Ultra HD - Ултра висока резолюция
Избор на Ultra HD - UHD Tелевизор
През 2007 година SMPTE утвърди Стандарт 2036 за UHDTV.
Бяха определени две нива за UHDTV, които се наричат UHDTV1 - 3840×2160 или 4K UHDTV и UHDTV2 7680×4320 или 8K UHDTV
Quad-HD
UHDTV - Level 1 UHDTV - Level 2 Внедряване 2014 - 2015 година 2017 - 2018 година ~2020+ година Резолюция 3840 x 2160 3840 x 2160 7680 x 4320 Кадрова честота 50/60 Hz 100/120 Hz 100/120 hz Сканиране Прогресивно Прогресивно Прогресивно Дълбочина на цвета 8 бит разпространение,
10 бит производство10, 12 бит 10, 12, 14 бит Цветово пространство ITU-R Rec. 709 ITU-R Rec. BT.2020 ITU-R Rec. BT.2020 Динамичен диапазон Стандартен Висок динамичен обхват (HDR) Висок динамичен обхват (HDR) Цветова субдискретизация 4:2:0 (разпространение),
4:2:2, 4:4:4 производство4:2:0 (разпространение),
4:2:2, 4:4:4 производство4:2:0 (разпространение),
4:2:2, 4:4:4 производствоСъотношение страните 16:9 16:9 16:9 Видеокодек HEVC Main 10 (разпространение),
XAVC производствоHEVC Main 10 (разпространение),
XAVC производствоще бъде определен по-късно Аудиоформат 5.1 канала Повече от 5.1 канала ще бъде определен по-късно
Dolby Atmos ? (24 канала)
UHDAlliance е съюз в който участват 20thCenturyFox, WarnerBros, Disney, Netflix, DirectTV, Technicolor, Samsung, Sony, Panasonic Sharp...очаква се скоро и LG.
Съдържание
• 1 Резолюция и аспект на изображението
• 2 Честотата на изображението
• 3 High Frame Rate (HFR) - висок брой на кадрите
• 4 Color Space - Wide gamut / Цветово пространство и разширена гама
• 5 Color Representation / Изобразяване на цветовете
• 6 Digital representation, color depth / дълбочина на цветовете
• 7 High Dynamic Range (HDR) - висок динамичен обхват
• 8 High Efficiency Video Coding (HEVC / H.265)
• 9 Connection / интерфейс - HDMI 2.0, Display Port 1.3
• 10 HDCP 2.2
• 11 Аудио формати / 3D
1. Резолюция и аспект на изображението
Разделителна способност: 3840 x 2160 пиксела - стандарт за телевизори
Външен вид: в аспект 16/9 - от 1.77.
Разделителна способност: 4096 x 2160 пиксела
Външен вид: с аспект 17/9 - от 1.90.
Едно сравнение на двата стандарта (ITU и DCI)...за да не ги бъркате.
4K обозначава резолюция в цифровата кинематография и компютърната графика, съответстваща на 4096 пиксела по хоризонтала. За разлика от резолюцията в телевизията, определяща се от броя редове и броя елементи на изображението по вертикала, в кинематографията разрешаващата способност се определя по дългата страна на кадъра. Такъв принцип в цифровото кино е избран поради наличието на различни стандарти на съотношение на страните на екрана. Хоризонталната резолюция е постоянна, докато вертикалната се променя според височината на кадъра. Резолюция 4К съответства на няколко различни размера на изображението в пиксели.
ITU Resolution standarts Standard Definition
............................High Definition
.........................Ultra High Definition
.............................--
.........................--
.........................Super Hi-Vision
.......................-------
..........................720 x 576 1920 x 1080 3840 x 2160 -- -- 7680 x 4320 Aspect 16:9 (1.77) 1280 x 480 2048 x 1080 4096 x 2160 5120 x 2700 6144 x 3160 8192 x 4608 Aspect 17:9 (1.90) 1K WS
...........................2K
.........................4K
.............................5K
.........................6K
.........................8K
.......................----------
.........................DCI Resolution standarts
UHD резолюцията представлява удвоена FHD по всяко направление на кадъра.
