Fakty i mity na temat HDTV 1080p

Na rynku pojawia się coraz więcej telewizorów HDTV 1080p, które konwertują sygnał wejściowy, łącznie ze standardowymi sygnałami TV, DVD, HDTV i PC, na ich własną natywną rozdzielczość 1920x1080 pikseli. Co najśmieszniejsze, telewizory 1080p nie mogą odbierać sygnału 1080p. Tak, właśnie tak, dobrze przeczytaliście.

Jeśli już macie telewizor HDTV 1080p, jest wysoce prawdopodobne, że nie będziecie w stanie przekazać mu sygnału 1080p z konsoli PlayStation 3, odtwarzacza Blu-ray, czy HD-DVD. Dobrą nowiną jest natomiast informacja, że telewizory, które mogą odbierać sygnał 1080p są już w drodze. Jeśli planujecie zakup telewizora HDTV, jest to idealna pora, aby zainwestować w sprzęt, który ma szanse oprzeć się czasowi przez najbliższe lata.

Wyjaśnijmy kilka mitów krążących wokół rozdzielczości HDTV. Pozwoli to w pełni zrozumieć co 1080p tak naprawdę ze sobą niesie i, co ważniejsze, kiedy to przyniesie.  

Spis treści

• Standard ASTC
• Dlaczego 720p jest lepsze niż 1080i w HDTV
• Dlaczego HDTV 1080p są takie cool
• HDTV kompatybilne z 1080p
• 1080p i PlayStation 3, filmy Blu-ray/HD DVD

Najpierw odświeżmy kilka podstawowych pojęć. HDTV to przesyłanie sygnału telewizyjnego o wyższej rozdzielczości i lepszym dźwięku niż ma to miejsce w przypadku tradycyjnej telewizji, z którą mamy do czynienia przez ostatnie 60 lat. W Stanach Zjednoczonych, ATSC stanowi grupę, która opracowała standard HDTV mający zastąpić obecny system NTSC. Nowy standard obsługuje wiele formatów, począwszy od standardowych, a skończywszy na sygnałach high-definition. Aby zrozumieć różnice w formatach, prześledźmy kryteria, którymi kierowała się grupa ATSC do ich określania.

Formaty zdefiniowane są na podstawie trzech kryteriów:

• Liczba linii: 480, 720 i 1080.
• Metoda wyświetlania: progresywna lub z przeplotem.
• Ilość klatek: ilość klatek, pól na sekundę

Zauważcie, że nie ma tu terminu 'rozdzielczość', a zamiast tego pojawia się 'liczba linii'. W przeciwieństwie do standardów PC, mamy do czynienia z progresywnymi i naprzemiennymi (z przeplotem) sygnałami, które w efekcie dają różne rozdzielczości tego samego sygnału, w zależności od opisywanego obrazu. Tak więc na przykład sygnał 1080i ma rozdzielczość klatki wynoszącą 2 megapiksele, ale rozdzielczość pola wynosi 1 megapiksel. Rozróżnienie to nie jest konieczne w odniesieniu do obrazów komputerowych, ale jest kluczowe w przypadku telewizji, a co za tym idzie, HDTV.

Niestety, przejście na HDTV (który nie powinien być uznawany za synonim cyfrowej telewizji) nie wyeliminował skanowania z przeplotem, a nowy standard ATSC wciąż wykorzystuje tę metodę.

Skanowanie z przeplotem zostało wymyślone w latach dwudziestych ubiegłego wieku jako sposób przesyłania sygnałów telewizyjnych za pomocą wąskiego pasma.  Technologia dostępna w tamtym czasie nie pozwalała na przesyłanie eterem pełnego obrazu przy takiej ilości klatek, aby dawałaby odbiorcy poczucie płynności.

Metoda ta polega na dzieleniu każdego obrazu na nieparzyste i parzyste poziome linie, aby przesyłać każdą z tych grup osobno. Po ich połączeniu - z prędkością pozwalającą oszukać oko, które nie rejestruje podziału -  obraz jest rekonstruowany w odbiorniku. Dla odmiany skanowanie progresywne (lub bez przeplotu) jest w stanie wyświetlić cały obraz jednocześnie.

