После медленного, но неуклонного развития инноваций в телевизионной технологии – внедрение цветного телевизора, стерео-звук для TV, Телетекст, 16:9 широкоэкранный телевизор, цифровое ТВ, дисплеев с плоским экраном и высокой четкостью изображения в течении многих лет – мы сейчас наблюдаем целый ряд видео и аудио инновации в относительно короткий период времени.
В настоящее время происходит шесть событий, большинство из которых сопровождается трехбуквенной аббревиатурой:
- UHD или Ultra HD — увеличенное пространственное разрешение
- HDR или высокий динамический диапазон
- WCG или широкая гамма цвета
- Глубокое цветовое разрешение
- HFR или высокой частоты кадров
- NGA или аудио следующего поколения
Некоторые другие события, касающиеся аудио/видео кодирования или транспорта, а не A/V связаны с этим и происходит параллельно. Давайте посмотрим на каждое из них по отдельности.
Пространственное разрешение
Около десяти лет назад, в ТВ-индустрии начали делать переход от того, что мы сейчас называем SD (стандартной четкости) телевидение высокой четкости или HD-телевизору, увеличивая частоту от 480 в 60 Гц/NTSC в таких странах, как США и Япония, или 568 в 50 Гц/PAL в Европе, в 720 или 1080 строк, а при необходимости также из чересстрочного в прогрессивное видео. Предельное разрешение для HDTV составляет 1920×1080р.
Из-за четкой тенденции потребителей покупать все более крупные дисплеи (при этом не увеличивая расстояние просмотра), поиск производителей новых возможностей для продажи телевизоров и понижательная ценовая тенденция привела к необходимости ввести Ultra HD – разрешением 3840×2160, то есть вдвое больше горизонтального и вертикального разрешения 1080р HD, в результате чего число пикселей увеличилось в четыре раза. UHD телевизоры были впервые пришли на потребительский рынок в 2013 году и получили довольно быстро признание – быстрее, чем HDTV формат десятилетием ранее, по мнению исследователей рынка. Тем не менее, принятие еще не было распространено так быстро и широко, как надеялись, поэтому производители снова ищут дополнительные способы, чтобы заинтересовать потребителей.
Динамический диапазон
Одним из таких способов является высокий динамический диапазон – не та же самая технология, что используется в фотографии, но направленная на аналогичные цели. Существуют различные технические решения для внедрения HDR. Наиболее крупными из них являются открытый HDR10 стандарт, технология Dolby Vision от Dolby Labs — это совместное предложение Technicolor и Philips, HDR10+ от Samsung, и Hybrid Log Gamma (HLG) от BBC и NHK. Некоторые из этих решений включают динамические метаданные, другие статические метаданные или вообще не содержат метаданных. Существуют однослойные и двухслойные решения с различными возможностями для совместимости с устаревшими устройствами.
Цветовая гамма
Широкая цветовая гамма означает принятие большего цветового пространства, чем BT.709, который был указан для HDTV. Для UHD телевизора различные производители имеют стандартизацию по BT.2020. HDR более или менее требователен широкой цветовой гаммы, хотя использование WCG автоматически не подразумевает HDR.
Цветовое разрешение
Теоретически при существующем 8-битном цветовом разрешении возможна более широкая цветовая гамма и более высокий динамический диапазон, но риск сбоя цветопередачи будет велик. WCG и HDR сильно помогли при переходе от 8-бит на 10-битное и 12-битное видео. Последнее в основном используется в производстве, а первое — при распространении среди потребителей. Обратите внимание, что число здесь относится к битовой глубине на подпиксель т. е. 8, 10 или 12 бит для R, G и B, в результате получается 24, 30 или 36 бит на пиксель.
Частота кадров
В тех случаях, когда первоначальные телевизионные системы Ultra HD и вещание осуществлялось с частотой 25 кадров в секунду (в Европе) или 30 кадров в секунду (в Северной Америке), современный формат удваивается – 50 или 60 кадров в секунду. Этого не будет достаточно, однако, и это не то, что называется высокая частота кадров (High Frame Rate). С увеличением пространственного разрешения, риск размытия движения также увеличивается. Лекарством для этого является дальнейшее повышение временной частоты до 100 / 120 кадров в секунду. Это то, что называется HFR. По оценкам, удваивание частоты кадров приводит к увеличению пропускной способности сжатого видеосигнала на 50%, а не на 100%, поскольку эффективность сжатия увеличивается с частотой кадров.
