Кадри вирішують усе!

Зображення на екрані типового побутового телевізора оновлюється з частотою 50 разів на секунду. Здавалося б, цього цілком достатньо — у кінотеатрі картинка взагалі змінюється 24-25 разів на секунду. Навіщо потрібно більше, адже ми й так бачимо на екрані досить яскраве, контрастне, і деталізоване зображення, особливо в новітніх моделях телевізорів, що підтримують Full HD роздільну здатність? Але не все так просто: виявляється, велика частота кадрів дає дуже вагомі переваги…

Частіше — значить краще

Уявімо, що відбувається, коли на типовому рідкокристалічному телевізорі  демонструється динамічне зображення, що швидко змінюється. Це не така вже й рідкість: гепард, який переслідує антилопу на Animal Planet, «Руйнівники легенд», що стріляють із курячої гармати на Discovery, і навіть трансформери з DVD, що стрімко мчать і змінюються на ходу — у будь-якому з цих випадків стандартних 50 Гц для відтворення швидких рухів може виявитися недостатньо. Те ж саме стосується спортивних змагань: уявіть, наприклад, хокеїста-воротаря, який відбиває шайбу, що летить — якщо воротаря за низької частоти кадрів ви роздивитесь ще більш-менш нормально, то шайба ризикує взагалі згубитися з очей. Оскільки за низької частоти кадрової розгортки об’єкти, що швидко переміщаються по екрану, мають нечіткий розмитий вигляд. Або відтворюються дискретно, що теж не додає реалізму зображення — створюється ілюзія, що предмети переміщаються ривками.

Як же вирішити ці проблеми? Відповідь очевидна: потрібно постаратися відтворити природно плавну динаміку руху швидких об’єктів. Зробити це можна тільки одним способом — збільшивши частоту зміни кадрів. Тільки це дасть змогу чіткіше візуалізувати переміщення динамічних об’єктів. Наприклад, футбольний м’яч, що летить, уже не буде миготіти по екрану, а буде плавно переміщатися по його площі, що робить зображення реалістичнішим. Але звідки ж узяти кадри, яких бракує? Адже джерело відеосигналу їх не передає. Як не парадоксально це звучить, але проміжні кадри, яких бракує, доводиться «вигадувати». Працює над цим спеціальний чип-«вигадник», що називається відеопроцесор. Саме він створює нові кадри, вставляє їх між уже наявними. Водночас, відеопроцесор встигає працювати над шумопоглинанням, збільшенням різкості зображення, корекцією кольору й іншими корисними справами.

Перші сто

Спочатку їх було 100. Сто кадрів на секунду. Втричі менше, ніж добре відомих спартанців, але справу свою вони виконували справно. І хоча з технологією 100 Гц між двома послідовними «справжніми» кадрами вставлявся всього один проміжний, результат цілком був того вартий: різкі переходи між послідовними кадрами ставали м’якшими, а для динамічних зображень на екрані починали проглядатися деталі, які були малопомітні, а то й зовсім невиразні у звичайному режимі. Зазначимо, до речі, що нові фрейми, які вставляються між оригінальними, є унікальними, а не просто копією сусідніх кадрів.

Однак для найстрімкіших екшенів навіть 100 Гц часом виявлялося мало. Технології не стоять на місці, й ось виробники обладнання вже презентують нам технологію, що може відтворювати на секунду ще більше кадрів — цілих 200. Здавалося б, з такою частотою візуальні огріхи зображення мають безповоротно піти в минуле. Але не тут-то було. Річ у тім, що якщо одні виробники дійсно перейшли на технологію 200 Гц, то інші вирішили піти на хитрощі…