W związku z wykorzystaniem metody z przeplotem, konieczne jest stworzenie dwóch terminów do opisania różnych aspektów przesyłanego obrazu. Klatka jest terminem używanym do opisania całego obrazu, gdy nie jest on podzielony na parzyste i nieparzyste linie. Pole jest terminem określającym grupy połów stworzonych z nieparzystych i parzystych linii.

Co więcej, oba te terminy określają sposób w jaki opisujemy szybkość wyświetlania, albo jako klatki na sekundę, albo jako pola na sekundę.

Po wyjaśnieniu kryteriów względem których zdefiniowane są różne formaty określone w standardzie ATSC, możemy przedstawić ich ogólny zarys:

Ten zbiór kombinacji daje w sumie 36 formatów, z których składa się standard ATSC. Dla większej przejrzystości, będą one dalej podzielone na trzy kategorie: SDTV, EDTV i HDTV. Wszystkie warianty 480i przypadają grupie SDTV, podczas gdy wariacje 480p przypisane są EDTV, a tylko formaty 720 i 1080 uznawane są jako HDTV.

Co jest lepsze: 720p czy 1080i? Jest to tematem dyskusji już od dłuższego czasu. Gdyby brać pod uwagę jedynie techniczne aspekty, odpowiedź byłaby prosta: 720p jest lepsze niż 1080i. Powód?

Mimo, że 1080i ma 1080 pionowych linii (w przeciwieństwie do 720 linii w przypadku 720p) i 1920 pikseli na linię (w porównaniu do 1280 pikseli w 720p), fakt, że 1080i jest z przeplotem sprawia, że całkowita rozdzielczość jest w praktyce niższa niż w przypadku 720p.

Może to brzmieć dziwacznie, ale czytajcie dalej. Jak to możliwe, że sygnał 1920x1080 ma mniejszą rozdzielczość niż 1280x720? Powodem tego jest sygnał z przeplotem. Dlatego też w poprzednim zdaniu padło sformułowanie 'w praktyce'.

Mimo, że istnieje format 720p30, stacje telewizyjne nadają 720p HDTV w jego najwyższej wersji (720p60), dostarczając obrazy o rozdzielczości 1280x720 przy 60 klatkach na sekundę. Dlatego typowe skróty są zbyt uproszczone i nie są w stanie w pełni oddać stanu rzeczy.  

Oto i kompromis.  Poziome piksele (1280 w 720p i 1920 w 1080i) są naprawdę pikselami na aktywną linię, a gdy proces przeplotu dzieli obraz 1920x1080 na dwa pola, liczba poziomych linii na pole zredukowana zostaje do 540. W wyniku tego pionowa rozdzielczość pola również jest zmniejszana o połowę w stosunku do pierwotnej rozdzielczości obrazu (klatki). W przypadku sygnału 1080i, rozdzielczość zmniejsza się z 2 megapikseli klatki 1920x1080 do 1 megapiksela w polu 540i.

Dzieje się tak faktycznie, bo wielu nadawców 1080i proponowało nazywanie formatu '540i'.

Jednak kluczem do dyskusji jest fakt, że patrzymy na obrazy, które tworzą złudzenie ruchu. Z tego właśnie powodu to nie rozdzielczość ma tak naprawdę znaczenie, ale piksele na sekundę, które oglądamy, znane także jako 'czasowa rozdzielczość'.  

Gdy wykonacie obliczenia, zobaczycie, że 1080i60 (a także 1080p30) dostarcza tylko 12% więcej pikseli na sekundę niż 720p60. Dlatego też większość ludzi nie jest w stanie odróżnić nadania 1080i od 720p - ponieważ ich oczy i mózg widzą praktycznie tę samą liczbę pikseli na sekundę.

Jedynie gdy wyświetlane są nieruchome obrazy lub niewielkie zmiany w scenie zauważalna jest poprawa 1080i w stosunku do 720p w nadaniu HDTV. Jeśli skupicie wzrok na szybko przesuwającym się obrazie, 720p będzie wyglądać tak dobrze, lub nawet lepiej, niż 1080i. To właśnie dlatego ten format jest wybierany do relacji sportowych.  

Dodatkowo należy wziąć pod uwagę, że progresywna metoda jest lepsza od tej z przeplotem. Po pierwsze, skanowanie progresywne nigdy nie wywołuje efektu migania, a także nie zachodzi potrzeba przeprowadzania procesu składania obrazu. Przeciwnie, sygnały z przeplotem zawsze wymagają procesu składania obrazu na pewnym etapie, albo przez nadawcę sygnału, albo przez jego odbiorcę.

Nie istnieją ani warianty 1080p50 ani 1080p60, będące jedynymi formatami 1080 linii, które (w praktyce) przewyższają 720p60. Powodem tego jest fakt, że 1080p50 i 1080p60 przewyższyłyby pasmo 19Mbit/s, wyznaczone w 6Mhz kanale, jak wymaga tego standard ATSC. Najwyższe formaty HDTV, które nie przekraczają tego limitu (a w rzeczywistości są bardzo blisko niego) to 720p60, 1080p30 i 1080i60.

Podsumowując, ATSC pozwala na nadawanie 1080p przy maksymalnej liczbie klatek na poziomie 30 na sekundę ze względu na wymagania pasma. Wideo 720p może osiągać 60 klatek na sekundę przy tej samej przepustowości. Formaty 1080 linii mogą osiągać najwyżej 60 pól na sekundę (1080i60) lub 30 klatek na sekundę (1080p30). Zarówno formaty 720 jak i 1080 linii, stosowane w nadaniach ATSC, dostarczają praktycznie tę samą liczbę pikseli na sekundę.

To, że standard ATSC nie obejmuje formatów 1080p o większej liczbie klatek niż 30 na sekundę nie oznacza, że nie istnieją formaty, które zapewniają wyższą szybkość wyświetlania, ani że producenci telewizorów nie są w stanie pójść dalej niż format ATSC 1080 linii.

Producenci telewizorów już wyprodukowali odbiorniki, które są w stanie wyświetlać progresywny sygnał 1080 o 60 klatkach na sekundę. Są to odbiorniki HDTV reklamowane jako 1080p.

Obecność tych formatów i urządzeń wyświetlających jest wywołane przez przemysł komputerowy. Dzieje się tak dlatego, ponieważ obrazy były wyświetlane jako progresywne sygnały praktycznie od chwili powstania komputerów osobistych.

Wraz z powstaniem technologii płaskich ekranów, które wyświetlają sygnał progresywny, stan rzeczy zmienił się diametralnie dla sygnałów z przeplotem.  W chwili gdy urządzenia takie jak LCD, Plazma, LCoS i DLP odbierają sygnał z przeplotem, tworzą one bufor ramki łącząc w nim dwa pola w jedno przed wyświetleniem pełnego obrazu na ekranie. Metoda ta zapewnia poprawioną jakość w stosunku do telewizorów CRT, w których sygnał z przeplotem wyświetlany jest dzięki rysowaniu najpierw nieparzystych linii, a później parzystych. Powstanie obrazu umożliwia trwałość fosforu, który po wyświetleniu nieparzystych linii nie przestaje ich wyświetlać, gdy rysowane są linie parzyste.

Z kolei na odbiorniku HDTV 1080p klatki sygnału z przeplotem takiego jak 1080i30, będą wyświetlane równocześnie z szybkością HDTV. W konsekwencji nie da się stwierdzić, że 720p jest lepszy niż 1080i ponieważ odbiornik usunął przeplot i stworzył bufor ramki dzięki czemu przychodzący sygnał wejściowy wyświetlany jest jako progresywny.

Jak widzicie, odbiornik może zmienić debatę co jest lepsze, czy 720p czy 1080i. Co więcej, jeśli użytkownik korzysta z jednego z nowoczesnych telewizorów 1080p HDTV, 1080i okazuje się być lepszym formatem od 720p.

Jak wspomniano na początku, urządzenia 1080p konwertują wszystkie nadchodzące sygnały do swojej natywnej rozdzielczości 1080p, ale nie potrafią przyjąć natywnego lub skompresowanego sygnału 1080p.

Autorzy artykułu wspominali wcześniej w swoim przewodniku po HDTV, że preferowaną przez nich  technologią płaskich paneli jest DLP. Mimo, że wciąż polecają  telewizory CRT, szczególnie gdy znaczenie ma jakość obrazu, a jego rozmiar odgrywa drugorzędną rolę. Jednak gdyby byli zmuszeni do wybrania płaskiego panelu, stawialiby na DLP.

