Рейтинг@Mail.ru

06 апреля 2015

Формат 4К: возможности и преимущества

(продолжение, часть 2)

Александр Горскин,
эксперт

 

За последние пару лет аббревиатура 4К стала все более употребительной, как на профессиональных, так и на потребительских рынках. Все больше продукции, решений и сервисов поддерживают стандарт 4К. Не остается в стороне и рынок безопасности. Что же такое формат 4К, какие у него конкурентные преимущества, какие новые возможности дает он потребителю? Насколько рынки и потребитель готовы к переходу на новый формат? В данной статье мы постарались предоставить информацию, на основе которой читатель сможет самостоятельно ответить на многие вопросы, связанные с форматом 4К.

 

Таким образом, поле зрения, как и комфортные углы просмотра, для ч/б монитора будут больше, чем для цветного монитора с той же диагональю экрана.

Получается, что при просмотре цветного видеоконтента, расстояние до монитора необходимо подбирать таким образом, чтобы монитор вписывался в поле зрения зеленого цвета. Иначе, зеленый цвет по краям буде восприниматься хуже, чем в оптимальной для этого цвета зоне.

Но вернемся к расстоянию от точки просмотра до монитора. Если расстояние до монитора будет больше оптимального, тогда потребитель перестанет видеть четкие детали на изображении, и выигрыша от просмотра 4К изображения перед 1080р уже не будет.

Аналогично, когда на оптимально удаленном от оператора мониторе, с большим разрешением, будет осуществляться воспроизведение видеоконтента с более низким разрешением. В этом случае потребитель, также не сможет увидеть четкие детали на изображении, и большого выигрыша от применения монитора высокого разрешения, не будет.

 

Разрешение 4К в четыре раза превышает разрешение Full HD

 

Просмотр на 4K мониторе видеоконтента меньшего разрешения

Для того, что бы на мониторе с большим разрешением воспроизводился видеоконтент меньшего разрешения, производители проекторов и телевизоров используют алгоритмы масштабирования с интерполяцией и дополнительными алгоритмами повышения качества изображения. Данный процесс называется апскейлинг (от английского: upscaling) – повышение разрешения и качества цифрового изображения или видео.

Если увеличить размер картинки, например, только за счет сдвига пикселей, при этом свободные пиксели оставить черными, то картинка визуально станет темнее, если свободные пиксели заполнить белым цветом, то картинка визуально станет светлее, но потеряет четкость против исходного изображения.

Учетверение пикселей также увеличит размер картинки, но при самом ближайшем рассмотрении, визуально может быть видна блочность картинки и неровности в зонах перехода цветов, на границах и краях элементов изображения, диагональных линиях. Если же при интерполяции, после увеличения числа пикселей в изображении, заполнение недостающей информации о цветах для промежуточных пикселей осуществляется путем усреднения значений соседних пикселей, то для реализации этого могут быть использованы разные алгоритмы.

 

Масштаб 200%. Сверху вниз: изображение 2К, интерполяция изображения 2К до 4К, изображение 4К

 

Общепринятые алгоритмы интерполяции можно поделить на две категории: адаптивные и неадаптивные. Адаптивные методы изменяются в зависимости от предмета интерполяции (резкие границы, гладкая текстура), тогда как неадаптивные методы обрабатывают все пиксели одинаково.

Неадаптивные алгоритмы включают: метод ближайшего соседа, билинейный, бикубический, сплайны, функцию кардинального синуса (sinc), метод Ланцоша и другие. В зависимости от сложности, данные алгоритмы для интерполяции используют от 0 до 256 (или более) смежных пикселей. Чем больше смежных пикселей они включают, тем более точными могут оказаться вычисления, что достигается за счёт значительного прироста времени обработки. Эти алгоритмы могут использоваться как для развёртки, так и для масштабирования изображения.

