Uppskalning: Så fungerar det med din 4K-TV
När 4K-tekniken blir standard i våra hem, introducerar tillverkarna ofta begrepp som ”Ultra HD-uppskalning” (UHD). Men uppskalning är inte en unik funktion. Det är en process som gör att 4K-TV-apparater kan hantera videoformat med lägre upplösning, till exempel 1080p och 720p.
Uppskalning är standard på alla TV-apparater
Uppskalning innebär att innehåll med lägre upplösning visas i fullskärm på din TV. Utan den funktionen skulle en video med låg upplösning bara täcka en liten del av skärmen. Detta är en grundläggande funktion som finns i alla TV-apparater. Även äldre 1080p-TV-apparater hade uppskalning för att kunna visa 720p-innehåll i helskärmsläge.
UHD-uppskalning är det som gör att din 4K-TV fungerar som den ska. Den kan hantera innehåll med lägre upplösning och visa det över hela 4K-skärmen.
Ett uppskalat 1080p-innehåll kan ibland se bättre ut på en 4K-skärm än på en traditionell 1080p-skärm. Men uppskalning är inte magi. Bilden blir inte lika skarp som den man får med äkta 4K-innehåll. Låt oss förklara hur det fungerar.
Upplösning: En fysisk och visuell aspekt
För att förstå uppskalning måste vi först förstå upplösning. På ytan är det ett ganska enkelt begrepp. En bild eller video med hög upplösning ser ofta ”bättre” ut än en med låg upplösning.
Vi glömmer ofta viktiga nyanser, särskilt skillnaden mellan fysisk och optisk upplösning. Dessa två arbetar tillsammans för att skapa en bra bild och de är grundläggande för att förstå uppskalning. Vi kommer också att prata om pixeltäthet, men oroa dig inte, vi håller det kort.
Fysisk upplösning: I specifikationerna för en TV kallas fysisk upplösning ofta bara ”upplösning”. Det är antalet pixlar på skärmen. En 4K-TV har fler pixlar än en 1080p-TV, och en 4K-bild är fyra gånger så stor som en 1080p-bild. Alla 4K-skärmar, oavsett storlek, har samma antal pixlar. Men även om TV-apparater med hög fysisk upplösning kan utnyttja sina extra pixlar för att visa fler detaljer, är det inte alltid fallet. Fysisk upplösning är beroende av optisk upplösning.
Optisk upplösning: Det är anledningen till att gamla engångskamerafoton kan se bättre ut än bilder tagna med en modern digitalkamera. När en bild är skarp och har ett tydligt dynamiskt omfång, har den en hög optisk upplösning. Ibland slösar TV-apparater bort sin höga fysiska upplösning genom att visa video med låg optisk upplösning. Detta resulterar i suddiga bilder och dålig kontrast. Detta kan bero på uppskalning, vilket vi ska prata om snart.
Pixeltäthet: Det är antalet pixlar per tum på en skärm. Alla 4K-skärmar har samma antal pixlar, men på mindre 4K-skärmar är pixlarna tätare, vilket ger en högre pixeltäthet. En 4K iPhone har till exempel en högre pixeltäthet än en 70-tums 4K-TV. Vi tar upp det här för att understryka att skärmstorlek inte är samma sak som fysisk upplösning, och att pixeltätheten inte definierar den fysiska upplösningen.
Nu när vi har koll på skillnaden mellan fysisk och optisk upplösning, kan vi prata om uppskalning.
Uppskalning gör en bild ”större”
Varje TV har algoritmer för interpolering, som används för att skala upp bilder med lägre upplösning. Dessa algoritmer lägger till pixlar till en bild för att öka dess upplösning. Men varför behöver man öka upplösningen?
Kom ihåg att fysisk upplösning definieras av antalet pixlar på en skärm. Det har ingenting med TV:ns faktiska storlek att göra. En 1080p TV-skärm har 2 073 600 pixlar, medan en 4K-skärm har 8 294 400. Om du spelar en 1080p-video på en 4K-TV utan uppskalning, kommer videon bara att täcka en fjärdedel av skärmen.