Высочайшее качество звука
Лучшим уровнем качества вещания объемного звука до недавнего времени был 7.1-канальный Dolby Digital Plus. Хотя для более высокого уровня погружения Dolby и DTS взяли на вооружение другой подход, опробованный впервые в кино, но в последнее время адаптированный для домашнего использования: объектно-ориентированный звук, где источники звука можно разместить в любом месте в пространстве, что является гораздо более гибкой и масштабируемой системой. Dolby Atmos для дома позволяет использовать до девяти динамиков на базовом уровне, до 4 каналов высоких частот и канал LFE для сабвуфера.
Dolby Atmos уже доступен для домашнего кинотеатра и просмотра потокового видео на платформах, таких как Vudu и на нескольких десятках Blu-ray дисков. Он не ограничивается новым стандартом Ultra HD Blu-ray и работает с «старым» стандартом BD. В Великобритании BT TV уже начала вещание футбольных матчей в UHD со звуком Dolby Atmos в прямом эфире.
Кодирование
Возможно, вы прочитали, что с UHD, новые стандарты сжатия были введены. Хотя UHD и декодируется с помощью MPEG 4 AVC и (также известный как H. 264) и некоторые из каналов используют это, более эффективный стандарт с поддержкой HEVC или H.265 был разработан и чипы для телевизоров и телевизионных приставок, а также шифратор оборудования и программного обеспечения для вещателей в настоящее время широко доступны, так что можно ожидать, что все будущие UHD трансформируются, чтобы попасть в новый HEVC в стандарт.
На более низком уровне, существуют разные особенности для MPEG и HEVC, называемые профилем и уровнем. 1080p HD использует основной профиль, уровень 4.1. Для UHD нам нужен основной профиль уровня 5.0. 2160p50 и качество 2160p60 между тем требует базовый 10 профиль, уровень 5.1 при HFR основного 10 профиля уровня 5.2.
Связь
Цифровые телевизоры могут получать видеосигналы от внешних устройств, таких как приставки и медиаплееры через HDMI. Версия 1.4 a была достаточно хороша для HD и даже для UHD до тех пор, пока частота кадров была не выше 30-ти кадров в секунду. HDMI 2.0, впервые представленный в 2014 году, повышает возможности до 60 кадров в секунду для UHD. Это также позволяет использование более новой версии технологии защиты контента HDMI, HDCP 2.2. Ultra HD Blu-ray плееры и BT Ultra HD STB требуют HDCP 2.2-совместимых телевизоров.
Интерфейс HDMI 2.0 не поддерживает HDR, но версии 2.0 поддерживает HDR10 и v2.0в поддерживает дополнительно HLG. К счастью, наборы могут быть обновлены с 2.0 до 2.0a с обновлением программного обеспечения. Обновление с v1.4a невозможно.
В принципе HDMI 2.0 обеспечивает достаточную пропускную способность для HFR – видео, но не при полном разрешении 3840×2160 Ultra HD-только при промежуточном разрешении 2560×1440 (четверка «720p»), распространенном в средах PC/Monitor. Это одна из главных причин, почему был задуман HDMI 2.1. С 48 Гбит / с пропускной способности, он может обрабатывать с частотой кадров 120 кадров в секунду при разрешении 4K и так далее. В устройствах, отличных от ТВ, новые интерфейсы, такие как DisplayPort на USB-C, или MHL могут найти свое применение.
Синхронизация
Вышеперечисленные нововведения не поступают на рынок одномоментно. Вместо этого, они постепенно проникали, повышая раз за разом уровень качества на еще одну ступеньку каждый год. Организации по стандартизации (SDOs), в частности DVB Projec и Ultra HD Forum работают, чтобы не только правильно обеспечить эти функции, но и согласованно и поэтапно внедрить на рынок.
Дорожная карта технологий для Ultra HD
За пределами UHD-1
Даже с UHD + HDR + Nga + HFR прогресс не подходит к концу. Хотя некоторые обсуждают преимущества UHD для пользы гостиной в доме, другие утверждают, что это разрешение не достаточно большое. Японская промышленность, в частности, при поддержке Министерства внутренних дел и коммуникаций, активно продвигает то, что они называют 8K – возможно, более удачное название, чем UHD-2, хотя разрешение для этого будет 7680×4320p, а не кинематографическое разрешение 8192×4320p.
