На форуме возникали обсуждения и споры, и сейчас, уже как аксиома, иногда появляются утверждения, что де-факто совершившийся переход производителей телевизоров с FHD на UHD принципиально только ухудшает качество воспроизведения контента FHD. Из этого утверждения однозначно (пусть иногда и неявно) делается вывод, что наивысшее качество, при прочих равных светотехнических параметрах, достигается в воспроизводящих устройствах с передачей без интерполяции, т.е. при воспроизведении “пиксел в пиксел”.
Попробую развеять этот миф (только для тех, кто в него верит) и показать, что качественная интерполяция не только не ухудшает, но даже заметно повышает качество воспроизведения, существенно уменьшая уровень искажений, принципиально присущих как раз воспроизведению “пиксел в пиксел”. Разумеется, здесь ключевым моментом является необходимость высокого качества интерполяции, в частности, необходимость изотропности характеристики интерполятора в области пространственных частот. Скорее всего, в телевизорах UHD, где качество воспроизведения изображений формата FHD действительно страдало, дело было совсем не в применении интерполяции как таковой, а в её качестве, в плохой общей настройке, и, возможно, вследствие проявления других артефактов в конкретном телевизоре UHD.
Показать потенциальную возможность улучшения параметров воспроизведения при наличии интерполяции, исключив, что принципиально важно, возможные артефакты, можно применением несложного математического моделирования.
Используя принцип подобия, на экране телевизора FHD можно корректно воспроизвести и сравнить оба случая воспроизведения, а именно “пиксел в пиксел” без интерполяции (т.е. воспроизведение FHD изображений на FHD телевизоре), и имитацию корректной интерполяции FHD в UHD. Методика (принцип) такого сравнения проиллюстрирована на рисунке в файле “методика сравнения.jpeg”. Разумеется, преимущества, о которых говорится, будут проявляться в разной степени на разных элементах изображения.
С целью обострения различий при сравнении я умышленно взял (синтезировал) цифровое изображение слегка наклоненной, почти вертикальной синусоидальной миры с пространственной частотой 0.75 от предельной частоты оцифровки, которая соответствует чередованию черного и белого пикселов. Таким образом, оцифровка была сделана корректно, и на этом этапе никаких искажений принципиально внесено не было. Тем не менее, воспроизведение этого корректно оцифрованного файла “FHD-UHD.jpeg” в режиме “пиксел в пиксел” показывает полное разрушение исходного изображения миры. Если показать эту картинку любому человеку, никто не признает в ней миры. А если кто-либо всё же и догадается, то не сможет определить ни наклона, ни пространственной частоты этой пораженной сильнейшим муаром миры. Воспроизведение же файла “FHD-UHD.jpeg”, корректно имитирующее высококачественную интерполяцию, показывает явное преимущество по сравнению с воспроизведением FHD-FHD.
Если ещё немного повысить (например, до 0.85 от предельной) пространственную частоту миры, оставаясь, тем не менее, в зоне корректной оцифровки для FHD, то и при воспроизведении на телевизоре UHD появятся заметные искажения, устранить которые можно будет только воспроизведением на экране с ещё большим “избыточным” количеством пикселов.
Разумеется, всё сказанное справедливо не только для синтезированных изображений, но и для изображений реального мира, где искажения при воспроизведении “пиксел в пиксел” проявляются на высокочастотных периодических структурах, наклонных контурах и линиях, на других тонкоструктурных элементах изображения.
Процессы, происходящие при воспроизведении с интерполяцией и без неё, подробно описываются и объясняются применением соответствующей математики (а также количественно вычисляются уровень и другие параметры вносимых муаровых искажений), однако, думаю, что здесь это не требуется, и пора закругляться. Выводы при сравнении вариантов воспроизведения каждый может сделать сам.
Принципиально важно: смотреть и сравнивать скачанные изображения мир (размерами 800х800 пикселов, это максимально допустимый без сжатия размер изображений на сайте форума) нужно на телевизоре FHD (1920x1080) при воспроизведении в масштабе 1:1, т.е. 100%.
Можно сравнивать изображения мир и на компьютерном мониторе с произвольным количеством пикселов, но также обязательно в масштабе 100%, т.е. без дополнительной интерполяции при воспроизведении.
Наконец, замечу, что выше было написано о возможности внутрикадровой интерполяции повысить качество статического изображения (конкретнее, понизить уровень искажений, отсутствующих в принятом сигнале и возникающих при воспроизведении). В случае передачи динамического видеоизображения, безусловно, существуют и другие аспекты, и проблемы, могущие привести к изменению различных параметров качества в ту или иную сторону. Однако, инвариантность к движению внутрикадровых обработок, к которым относится и рассматриваемая внутрикадровая интерполяция, позволяет утверждать, что причина возможного ухудшения качества на телевизорах UHD при воспроизведении контента FHD связана не с увеличением количества пикселов панелей, а с качеством самой интерполяции или/и с другими, пока не решенными проблемами, о чем уже подчёркивалось выше.
Внимание: в спойлере "фото" моего поста от 29 марта 2017г. на стр. 1443 приведены результаты обработок новых изображений, в том числе и изображений реального мира, а не только синтезированных. А в следующих пяти постах полемических заметок можно найти дополнительную информацию по обсуждаемой теме:
16 марта 2017 14:16
Немного об интерполяции (next 1) стр.1436.
23 марта 2017 15:12
Открытое письмо Господину Garag2012. стр.1441.
25 марта 2017 15:24
Господину Garag2012. стр.1442.
29 марта 2017 21:43
Новые изображения – дополнение к посту “Немного об интерполяции” (стр.1435). стр.1443.
31 марта 2017 13:38
Господину Garag2012. стр.1444.
2 мая 2017 13:27
Господину Garag2012. стр.1466.