Telewizory bez marketingu. Co warto wiedzieć o kolorach i odświeżaniu?

Przyjrzeliśmy się już bliżej kwestiom rozdzielczości izakrzywienia ekranów nowoczesnych telewizorów. Innowacje, jakiewprowadzają ich czołowi producenci na tym się jednak nie kończą.Marketingowcy próbują uwieść nas także innymi atrakcjami, mówiąco niesamowitych kolorach i niemożliwie wysokich częstotliwościachodświeżania obrazu. Co z tego jest zwykłą blagą, a co znajdujepotwierdzenie w optyce i fizjologii? W drugiej części „Telewizorówbez marketingu” przyjrzymy się temu, jak współczesne wyświetlacze mają się do dwóch wielkich iluzji naszej kory wzrokowej – kolorów i ruchu.

Kolorowa telewizja ma długą historię. Pierwsza transmisjakolorowego sygnału w Stanach Zjednoczonych to już 1954 rok możliwabyła do odebrania za pomocą 15-calowego odbiornika WestinghouseH840CK15, kosztującego wówczas 1295 dolarów. Ówczesnychdolarów – na dzisiejsze pieniądze byłoby to ok. 12 tys. dolarów.Wykorzystany wówczas standard NTSC był pierwszym powszechnieprzyjętym rozwiązaniem na przodującym amerykańskim rynku. ZarównoZachodnia Europa jak i kraje socjalistyczne spóźniły się aż odekadę. Co prawda pierwszy francuski patent na standard SECAM zostałprzyznany już w w 1956 roku, to jednak pierwsze SECAM-owe transmisjeprzeprowadzono dopiero w 1967 roku – po tym, jak Niemcyzaprezentowali światu standard PAL w 1963 roku, standard którysporo zapożyczał zarówno z NTSC jak i SECAM, i upowszechnił sięw całej zachodniej Europie.

Zarówno francuski SECAM (przyjęty później w krajachsocjalistycznych – i to wcale nie z powodów politycznych, jak sięniekiedy twierdzi, był on po prostu tańszy do wdrożenia i bardziejniezawodny w trudnym terenie), jak i niemiecki PAL oraz amerykańskiNTSC wcale się wiele nie różniły w kwestii koloru.Ograniczenia kineskopów i przepustowości pasma radiowego były natym etapie nie do ominięcia. I gdy w 1990 roku przyjęto pierwszystandard telewizji wysokiej rozdzielczości, tzw. Rec.709,też wcale nie wprowadzono przy tym znacznych ulepszeń.Kolejne pokolenia widzów nauczyły się postrzegać „zdechłe”barwy z kineskopowych wyświetlaczy jako te właściwe reprezentacjeświata.

Na szczęście nie musimy tutaj męczyć się z filozoficznym pytaniem o to, czym jest kolor, do dyspozycji mamy standardy przemysłowe reprodukcji barwnej, zarówno dla addytywnych jak i substraktywnychmodeli barw. Nas będzie interesować przede wszystkim addytywny modelRGB. W druku stosuje się co prawda model CMYK, w którym wykorzystujemy jako podstawowe kolorycyjanu, magenty i żółci, jednak dla wyświetlaczy wciążnajistotniejszy jest model RGB, w którym używamy mieszania światłaquasipodstawowych kolorów – czerwieni, zieleni i niebieskiego.

W składpojedynczego piksela wyświetlacza ciekłokrystalicznego wchodzą trzy subpiksele emitująceświatło o tych długościach fali, i regulowanym w ciągłej skalinatężeniu. Co istotne, z tych barw można wyprowadzić podstawowekolory CMYK – mieszając czerwień z zielenią otrzymamy żółć,zieleń z niebieskim da nam cyjan, a czerwony z niebieskim –magentę. I póki będziemy dobrze wiedzieli, czym jest czerwień,zieleń i niebieski w ramach teorii fizycznych, wszystko będziedobrze.