Резолюция
в пикселиСъотношение
на странитеВсичко
пикселиПълнокадров 4K 4096 × 3112 1.32:1 12,746,752 Академичен 4K 3656 × 2664 1.37:1 9,739,584 Широкоекранен 4K 4096 × 1714 2.39:1 7,020,544 Кашетиран 4K 3996 × 2160 1.85:1 8,631,360
Резолюцията 4096x2160 вече съществува в света на цифровото кино на СЕА и следователно е фокусирана до възможната екранна резолюция за домашна употреба. 4K DCI (определен от Инициатива за цифрово кино, и обикновено се нарича 4K) е общ формат във филмовата индустрия и приема 4096 х 2160 резолюция със съотношение от 1.90 (съотношението на страните е 17,06/9). Имайте предвид, че Sony 4K видео проекторите имат съвместими матрици до резолюция 4096 х 2160 (не само до резолюция 3840x2160).
Тъй като резолюцията на формат 4096x2160 не е 16/9, това ще доведе до някои усложнения за дистрибуторите:
• 99% от настоящите и бъдещите телевизори са 16/9, а малка част ще бъде с киноформат 21/9.
• можете да се обзаложите, че по-голямата част от видео проектори поддържат само UHD и малцинството (високият клас), ще поддържат до резолюция 4K.
В началото на 2014 година Movie Labs (представляваща шестте най-големи холивудски студия), издаде изисквания за спецификацията на новият формат Bluray: те не насърчават мащабирането (scaling /rescaling) на изображението, представени от BluRay UHD, за да се покаже информацията от диска на телевизора. Ако беше приета тази философия, телевизионният оператор не би имал друг избор, освен:
• Адаптиране (crop) на резолюцията на сигнала до възможностите на дисплея(upscale/downscale).
• Добавяне на хоризонтални или вертикални ленти при сигнал с по-ниска поради възможностите на дисплея.
С други думи, студията и телевизионните оператори трябваше да адаптират аспекта на филмите си, а не по друг начин ... но това е отворен въпрос (април 2014 г.).
За телевизионно предаване (т.е. разпространение чрез сателит или DTT Broadbanding, т.е. чрез интернет или на живо от уебсайт бокс.
Стандартът се нарича UHDTV и се предлага в две резолюции:
• UHDTV1 (опростен UHD-1) приема като единствена резолюция 3840 х 2160 пиксела (8,3 мегапиксела). Забележете, че поради различните резолюции, в крайна сметка не може да бъде избран формат 4K за цифрово кино, поради факта, че двете изображения използват различни аспекти 16/9.
• UHDTV2 (опростен UHD-2) приема като единствена резолюция 7680 х 4320 пиксела (33,2 мегапиксела). Този формат е наречен "Super Hi-Vision 8K"
Използваният за тези два варианта UHDTV аспект на изображението е само 16/9.
Имайте предвид, че за японската и северноамериканската телевизия, тези два формата разделителна способност съществуват под други имена.
Обобщение на резолюциите, техните приложения и наименования:
На бизнес език се счита, че всичко, което е с резолюция от поне 3840x2160, може да бъде наречено Ultra HD или UHD.
• В Северна Америка продукти с резолюция от 3840x2160 или 4096x2160 може да бъдат наречени Ultra HD, UHD или 4K.
Резолюция 7680x4320 може да се нарече Ultra HD, UHD или 8K.
• В Европа само продукти с резолюция 3840x2160 може да се нарекат Ultra HD или UHD. Други решения не са взети под внимание и концепцията за 4K или 8K не се появява.
• QUAD HD / QUAD HDTV / 4K2K са търговски имена, свързани с видео формат QFHD на (Quad Full High Definition) разделителна способност от 3840x2160, която е вече остаряла. Първите прототипи на телевизори с 3840x2160 резолюция, представена в залите между края на 2011 г. и средата на 2013 г., са били именувани. Търговските термини Quad HD / Quad HDTV / 4K2K са остарели и са били заменени с търговски термини Ultra HD или UHD.
