Po co nam 8K (i więcej)? Nowe badania empiryczne nad odległością od TV

Era 8K, na naszym rodzimym rynku, rozpoczęła się wraz z ubiegłoroczną premierą telewizora Samsung Q900r, który był pierwszym komercyjnie dostępnym telewizorem o takiej rozdzielczości. Reakcje innych producentów były lawinowe i już na targach CES 2019 oglądaliśmy gotowe do sprzedaży (później w tym roku) ekrany 8K innych producentów – Sony (ZG9), LG (OLED 88″ lub LCD 75″), TCL X10 (w rozmiarze 75″). Specjalnie mnie nie dziwi pojawienie się takich produktów w 2019 roku. Mamy bowiem gotowe już złącze HDMI 2.1, które pozwala przesłać rozdzielczość 8K 60Hz. Na rynku widać także nasycenie ofertą wyświetlaczy 4K. Przykładowo Samsung nie ma już w swojej ofercie ani jednego telewizora Full HD w ubiegłorocznej serii (no dobra, jest jeden budżetowy o bardzo małej przekątnej, ale cała reszta to 4K). Potrzeba więc czegoś co ponownie da konsumentom bodziec do zmiany telewizora! 🙂

Nadal w prawdzie brakuje komercyjnych treści o rozdzielczości 8K i na pewno przez dłuższy czas się to jeszcze nie zmieni. Z tego punktu widzenia można by uznawać całą machinę 8K jako falstart, choć mam wrażenie, że wdrażanie zmian technologicznych od końca “łańcucha pokarmowego” jest już w branży standardem. Z drugiej jednak strony filmy nagrywane są od jakiegoś czasu w 5K, 6K, a niedawno także 7K i 8K, aczkolwiek nadal postprodukcja takiej treści jest bardzo kosztowna. Przede wszystkim podczas renderingu animacji 3D (nie mylić z technologią 3D w TV czyli stereoskopią). W najbliższych latach bez wątpienia będziemy otrzymywać w większości nieco “oszukaną” treść poprzez upscaling, czy to w telewizorze, czy też w ostatnim etapie post-produkcji. Teoretycznie nie jest to jednak powód by zniechęcać się samego 8K. Musimy przecież patrzeć w przyszłość by się rozwijać! Istotnym problemem było (jest?) do tej pory raczej to, że…

Rozdzielczość jest walorem trudno dostrzegalnym

8K nie otwiera żadnego nowego etapu w rozwoju ekranów. Rozdzielczość ta została wpisana w standard Ultra HD podczas jego pierwotnej ratyfikacji (kilka lat temu). Oznacza to, że za nią samą nie podążają żadne inne zmiany związane np. z HDR, szeroką paletą barw, czy wyższym klatkażem (HFR). Elementy te współistnieją niezależnie od siebie i rozwijają się osobno.

Jak jednak edukujemy od samego początku (i nie tylko my – to zdania powtarza cała branża filmowa, inżynierska, oraz recenzencka), samo przejście na rozdzielczości wyższe niż Full HD nie jest aż takim przełomem jak np. technologia HDR, HFR, czy szeroka paleta barw. Walory tych zmian dostrzegalne są błyskawicznie i w pewnym sensie z “każdej odległości”. Oznacza to, że mając nawet ekran 40″ z dużym potencjałem do HDR zauważymy różnicę nawet z kilkunastu metrów. Inaczej będzie z rozdzielczością, a mianowicie…

Jedna minuta kątowa

Tyle wynosi uśredniona sprawność ludzkiego oka do rozróżniania oddalonych od siebie detali (np. dwóch niezależnych kropek). Każdy widział przynajmniej raz w życiu obrazek do badania wzroku u okulisty prawda?