We wspomnianym standardzie Rec.709 otrzymujemy dokładne definicjetych quasipodstawowych kolorów modelu RGB, dzięki czemu odbiornikitelewizyjne mogły względnie poprawnie przedstawiać barwne sceny.Czemu względnie? Ludzkie oko widzi otóż znaczniewięcej, niż to, co mogą pokazać telewizory poprzednich generacji.Jak więc sprawić, by wyświetlacz mógł pokazać więcej, niż to, cowynika z modelu RGB?

W 2010 roku Sharp zaczął zachwalać wyświetlaczeQuatron, zawierające w barwnej kropce oprócz czerwieni, zieleni iniebieskiego czwarty subpiksel, żółty, mający pozwolić nawyświetlenie bardziej rzeczywistej żółci, a przez to szerszejgamy kolorów. Pomysł ciekawy, ale trzeba pamiętać, że sygnałwideo tej żółci nie przenosił, telewizor musiał barwę tę„wymyślić”, a to oznacza, że poza demami technologicznymiSharpa, nic spektakularnego nie udało się osiągnąć. Powiększenieprzestrzeni barwnej udało się za to zrealizować w zupełnie innysposób.

Jak wiecie, cyfrowe systemy barwne nie mają do dyspozycji paletyz nieskończoną liczbą kolorów. Do tej pory dysponowaliśmyzaledwie 24-bitową głębią. Jej 16,7 mln kolorów to wynikmiksowania trzech kanałów RGB, z których każdy mógł wygenerowaćpo 256 odcieni (8-bit na kanał, 256×256×256).Wydaje się to dużą liczbą, póki nie spojrzymy na tonalneprzejścia między bliskimi kolorami – nawet nieuzbrojone oko możedostrzec, że nie mamy do czynienia z ciągłym gradientem, leczskokowymi pasmami. Coraz więcej nowych telewizorów obiecuje nam10-bitowy system barwny, co oznacza po 1024 odcienie na kanał.Łącznie ponad miliard kolorów pozwala na uzyskanie płynnychprzejść nawet między bliskimi sobie barwami i osiągnięcie efektuHDR (High Dynamic Range), pozwalającego przedstawić sceny o dużejrozpiętości tonalnej, zawierających nawet ekstremalne kontrasty.

Połączmy to teraz z szerszym gamutem. Gamut danego urządzeniato zbiór widm fal elektromagnetycznych z zakresu światławidzialnego, które mogą zostać przez nie odtworzone. Wierzchołkitrójkąta przedstawiają najczerwieńszą czerwień, nazieleńszązieleń i najbardziej niebieską niebieskość, jaka tu może zostaćodtworzona. Jak widzicie, stare telewizory najgorzej wypadały w kwestii czerwieni i fioletów.

Na poniższym obrazku widzicie gamut modelu Rec.709(znany też jako przestrzeń sRGB). Większy trójkąt przedstawiaprzestrzeń DCI P3, a największy – przestrzeń Rec.2020. DCIP3 jest przestrzenią barwną znaną przede wszystkim z kincyfrowych – wszystkie używane tam projektory mają być w stanieprzedstawić tam kompletną reprezentację barwną tej przestrzeni.Rec.2020jest za to dokładnym odwzorowaniem przestrzeni Adobe RGB, w którymmożna faktycznie zobaczyć czerwień wozów strażackich i skórkębakłażanu. Co szczególnie istotne, Rec.2020 zawiera w sobie 99,98%przestrzeni DCI P3, w praktyce pozwoli więc na niemal doskonałeodwzorowanie superprodukcji z Hollywood. Ba, pozwala też na poprawneodwzorowanie 75,8% przestrzeni barw CIE 1931, będącejwyidealizowaną przestrzenią widzenia barw przez ludzkie oko. Dlaporównania, stary Rec.709 pozwalał na przedstawienie niespełna 36%przestrzeni CIE 1931.

