خانه / نور و تصویر / تصویربرداری / ویژگی‌های تلویزیونUHD (بخش دوم)

ویژگی‌های تلویزیونUHD (بخش دوم)

شکل 1)

     عوامل مختلفی در ایجاد نسل‌های بعدی فرمت‌های تصویر پس از HD  موثرند که مهم ترین آنها عبارتند از (شکل 1) :

*رزولوشن مکانی بیشتر: رزولوشن به ترتیب از  HD   به FHD  و سپس بهUHD1  و UHD2(7680×4320)  افزایش ‌می‌یابد.

*رزولوشن زمانی بیشتر : همان نرخ فریم بالا(HFR)  است که از 24fps  تا 120fps  و بالاتر افزایش ‌می‌‌یابد.

*گسترة پویایی بالا(HDR): همان کنتراست است که از 100nit  تاHDR   افزایش می‌یابد.

*فضای رنگ وسیع(WCG)  :گاموت رنگ است که از BT.709  به BT.2020   افزایش می‌‌یابد.

عمق بیت : همان کوانتیزاسیون است که از 8  بیت به 10 و 12 بیت افزایش می‌یابد.

نکته : یکی از عوامل موثر در کیفیت تصویر، خرابی‌های ناشی از فشرده‌سازی است که  بررسی جداگانه‌ای را می‌طلبد.

شکل 2)

رزولوشن مکانی:  شکل 2 مقایسه‌ای از رزولوشن‌‌های مختلف است که انداز‌ة تصویر را تغییر می‌دهند (با این فرض است که اندازة پیکسل‌ها در تمام فرمت‌ها یکسان است). به عبارت دیگر، زاویه دید بزرگتر ‌می‌شود .تغییر کیفیت در دو تصویر هم اندازه مشابه شکل 3 است. همان طور که در شمارة  قبل بیان شد، با افزایش رزولوشن، فاصلة تماشا کاهش ‌می‌یابد. در فاصله‌‌های بیشتر، نقش افزایش رزولوشن در کیفیت تصویر کم ‌می‌شود.  ‌برای مثال با صفحه نمایش 55 اینچ4k  در  فاصله 2.7 متری از نمایشگر، تفاوتی بین محتوای UHD1  اصلی و نسخة 1080p  تبدیل شده آن احساس نمی‌شود.

شکل 3)

نرخ فریم : نرخ فریم، تعداد فریم‌ها در هر ثانیه است. استاندارد تصویر برداری UHD روش متوالی(progressive) است. سمت چپ شکل 4 نشان دهندة نرخ فریم معمول است (یعنی 25 فریم در ثانیه) که اثرات تاری حرکتی (در شکل بالا) و چند تایی شدن لبه ها(در شکل پایین) دیده می شوند. شکل سمت راست با نرخ فریم بالاتر(100فریم در ثانیه ) است که خرابی‌های ذکر شده بسیار کمتر هستند. افزایش نرخ فریم کیفیت را افزایش می دهد ولی با دو برابر شدن آن میزان داده‌ها نیز دو برابر‌می‌شود لذا با توجه به فضای ذخیره و نیز عرض باند پخش بیشتر، نیاز به کدک کاراتری وجود خواهد داشت تا با حفظ کیفیت حجم داده‌ها را کاهش دهد.

شکل 4)

عمق بیت : تعداد بیت‌های اختصاص یافته به هر نمونه است. برای مثال اگر نمونه‌برداری ده بیتی  به روش RGB   انجام شده باشد برای هر پیکسل 30 بیت اطلاعات خواهیم داشت. یعنی می‌توانیم 230 رنگ  داشته باشیم. شکل 5 نقش افزایش عمق بیت را در کیفیت تصویر نشان می‌دهد.

شکل 5)

فضای رنگ: فضای رنگ میزان رنگ‌هایی است که می‌توانند ازتصویربرداری تا نمایش روی نمایشگر بازسازی شوند. شکل 6 نشانگر منحنی نعل اسبی یا همان دیاگرام CIE  است که توانایی چشم انسان در شناخت رنگ‌ها را نشان می‌دهد و روی آن دو مثلث مربوط به توانایی سیستم‌های HD (استانداردBT.709   )و UHD (استاندارد BT.2020  ) برای مقایسه نشان داده شده است. (شکل7)

شکل 6)
شکل 7)

گسترة پویایی(Dynamic Range):

 گسترة پویایی، فاصلة حداقل و حداکثر نورصحنه است که از دوربین تا نمایشگر می‌تواند بازسازی شود.

وسیع بودن آن (HDR)  به این معنی است که در تصویربرداری در نور‌های شدید مانند روز آفتابی و نیز هنگامی که نقاط نورانی در نمای گرفته شده وجود دارند، جزئیات بخش‌های خیلی روشن وخیلی تیره از دست نروند
(در شکل 8 تصویر
(SDR(Standard Dynamic Rang باروش‌های فعلی تنظیم شده است. )

شکل 8)

از آنجایی که مبحث HDR   تازگی بیشتری دارد، ابتدا به توضیحات بیشتر این ویژگی می پردازیم.

