Технології підвищення якості зображення або що таке індекс динамічних сцен в LED телевізорах?

Розглянемо що таке індекс динамічних сцен і як він технічно працює на телевізорі. Цей опис підходить для індексів динамічних сцен будь-якого виробника. Виробники телевізорів патентують власні назви індексу: Clear motion rate (CMR), Picture Quality Index (PQI) в TV Samsung Picture Mastering Index (PMI) в TV LG Perfect Motion Rate (PMR) в TV Philips Motionflow XR в TV Sony Active Motion & Resolution(AMR) у Toshiba TV Backlight scanning BLS-скануюча підсвічування в TV Panasonic Clear Motion Index (CMI) в TV Thomson Subfield Motion в plazma Samsung   Ці технології оцінює якість показу динамічних сцен, чим вище індекс, тим більш природну картинку повинен показати телевізор. Але телевізор спочатку може показати не більше 240 кадрів в секунду більше не дозволяють технічні характеристики матриць екранів. Та й стандарти запису відео обумовлюють, що максимально пристрої відеозапису можуть записати відео з частотою не більше 60 кадрів в секунду. Стандартне зображення на більшості моделях телевізорів має частоту оновлення 60 разів в секунду. Дана величина здатна забезпечити досить чітке, контрастне і яскраве зображення того, що відбувається на екрані. А в новітніх телевізорах, які підтримують Ultra HD дозвіл, картинки відрізняються ще більш насиченими кольорами. До цього варто додати, що на екрані кінотеатру зображення змінюється зі швидкістю 24-25 разів в секунду. Звідси питання – тоді навіщо потрібна ще більша частота кадрів, якщо і так все добре видно? Відповідь на це питання полягає в деякі факти, які і представлять всі переваги даного параметра. Розглянемо характеристики динамічного, що швидко змінюється зображення, що транслюється по стандартному рідкокристалічному екрану телевізора. Можна згадати канал про тварин, на якому гепард стрімко переслідує антилопу або всілякі досліди з популярних програм каналу Діскавері. Виявляється, що для якісного перегляду всіх рухів, що відбуваються в передачах, буде недостатньо 60 Гц, що є стандартним параметром для більшої частини телевізорів. Особливо це може бути помітно в спортивних передачах: безумовно, воротар відбиває летить шайбу, буде помітний на полі, а ось сама шайба може бути і непомітною. І така ситуація характерна для екранів з низькою частотою. Саме із-за низької частоти кадрової розгортки динамічні об'єкти виглядають розмитими, втрачають різкість і за ними стає важко спостерігати. Вони можуть відображатися по-іншому – дискретно. В даному випадку це будуть різкі, відірвані один від одного руху, які ніби відірвані один від одного. Такий варіант також не сприяє якісній оцінці зображення. Звідси питання – чи можна якимось чином змінити ситуацію і зробити зображення максимально реалістичним? Звичайно, це можливо здійснити за допомогою збільшення частоти зміни кадрів. Саме цей параметр дозволить посилити чіткість і контрастність предметів, що знаходяться в русі. У когось виникне питання: «Звідки беруться відсутні кадри, які перетворюють кілька розріджених кадрів в єдине ціле плавний рух? Відомо, що джерело відеосигналу не займається їх передачею». Відповідь може когось здивувати, але він звучить так: відсутні кадри доводиться «вигадувати». І займається цією діяльністю спеціальний чіп – «кріейтор» - відеопроцесор. Він відповідає за створення нових кадрів і вставка між вже існуючими, проміжними. Крім цієї функції, відеопроцесор встигає займатися і іншими, не менш корисними справами: шумозаглушенням, корекцією кольору, збільшенням різкості зображення. Копнемо глибше і розглянемо з якою реальною частотою може працювати сучасний LED телевізор. Як правило, в телевізорах застосовується матриця виготовлена за IPS технології або її модифікація, матриці по цій технології забезпечують гарну передачу кольору близько 99% і кути огляду 178° по вертикалі, так і