Powodem tego jest fakt, że DLP zapewnia lepszą czerń niż inne technologie płaskich paneli, nie ulega wypalaniu jak plasma i nie jest podatny na opóźnienia w wyświetlaniu jak ma to miejsce w przypadku LCD. Co więcej, DLP jest tańszy niż inne technologie płaskich paneli o określonym rozmiarze i rozdzielczości.

Dwie potencjalne wady DLP - efekt tęczy i wymiana lampy -  już wkrótce staną się przeszłością, o czym można przekonać się w dalszej części tekstu.

Nie, nie jest to producent telewizorów HDTV. Jest to ważny temat, który należy poruszyć omawiając technologię DLP. Cała ta magia 1080p dostępna za względnie niską cenę (w porównaniu z LCD HDTV 1080p) w telewizorach DLP jest wynikiem oszustwa wzrokowego zwanego 'wobulacją'.

Wobulacja jest technologią poprawiania rozdzielczości wynalezioną przez firmę Hewlett Packard na bazie jej doświadczeń w dziedzinie tuszów do drukarek. Technologia ta umożliwia zwiększenie rozdzielczości obrazu bez konieczności zwiększania liczby fizycznych pikseli.

Choć technologię wobulacji można stosować w każdego typu wyświetlaczu, została ona wdrożona tylko w technologii mikrowyświetlaczy. Wobulacja w połączeniu z technologią DLP firmy Texas Instruments daje oszczędną metodę zwiększania rozdzielczości ekranów bez zwiększania liczby mikro luster.

Pewnie słyszeliście o technologii wobulacji pod jej nazwą handlową: Smooth Picture (Gładki obraz) to zasadniczo wobulacja pozioma, której zadaniem jest wytworzenie obrazu 1080p (1920x1080) za pomocą zaledwie 960x1080 luster; czyli połowy mikroluster poziomych. Technologię Smooth Picture stosują aktualnie Samsung, Toshiba, Mitsubishi i - oczywiście - HP.

Wobulacja działa na tej samej zasadzie przeplatania, wyświetlając połowę obrazu naraz, ale tak szybko, że oko daje się oszukać, iż ogląda cały obraz. Technologia ta wytwarza dwa pod-obrazy, z których każdy ma połowę pikseli poziomych (960) obrazu pierwotnego (1920). 960 mikroluster odchyla się z prędkością (120 razy na sekundę) umożliwiającą każdemu z nich wytworzenie dwóch pikseli, 60 razy na sekundę. To właśnie w taki sposób 960 mikroluster może wytworzyć 1920 pikseli na ekranie z prędkością 60 klatek na sekundę.

Minusem tej technologii jest to, że obniża ona ostrość, ponieważ obrazu 1920x1080 wyświetlanego na ekranie nie maluje ta sama liczba fizycznych mikroluster. Z drugiej strony technologia ta eliminuje artefakt 'efektu siatki', polegający na tym, ze widz może dostrzec siatkę pikseli, na której tworzy się obraz.

Ostatecznie wobulacja umożliwiła wprowadzenie ekranów DLP 1080p w cenie niższej niż technologie konkurencyjne. O ile najtańszy 45-calowy Sharp Aquos LC-45GX6U 1080p kosztuje ~3000 dolarów, ta sama suma pozwala na zakup 56-calowego lub większego DLP 1080p.

Szum otaczający 1080p można uznać w głównej mierze za bajer wynikający z różnicy pomiędzy telewizorem HDTV, który jest ekranem 1080p, a rzeczywistą możliwością przyjmowania sygnału 1080p. Dzięki poprzedniemu Przewodnikowi po HDTV oraz niniejszemu artykułowi, przy kolejnym zakupie telewizora HDTV będziecie wiedzieć, na co wydajecie pieniądze.

Czy 1080p jest rzeczą niezbędną? Nie bardzo. Jeśli już mamy telewizor HDTV, nie ma powodu, żeby sądzić, że wyrzuciliśmy pieniądze w błoto.

Patrząc w przyszłość; zakup ekranu 1080p będącego w stanie przyjąć sygnały 1080p będzie konieczny, aby móc korzystać z gier i filmów DVD następnej generacji przy ich maksymalnej rozdzielczości.