گستر‌ة پویایی بالا (HDR)

با توجه به محدودیت  نمایشگر‌های CRT ، روشنایی تا  100nit  و گستر‌ة رنگ BT.709   بازسازی می‌شد. اما با ظهور نمایشگر‌های LED   و OLED   امکان استفاده از WCG  و HDR   فراهم شد. شکل 9 مقایسه‌ای بین سیستم SDR  و HDR  را نشان می‌دهد. در سمت چپ در تصویر SDR   به علت محدودیت‌ها جزئیات بخش‌های تیره و روشن دیده نمی‌شوند.

شکل 9)

تصویر وسط نمایش همان تصویر SDR  روی نمایشگری است که روشنایی بیشتری دارد، در نتیجه جزئیات بخش‌های تیره تصویر مشخص شده، ولی هنوز هم بخش روشن تصویر در اشباع است.

تصویر سمت راست استفاده از HDR  از تصویربرداری تا نمایش روی نمایشگر است  که جزئیات نواحی تیره و روشن به خوبی مشخص‌اند.

منحنی‌‌های شکل 10 تصاویر سطوح روشنایی نمایشگر را نسبت به روشنایی واقعی صحنه  نشان می‌دهند. برای تصویر چپ، سیگنال خروجی حدود 100nit   به اشباع رفته است و با توجه به حداکثر نور نمایشگر، نور خروجی هم از صفر تا 100nit   است. در شکل وسط، باز هم سیگنال خروجی در نور ورودی 100nit به اشباع رفته است یعنی جزئیات صحنه بیش از100nit  دیده نمی‌شوند، ولی در نواحی با نور‌های پایین‌تر،  از صفر  تا 1000nit   روشنایی را نمایش می‌دهد. در شکل سمت راست، خروجی دوربین در نور‌هایی خیلی بیش از 100nit   به اشباع می‌رود. بنابراین همة بخش‌های تصویر، جزئیات دارند.

شکل 10)

گزارش TR038   سازمان EBU   در  مارس 2017

در سال 2017 در استانداردBT2100  دو نوع HDR  یعنیPQ(Perceptual Quantization)  و HLG(Hybrid Log Gamma)  برای تولید و توزیع HDR  استاندارد شدند.

HLG  با نمایشگر‌های قدیمی‌تر SDR   سازگار است. برنامه‌های HD 1080p ،UHD1 و UHD2   شامل اعمال HDR  می‌شوند. 4 آزمایشگاه تست مستقل      IRT, Orange, RAI , EBU  برای پاسخ به دو سوال زیر کار مشترکی را انجام دادند:

1- آیا کیفیت دیداری دو روش PQ  و HLG   در حالت‌های فشرده یکسان است؟

2- آیا کیفیت دیداری برنامه HDR  روی نمایشگر SDR  با ویدئوی SDR  روی آن نمایشگر یکی است؟

با دو روش ارزیابی DSCQS  و SAMVIQ  هر دو سیستم HDR   روی مونیتور HDR   نتایج مشابهی را نشان دادند. در حالتی دیگر محتوایی که با روش PQ   تولید شده بود با روش HLG   ارسال شد و نتایج ارزیابی نمایشی یکسان بود.

پاسخ به سوال دوم با استفاده از ارزیابی SAMVIQ   انجام شد و در هر دو حالت ارزیابی  کیفیت دیداری هر دو روش نتیجه یکسانی داشت. شکل ‌های11 و 12 نمودار انجام آزمایش و ویدئو‌های به کار رفته را نشان می‌دهند.

شکل 11)
شکل 12)

ابتدا به تعاریف توابع تبدیل می پردازیم:

 :OETFتابع انتقال نوری-الکترونیکی است که نور خطی صحنه را به سیگنال ویدئو تبدیل می‌کند که به طور معمول مربوط به دوربین است.

EOTF : تابع انتقال الکترونیکی- نوری است که  سیگنال ویدئو را به نورخروجی خطی نمایشگر تبدیل می‌کند.

OOTF: تابع انتقال نوری- نوری است که تغییر کلی از صحنه تا نمایش روی نمایشگر  را بیان می‌کند.

فقط دو تا از این سه تابع مستقل هستند. با داشتن دو تا از آنها سومی نیز محاسبه ‌می‌شود. در سیستم‌‌های تلویزیونی نور نمایش داده شده با نور دریافت شده توسط دوربین رابطة خطی ندارد و رابطه غیرخطی کلیOOTF  وجود دارد.

شکل 13)

OOTF  مرجع، تفاوت دریافت روشنایی بین محیط دوربین و نمایشگر را جبران‌سازی می‌کند. مشخصات و استفاده از OOTF مرجع، امکان بازتولید ثابت تصاویر از ابتدا تا انتها را فراهم می‌کند(شکل 13). تنظیمات هنری نیز برای بهبود تصویرامکان دارند. این تغییر OOTF   را OOTF   هنری می‌گویند. تنظیم هنری را می‌توان قبل یا بعد از OOTF   مرجع انجام داد.(شکل 14)  به طور کلی OOTF   ترکیب OETF، تنظیمات هنری و EOTF  است.(شکل 15)

سیستم PQ   با مدل شکل 16 طراحی شده است و OOTF  در دوربین است. سیستم HLG  با مدل  شکل 17 طراحی شده است که OOTF   در نمایشگر است.

در شمارة بعد، روابط و توابع دو روش PQ  و HLG  را بررسی خواهیم کرد.

 

حتما ببینید

زبان دكور و زبان دوربين

گاهی که از صحنه‌ای باشکوه عکس یا فیلم تهیه می کنیم و نمایش آن ها …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *