Co je to „upscaling“ v televizi a jak to funguje?

S nástupem 4K rozlišení, které postupně nahrazuje HD v našich domácnostech, přicházejí výrobci s novými marketingovými termíny, jako je "Ultra HD upscaling" (UHD). Nicméně upscaling není unikátní funkcí. Je to spíše proces, který umožňuje 4K televizím přehrávat videoformáty s nižším rozlišením, například 1080p nebo 720p.

Upscaling je standardní funkcí všech televizorů

Upscaling je metoda, která zajišťuje, že obsah s nižším rozlišením vyplní celou plochu obrazovky televizoru. Bez této funkce by video s nižším rozlišením zabíralo pouze menší část obrazovky. Je to běžná vlastnost všech moderních televizí. Dokonce i televizory s rozlišením 1080p uměly převzorkovat obsah 720p tak, aby se zobrazil na celé obrazovce 1080p.

Díky upscalingu UHD se váš 4K televizor chová stejně jako jakýkoli jiný. Dokáže vzít obraz s nižším rozlišením a zobrazit ho přes celou 4K obrazovku.

Často se stává, že upscalovaný obsah 1080p vypadá na 4K obrazovce lépe, než 1080p obsah na standardní 1080p obrazovce. Nicméně upscaling není zázrak a neposkytne vám tak ostrý obraz, jako byste měli u nativního 4K obsahu. Dále si vysvětlíme, jak to funguje.

Rozlišení na fyzické a vizuální úrovni

Než se budeme podrobněji věnovat upscalingu, musíme si ujasnit, co je to rozlišení obrazu. Na první pohled se zdá, že je to poměrně jednoduchý pojem. Obrázek nebo video s vysokým rozlišením vypadá "lépe" než obrázek nebo video s nízkým rozlišením.

Často však zapomínáme na dva důležité aspekty: rozdíl mezi fyzickým a optickým rozlišením. Tyto dva faktory společně ovlivňují kvalitu obrazu a jsou klíčové pro pochopení upscalingu. Také se stručně zmíníme o hustotě pixelů.

Fyzické rozlišení: V technických specifikacích se obvykle uvádí jako samotné "rozlišení". Je to počet pixelů na displeji. 4K televize má více pixelů než 1080p televize, a 4K obraz má čtyřnásobnou velikost oproti 1080p. Všechny 4K displeje, bez ohledu na jejich velikost, mají stejný počet pixelů. I když televize s vyšším fyzickým rozlišením mohou nabídnout více detailů, ne vždy se to tak projeví. Fyzické rozlišení je totiž závislé na optickém rozlišení.

Optické rozlišení: To je důvod, proč vaše staré fotky z jednorázového fotoaparátu mohou vypadat lépe než špičkové fotografie z digitálního fotoaparátu vašeho známého. Když je fotka ostrá a má velký dynamický rozsah, má vysoké optické rozlišení. Televize někdy nevyužijí své vysoké fyzické rozlišení, protože zobrazují video se špatným optickým rozlišením. Výsledkem je pak rozmazaný obraz s nízkým kontrastem. Někdy je to důsledkem upscalingu, ale k tomu se ještě dostaneme.

Hustota pixelů: Je to počet pixelů na palec displeje. Všechny 4K displeje mají stejné množství pixelů, ale u menších 4K displejů jsou pixely umístěny blíže k sobě, a proto mají vyšší hustotu pixelů. Například 4K iPhone má vyšší hustotu pixelů než 70palcová 4K televize. Zmiňujeme se o tom, abychom objasnili, že velikost obrazovky se nerovná fyzickému rozlišení a že hustota pixelů nedefinuje fyzické rozlišení.

Nyní, když jsme si ujasnili rozdíl mezi fyzickým a optickým rozlišením, můžeme se podívat na upscaling.

Upscaling "zvětšuje" obraz

Každá televize má v sobě zabudované interpolační algoritmy, které se používají pro upscaling obrázků s nižším rozlišením. Tyto algoritmy efektivně doplňují do obrazu pixely, aby se zvýšilo jeho rozlišení. Ale proč je vlastně potřeba zvyšovat rozlišení obrazu?

Fyzické rozlišení je, jak už jsme si řekli, dáno počtem pixelů na displeji. Nesouvisí s fyzickou velikostí vaší televize. Obrazovka s rozlišením 1080p má pouze 2 073 600 pixelů, zatímco 4K obrazovka jich má 8 294 400. Pokud byste na 4K televizi zobrazili 1080p video bez upscalingu, zabíralo by pouze čtvrtinu obrazovky.

