Достоинства и перспективы формата UHD/4K

За последний год термин UHD/4К стал одним из наиболее популярных не только среди профессионалов, но и "любителей". Многие уже видели "4K картинку", другие о ней много слышали, третьи сформировали свое мнение и уже поделились им с окружающими. Как обычно фанаты и оптимисты говорят, что 4К формат уже здесь, контент частично здесь или на подходе, и скоро все мы будем смотреть видео в формате 4K.
 
Наверное, представители именно этой группы придумали такой термин как "Wow-эффект" — реакция покупателя на картинку 4К телевизора, которая не оставляет сомнений в желании купить новый телевизор. Но не на всех действует "Wow-эффект". Скептики говорят, что все это очень дорого, что прибавка в качестве не стоит тех денег, что придется выложить за 4К телевизор, что контента в новом формате еще нет, что сети не готовы к доставке столь тяжелого контента. 
 
Кто же прав? Правы, по всей видимости, те, кто утверждает, что формат появился недавно, что пока недостаточно сведений о нем, о его преимуществах, перспективах распространения и доступности для рядовых граждан. Очевидно, что для продвижения формата, технологии и продукта в массы необходимо более полное информирование аудитории. Что мы и попытаемся сделать в данной статье.
 
Что такое UHD?
UHD — это следующая ступень эволюции видеозаписи, видеопроцессинга и дисплейных технологий. Несмотря на то, что разрешение — это основной элемент формата, важно отметить что новый стандарт развивает и другие видео и аудио характеристики.
 
Рис. 1. Эволюция разрешения экранов
 
4K означает, что разрешение по горизонтали составляет около 4К (4 тысячи пикселей). В то время как традиционные HD экраны имеют 1920 вертикальных столбцов в и 1080 горизонтальных рядов пикселей, ультра HD имеет разрешение 3840 пикселей на 2160 — немного меньше, чем разрешение Full DCI 4K 4096×2160 которое используется в кинотеатрах (рис. 1)
 
Следующая ступень развития разрешения формат UHD — это разрешение 7680×4320, которое также называют UHD/8K (Рис 1). И хотя 8К UHD телевизоры уже существуют — это экзотика, о которой говорить рано. Так что далее речь пойдет о формате UHD/4K. 
 
Предлагая в четыре раза большее разрешение по сравнению с HD, формат 4K Ultra HD обеспечивает серьезное улучшение в четкости изображения, что дает возможность смотреть телевизор с более близкого расстояния, не замечая пиксельную структуру экрана. Это, в свою очередь, позволяет иметь больший угол обзора, и соответственно обеспечивает более полное "погружение в экран".
 
На рис. 2. представлена схема определения оптимального восприятия экранов с разным разрешением в зависимости от размера экрана и расстояния зрителя до экрана.
 
 
Рис 2. Схема определения оптимального восприятия экранов с разным разрешением
 
Как видно из рис. 2, при просмотре изображения на экране размером 60 дюймов с расстояния 5 футов (1,5 метра), достоинства 4К-картинки будет намного более ощутимым, чем при расстоянии до экрана 7,5 футов (2,3 метра), когда разница становится малоощутимой.
 
По данным Международного союза электросвязи оптимальным расстоянием зрителя от экрана телевизора HD считается тройная высота экрана, при этом угол просмотра должен составлять примерно 30º. В случае просмотра с UHD/4К экрана, оптимальное расстояние будет в два раза меньше и угол просмотра составит уже 60º, что дает эффект более полного погружения, сравнимый с просмотром на большом экране кинотеатра.
 
Абсолютная разница в рекомендованных расстояниях при просмотре 4K и HD будет тем больше, чем больше высота экрана. Например, в случае 70-дюймового 4K телевизора, имеющего высоту 34,3 дюйма или 87 сантиметров, можно сидеть на расстоянии 1,3 м от экрана не наблюдая пиксельной структуры. для сравнения в случае HD телевизором такого же размера аналогичное расстояние до экрана составит уже 2,6 м.
 
Как мы отметили, увеличение количества пикселей — не единственное приобретение нового формата. Важное его преимущество — это более высокая частота обновления картинки. Частота прогрессивной развертки у 4К телевизоров может достигать 120 кадров в секунду. Данное преимущество особенно заметно при просмотре спортивных передач, в которых присутствуют быстродвижущиеся объекты, для плавного описания которых требуется бОльшая частота кадров. В динамичных сценах частоты 60 кадров в секунду может быть недостаточно и картинка покажется размытой или прерывистой (см. рис. 3).
 
Рис 3. Для плавного описания быстродвижущихся объектов требуется большая частота кадров
 
Это не только визуально улучшает качество и восприятие изображения, но и снижает нагрузку на глаза. В отличие от фактора "высокое разрешение", которое нивелируется с увеличением расстояния от экрана, эффект от более высокой частоты кадров формата UHD проявляется на разных расстояниях просмотра и на разных размерах экрана. Данный параметр является значимым преимуществом особенно при выборе телевизора менее чем 50 дюймов.
 
В формате UHD/4K также увеличился цветовой охват (рис. 4) и глубина цвета (доступен 10-битный, и даже 12-битный цвет). Напомним, что 10-битное кодирование цвета означает 1024 градации на каждый цвет и гораздо большее число оттенков серого.
 
Рис 4. Цветовой охват (маленький треугольник соответствует стандарту HDTV, а большой - стандарту UHD 4K)
 
Для того, чтобы четко регламентировать — какие технологии должны быть реализованы в новых моделях телевизоров, включая установление стандартов для контента, терминологии, логотипов продукции и услуг в предоставлении контента, было создано сообщество UHD Alliance. Его появление было анонсировано на выставке CES 2015, в его состав вошли 35 крупнейших компаний в области медиаиндустрии и электроники, включая такие компании как Sony, Samsung, Sharp, Panasonic, Dolby, Disney, Fox, Netflix и 20-th Century Fox. 
 
Члены альянса работают над тем, чтобы упорядочить всю цепочку от разработки контента, распространения и до его качественного воспроизведения.
 
Результатом работы альянса стала спецификация UHD Premium, которая была объявлена на выставке CES 2016. Спецификация содержит список функций, которые должны быть включены в такие продукты как телевизоры и Blu-Ray-плееры, чтобы обеспечить максимальную совместимость с продуктами и контентом разных производителей.
 
В настоящее время, для того, чтобы придерживаться спецификации UHD Premium, продукт должен уметь удовлетворять ряду параметров, включая разрешение не менее 3840×2160, 10-битную глубину цвета, способность отображать определенную яркость и темноту пикселей и ряд других.
 
Все перечисленные новшества делают изображение в новом формате намного более привлекательным, однако UHD контент требует большей пропускной полосы и стоимости доставки. 
 
Доступность телевизоров 4К
О том, насколько подошло время для перехода на телевизор с новой технологией — каждый решает для себя сам в зависимости от пристрастия к новым технологиям, приверженности к качеству изображения. При этом очевидно, что за технологией UHD/4K будущее. Вычислительная мощность и пропускная способность оборудования растет, позволяя передавать все более тяжелый контент и неизбежно приведет к росту устройств UHD/4K, что в свою очередь будет подталкивать продакшн-студии и вещателей переходить на новый формат, так что постепенно мир перейдет на видео в разрешении 4К, и это будет касаться как ТВ-передач, так и интернет-контента. 
 
Рынок быстро меняется. Первый телевизор, поддерживающий UHD-формат, появился в России сравнительно недавно, в 2013 году, а спустя всего три года на рынке присутствует уже около 380 моделей телевизоров с поддержкой формата 4K. По прогнозам аналитиков, установленная база 4К телевизоров к 2018-му году составит несколько миллионов.
 
За последний год стоимость телевизоров UHD упала примерно на 35%. Цены на 40-42-дюймовые 4К-телевизоры известных брендов уже стартуют от 32 тысяч рублей. 
 
Конечно, контента в формате 4К еще недостаточно, но важно отметить, что экран 4K UHD позволяет отображать доступный сегодня ТВ-контент так, что он выглядит более качественно. Во-первых, 4K панель обеспечивает более сглаженное изображение, чем эквивалентный Full HD экран, за счет большей плотности пикселей. Во-вторых, встроенные апскейл-конвертеры, преобразовывающие Full HD-изображение в подобие 4K картинки, используют все более сложные технологии, в том числе с применением баз данных готовых текстур, для прорисовки деталей. 
 
4K телевизоры идеально подходят для просмотра фотографий высокого разрешения. Уже многие смартфоны позволяют снимать фото в формате 4К. Так что разрешение большинства цифровых фотографий уже давно превышает Full HD и их удобно смотреть на 4К телевизоре без уменьшения масштаба.
 
Активное давление на рынок оказывают и бюджетные модели недорогих китайских брендов. Например, телевизор DNS H50DXT880 можно найти по цене около 30 тысяч рублей. 
 
4K-кейсы
В качестве примера успешного развития видеобизнеса на базе предоставления видеосервисов с упором на контент высокого качества можно привести компанию Sichuan Telecom, которая работает в тесном сотрудничестве с Huawei. Столкнувшись с жесткой конкуренцией на рынке широкополосного доступа в интернет, Sichuan Telecom провозгласила стратегию с акцентом на видеоконтент в формате 4К и реорганизацию всех бизнес-процессов. Исследования компании Sichuan Telecom подтвердили, что телевизор остается незаменимым терминалом в доме, и компания попыталась сделать акцент на IPTV для выделения своих сервисов на фоне конкурентов.
 
Новая стратегия потребовала от Sichuan Telecom комплексной трансформации своих сервисов с точки зрения планирования, строительства, эксплуатации и технического обслуживания сетевой инфраструктуры. Компания инвестировала значительные средства в волоконно-оптические сети, за счет чего к концу 2015 года ей удалось реализовать практически полное покрытие своими сетями провинции Сычуань.
 
Ориентация на видео сверхвысокой четкости принесла свои результаты. Число подписчиков на видеоуслуги за три года выросло почти в десять раз. Статистика Sichuan Telecom показывает, что в период с января по май 2015 года компания занимала первое место по росту числа пользователей IPTV, широкополосного доступа, а заодно и пользователей смартфонов. В настоящее время число абонентов видеосервиса в формате 4К превысило 3 миллиона.