Переваги чесності

1. 200 кадрів на секунду — це збільшення стандартної частоти кадрів учетверо! Завдання це не з простих: на сьогодні чипи, що забезпечують виведення чесних 200 кадрів на секунду, встановлюються тільки в телевізори компаній Samsung і Sony. Тільки ці бренди використовують технологію чесних 200 Гц, коли телевізор демонструє реальні 200 кадрів на секунду — для цього MEMC відеопроцесори (зазвичай їх два) вставляють між послідовними кадрами стандартного 50 Гц відеопотоку ще три повноцінні проміжні зображення.
2. Щоб добитися швидкості зміни кадрів 200 Гц, потрібно згенерувати кілька Full HD кадрів за п’ятдесяту частку секунди! Однак сучасним електронним чипам це цілком до снаги. Результатом їхньої роботи є найприродніше, м’яке та чітке промальовування динамічних сцен, які набувають потрібного реалізму. За 200 Гц розгортки зір помічає деталі та нюанси зображення, про існування яких раніше можна було лише здогадуватися: вони вислизали в нечітко промальованому «шлейфі» об’єктів через низьку частоту кадрів. Завдяки технології 200 Гц ви отримуєте можливість у всіх деталях смакувати швидкісну атаку Шевченка та не пропустите стрімкий правий боковий удар Кличка. Технологія 200 Гц передає спортивні трансляції неймовірно реалістично та чітко! Втім, технологія досить універсальна: вона додає реалізму не тільки спортивним передачам, а й стрімким бойовикам, фантастиці. Всі, хто грає в динамічні ігри на великому екрані, під’єднуючи ігрову приставку або комп’ютер до домашньої телевізійної панелі, також будуть у захваті від нової технології, що надає небувалого реалізму і масштабності подіям на екрані.
3. Важливо зазначити, що поліпшення зображення за 200 Гц розгортці стосується не тільки динамічних сцен! Завдяки детальнішому опрацюванню дрібних деталей, зокрема й в глибині сцени, картинка на екрані набуває додаткової природної рельєфності, а неприємний розпливчастий муар на рухомих похилих лініях безслідно зникає навіть під час перегляду звичайних телесеріалів і неспішних мелодрам.
4. Навіть якщо дивитися фільми, що відтворюються з оригінальною «кінотеатральною» швидкістю 24 кадри на секунду (режим 24p, т.зв. прогресивна розгортка без чергування рядків), то технологія MEMC (Motion Estimation Motion Compensation) додасть цілих сім проміжних кадрів, щоб і в цьому випадку ваші очі не побачили мерехтіння або дискретності зображення. Водночас сучасні телевізори дають змогу регулювати ступінь оброблення додаткового зображення, підбираючи найоптимальніший варіант. Якщо на максимальних настройках буде надто багато занадто різких дрібних деталей, — картинка здасться надто театральною й «штучною», — то, за допомогою перемикання телевізора в інший, більш «м’який» режим роботи MEMC-чипів, ви легко позбавитеся зайвої насиченості картинки, не втративши плавності двохсотгерцевого переходу між сценами, що розгортаються на телеекрані.
5. Після того, як ви побачите технологію 200 Гц у роботі, навряд чи зможете повернутися до меншого: за низької частоти розгортки зору стають помітні навіть дрібні ривки рухомих об’єктів, на які раніше просто навіть не зверталася увага.

Коли двісті не дорівнює двісті

Однак не всі виробники електроніки пішли прогресивним шляхом чесної 200 Гц розгортки. Деякі вважали за краще «обхідний» маневр, видаючи за 200-герцову розгортку щось зовсім інше.

Замість зменшення розмитості зображення рухомих об’єктів методом інтерполяції даних MEMC, що ґрунтується на створенні додаткових кадрів, ці виробники використовують інший метод — технологію гасіння задньої підсвітки (т.зв. технологія сканувальної підсвітки, Scanning Backlight), яка ніби-то усуває ефект розмитості рухомого зображення.

Під час роботи в псевдо-200 Гц режимі, біля телевізора, що працює за технологією Scanning Backlight, використовується реальна частота оновлення кадрів 100 Гц.

Водночас екран ділиться по горизонталі на три частини, у яких задня підсвітка синхронно вмикається й вимикається. Щоб зображення з частотою оновлення 100 Гц мало вигляд, як зображення з частотою оновлення 200 Гц, до зображення на екрані фактично додається темний прямокутник, що «біжить» по екрану з частою 100 разів на секунду. Природно, нічого спільного з реальною 200 Гц частотою кадрів це не має.

Рис. 1. Відмінності реальної 200 Гц розгортки від псевдо-200 Гц технології Scanning Backlight.

За словами прихильників цієї (зауважимо, дешевшої) технології, чорні вставки дають змогу мінімізувати ефект розмитості рухомого об’єкта роблять чіткішими контури в проміжному кадрі. Також гашення ламп дає змогу злегка знизити витрати електроенергії.

Однак, водночас, зазвичай скромно замовчують про вагомі вади такого рішення.