Aby se 1080p obraz vešel na celou 4K obrazovku, musí získat 6 milionů pixelů procesem upscalingu (čímž se stane obrazem 4K). Upscaling se spoléhá na proces nazývaný interpolace, který je v podstatě takovým inteligentním odhadováním.

Upscaling snižuje optické rozlišení

Existuje několik způsobů, jak interpolovat obraz. Nejzákladnější metoda se nazývá interpolace "nejbližšího souseda". Při tomto procesu algoritmus přidá do obrazu síť "prázdných" pixelů a poté se snaží odhadnout barevnou hodnotu každého prázdného pixelu na základě jeho čtyř sousedních pixelů.

Například prázdný pixel obklopený bílými pixely bude bílý; zatímco prázdný pixel obklopený bílými a modrými pixely může být světle modrý. Je to jednoduchý proces, ale na obraze zanechává mnoho digitálních artefaktů, rozmazání a hrubých obrysů. Jinými slovy, interpolované obrázky mají špatné optické rozlišení.

Vlevo: Neupravený obrázek. Vpravo: Po interpolaci nejbližšího souseda.

Podívejte se na srovnání těchto dvou obrázků. Ten vlevo je neupravený a ten vpravo prošel interpolací nejbližšího souseda. Obrázek vpravo vypadá hrozně, ačkoli má stejné fyzické rozlišení jako ten vlevo. K tomuto dochází v menším měřítku pokaždé, když váš 4K televizor používá interpolaci nejbližšího souseda pro upscaling obrazu.

"Počkejte," možná si říkáte. "Můj nový 4K televizor takhle nevypadá!" Je to proto, že se nespoléhá pouze na interpolaci nejbližšího souseda. Používá kombinaci metod pro upscaling obrazu.

Upscaling se snaží vyřešit i optické rozlišení

Dobře, interpolace nejbližšího souseda má své nedostatky. Je to sice způsob, jak zvýšit rozlišení obrazu, ale nebere v úvahu optické rozlišení. Proto televizory používají i další dvě formy interpolace – bikubickou (vyhlazující) a bilineární (zostřující) interpolaci.

Vlevo: Příklad bilineární interpolace. Vpravo: Příklad bikubické interpolace.

Při bikubické (vyhlazující) interpolaci každý nově přidaný pixel bere v úvahu svých 16 sousedních pixelů, aby určil svou barvu. Výsledkem je obraz, který je "jemný". Bilineární (zostřující) interpolace se na druhou stranu dívá pouze na své dva nejbližší sousedy a vytváří tak "ostrý" obraz. Kombinací těchto metod – a s pomocí filtrů pro úpravu kontrastu a barev – dokáže váš televizor vytvořit obraz bez znatelné ztráty optické kvality.

Interpolace je stále takové hádání. I při správné interpolaci se u některých videí po upscalingu může objevit efekt "duchů", zvláště pokud váš levný televizor provádí upscaling nekvalitně. Tyto artefakty jsou patrnější u velmi nízké kvality obrazu (720p a nižší) upscalovaného na 4K rozlišení, nebo když se obraz upscaluje na velmi velkých televizích s nízkou hustotou pixelů.

Obrázek výše není příkladem upscalingu z televizoru. Je to příklad upscalingu provedeného pro HD DVD vydání Buffy The Vampire Slayer (převzato z video eseje autora Vášeň Nerda). Je to dobrý (i když extrémní) příklad toho, jak špatná interpolace může zničit obraz. Ne, Nicholas Brendon na sobě nemá žádný voskový upíří make-up, to se s jeho obličejem stalo během upscalingu.

I když upscaling nabízí každý televizor, některé mohou mít lepší algoritmy než jiné, což se projeví na kvalitě obrazu.

Upscaling je nezbytný a obvykle nepozorovatelný

I přes své nedokonalosti je upscaling užitečná funkce. Je to proces, který obvykle probíhá hladce a umožňuje vám sledovat různá videa na jedné televizi. Je dokonalý? Samozřejmě že ne. Proto někteří filmoví a herní puristé preferují sledovat starý obsah na původních zařízeních. Ale upscaling není něco, kvůli čemu byste si měli dělat starosti. Není to ani nic, co by vás mělo rozčilovat.

Stojí za zmínku, že video formáty 8K, 10K a 16K jsou již podporovány některými zařízeními, které používáme každý den. Pokud technologie upscalingu nebude schopna držet krok s těmito vysokými rozlišeními, mohlo by to vést k větším ztrátám kvality, než na jaké jsme zvyklí.

Vzhledem k tomu, že výrobci a streamovací služby se zaměřují na 4K, neměli bychom se 8K prozatím obávat.