горизонталі що не мало важливо для перегляду телевізора, адже не завжди телеглядач сидить прямо перед телевізором. Провівши нескладні обчислення можна визначити наступне: відгук матриці IPS близько 5 мс, отже 1000/5=200 кадрів в секунду. Стандартна матриця телевізора може показувати в секунду близько 200 кадрів, але це в ідеалі, на практиці час відгуку може бути і більше, наприклад 7 мілісекунд. Виробники встановлюють телевізори матриці 3 типів Матриці які можуть показати 60 кадрів в секунду Матриці які можуть показати 120 кадрів в секунду (найбільш поширені типи матриць) Матриці які показують 240 кадрів в секунду (як правило встановлюються в дорогих моделях)   Яка частота кадрів в різних стандартах (треба представляти для подальшого розуміння принципу роботи). 1080i: черезрядковий стандарт з кадровою частотою 25, (29,97) або 30 кадрів в секунду 1080p: стандарт з прогресивною розгорткою допускає використання кадрових частот 24, 25, 30, 50 або 60кадров в секунду 720p: стандарт з прогресивної (порядкової) розгорткою, що допускає використання кадрових частот 50 или60 кадрів в секунду SD: стандартне цифрове телебачення 50 або 60 кадрів в секунду. Аналоговий сигнал: 25 кадрів в секунду.   Телевізор не має індексу динамічних сцен В такому телевізорі показується зображення з тією частотою кадрів, з якої він приймає сигнал, в телевізорі не проводиться ніякої корекції або покращення сигналу. Як правило провідні виробники телевізійної техніки вже не випускають телевізори без індексу динамічних сцен. Індекс динамічних сцен 100 В телевізорах мають індекс динамічних сцен 100 поліпшення зображення відбувається за рахунок додавання 1 кадру між двома існуючими. Як правило ідентичного існуючого. Якщо в телевізорі застосована 60 Гц матриця, то поліпшення зображення можна побачити тільки при перегляді зображення з частотою кадрів менш 60. Якщо показується зображення з частою 60 кадрів технічно не можливо його вже поліпшити. Індекс динамічних сцен 200 В основному та ж суть, що і при індексі 100 змінюється тільки сам алгоритм обробки зображення процесором. Індекс динамічних сцен 400-600 В телевізорах з індексом динамічних сцен 400-600 додається між існуючими кадрами вже 2-3 кадру, і застосовується матриця підтримує частоту 120 Гц. Які створюються проміжні кадри між реальними, ідентичні або знову створені залежить від алгоритму роботи процесора, але враховуючи те, що в телевізорах з індексом динамічних сцен що 100, що 400 застосовуються однакові процесори, то можна припустити що створюються однакові повторювані кадри. Також при таких індексах обов'язково застосовується локальне затемнення. Теоретично можливо вже навіть поліпшити зображення високої чіткості, хоча на практиці по відгуках користувачів цього не помітно. Індекс динамічних сцен 800-1200 В телевізорах з такими індексами динамічних сцен застосовуються вже матриці вище класом здатні показувати більше 120 кадрів в секунду, а також встановлюються більш швидкі процесори дозволяють, проводячи аналіз кадру, створювати проміжні кадри не тільки ідентичні, але і створювати індивідуальні проміжні аналізуючи реальні кадри. За відгуками власників телевізорів з різними індексами складається наступна картина, різниця дійсно спостерігається за якістю відображення динамічних сцен в телевізорах, наприклад, з індексом 100 і 200, але вже понад 400 або 600 різниця непомітна і це вже можна віднести до маркетингових вивертів виробників. До того ж, телевізор не завжди правильно може провести конвертацію або створення проміжних кадрів і іноді покращене зображення може бути за якістю гірше споконвічного. На картинці показати предмет у русі і сказати, що створюються кілька нових проміжних це одне, і зовсім інше створити реальний, дуже часто при створенні проміжних кадрів створюються так звані цифрові артефакти. На сьогоднішній день провідні світові компанії з виробництва електронної техніки використовують частоту кадрів в секунду, що дорівнює 200. Це фірми Samsung, LG і Sony. Як вони досягають такої потужної величини? Для того, щоб телевізор видавав справжні 200 кадрів в секунду, відеопроцесори (як правило, в кількості двох штук) між послідовними кадрами стандартного відеопотоку в 50 Гц вставляють ще три проміжних зображення. В результаті нової високотехнологічної процедури динамічні сцени отримали абсолютно нове бачення. Технологія 200 Гц дозволить в деталях розглянути складний маневр футболіста або стрімкий удар боксера. Тепер будь-який спортивний матч по телевізору – це справжнє свято, створює повне відчуття присутності на стадіоні або в спортзалі. Слід зауважити, що фаворитами нової технології є не тільки спортивні телепередачі, але і всі фільми, які передбачають стрімкість і швидкість. Ігромани, які мають телевізор з частотою оновлення 200 Гц, також будуть щасливі від реалістичності того світу, в який грають. Однак не всі виробники такі чесні і пішли по шляху чесної розгортки 200 Гц. Дехто волів «обхідний» маневр, пропонуючи щось відмінне від 200-герцовой розгортки, але іменоване саме цим терміном. Як було сказано вище, чесний виробник використовує наступну схему поліпшення якості динамічного зображення: метод інтерполяції даних MEMC, заснований на створенні додаткових кадрів. Інші ж виробники, що прикриваються гучного величиною частоти оновлення кадрів своїх екранів в 200 Гц, використовують інший метод, нічого спільного з збільшенням частоти кадрів не має. Вони застосовують технологію гасіння заднього підсвічування (Scanning Backlight - так звана технологія скануючої підсвічування). Використання цієї технології пояснюється її здатністю усувати ефект розмитості динамічного зображення. Что же касается частоты, то у телевизора, имеющего псевдо-200 Гц режим, и работающего по технологии Scanning Backlight, реальная частота обновления кадра равна 100 Гц. Экран при этом делится на три части горизонтали, в которых задняя подсветка включается и выключается. Для того, чтобы изображение с частотой обновления в 100 Гц смотрелось как изображение с оригинальной частотой обновления в 200 Гц, к картинке на экране просто добавляется «бегущий» с частотой 100 раз в секунду темный прямоугольник. Кончено, данная инновация ничего общего с подлинной частотой кадров в 200 Гц не имеет. Естественно, что эта технология значительно дешевле первой, рассмотренной выше.   Сторонники метода, базирующемся на затемнении подсветки  экрана, утверждают, что черные вставки помогают минимизировать эффект размытости объекта, который находится в движении, делая контуры более четкими в промежуточных кадрах. Также гашение лампы позволяет немного снизить расход электроэнергии. Но поклонники именно этого метода сглаживания изображения не говорят о его недостатках. А они есть, и немалые. Во-первых, плавность  динамичных сцен не становится большей, так как  зритель видит такие еже 100 реальных кадров в секунду, как и без этой технологии. Во-вторых, гашение ламп снижает общую яркость изображения. А в-третьих, Scanning Backlight выводит на экраны телевизоров мерцание и размытость, заставляя нас мысленно возвращаться в то время, когда кинескопные телевизоры правили бал. Таким образом, пополнение  видеоряда промежуточным кадром видимо улучшает восприятие всего происходящего на экране. В большей степени это качается сцен, в которых ведущие «роли» играют быстро движущиеся предметы или персонажи. Привлекательности этой технологии добавляет возможность регулировки степени обработки промежуточных изображений, которая может использоваться практически всеми:  и любителями спорта, и ценителями фильмов, и искушенными геймерами. Але всі ці переваги повною мірою розкриваються і реалізуються тільки в телевізорах з цією 200-герцовой частотою зміни кадрів а це як правило телевізори PREMIUM сегменту.