• резолюция 3840x2160 и аспект 16/9 се използва от:
- The UHDTV1 / UHD-1 (името на Ultra HD първо поколение за Европейски телевизори)
- Super Hi-Vision 4K (Ultra HD формат първо поколение за японската телевизия),
- Ultra HD формат не е определен от ATSC (3.0) за първото поколение на северноамериканската телевизия. Този формат може да се нарече "4K UHD" или "4K".
• резолюция 4096x2160 не е 16/9 и се използва от:
- DCI 4K стандарт (използван за цифрово кино)
• резолюция 7680x4320 и аспект 16/9 се използва от:
- The UHDTV2 / UHD-2 (името на Ultra HD второ поколение за Европейски телевизори)
- Super Hi-Vision 8K (име на Ultra HD второ поколение за японски TV)
- The Ultra HD, все още не е определено от ATSC (3.0), от второ поколение телевизори в Северна Америка. Този формат може да се нарече "8K UHD" или "8К".
• 8192x4320 не е 16/9 и се оперира от всеки стандарт (за сега) резолюция, която се ползва в света на цифровото кино, телевизия или прилагане в домашни приложения. Лабораториите R&D на NHK и JVC са разработили системата за тази резолюция. Също така имайте предвид, че тази резолюция и формат са максималните поддържани от HEVC.
2. Честота на изображението
Допуснати от UHD стандарт CEA (CEA-861-E) честоти са 24/25/30/50/60 кадъра.
Януари 2014: холивудските студия изискаха следният набор да участва в спецификацията на бъдещият Bluray, искайки да видят постепенното нормализиране при следните минимални честоти:
• 2D: 24p, 25p, 30p, 48P, 50p, 60p (96p) (100p) (120P)
• 3D 48P (24p на око), 96p (48P на око), 120P (60p на око)
Така изглежда, че Питър Джаксън и Джеймс Камерън са убедили студията за висока честота на 3D (HFR).
За телевизионно предаване (т.е. разпространение чрез сателит или DTT Broadbanding т.е. чрез интернет или на живо от уебсайт бокс):
Честотите, допуснати от SMPTE UHD-1 (UHDTV1) и UHD-2 (UHDTV2), са (от март 2014 г.):
HDMI 2.0 - поддържа 4К, 24fps, 30fps, 50fps, 60fps
С появата на Ultra HD също така се предлага да се увеличи параметъра "кадри в секунда" на 100/120Hz (FPS /frame per seconds - кадри в секунда, известен също като честота на опресняване). За да разберем по-добре въпроса, нека да погледнем отново, този път като вземем в предвид параметъра кадри в секунда.
Системна категория
............................Системна номенклатура
............................Luma / R, G, B
семпъл на линия
............................Линии на кадър
............................Frame rate / Hz
............................UHDTV1 3840x2160 / 23.98p 3840 2160 24 / 1.001 UHDTV1 3840 x 2160 / 24p 3840 2160 24 UHDTV1 3840 x 2160 / 25p 3840 2160 25 UHDTV1 3840 x 2160 / 29.97p 3840 2160 30 / 1.001 UHDTV1 3840 x 2160 / 30p 3840 2160 30 UHDTV1 3840 x 2160 / 50p 3840 2160 50 UHDTV1 3840 x 2160 / 59.94p 3840 2160 60 / 1.001 UHDTV1 3840 x 2160 / 60p 3840 2160 60 UHDTV1 3840 x 2160 / 120p 3840 2160 120 Системна категория
............................Системна номенклатура
............................Luma / R, G, B
семпъл на линия
............................Линии на кадър
............................Frame rate / Hz
............................UHDTV2 7680 x 4320 / 23.98p 7680 4320 24 / 1.001 UHDTV2 7680 x 4320 / 24p 7680 4320 24 UHDTV2 7680 x 4320 / 25p 7680 4320 25 UHDTV2 7680 x 4320 / 29.97p 7680 4320 30 / 1.001 UHDTV2 7680 x 4320 / 30p 7680 4320 30 UHDTV2 7680 x 4320 / 50p 7680 4320 50 UHDTV2 7680 x 4320 / 59.94p 7680 4320 60 / 1.001 UHDTV2 7680 x 4320 / 60p 7680 4320 60 UHDTV2 7680 x 4320 / 120p 7680 4320 120
В момента почти всички холивудски продукции са заснети с 24 кадъра в секунда (24 изображения в секунда) и телевизионните програми се снимат в 25 или 50 кадъра в секунда (в последния случай с помощта на т. нар. преплитане, при което вертикалната резолюция на изображението е около половината от размера). Изображението в игралните конзоли се генерира обикновено със скорост от 30 до 60 кадъра, а в PC игрите - със скорост до 120 кадъра в секунда. Вие ще забележите, че има голямо разминаване в стойностите на този параметър, и по този начин, включително и как ние възприемаме движението като гладко. Standard Ultra HD предполага, че филмите и програмите могат да се записват и възпроизвеждат при честота на опресняване от 100/120 кадъра в секунда. Ultra HD ще поддържа стандартните 24, 25, 50, 60, 100 и 120 кадъра в секунда, ако всички препоръки бъдат приложени на практика.