Переключение на UHD-2 имеет такие последствия на протяжении всей цепочки разработки, производства и распространение, поэтому немногие за пределами Японии готовы даже говорить об этом. Компании LG, Samsung, Sharp и некоторые китайские производители уже представили несколько 8к дисплеев на CES, но данная технология, согласно отчетности, найдет применение для цифровых носителей и мониторов для графических дизайнеров, профессиональных фотографов и т.д., которые генерируют собственный контент.
Некоторые утверждают (по сообщениям представителей Sony), что единственным пунктом 8K является VR и возможность делать автостереоскопические изображение 3D без использования специальных очков с эффективным разрешением 4K. В этой области данный формат может найти применение.
Что теперь?
Понятно, что технология совершенствования телевидения еще не внедрена. Даже не ясно, когда каждый из элементов будет на месте, или как все проблемы будут решены. Стоит ли потребителям ждать, пока все это не будет ясно? Более того, если бы потребитель перестал покупать телевизоры, то вскоре бы не осталось телеведущих. На горизонте всегда будет что-то лучше, чем то, что можно найти на розничных полках. Особенно, когда речь идет о «8K», промышленность (в частности, промышленность CE) должна быть осторожной в управлении ожиданиями, или потребители могут отложить свою следующую покупку на слишком длительный срок.
Нужно быть готовым к распространению базовых форматов с самыми разными возможностями. Будет SD, HD и UHD телевизоры. Телевизор с разрешением UHD будет состоять из устаревших моделей с WCG (и SDR), и наборы с HDR, а также WCG. Они уйдут окончательно в прошлое, когда HFR займет весь рынок.
Ultra HD и Blu-ray-плееры и приставки для потоковых сервисов, таких как спорт Ultra HD потребуют HDCP 2.2 с разрешением UHD. Ранние покупатели, купившие телевизор UHD в 2013 или даже в 2014 году, могут получить HD только из этих источников, что будет разочарованием. В зависимости от реализации, режим HDR может или не может работать на телевизорах SDR, которые используют WCG.
Ultra HD и Blu-ray плееры являются гибкими для адаптации с HDR SDR и с разрешением UHD в HD. Для потоковых провайдеров OTT, таких как Netflix и Amazon Prime Video будет относительно легко адаптироваться к разнообразной клиентской базе, хотя количество профилей кодирования увеличится. Для вещателей это вряд ли станет приемлемым вариантом для удовлетворения каждого сегмента пользовательской базы с индивидуальным сигналом с учетом оборудования каждого пользователя. Они просто не могут позволить себе такую пропускную способность – особенно для наземной передачи, а также для спутникового и кабельного вещания.
Вывод
Это означает, что необходимо с внедрением каждой новой технологией поддерживать совместимость с существующим оборудованием как можно дольше, и обеспечить системный переход там, где это необходимо. Телевизионная индустрия не может позволить себе ни отчуждать пользователей с устаревшими моделями, ни сокращать связи с массовым рынком.
Сноски
О графике:
- Наличие определенных функций в телевизорах может предшествовать их включению в руководящие принципы. Эта таблица определяет приоритетность руководящих принципов.
- Дорожная карта отличается по приобретению, производству и распределению. Это отражает только распределение.
- Диаграмма не означает передачи зависимостей или даже корреляции между линиями.
Факты:
- Интерфейс HDMI 2.0 поддерживает 1080p100 но не 2160р HFR
- Интерфейс HDMI 2.0a поддерживает HDR10
- Поддержка HDMI 2.0b дополнительно HLG
- HDMI 2.1 поддерживает HDR с динамическими метаданными, но Dolby Vision работает с HDMI 1.4 и выше.
- Dolby Vision уже поддерживает 12-битную глубину цвета. Это включено на Ultra HD Blu-ray.
- Dolby Vision работает на HDMI 1.4a
- 10-разрядный WCG может использоваться с SDR
- Динамические метаданные можно использовать с P60
- HFR могут быть использованы статические метаданные
- WCG можно использовать с HDMI 2.0
- NGA развернут сегодня SDR.
Предположение:
- Фаза B, вероятно, ограничит поток до уровня 5.1, позволяя 2560×1440 @ 120fps для HFR
- DVB в настоящее время изучает поддержку динамических метаданных. Если это будет использоваться, то это станет стандартом к 2019 году.