno się domyślić, że te wszystkie innowacje niosą za sobą wielkie wymagania sprzętowe.
 
Nieskompresowany materiał video w 8k UHD z 120 klatkami na sekundę i 36 bitową głębią koloru, wymaga każdej sekundy przesyłu 140 Gbit  (7680x4320x120x36 = 143327232000) nieskompresowanych danych. Oczywiście film można skompresować, ale wciąż rozmawiamy tu o ogromnej ilości danych.
 
HDR
 

Artykuł był pisany 18 maja 2014 roku. Z biegiem czasu mamy już do dyspozycji Ultra HD Blu-ray oraz coraz więcej badań i testów najnowszej technologii HDR. Warto sprawdzić nasz pierwszy dokładny test w kraju odtwarzacza Ultra HD Blu-ray: tutaj

Koniecznie kliknij i przeczytaj też artykuł o HDR: “HDR, Co to jest HDR, HDR10 kontra Dolby Vision”

Koniecznie kliknij i przeczytaj też artykuł o HDR: “Jakość efektu HDR, jak ją ocenić? Wprowadzamy własny system testowy!”

Kolejnym elementem Ultra HD jest szerszy zakres dynamiki czyli HDR. Wyobraźcie sobie, że patrzycie np. na zachód słońca. Czy często macie wrażenie, że słońce Was oślepia? No właśnie. A może macie podobne wrażenie gdy patrzycie na jupitery na stadionie? Aby przenieść ten efekt na ekran telewizora potrzebny jest HDR czyli punktowe, o wiele jaśniejsze biele i głębsza czerń. Należy tutaj jednak zwrócić uwagę na to, że skuteczność prezentowania efektu HDR przez wyświetlacze LCD jest wprost proporcjonalna do skuteczności ich algorytmu lokalnego wygaszania, a jak wiemy ilość stref jest przeważnie ograniczona do kilkuset. Inaczej ma się sprawa w przypadku technologii OLED. Tutaj nie ma potrzeby stosowania oddzielnego systemu podświetlenia w tego typu panelach, a każdy sub-piksel emituje swoje własne światło. Wydaje się zatem, że są to idealne warunki dla HDR. Nie jest tak do końca gdyż OLED nie może wygenerować takiej jasności obrazu jak technologia LCD. Jednak z tego co miałem okazję już zobaczyć, efekt i tak jest spektakularny i właśnie na OLED wygląda to najlepiej. O HDR będziemy jeszcze wiele pisać na HDTVPolska. To będzie jeden z czołowych tematów 2016 roku.
 

Z lewej telewizor z HDR, z prawej bez. Musimy mieć jednak na uwadze, że zdjęcia nie są w stanie oddać tego, czym jest HDR. Da się to zobaczyć tylko na żywo.

(7366)