Warto też pamiętać, że wreszcie dysponujemy standardamipozwalającymi na przekazanie sygnału z taką ilością informacji okolorze. O ile eksperyment Sony z poprzedniej dekady, przestrzeńxvYCC mieszcząca się w specyfikacji HDMI 1.3 nigdy nie znalazłaszerszego zastosowania, to 10-bitową (a nawet 12-bitową) głębiękoloru udało się umieścić w HDMI 2.0 – taką „rurą” możnaprzesłać obraz w przestrzeni Rec.2020 w rozdzielczości 4K (2160p),z częstotliwością do 60 klatek na sekundę. Co istotne, treściprzygotowywane pod nową przestrzeń barw są wstecznie kompatybilneze starym sprzętem, co tylko zachęci studia filmowe do ichtworzenia – sytuacja jest podobna do początków telewizjikolorowej, którą można było też oglądać na telewizorachczarno-białych.

Konkluzja: kupując nowy telewizor warto sprawdzić, w jakimstopniu jego wyświetlacz potrafi przedstawić Rec.2020 i czy oferuje10-bitową głębię koloru. To sposób na uzyskanie na ekranie barw,jakie do tej pory można było zobaczyc tylko w świecierzeczywistym, przy wysokich kontrastach. Niekiedy telewizorniższej rozdzielczości (FullHD) z większą głębią kolorów iwiększym kontrastem może zaoferować lepiej wyglądający obraz,niż telewizor 4K, odwzorowujący jedynie Rec.709.

Nazywają to czasem „efektem opery mydlanej” – ogromnapłynność obrazu wyświetlanego na nowoczesnych telewizorachjednych zachwyca, innych wręcz odrzuca. Sprzedawcy telewizorówrzadko kiedy jednak potrafią rzetelnie wyjaśnić o co chodzi, nieprzeszkadza im to chwalić się jednak szybkością sprzedawanychodbiorników. Nasz nowy model jest szybszy, odświeża obraz zczęstotliwością 960 Hz! A nasz jest jeszcze szybszy, przynosiodświeżanie 1920 Hz! Wśród tych coraz większych liczb klientłatwo się gubi, a przecież o to właśnie wymyślającym pokrętnesposoby kalkulowania parametrów technicznych marketingowcom chodzi.

Jak pewnie dobrze wiecie, ruch na ekranie to złudzenie, efektszybkiego wyświetlania po sobie kolejnych klatek filmu. Im większaczęstotliwość odświeżania telewizora, tym więc więcej klatekna sekundę zostaje wyświetlonych. Ale jakie to ma znaczenie dlajakości obrazu? Czy więcej oznacza lepiej? Jak się przekonacie,jest zupełnie jak z megapikselami – większa liczba wcale nie musioznaczać ulepszeń.

Na początku kina sytuacja była prosta. Projektory filmowerzutowały na ekran film w tempie 24 klatek na sekundę, telewizjakorzystała zaś z odbiorników o odświeżaniu 50 Hz (w Europie) i60 Hz (w USA). By wyświetlić kinowe filmy w telewizji, stosowano takie metody jak np. Telekino. Konwersja do PAL (25 obrazów na sekundę) byłaprosta, taśmę filmową przyspieszano o 4%, co było niezauważalnedla widza. Zmianę tonu dźwięku cofano za pomocą nałożeniaodpowiedniego filtra. W wypadku amerykańskiego NTSC (29,97 obrazówna sekundę) stosowano najpierw spowolnienie taśmy filmowej do23,976 klatek na sekundę, by uzyskać proporcje 4/5, a następniestosowano algorytm z przeplotem, zamieniając cztery klatki filmu wpięć obrazów sygnału TV. Aby zaradzić zaś wrażeniu migotania idopasować częstotliwość wyświetlania do częstotliwości siecienergetycznej (50 Hz/60 Hz), zamiast wyświetlać cały obraz,wyświetlano dwa półobrazy, stosując technikę przeplotu. Gdypojawiły się pierwsze telewizory FullHD i odtwarzacze Blu-ray,zdolne do natywnego wyświetlenia od 24 do 60 obrazów 1080p nasekundę, wydawało się, że sprawa się uprościła. Na krótko.