Ако сте гледали The Hobbit, заснет в HFR(High Frame Rate) формат, сте имали възможността да изпитате това, когато филмът е заснет в стандартните 48 кадъра в секунда, а може би знаете как този стандарт ще се отрази на качеството и възприемането на филма. Второ, предстоящата част от Avatar най-вероятно ще се снима с 60 кадъра в секунда, което е едва половината във връзка с предложените 120 кадъра в секунда. Някои производители на филми дори смятат, че увеличаването на броя на кадрите дава по-голямо подобрение по отношение на качеството, отколкото по-нататъшно увеличаване на резолюцията. По този начин, въпреки преминаването от 24 fps до само 48 или 60 fps, ние вече можем да говорим за една малка революция в качеството на картината.
3D форматът няма да се спира, това е прието. SMPTE препоръчва да се използва пълната резолюция за всяко изображение, което би означавало, че ползването на прогресивните честоти от 50/60 Hz ще е минимумът, за да видите UHDTV в 3D.
UHDTV предаването изисква веднага да се премине в прогресивна картина, докато настоящото телевизионно излъчване използва преплетени наполовина картини, изпратени в презредов режим. Това обяснява защо UHDTV1 @ 50p умножава на теория (по отношение на HDTV сигнал @ 50p) степента, изисквана от 8 (с изключение на подобрения, свързани с HEVC): 2*2 се дължи на удвояването на броя на пикселите - нагоре и в ширина * 2 и все още поради постепенното превключване на сигнал.
За видео (филми, концерти, документални филми), достъпни чрез стрийминг или сайтове VOD:
Честотите, допуснати от UHD стандарт CEA, са 24/25/30/50/60 кадъра в секунда, и то само прогресивни.
3. High Frame Rate
Всеки дисплей с честота по-висока от 60Hz (телевизионно предаване у нас е 50Hz) или 24Hz (както в областта на кино дистрибуцията) се счита за HFR.
Произход на илюзията за движение при 24Hz кино:
Феноменът на постоянство на зрението е наблюдаван през осемнадесети век от Патрик Д'Арси, който произвежда въртящ се диск, около периметъра на който са прикрепени нажежени въглища. При скорост на седем оборота в секунда горящия въглен дава илюзията на непрекъснат кръг от светлина, което може да се обясни само с продължителността на усещането. Той заключава, че възприемането движение в хората е резултат от постоянна визия, която се състои от най-малко 7 кадъра в секунда.
През 1891 г. Томас Едисън и Дикинсън представят първият анимационен филм с първата камера (наречена Kinetograph). Скоростта на снимане варира от 18 до 46 кадъра в секунда, като с асинхронен двигател може да се управлява механизма за по-бързо сканиране. Техните експерименти показват, че скорост на снимане по-малка от 16 кадъра в секунда (рамка/сек) може да доведе до възприемането на мигащи изображения. Движението остава гледаемо дори при скорост от 10 кадъра в секунда или по-бавно, но трептенето, причинено от затвора на филмовият проектор е разсейващо под прага от 16 кадъра в секунда.