Адаптивные алгоритмы также включают в себя различные коммерческие алгоритмы. Многие из которых, в своей основе, используют попиксельный анализ. Они задействуются, когда обнаружено наличие границы, с целью минимизировать неприглядные дефекты интерполяции в местах, где они наиболее видны. Эти алгоритмы, в первую очередь, разработаны для максимизации бездефектной детальности увеличенных изображений. Некоторые из них для вращения или изменения перспективы изображения – непригодны.

 

Сверху вниз: увеличение изображения за счет сдвига пикселей, интерполированное изображение, изображение с большим разрешением

 

Метод ближайшего соседа – наиболее базовый из всех алгоритмов интерполяции, который требует наименьшего времени обработки, поскольку учитывает только один пиксель – ближайший к точке интерполяции. В результате каждый пиксель просто становится больше.

Билинейная интерполяция рассматривает квадрат 2x2 известных пикселя, окружающих неизвестный. В качестве интерполированного значения используется взвешенное усреднение этих четырёх пикселей. В результате изображения выглядят значительно более гладко, чем результат работы метода ближайшего соседа.

Бикубическая интерполяция идёт на один шаг дальше билинейной, рассматривая массив из 4x4 окружающих (всего 16) пикселей. Поскольку они находятся на разных расстояниях от неизвестного пикселя, ближайшие пиксели получают при расчёте больший вес. Бикубическая интерполяция производит значительно более резкие изображения, чем предыдущие два метода, и возможно, является оптимальной по соотношению времени обработки и качеству на выходе. По этой причине, она стала стандартной для многих программ редактирования изображений (включая Adobe Photoshop), драйверов принтеров и интерполяции встроенной в камеры.

Интерполяция высшего порядка: сплайны и sinc для рассматриваемых нами задач практически не используются.

Но после интерполяции могут появиться видимые дефекты, которые необходимо уменьшить.

Все неадаптивные интерполяторы пытаются подобрать оптимальный баланс между тремя нежелательными дефектами: граничными гало-свечениями, размытием и ступенчатостью.

 

Дефекты интерполяции. Слева на право: ступенчатость, размытие, граничное гало-свечение

 

Даже наиболее продвинутые неадаптивные интерполяторы всегда вынуждены увеличивать, или уменьшать один из вышеприведенных дефектов за счёт двух других, и как следствие, – минимум один из них будет заметен.

Например, граничное гало похоже на дефект, порождаемый повышением резкости с помощью нерезкой маски, но оно повышает кажущуюся резкость посредством усиления чёткости.

Адаптивные интерполяторы могут создавать или не создавать вышеописанные дефекты. Но при масштабировании, они также могут породить несвойственные исходному изображению текстуры или одиночные пиксели.

С другой стороны, некоторые «дефекты» адаптивных интерполяторов могут рассматриваться как преимущества. Поскольку глаз ожидает увидеть в областях с мелкой текстурой, таких как листва, детали вплоть до мельчайших подробностей, при правильно подобранном удалении от монитора, такое изображение может обмануть глаз оператора и визуально будет казаться более четким.

Сглаживание или антиалиасинг является процессом, задача которого минимизировать появление ступенчатых или зубчатых диагональных границ, которые придают тексту или изображениям грубый цифровой вид.

Сглаживание удаляет эти ступеньки и создаёт впечатление более мягких границ и высокого разрешения. Оно принимает во внимание, насколько идеальная граница перекрывает смежные пиксели.

Ступенчатая граница просто округлена вверх или вниз без промежуточного значения, тогда как сглаженная граница выдаёт значение, пропорциональное тому, насколько много от границы попало в каждый пиксель.

Важным соображением при увеличении изображений является предотвращение чрезмерной ступенчатости в результате интерполяции.

Многие адаптивные интерполяторы определяют наличие границ и корректируются с целью минимизировать ступенчатость, сохранив при этом резкость границы.

Поскольку сглаженная граница содержит информацию о своём положении при более высоком разрешении, вполне возможно, мощный адаптивный (определяющий границы) интерполятор сможет хотя бы частично реконструировать границу при увеличении.

Мы примитивно описали алгоритмы работы повышающих преобразователей, способных масштабировать изображения HD видео и отображать его с разрешением Ultra HD.

Повышающие преобразователи сейчас используются в современных 4К телевизорах и проекторах, которые поддерживают работу с видеозаписью от камер 4К. Каждый производитель для этого использует свою комбинацию алгоритмов.

Как мы видим, производители оборудования для отображения 4К видеоконтента, реализуют в своих устройствах возможность просмотра видеоизображений и меньшего формата, различными способами повышая качество воспринимаемой глазом картинки.

При правильной работе таких алгоритмов, во время просмотра видео Full HD 1080p на 4К мониторе, визуально появляется ощущение, что изображение стало четче. В тоже время при просмотре 4К видеоконтента на этом же мониторе изображение визуально выглядит резче.

Отдельные, из описанных выше алгоритмов, как и подобные им, на рынке видеонаблюдения используются для повышения качества оцифрованного изображения, а также после сжатия, как на борту самих камер, так и на серверной части системы видеонаблюдения. Но как мы понимаем, наиболее достоверная информация содержится в несжатом видео, а еще лучше – в аналоговом.

Не секрет, что многие технические задания комплексных систем безопасности пишутся под конкретные системы, в том числе и под системы видеонаблюдения, с учетом их возможностей и ограничений.

При использовании современного оборудования в системах видеонаблюдения, практически всегда выбор между оригинальным изображением и сжатым, но с алгоритмами улучшения качества, бывает сделан не в пользу исходного изображения. Да и качество улучшенного изображения может быть лишь немногим лучше качества изображения старых аналоговых VGA-систем видеонаблюдения.

Еще на заре появления мегапиксельных камер на рынке видеонаблюдения, при общении с одним из ныне известных и популярных производителей таких решений, с его стороны было высказано недоумение, почему его должна заботить доступность для потребителя мегапиксельных объективов, подходящих к производимым им мегапиксельным камерам.

Конечно, мегапиксельные камеры дают больший размер кадра, чем обычные камеры, но если с мегапиксельными камерами использовать обычные объективы с ограниченным разрешением, такие же ограничения будут и у транслируемого изображения.

А чем выше разница в мегапикселях между объективом и мегапиксельной камерой, тем будет ниже разрешение транслируемой картинки.

И уже с началами активных продаж 2-х мегапиксельных камер, данный производитель изменил первоначальное мнение. И теперь предлагает многомегапиксельные камеры и мегапиксельные объективы сразу от нескольких производителей. Но чем выше разрешение объектива, тем он дороже. Да и объективы с равномерным разрешением по всему полю зрения будут стоить дороже других.

На фото и кино рынках данная проблема решается путем увеличения размера чувствительного сенсора – матрицы и применения, в связке с ней, соответствующего данным размерам объектива.

В этом случае большой размер пикселя – гарантия большей чувствительности сенсора и меньшей его шумности на больших значениях ISO, при недостаточной освещенности сцены. Но цена таких связок сенсор – объектив весьма велика.

На рынке видеонаблюдения нашли другой выход. Во многих многопиксельных системах видеонаблюдения используются многоматричные камеры с несколькими объективами.

Большой размер кадра получается за счет склейки изображений от нескольких модулей камер, установленных в одном корпусе. На выходе получается и большой размер кадра и высокое разрешение изображения.

Но это разрешение не всегда дотягивает до качества фото- и кинотехники с аналогичным размером кадра.

Вернемся все к тому же производителю мегапиксельных камер. На этапе вывода собственной продукции на международный рынок безопасности весьма эффективной для него оказалась демонстрация работы передовой 2-х мегапиксельной камеры в связке с мобильным компьютером.