Przede wszystkim trzeba pamiętać, że znikąd nowych informacjipoza tymi, które znajdują się w źródle, stworzyć nie można.Materiał źródłowy jest zaś przygotowywany maksymalnie zczęstotliwością 60 Hz. Wyścig między producentami TV doprowadziłdo wzrostu częstotliwości odświeżania. Tam gdzie normalnetelewizory pracowały w 50 (w USA 60) cyklach na sekundę, generując jedenobraz co 20 (17) milisekund, z czasem udało się powiększyćczęstotliwość odświeżania dwu-, a w końcu nawet czterokrotnie – i takoto uzyskaliśmy urządzenia pracujące z częstotliwościami 100 (120)Hz i 200 (240) Hz.

Częstotliwość odświeżania to jednak nie to samo co liczbaklatek na sekundę. Jeśli źródło filmowe oferuje 24 klatki nasekundę, to oznacza to, że odbiornik pracujący z częstotliwością200 Hz będzie mógł wypełnić luki między klatkami, wygładzającruch za pomocą procesu interpolacji. Elektronika analizujesąsiadujące klatki i na ich podstawie generuje klatki dodatkowe,nieistniejące w oryginalnym sygnale, co daje wrażeniepłynniejszego ruchu. Im więcej klatek zostanie wygenerowanych, tympłynniejszy ruch, co szczególnie mogą docenić fani widowisksportowych – i co nie podoba się wielu fanom kina, dla którychobraz taki jest „zbyt szybki”, ich mózgi po prostu przywykły dointerpretowania 24 klatek na sekundę jako płynności i źle znosząte interpolowane obrazy pośrednie.

Skąd w takim razie wzięły te wszystkie wielkie częstotliwości,w których prześcigają się producenci? Niech będzie jasne, żenie ma na rynku żadnych telewizorów pracujących z częstotliwościąwyższą niż 200/240Hz. Wszystko inne to efekt zastosowaniarozmaitych technologii mających „zwiększać płynność obrazu”i noszących tak wydumane nazwy jak MotionFlow (Sony), Perfect MotionRate (Philips), Clear Motion Rate (Samsung) itd. Ich bezpośredniezestawienie ze sobą jest praktycznie niemożliwe, każdy liczy poswojemu, w sumie bez żadnego technicznego uzasadnienia – ot bymieć większą liczbę w specyfikacji. Do normalnego odświeżaniadodaje się tu rozmaite inne operacje wykonywane na obrazie.

Jedną z najpopularniejszych takich dodatkowych technik jestpodświetlanie stroboskopowe (backlight blinking), czyli bardzoszybkie włączanie i wyłączanie podświetlania ekranu, byograniczyć efekt powidokuna siatkówce oka. Innym jest wstawianie czarnych klatek (black frameinsertion), mające zapobieć iluzji rozmywania się obiektów wruchu. Techniki te faktycznie pozwalają na ulepszenie płynnościruchu, ale nie jest to zwiększenie częstotliwości odświeżania,mimo że producent telewizora z matrycą 50 Hz, stosującego taką techniką migoczącegopodświetlania powie, że jego telewizor zapewnia takie „specjalne”100 Hz.

Uniwersalna zasada przy sprawdzaniu specyfikacji telewizorapowinna być taka: jeśli do numerka wyglądającego jakczęstotliwość dopisano jakąś handlowo brzmiącą nazwętechnologii generowania obrazu, to nie jest to częstotliwośćodświeżania obrazu.