Преди 1926 немите филми са били снимани и прожектирани с максимална скорост от 16 кадъра в секунда. С пристигането на диалозите (джаз певицата през 1927 г.) индустрията настоява за увеличаване на скоростта на превъртане изображения в секунда, защото не е възможно да се записва звук с високочестотен звук при 16 fps. Възпроизвеждането на високите честоти изисква по-бързо превъртане на оптичният аудио запис, който лежи на лентата на филма. Изборът пада на скорост от 24 кадъра в секунда, което позволява не само добра гледаемост, но и движенията на екрана да изглеждат естествени. Форматът 24 кадъра в секунда се превръща в норма, но по-слабо заради икономически, художествени и технически причини: изборът е компромис между ограниченията на скоростта на разпространение на образи и звуци, както и разходите за филма. Индустрията изискваше да се приеме стандарт от 48 кадъра/сек. Качеството на проекцията би било много по-различно, но това щеше да взриви разходите за производство и разпространение. Тъй като киното използва сребърна емулсия, опитът за Hifh Frame Rate при Showscan процес (проекция на филм 70 mm при 60 кадъра/секунда) не успя поради високата цена. Така, 24fps никога не е бил разискван в продължение на почти един век.
За да се даде впечатление за плавно, а не накъсано движение, механизмът за управление на проектора трябва да представи този филм по определен начин: не е непрекъснато, но всяко изображение е обездвижено за част от секундата на прожекционния обектив. Между два кадъра клапанът е разположен между лампата и лентата на филма, за да се създаде черен кадър и така да се види движението от едно изображение в друго. С други думи, на всеки 24 кадъра се редуват с 24 "черни" на филмовия екран. Мислите си, че се редуват, но в действителност има два пъти повече кадри + черни.., които се снимат или 48. При около 50 кадъра в секунда окото вижда светлината като непрекъсната проекция.
Там отдавна се разчита на един феномен, наречен "зрителна памет", за да обясни произхода на илюзията за движение, което ние преживяваме на големия екран. Това обяснение обаче, бе отхвърлено от психолози поради няколко причини. Първо, защото ние продължаваме да имаме чувство за движение, когато неподвижните изображения се представят пред нас само за десет кадъра в секунда и дори с по-малко темпо. Повече от дразнещо в тази теория е, че зрителната памет се появява около 50 милисекунди след изображението. Но по време на този период от време най-малко две неподвижни изображения се виждат от зрителя в една нормална проекция. Следователно първият кадър от филм "се съхранява" не до настъпване на вторият, което причинява сериозен проблем за теорията на сливане на устойчиви изображения за обезпечаване ефекта на движение ...
Илюзията на движение на филми се предизвиква от друг феномен, наречен бета ефект. Това се случва, когато две изображения са показани малко изместени бързо едно след друго. Нашият мозък възприема това като автоматично движение в резултат на работата по интегрирането на възприеманите областта в ретиналните клетки и различни визуални области на кората, участващи в разкриването и посоката на движение. По-този начин ние сме жертви на бета ефекта, когато виждаме бързи последователни кадри пред нас.
Насекомите, които имат ултра кратки нервни връзки, виждат света средно с 300 кадъра в секунда. Ако можеха да отидат на кино, щяха да видят различни, но напълно неподвижни изображения.
С каква честота възприемаме реалността:
Проучванията показват, че повечето хора виждат с 66 кадъра в секунда. Именно с тази честота очите ни възприемат реалността. Данните трябва да бъдат филтрирани и разгледани от мозъка, използвайки карти в ума, който превръща тази информация от възприеманата реалност, която има смисъл. Ние вече знаем, че процесът на обработка на данните в човешкия мозък е със скорост от 40Hz. Това означава, че:
• Усещането за реалност се разглежда като реалистично от мозъка, ако се подава с най-малко 40 кадъра в секунда.
• човешкият мозък не прави ясна разлика, на 40 от 66-те снимки, които улавят очите ни.
Под тази честота от 40Hz, мозъкът ще знае, че това, което се изпраща до него не е "истинско".