För att en 1080p-bild ska fylla en 4K-skärm, måste 6 miljoner pixlar läggas till genom uppskalningsprocessen. Uppskalning bygger på interpolering, som i grunden handlar om att gissa.
Uppskalning försämrar den optiska upplösningen
Det finns olika sätt att interpolera en bild. Den mest grundläggande kallas ”närmaste granne”-interpolering. Här lägger algoritmen till ett nät av ”tomma” pixlar till bilden, och gissar sedan vilken färg varje tom pixel ska ha genom att titta på de fyra pixlarna som omger den.
Till exempel, en tom pixel omgiven av vita pixlar kommer att bli vit, medan en tom pixel omgiven av vita och blå pixlar kan bli ljusblå. Det är en enkel process, men den ger digitala artefakter, oskärpa och ojämna konturer i bilden. Interpolerade bilder får alltså en dålig optisk upplösning.
Vänster: Originalbild. Höger: Bild efter interpolering med närmaste granne-metoden.
Jämför dessa två bilder. Den vänstra bilden är originalet, och den högra har interpolerats med närmaste granne-metoden. Den högra bilden ser inte bra ut, även om den har samma fysiska upplösning som den vänstra. Det här händer, i mindre skala, varje gång din 4K-TV använder närmaste granne-interpolering för att skala upp en bild.
Du kanske tänker: ”Men min nya 4K-TV ser inte ut så här!” Det beror på att den inte bara använder närmaste granne-interpolering, utan en blandning av olika metoder.
Uppskalning försöker förbättra den optiska upplösningen
Närmaste granne-interpolering är inte optimal. Det är en enkel metod för att öka upplösningen som inte tar hänsyn till optisk upplösning. Därför använder TV-apparater två andra former av interpolering utöver närmaste granne-metoden: bikubisk (mjukgörande) och bilinjär (skärpande) interpolering.
Vänster: Exempel på bilinjär interpolering. Höger: Exempel på bikubisk interpolering.
Vid bikubisk (mjukgörande) interpolering tittar varje pixel som läggs till i bilden på sina 16 närliggande pixlar för att få en färg. Detta ger en bild som är mer ”mjuk”. Bilinjär (skärpande) interpolering tittar bara på de två närmaste pixlarna och ger en ”skarp” bild. Genom att blanda dessa metoder – och använda vissa filter för kontrast och färg – kan din TV generera en bild som inte har någon märkbar förlust i optisk kvalitet.
Interpolering handlar fortfarande om gissningar. Även med bra interpolering kan vissa videoklipp få ”spökbilder” efter uppskalning, särskilt om din TV är billig och har dålig uppskalning. Dessa artefakter blir tydligare när videoklipp med riktigt låg upplösning (720p och lägre) skalas upp till 4K, eller när bilder skalas upp på stora TV-apparater med låg pixeltäthet.
Bilden ovan är inte ett exempel på uppskalning från en TV, utan från HD-DVD-utgåvan av Buffy The Vampire Slayer (från en videoanalys av Nördens passion). Det är ett tydligt (om än extremt) exempel på hur dålig interpolering kan förstöra en bild. Nej, Nicholas Brendon har inte vaxartat vampyrsmink, det är bara så hans ansikte påverkades av uppskalningsprocessen.
Även om alla TV-apparater har uppskalning, kan vissa ha bättre algoritmer för det, vilket resulterar i en bättre bild.
Uppskalning är nödvändig och ofta omärkbar
Trots sina brister är uppskalning bra. Det är en process som oftast fungerar utan problem och låter dig titta på många olika videoformat på samma TV. Är det perfekt? Absolut inte. Det är därför en del film- och spelentusiaster föredrar att se gamla verk på originalmedierna: gamla TV-apparater. Men just nu är uppskalning inte något vi behöver oroa oss för mycket över. Det är inte heller något att bli upprörd över.
Det är värt att nämna att videoformaten 8K, 10K och 16K redan stöds av en del av den teknik vi använder varje dag. Om uppskalningstekniken inte kan hänga med dessa format, finns det risk för att kvalitetsförlusten blir större än vad vi är vana vid.
Men eftersom tillverkare och streamingtjänster fortfarande inte helt har anpassat sig till 4K, behöver vi nog inte oroa oss för 8K än.