Na podstawie tego typu badań wysnuto wnioski, że zdrowy wzrok (tzw. widzenie 20/20) pozwala dostrzec piksele oddalone od siebie o określony dystans (czyli wspomnianą 1/60 stopnia). Zostało to następnie potwierdzone poprzez analizę fizjologii oka – rozmieszczenie światłoczułych komórek na siatkówce, oraz możliwości toru optycznego (soczewki oka). Na tej podstawie zbudowałem model określający zalecaną odległość od ekranu, by faktycznie wykorzystać jego rozdzielczość. Znajduje się on na portalu w temacie:

Kalkulator odległości od TV

I jak wynika z niego, dla takiego pełnego wykorzystania rozdzielczości 4K musimy znaleźć się mniej więcej w odległości 1,8m przy 85″. Przy popularnych 65″ będzie to już tylko 1,4m! Uogólniając: 2cm odległości na każdy cal ekranu lub 1,5 wysokości telewizora od ekranu. Dopiero wtedy spełnimy warunek jednej minuty kątowej. Wyniknie z tego, że ekran 4K wypełni aż 60 stopni naszego pola widzenia, czyli więcej niż zazwyczaj w kinie IMAX! Czy faktycznie mamy tendencję do wybierania tak dużych przekątnych i zasiadania tak blisko? Przypuszczam, że wątpię… O ile może niecałe 2 metry od 85″ nie brzmią już aż tak kontrowersyjnie jak w 2015 roku, gdy po raz pierwszy opublikowałem kalkulator odległości, to nadal jest problem z zakupem odpowiednio dużej przekątnej telewizora, by zasiąść z typowej “domowej” odległości – 2,5 do 3,5 metra. Potrzebowalibyśmy wtedy dużo ponad 100″.

Brzmi jakby rozdzielczość 4K była więc aż nadto do domowych zastosowań, prawda? Zysk z dalszego podwyższania rozdzielczości w kontekście dostrzegani większej ilości detali jest bardzo wątpliwy, a by nie uzasadniać tego tylko powyższym tekstem to dodam, że w praktyce testowałem to wielokrotnie na publiczności podczas np. targów Audio Video Show. Nikt nigdy nie był w stanie odróżnić czarno-białego, jedno-pikselowego, wzoru od jednolitej szarej planszy bez spełnienia wyżej opisanych warunków odległości.

Na tym jeszcze jakiś czas temu można by postawić kropkę i powiedzieć, że 8K ma jakikolwiek sens dopiero gdy będziemy kupować sobie ekran 200″ i siadali te 3,5 metra od niego lub bliżej. Dziś stwierdzenie takie nie będzie do końca trafne ponieważ w orężu mamy…

Nowe badania nad wysoką rozdzielczością ekranów

Podczas minionych targów CES 2019 w Las Vegas, miałem okazję uczestniczyć w dwóch bardzo ciekawych, zamkniętych, wykładach na których omówiono najnowsze publikacje naukowe, zrobione właśnie pod kątem zalet rozdzielczości 8K. Zostały one wspomniane na dwóch niezależnych wykładach firm Sony i Samsung.

• “Black Box TV” (Sony) prowadzony przez p.Toshiyuki Ogura (Chief Distinguished Engineer)
• “The benefits of super-resolution displays” (Samsung), prowadzony przez p. Kyoung-Min Lee (profesor w Seoul National University)

Co można nowego odkryć w temacie skoro od strony okulistycznej sprawa jest już dawno wyjaśniona? Właśnie takie pytanie pozostawiono otwarte podczas przeprowadzania eksperymentu wspomnianego podczas obu tych wykładów. Konkretnie mówimy tu o pracy pod tytułem “Sensation of Realness From High-Resolution Images of Real Objects“. Badacze postanowili skonfrontować w niej prawdziwe przedmioty wraz z ich zdjęciem na ekranach o różnych rozdzielczościach. Ekrany zostały tak skonfigurowane i skalibrowane by jak najlepiej odwzorowywać prawdziwy przedmiot. By “wyłączyć” efekt 3D podczas patrzenia na prawdziwy przedmiot, osoby patrzyły przez okulary powodujące docieranie tego samego obrazu do obu oczu.

Podczas eksperymentu prezentowano przedmioty o różnym stopniu skomplikowania – z dużą ilością bardzo drobnych detali, lub z gładkimi przejściami tonalnymi.