• По-перше, пластика динамічного руху не стає більш плавною, ніж за 100 Гц розгортці — адже фактично в такому випадку глядач бачить усе ті самі 100 реальних кадрів на секунду.
• По-друге, завдяки гашенню ламп знижується загальна яскравість зображення.
• Ну й по-третє, на екрани телевізорів Scanning Backlight повертає мерехтіння й розмитість, яких, як здавалося, ми назавжди позбулися з відходом телевізорів кінескопів.

Рис. 2. Вади «нечесної» 200 Гц кадрової розгортки: знижена яскравість, змазане зображення й мерехтіння.

Попри очевидні вади методу гашення підсвітки й брак у такому випадку реальної 200 Гц зміни кадрів (тобто фактично йдеться про обман споживача), ця технологія сьогодні широко використовується не тільки виробниками другого ешелону, а й такими великими брендами як LG, Philips, Toshiba тощо.

З погляду науки

Природно, поборники псевдо-200 Гц технології не соромилися наводити масу аргументів на свій захист. Однак крапку в суперечці, яка з технологій краща, остаточно поставили незалежні дослідження.

Група професорів з університету Сан-Дієго провела спеціальне дослідження, у якому встановила, що традиційна MEMC-технологія, що забезпечує виведення 200 реальних зображень на секунду, набагато ефективніша, ніж технологія, яка використовує гашення підсвітки. Згідно зі звітом «Порівняння РК-телевізорів c частотою оновлення зображення 200 Гц і 100 Гц», опублікованому 8 жовтня експертами з візуалізації й сигнального оброблення, працівниками підрозділу проектування електрообладнання та обчислювальних пристроїв Каліфорнійського університету Сан-Дієго професором Труонг Нгюеном (Truong Nguyen) і професором Стенлі Х.Ченом (Stanley H. Chan), РК-телевізори 100 Гц із керуванням підсвіткою поступаються РК-телевізорам 200 Гц на базі технології MEMC. Відповідно до висновку вчених, телевізори зі 100 Гц розгорткою на базі керування підсвіткою можна називати пристроями 200 Гц, оскільки різниця в якості зображення між цими двома технологіями досить істотна. У звіті також зазначено, що хоча технологія MEMC і є більш дорогою в реалізації, але тільки вона забезпечує чотириразове підвищення тимчасової роздільної здатності та зменшує розмиття динамічною картинки. Керування ж підсвіткою знижує яскравість зображення й не гарантує потрібної чіткості у швидко змінюваних сценах.

Видання Consumer Report, що публікує огляди споживчої електроніки, і собі пише: «Технологія «реальних 200 Гц», яка використовується Samsung і Sony, є найефективнішою в мінімізації розмиття в динамічних сценах. Водночас телевізори на базі технології «квазі-200 Гц» недостатньо добре справляються з таким розмиванням, як порівняти з телевізорами з частотою оновлення 200 Гц».

Сайт hdguru.com, що зокрема спеціалізується й на оглядах і HDTV, так пише про LED-телевізори Samsung серії 8000, що підтримують 200 Гц розгортку: «На відміну від інших виробників, які рекламують телевізори з частотою оновлення екрана 100 Гц і керуванням підсвіткою, як телевізори 200 Гц, Samsung використовує дві мікросхеми MEMC, які забезпечують реальну частоту оновлення 200 Гц ».

Висновки

Технологія 200 Гц — інструмент, що дійсно підвищує візуальну якість зображення. Поповнення відеоряду проміжними кадрами помітно покращує сприйняття картинки на екрані, особливо в сценах, де головні «ролі» грають персонажі або предмети, що швидко рухаються. Можливість регулювання ступеня оброблення проміжного зображення тільки додає плюсів цій технології, яка призначена практично для всіх: і для шанувальників спорту, і для прихильників фільмів, і для досвідчених геймерів.

Однак, усі ці переваги реально проявляють себе тільки в телевізорах зі справжньою 200-герцевою частотою зміни кадрів, які на сьогодні випускають тільки компанії Samsung і Sony. Водночас широко використовувана багатьма виробниками технологія псевдо-200 Гц, що базується на затемненні підсвітки екрана, має суттєві вади, які не дають змогу їй на рівних конкурувати з реальною 200 Гц розгорткою.

Зображення взято з джерел: unsplash.com, pixabay.com