UHD, 4K, 2160P מה ההבדלים והאם אנחנו מוכנים לטכנולוגיה הזו?

בשנתיים האחרונות מצאו החברות מקור חדש לעניין שלנו - תחום ה-4K.האם מדובר בטכנולוגיה שתחליף את 1080P או "full HD"?   

22:00
  /  
23.06.2013
  
מאת: עפר לאור

הקדמה

 

 

בשנתיים האחרונות שמענו רבות על טכנולוגיית ה-4K. היו לה הרבה שמות, תחילה קראו לה 4K2K, לאחר מכן רק 4K, ולאחרונה קיבלנו סט שמות חדש בשם Ultra HD ו-2160P. מאיפה זה נולד, והאם מדובר בהבטחה חדשה שתחליף את full HD?

טכנולוגיית 4K התחילה כפורמט מקצועי לחלוטין. הכוונה היא שהשתמשו בו בכדי לצלם דיגיטלית, לערוך וכן לקודד סרטים שמקורן ב-film. הפורמט המקצועי קבע את השם 4K בשל הרזולוציה האופקית שלו: 4096 פיקסלים לרוחב.

כל הסרטים שנערכים באופן מקצועי מוגדרים כיום כ-4K במידה והרוחב שלהם הוא 4096 (כמובן ב-24 פריימים לשניה).

אבל מה הגובה של הסרטים? הגובה שלהם משתנה לפי יחס המסך. התקן הוא 2160 שורות במידה ומדובר ביחס של 1.89. עבור יחס סינמהסקופ DCI היחס הוא 2.39 ומספר השורות הוא 1714.

כלומר, ככל שיחס המסך הופך למלבני יותר, כך נותר הרזולוציה האופקית זהה, אך הרזולוציה האנכית הופכת צרה יותר.

פורמט 4K זה הוא גם מה שאנחנו בעצם רואים במקרנים דיגיטליים בקולנוע.

4K – לא רק רזולוציה

אך פורמט ה-4K אינו כולל אך ורק הגדרות של רזולוציה, אלא מביא לשולחן גם מרחב צבעים חדש: REC2020 אשר אמור סוף סוף להחליף את מרחב הצבעים REC709 אשר מלווה אותנו מאז תחילת HDTV. 

UHD, 4K, 2160P מה ההבדלים והאם אנחנו מוכנים לטכנולוגיה הזו?
קרדיט: CNET

REC 709 נולד בכדי להחליף ולהרחיב את מגוון הצבעים שמסך כלשהו יכול להציג. מצד אחד היה ידוע ש-PAL ו-NTSC הם פורמטים מוגבלים מאוד מבחינת מגוון הצבעים, אך REC709 הרחיב אותם רק במעט. הסיבה היתה החשש שגם הרחבה קטנה תקשה מאוד על יצרני המסכים לעמוד בתקנים.

ואכן, במהלך למעלה מעשור (1999-2009) התקשו מרבית היצרנים לעמוד בתקן הפשוט של REC709. הדבר היה במיוחד קיצוני אצל חלק מיצרני מסכי ה-LCD שפשוט לא הצליחו להתקרב לתקן. תקן מעט מורחב (XVYCC) ניסה להגדיל את REC709 מבלי לפגוע בתקן, אך הוא נכשל חרוצות.

אמנם היו קשיים לא פשוטים לעמוד ב-REC709 אך כיום אין טכנולוגית תצוגה שלא עוברת משמעותית את התקן הזה. כלומר, פלזמה, LED, LCD ו-OLED (כמו גם טכנולוגיית nano LED שצפויה לפרוץ בשנתיים הקרובות) כולן לא רק עומדות בכבוד בתקן REC709 אלא עוברות אותו משמעותית.

לכן, REC2020 צפויה לעשות מהפכה בכל הנוגע לעומק הצבעים. הוא מרחיב את העומקים של הצבעים באופן החד ביותר שנעשה מאז הופעת הטלויזיות הצבעוניות.