I teraz czas na meritum eksperymentu – wyniki. Obserwatorzy mieli za zadanie ocenić, bliżej niezdefiniowane poczucie “realności” obrazu na wyświetlaczu. Okazało się, że wzrost ocen zanotowano aż do rozdzielczości wynoszącej 60 cpd (po której dopiero oceny ulegały stopniowemu nasyceniu). Wartość ta przelicza się na 1/2 minuty kątowej odległości pomiędzy sąsiednimi pikselami, czyli dwa razy mniej niż próg rozróżniania detali.

Zanotowano więc dalszy zysk z podwyższania rozdzielczości ponad warunki umożliwiające fizyczne rozróżnienie od siebie pikseli. Innymi słowy mimo, że nie widzimy detali to podświadomie je “czujemy”. Jak to możliwe? Najprawdopodobniej składają się na to zjawiska takie takie jak np. hyperacuity (nie znam polskiej nazwy). Istnieje także korelacja pomiędzy ostrością widzenia a jasnością i kontrastem obserwowanych przedmiotów (a jak wiemy wartości te w HDR są bardzo wysokie).

Co przez to rozumieć?

Omawiana praca przyniosła więc racjonalny powód by uaktualnić dane w kalkulatorze i  przesunąć tą granicę zysku ze zwiększonej rozdzielczości dwa razy dalej, czyli do:

• maksymalnie 1,5 wysokości ekranu, czyli 2cm / cal, czyli np. 85″ z 1,7 metra dla 8K
• maksymalnie 3 wysokości ekranu, czyli 4cm / cal, czyli np. 85″ z 3,4 metra dla 4K

Przy maksymalnie takich wartościach, jak wynika z badań, nadal będziemy mogli odczuć lepsze doznanie “prawdziwości” obrazu przy przeskoku z 4K na 8K (w pierwszym przypadku) i z 1080p na 4K (w drugim przypadku). Zanim jednak wykrzykniemy “hurra” warto mieć jednak na uwadze kilka czynników:

• Eksperyment wyciąga ekstremalne zjawiska, które niekoniecznie muszą zachodzić przy typowym materiale filmowym. Przede wszystkim dlatego, że badanie:
  • Przebiegało przy materiale kompletnie statycznym, w który można się było dokładnie “wpatrywać”
  • Przebiegało bez kompresji – jakiekolwiek artefakty kompresji w filmie zepsują nam uczucie “prawdziwości” o wiele skuteczniej niż zjawiska podprogowe opisane w tym artykule
  • W eksperymencie nawet realny przedmiot był spłaszczony przez podanie tego samego obrazu do obu oczu. W naturze widzimy w 3D i to jest niezbędne by czuć immersję dużo bardziej niż poprawa rozdzielczości.
• Uczucie “prawdziwości” zachowuje się (jak widać) niejako logarytmicznie, więc nie stało się nagle tak, że jednak z 2 razy większej odległości większa rozdzielczość ma ogromny sens. Przy wartościach granicznych uczucie narasta dużo bardziej (np. 2,5 cm / cal zamiast 2 cm / cal przy 4K).
• Badanie wyciąga ekstremalne i można by powiedzieć “ostateczne” wnioski. Eksperyment ten badał subiektywną ocenę “prawdziwości” w konfrontacji z naturą. Wobec tego wątpliwe jest, czy kiedykolwiek zostanie odkryty jakiś cel zwiększania rozdzielczości powyżej tej granicy 60 cpd

Niemniej jednak wygląda na to, że sens stosowania ultra-wysokich rozdzielczości zachodzi szybciej niż do tej pory sądziłem. Nawet wtedy, gdy nie dostrzeżemy już więcej detali, to jest szansa, że w dalszym ciągu (ale oczywiście też do pewnego stopnia) odczujemy większą “prawdziwość” obrazu. Warto także dodać, że musimy dysponować przy tym nieskazitelną treścią 8K (lub innej rozdzielczości, zależy jakie kryteria odległościowe chcemy spełniać), by nie dało się zauważyć jakichkolwiek artefaktów kompresji, które z pewnością zaburzą nam poczucie prawdziwości i to podświadome i świadome, a na to przyjdzie nam jeszcze długo poczekać 😉

(8008)