Защо имате нужда от дисплеи с висока честота ?:
Стандартната скорост на изображението продължава повече от 60 години в киното и телевизията. Увеличаването на разделителната способност на изображението и размера на дифузьорите, доведе до увеличаване на видимите дефекти на изображението. Динамиката на HD резолюцията е сравнима с тази на SD:
В двата случая, въпреки подобряването на резолюцията, има голяма разлика между резолюция при статичен и динамичен образ, което предизвиква чувство на гадене. Трябва да се съблюдава увеличението на стичната резолюция, и също подобрение в динамичната резолюция (което не беше направено по време на прехода от SD на HD). Това беше възможно да се постигне с увеличаване на изходната честота, но в този случай се създава фалшив HFR екран с изображения, заснети при ниски честоти и по този начин, съдържащи видими дефекти. Ето защо, трябва да увеличим честотата на записите, предаванията и дисплеите едновременно.
• В R&D лабораторията на Orange Labs, бяха извършени тестове на нормализирана скала от 0 до 100: те определиха нарастване от 10 точки, направени чрез увеличаване на резолюцията (от същата UHD последователност, в сравнение с Full HD) и нарастване от 20 точки за преминаване от 60Hz до 120Hz (независимо от резолюцията която се използва). С други думи, по-високата честота води до по-голямо подобряване на изображението, отколкото нарастването на разделителната способност.
Един от проблемите е, че за разлика от клетките в ретината на окото, които позволяват на окото да направи разграничение на множество обекти, движещи се с различна скорост без засенчвания и замъгляване, камерата има само едни и същи настройки за всички уловени в картината обекти, движещи се в изображението и тяхната относителна скорост. По този начин честотите на улавяне и ана екрана трябва да бъдат адаптират към много ситуации. Ако скоростта на заснимане не е пригодена към сцената, е налице риск от изобразяване на артефакти като трептене (накъсване), стробиращ ефекти, или blurring(замъгляване) от заклащането на камерата по време на бързи движения, което води до загуба точност на изображението.
• Според R&D лабораторията на NHK (Japan Broadcasting Corporation), която провежда тестове с използването на стандартизиран процес, резултатите показват необходимостта от следните честоти:
над 80Hz за да се избегне максимално накъсването
над 100Hz за да се избегне стробоскопният ефект
над 200Hz за да се предотврати трепването на камерата при бързи движения.
Именно поради тези причини, единствената честота на работата на Super Hi-Vision 8K, бе определена на 120Hz.
• В R&D лабораторията на Sony, тестваха честота на видео последователности между 60 и 480 Hz:
Минимум 250 Hz, за да се избегне ефект от накъсване и размазване при бързи движения. Това което постигнаха от Sony, е да се определи честота от 240Hz, който е съвместима с честоти 24 и 60 Hz, в качеството на по-висока честота, която да се насърчи. Изборът на висока честота значително намалява ефектите от люлеенето на камерата може да повиши ефективността на прогнозният алгоритъм и по този начин да се редуцира HEVC, времето за HEVC кодиране, до подобряване качеството на картината.
• Честотата на прогресивни 50p, не е достатъчна за бързи сцени (пътуване, спорт, ...). Също така първите тестове на записи в 60Hz UHD за футболни мачове показаха вредни смущения, свързани с феномена на удара с честотата на линиите. ATEME и Orange работиха по временно, според което се направи 120p, но interlaced(презредово) (половината изображение 120 пъти в секунда), което при 120р ще бъде в полза на възприятието на движение, и pd да се избегне увеличаване на пропускателната способност на честотната лента в сравнение с 50 или 60Hz, защото видеото е кодирано с "променлива скорост на предаване", с което се адаптира към наличната пропускателна способност в момента.
• Ето едно извлечено увеличение при бърза последователност, показано в няколко честоти от лабораторията за видео на BBC:
R&D лабораторията на BBC, настоява, че 140Hz (прогресивна) е най-ниската граница, с която да се избегне увеличаването на артефакти от тип blurr при движение и трептене. Това е най-вече за близка дистанция за гледане, което прави артефактите по-видими. Ето защо в средата на 2014 г., SMPTE промени отново своите UHDTV стандарти за добавяне на нови високи честоти (100 Hz и 120 / 1.001 Hz). В крайна сметка изборът на честота ще се прави от операторите, в зависимост от наличната честотна лента и капацитета на оборудването им.
• Филмите на Джеймс Камерън, Avatar 2 и 3 ще се снимат в 48 или 60 Hz (вместо 24Hz). Питър Джаксън вече засне Hobbit 2 с 48 кадъра / секунда.