В ту пору одним из самых подходящих для этого оказался ноутбук от DELL, который был оснащен IPS матрицей 19'' и полноценной видеокартой, по мощности не уступавшей видеокартам, устанавливаемым в мощные графические станции.

Тоже самое можно было сказать и про мощность центрального процессора.

Данная графическая станция полностью соответствовала требованиям, предъявляемым к мобильной мегапиксельной системе видеонаблюдения и поддерживала рабочие разрешения, демонстрируемой в одной связке с ней, 2-х мегапиксельной камеры: 1600х1200 и 1920х1080 пикселов.

По мере роста популярности цифрового телевидения, все больше производителей стали поставлять на рынок видеонаблюдения свои HD и Full HD камеры.

И опять же, для наиболее наглядной работы таких камер подходят именно большие мониторы.

Современные Full HD телевизоры отлично подходят для таких демонстраций.

Мало того, чем у модели больше диагональ (за исключением дорогих топовых), тем она доступнее по цене, в сравнении с компьютерным монитором, имеющим такую же диагональ экрана.

Обычно компьютерные мониторы с большой диагональю относятся к профессиональным моделям и цена на них весьма высока.

Даже на отраслевых выставках по безопасности, на стендах многих профессиональных компаний, чаще можно встретить телевизоры, нежели компьютерные и профессиональные мониторы.

Но вернемся к мегапиксельным камерам с разрешением выше Full HD.

Задача одновременного отображения большого количества приложений на одном рабочем столе, как и задача вывода на рабочий стол приложения, интерфейс которого превышает размеры рабочего стола, не нова. Уже давно для этого используют связку из нескольких видеокарт в одном системном блоке, к каждой из которой можно подключить несколько мониторов (в разных комбинациях).

Так, например в 2010 году связка видеокарты XFX Radeon HD 5870 Eyefinity 6 Edition, оборудованной шестью разъемами mini-DP, поддерживающей одновременную работу с 6 мониторами и с подключенным к ней комплектом Samsung MD230X6, состоящим из 6 мониторов, позволяли получить видеостену с суммарным разрешением 5760x2160 пикселей (без учета компенсации толщины рамок). А после включения компенсации толщины рамок максимальное рабочее разрешение объединенного рабочего стола системы составляло 5900x2238 пикселей.

Цена видеокарты XFX Radeon HD 5870 Eyefinity 6 Edition на тот момент была примерно 13 000 рублей, цена комплекта Samsung MD230X6 – порядка 130 000 рублей.

 

 

Видеокарта XFX Radeon HD 5870 Eyefinity 6 Edition, оборудована шестью разъемами mini-DP, поддерживает одновременную работу с 6 мониторами

Продолжение следует

Опубликовано в газете IT&Security News, № 39 март – апрель 2015

Просмотров: 827

Ваши комментарии:

Для того, чтобы оставлять коментарии, Вам нужно авторизоваться на Sec.Ru. Если У Вас еще нет аккаунта, пройдите процедуру регистрации.


Информация

  • Снимай крутую видеорекламу - выкладывай на Sec.Ru!

    Рекламный ролик - один из самых эффективных способов донесения информации. И он отлично подходит для рекламирования любой продукции, в т.ч. и продукции рынка систем безопасности.
    Поэтому редакция Портала решила составить свой рейтинг лучших рекламных видеороликов. Все они разные и все чем-то покоряют: красотой, задумкой, стилем съемки, посылом, необычным финалом.
    Некоторые из них язык не повернется назвать иначе как шедевром короткого метра. Смотрим, наслаждаемся, делаем заметки, учимся творить рекламу правильно.
    Если Вы хотите выложить видеоролик о своей продукции на Sec.Ru, пишите о своем желании на adv@sec.ru!

    Картинка: Jpg, 100x150, 16,47 Кбайт

    Мотор!

Отраслевые СМИ

Все права защищены 2002 – 2017
Rambler's Top100 �������@Mail.ru