עם זאת, זה לא מספיק להגדיל את עומק הצבעים ללא הגדלת מספר הביטים של הצבעים – אחרת פשוט נראה מדרגות מעבר צבע בגרדיאנטים. כיום התקן מדבר על 8 ביט לכל צבע (או 24 ביט סה"כ). למרות שב-HDMI יש יכולות להגדיל את מספר הביטים, אין לכך משמעות ללא תוכן מתאים ולכן תוכן 4K שמשתמש ב-REC2020 צריך להתמודד עם לכל הפחות 10 ביט.

4K בבית

כבלי HDMI 1.4A מסוגלים ביום טוב להעביר 8Gbps. קצב הנתונים הללו מאפשר העברה של עד 4096X2160 בקצב של 24FPS אולם ברזולוציה של 8ביט בלבד (ולא 10 ביט כפי שככל הנראה נזדקק להם במידה ו-REC2020 יהיה בשימוש).

כך נוצר מצב שבו כבלי HDMI 1.4A כאילו מוכנים ל-4K אולם אך ורק בפורמט מוגבל מבחינת הצבעים ולא הפורמט הסופי שככל הנראה נזדקק לו.

כיום המקור 4K היחידי שניתן להשתמש בו הוא המחשב אשר פשוט אינו מוגבל מבחינת רזולוציה. אולם אין מקור תוכן או מקור Consumer Electronics (קרי: מכשיר בסגנון בלוריי) שמוציא 4K.

עם זאת, יש מספר פתרונות מאולתרים. ביחד עם המסך 55ZL2  – ביקורת המסך ה-4K הראשונה בישראל הגיע מחשב ייעודי שמסוגל היה לספק תוכן 4K לדוגמא. התוכן הופק כ-4K והעביר למסך את הוידאו דרך חיבור יעודי (דמוי DVI).

עם זאת, יש הבנה שככל הנראה יהיה קושי רב להעביר תוכן כזה דרך חיבור HDMI 1.4A ובתעשיה משתמשים כיום ב-4 חיבורי HDMI רגילים בכדי להעביר [email protected] למסכים מקצועיים.

4K מול UHD מול 2160P

במרחב הביתי אין הגיון להשתמש ברזולוציה 4096. הרזולוציה ההגיונית יותר לשימוש היא כמובן 3840X2160 (רזולוציה שמכונה 2160P). הסיבה לכך פשוטה – המעבר בין 1080P ל-2160P היא מאוד קלה – מעבד תמונה יכול בקלות רבה מאוד לייצר 2160P. כל רזולוציה אחרת שהיא כפולה קרובה ל-2160P אך לא מדוייקת, מסבכת פי כמה וכמה את המנגנון וכמובן שגם גורמת לנזק משמעותי לאיכות התמונה.

מכיוון שיש כבר בשוק המון תוכן ב-1080P ו-1080i, ההגיון מכתיב שהרזולוציה האידאלית למסכים ביתיים היא פי 2 בכל ציר: 1920X2=3840 ו- 1080X2=2160. על מנת לפתור את בעיית הטרמינולוגיה (שהרי לא באמת מדובר בפורמט 4K מקורי) החליפו את השם ל-UHD שהוא בעצם מוגדר כ-3840X2160 או בשמו המקצועי: 2160P.

אך אליה וקוץ בה, הרי התוכן המקורי, כפי שהופק צולם והוכן לקולנוע הדיגיטלי הוא הרי 4096 ברוחב. כיצד ניתן להמיר אותו ל-3840? 

לשמחתנו מרבית התכנים לא מצולמים ביחס 16:9 שהוא היחס הביתי. ולכן, ניתן בעצם לחתוך 3% מכל צד של התמונה (128 פיקסלים) ומכיוון שיש לנו פסים שחורים ממילא בחלק התחתון והעליון של התמונה (נניח ביחס 2.35:1) ההפסד הוא מינורי. כדאי לשים לב שבמצב כזה אנחנו לא באמת מקבלים את יחס המסך הנכון שהבמאי הכין אלא קירוב לכך שמיועד לשוק הביתי. כך הדבר גם נעשה כיום בהמרות ל-FULL HD.

סרטים שהם ביחס 16:9 (למשל סרטים שצולמו ב-IMAX) בעייתיים הרבה יותר וכאן נדרשת המרה אקטיבית שמאבדת בעצם 6% מהתמונה – כלומר, צריך להעלים 6 פיקסלים על כל 100 פיקסלים, מה שבהכרח יגרום לארטיפקטים משונים במידה ומצולם משהו לינארי (זויות קרובות לאופקיות, רשתות או כל דבר שיש בו פוטנציאל ל-moire או ל-stair stepping). במקרים כאלה, נאלצים המקודדים להשתמש בפילטרים מיוחדים בכדי להעלים את התופעות, ומן ההכרח שהדבר גורם לאיכות ירודה יותר של התמונה. האלטרנטיבה היא כמובן לחתוך חלק מהתמונה או לעוות אותה (כלומר, היא תוצג ביחס מסך שונה בזה שצולם במקור).

מסכי טלויזיה 4K

 

 

כאמור, את מהפכת ה-4K הביתית פתחה דווקא חברת טושיבה שבמקור תכננה להשתמש בטכנולוגיה בכדי להציג לעולם את המסך התלת מימדי הראשון ללא משקפיים שמיוצר באופן מסחרי: ה-55ZL2.

במקור המסך היה תמיד אמור להציג תמונה תלת מימדית ללא משקפיים, אך תלונות רבות על כך שלא כולם יאהבו את הרעיון הביאו את טושיבה לשינוי קטן אך משמעותי ביותר שאפשר למסך להפוך גם למסך 4K "רגיל".

לפני בדיקת המסך 55ZL2, האמנתי שבעצם אין הרבה טעם ב-4K במסכים דקים. השאלה הגדולה היא האם בכלל ניתן לראות את ההבדלים ממרחק צפיה סביר קיבלה משמעות חדשה לאחר צפיה בתוכן הזה. עם זאת, מרבית הצופים לא ישבו קרוב כל כך למסך ולכן האפקטיביות של מסך 55K ברזולוציית UHD אינה מאוד גדולה.

כך נוצר מצב שבו נקודת הפתיחה המינימלית עבור מסכי UHD הם מסכי 55" שהם גבוליים למדי מבחינת האפקטיביות שלהם. אמנם ניתן לראות את ההבדל בין מסך כזה לבין מסך FHD ממרחק צפיה סביר (3מ' לכל היותר) אך רק בתנאי שהתוכן מספיק איכותי (בלוריי, או תוכן 2160P מקורי) ובתנאי שחדות הראיה שלכם היא מיטבית.

ככל שגודל המסך משמעותי יותר, כך ניתן להנות יותר מטכנולוגיית ה-UHD. אלה שיהנו ממנה הכי הרבה הם בעלי המקרנים שכיום צופים בתוכן FHD על גבי מסכים של 100" ויותר. שם המהפכה תהיה החדה ביותר והברורה ביותר. כך ניתן לראות את מסך הדגל (סדרה F) של סמסונג בתמונה למעלה – שבה המסך בגודל 84", שכמובן מתאים לסלון רחב, ואשר בו ניתן ללא ספק להבחין בפרטי ה-UHD.

במסכי פרמיום המהפכה תהיה בגדלים של 65" ומעלה. במסכים קטנים יותר, דווקא השיפור יתבטא במעבר מ-REC709 ל-REC2020: עומק הצבעים והסטורציה יעשו הרבה יותר רושם מאשר הרזולוציה.