By efektywnie przeprowadzać te sztuczki ulepszania obrazu,potrzebujemy telewizorów pracujących z częstotliwością conajmniej 100 Hz – odbiornik 50Hz będzie stosując je tracił wieleinformacji, co więcej te zmiany podświetlenia czy wstawianieczarnych klatek byłyby widoczne. Idealnie byłoby mieć 200 Hz, ale to oznacza rezygnację z 4K – chyba wszystkie dostępne dziś narynku telewizory o rozdzielczości 2160p pracują z częstotliwościąalbo 50 Hz albo 100 Hz. Jeśli producent podaje coś innego, tomiejcie się na baczności. Przyjrzyjmy się, jak to robiąnajbardziej znani producenci:

• Sony: japońska firma swoją technikę zwiększania płynnościruchu nazywa MotionFlow. W modelach skierowanych na rynek europejskiobok nazwy tej znajdziecie liczby sugerujące częstotliwość. Niema się nią co przejmować, w tym roku oznacza coś innego niż wmodelach z roku poprzedniego. Odświeżanie 100 Hz znajdziecie podnumerkiem 400 (modele zeszłoroczne) lub 800/1200 (tegoroczne).Odświeżanie 200 Hz miały za to zeszłoroczne modele FullHDMotionFlow 800.
• Samsung: koreański potentat używa obecnie terminu Motion Rate.Oznacza on co innego, w zależności czy odnosi się do telewizorówFullHD czy 4K. W telewizorach FullHD jest on równy rzeczywistejczęstotliwości odświeżania, tak więc telewizor taki z MotionRate100/120 faktycznie zapewni oświeżanie 100/120Hz, jednak model 4K ztakim oznaczeniem będzie miał częstotliwość o połowę mniejszą,tj. 50/60 Hz. By było jeszcze bardziej skomplikowanie, wcześniejSamsung używał nazwy Clear Motion Rate, przy której pojawiały siętakie liczby jak 600 (100 Hz) czy 700 (200 Hz).
• LG: firma wcześniej korzystała z nazwy Motion Clarity Index. Itutaj wszystko było pokręcone: zarówno Motion Clarity Index 50 i100 oznaczały 50 Hz, 700 oznaczało 100 MHz, a 800 – całe 200 MHz.Dobrze widać tutaj wyścigi z Samsungiem. W tym roku wprowadzonotechnologię TruMotion, przy której numerki są już prostsze.Należy podzielić je na połowę – 100 oznacza 50 Hz, 200 – 100Hz.
• Sharp: to chyba jedyny producent, który dziś już nie kombinujez oznaczeniami. Firma używa technologii AquoMotion, pisząc, że„pomnaża ona efektywne odświeżanie obrazu”, ale zarazem podajerealne częstotliwości odświeżania matrycy. Chyba wszystkie modele4K tej firmy korzystają z matryc 100 Hz.
• Philips: tu natrafimy na określenie Perfect Motion Rate, też niemające nic wspólnego z częstotliwością odświeżania matrycy.Zarówno 400 jak i 800 oznaczają matryce 100 Hz, bez względu narozdzielczość.

Konkluzja: telewizor o najwyższych numerkach nie musi być tymnajbardziej dopasowanym do twoich potrzeb. Ktoś, kto ogląda na TVmecze koszykówki czy tenisa ziemnego doceni jak najwyższe numerkiprzy nazwach własnościowych technologii „upłynniania ruchu”,dla osób oglądających głównie filmy i seriale jest to w zasadziekwestia bez znaczenia. Nie ma jednak co wracać do 50 Hz, kupująctelewizor 4K upewnijcie się, czy zapewnia on stuhercowączęstotliwość odświeżania. Na modele 4K 200 Hz jeszcze troszkępoczekamy, a i tak niekoniecznie będą one warte swojej ceny – gdypojawiły się pierwsze modele FullHD 200 Hz, efekt był znacznieskromniejszy, niż przy przejściu z 50 Hz na 100 Hz. Już zresztąwszystkie matryce 100 Hz powinny sobie dobrze radzić z efektemrozmycia ruchu.

W finalnej części naszego cyklu poświęconego odczarowywaniumarketingowych opowieści sprzedawców telewizorów przyjrzymy sięposzczególnym typom wyświetlaczy oraz mniej lub bardziej udanympróbom wstawiania w urządzenia te komputerków.