הדבר דומה למסכי ה-retina של אפל אשר מצליחים, עבור מרבית הלקוחות שלהם, לעבור את חדות העיניים ולכן כמעט ולא ניתן להבחין בפיקסל בודד על גבי המסכים הללו. האם זה גרם ללקוחות לרוץ ולרכוש את האייפון והאייפד ברזולוציות הללו? בהחלט, אך האם הלקוחות באמת מסוגלים להנות ממלוא הרזולוציה הזו? ככל הנראה שבמרבית המקרים התשובה שלילית, ולכן הם משלמים בעצם כלכלית על משהו שהם לא באמת יכולים להשתמש בו.

מקורות 4K  (או UHD)

 

 

היצרנים ממהרים להכריז על מהפכת ה-UHD בבית, אך כאמור אין לנו עדיין מקורות סבירים ומסודרים לתוכן UHD. ללא מקורות תוכן, עיקר היתרון של UHD הוא בכך שניתן להשתמש במנגנונים שמזמן לא היה בהם שימוש יעיל – פילטרי חדות. בעוד שפילטרי חדות לא רק שאינם אפקטיבים כאשר המקור הוא FULL HD והמסך ברזולוציה זהה – הם גורמים לנזק. מנגנונים כאלה אינם מוסיפים מידע אלא מדגישים אותו על חשבון מידע אחר. כאשר רזולוציית המקור שלהם זהה לרזולוציית היעד, ההדגשה הזו חייבת לפגוע במידע אחר שנמצא על גבי התמונה. 

לרוב הדבר מתבטא בתופעה שנקראת ringing? כיום יש מנגנוני חדות שמסוגלים לייצר מעט מאוד ringing (ע"ע מכשיר ה-Darbee vision) אולם במסכי 4K אין שום בעיה גם להשתמש במנגנון יעיל יותר שכן יש לנו 3 פיקסלים "ספייר" על כל פיקסל רגיל, אשר יכולים לשמש להפעלת המנגנון הזה גם ללא פגיעה ברזולוציית המקור.

כך נוצר מצב שבאמת ניתן לגרום לתחושה של חדות יתר מבלי לאבד מידע קריטי שהופך בפועל את התמונה לפחות חדה…

במקרנים ניתן יהיה להשתמש במנגנונים כגון keystone (אם כי הם עדיין כמובן מאוד לא מומלצים) עם הרבה פחות פגיעה ברזולוציה מבעבר.

אבל כמובן שאנחנו מעוניינים בתוכן 4K אמיתיים. 

מקורות כאלה יכולים להיות:

  • המקורות המיידיים ככל הנראה יהיו תמונות וסרטים שאנחנו נייצר באופן עצמאי. מצלמות DSLR מסוגלות כיום לצלם באיכות שהיא הרבה מעל UHD ולכן צפיה בהם על גבי מסך FULL HD הוא בגדר לעג לרש. בוידאו המצלמות הללו מגיעות כיום ל-1080 אך איכות הצילום שלהם משווה פעמים רבות למצלמות קולנוע וסביר להניח שבשנה הקרובה נראה מצלמות DSLR ראשונות שיוכלו כבר לצלם בפורמט 4K כזה או אחר. המגבלות העיקריות של שיטת צילום זו היא אמצעי האחסון – כרטיסי SD רק כיום מגיעים לנפחים ולמהירויות שמאפשרים צילום שכזה.
  • סוני עובדת קשה בכדי לייצר מקור UHD (התמונה למעלה מייצגת את מה שהחברה הציגה ב-CES 2013, ואשר התגלה לבסוף כמחשב HTPC שהפיק את תכני ה-UHD). ככל הנראה הדבר יסופק למסכים בתוצרתה בדרך הפצה דיגיטלית – המכשיר יוריד תוכן UHD מהרשת וכאשר צרכן רוכש אותו, התוכן כבר נמצא על גבי הדיסק הקשיח של הקופסא. מבחינת מבחר סרטים, כרגע נראה שהדבר יבוצע עבור סרטים של Sony Pictures בלבד.
  • בינתיים סוני החלה להפיק סרטי בלוריי עם התגית "mastered in 4K", אשר המטרה שלה היא בעצם להציג תכני בלו-ריי שהמאסטרינג שלהם בוצע ב-4K (בפועל נדיר שזה לא קורה עבור סרטים כיום). הבעיה היא בהצהרה של סוני שהסרטים שהיא מפיקה בפורמט הזה כוללים מידע נוסף שנגני הבלוריי שלה יכולים להפוך לפרטים שיוצגו רק במסכי UHD. כרגע אין הוכחות שיש מידע נוסף כזה או שהנגנים באמת מסוגלים לעמוד בכך. כרגע זה נראה יותר כהצהרות ריקות מתוכן שמטרתן יחסי ציבור.
  • תקן הבלוריי עצמו כרגע כולל רק שתי שכבות, מה שמתיר רק 50GB של אחסון בדיסק. לאחרונה ראינו סרט ראשון שגודל זה ממש לא הפסיק לו – ההוביט ב-3D התקשה גם להסתדר בתוך שני דיסקי בלוריי 50GB, בשל הגודל המסיבי של הסרט, איכותו הנדירה והקידוד המוקפד. לבלוריי יש כבר הוכחת התכנות למספר נוסף של שכבות שבפירוש יכולות להפוך אותו לגודל 100GB ומעלה. עם זאת, אין טעם בכך לפני שתקן ה-HDMI 2 (שאמור לכלול לא רק רזולוציית UHD אלא גם בקצב נתונים גבוה יותר של עד 60HZ, טווח צבעים גדול יותר בדמות REC2020 ומספר ביטים גבוה יותר). הבעיה היא שאם נכליל את כל הדברים הללו ביחד, מדובר על פי 4 מידע מ-FULL HD עבור אותו מספר ביטים וכאשר נוסיף גם את הפרמטרים הנוספים נקבל שקצב הנתונים הנדרש ל-UHD מלא הוא בערך פי 40 מזה של בלוריי רגיל!!!… כמובן שפשרות בדמות כיווץ אגרסיבי יותר יכול לפתור את הבעיות, אך ברור לחלוטין שיש כאן בעיה מסוג חדש לחלוטין.
  • תקן כיווץ חדש בדמות HEVC מתחיל לתפוס פופולריות. התקן עצמו נקבע רק לאחרונה, אך כבר חברות כמו גוגל ומיקרוסופט מתכנות לו אלטרנטיבות. הבעיה היא שגם כיום יש לנו פיצול לא פשוט של פורמטים (AVC, MVC, QT, VC-1) שלכל אחד אוסף של בעלי זכויות ופטנטים משלו. HEVC יחסית חדש ונקי – והמדידות עליו מדברות על 40% פחות רוחב פס ללא איבוד פרטים משמעותי. שילוב של כיווץ זה בתוך פורמט בלוריי 100GB יכול להפוך לתקן חדש. צריך לזכור, עם זאת, שלקח לבלוריי שנים רבות לתפוס תאוצה וגם כיום מרבית הקהל הרחב (בארה"ב) פושר לגבי בלוריי ולא מתלהב מהפורמט.

 

כפי שניתן לראות אנחנו עדיין רחוקים מאוד מניצול יעיל של פורמט ה-UHD וקשה מאוד לדעת כיצד הנושא הזה יתקדם. כנראה שהדרך הטובה ביותר לקדם את התחום הוא תוך שימוש בקונסורטיום של חברות. יש כיום שני קנדידטים לקונסורטיום כזה: HDMI או BLURAY. שני אלה כרגע עסוקים בנושאים מעט שונים.

ההערכה בשוק היא שרק ב-2014 נראה סט של תקנים נורמלי שיאפשר לנו לבחון עד כמה ראלי יהיה UHD בבית.

לדיון בנושא: UHD, 4K, 2160P מה ההבדלים והאם אנחנו מוכנים לטכנולוגיה הזו?


22:00
  /  
23.6.2013
  
מאת: עפר לאור

1