Eftersom 4K ersätter HD i våra hem, presenterar tillverkare en intressant marknadsföringsjargong, som ”Ultra HD upscaling” (UHD). Men uppskalning är inte någon unik funktion – den tillåter bara 4K-TV:er att arbeta med videoformat med lägre upplösning, som 1080p och 720p.
Innehållsförteckning
Alla TV-apparater har uppskalning
Uppskalning innebär att lågupplöst innehåll fyller hela din TV-skärm. Utan det tar en lågupplöst video mindre än hälften av skärmutrymmet. Detta är en typisk funktion på alla TV-apparater. Även TV-apparater med 1080p hade det – de kunde uppskala 720p-innehåll och visa det i helskärmsläge på en 1080p-skärm.
UHD-uppskalning är det som får din 4K-TV att fungera som alla andra. Den kan ta innehåll med lägre upplösning och visa det på hela 4K-skärmen.
Uppskalat 1080p-innehåll på en 4K-skärm ser ofta bättre ut än 1080p-innehåll på en vanlig 1080p-skärm. Men uppskalning är inte magi – du får inte den skarpa bilden du skulle få från äkta, inbyggt 4K-innehåll. Så här fungerar det.
Upplösning finns på en fysisk och visuell nivå
Innan vi börjar med uppskalning måste vi förstå konceptet med bildupplösning. Vid en anblick är det ett relativt enkelt koncept. En bild eller video med hög upplösning ser ”bättre” ut än en bild eller video med låg upplösning.
Vi tenderar dock att glömma några nyckelaspekter, nämligen skillnaden mellan fysisk upplösning och optisk upplösning. Dessa aspekter samverkar för att skapa en bra image och de är grunden för att förstå uppskalning. Vi kommer också att täcka pixeltätheten – men oroa dig inte – vi håller saker kort och gott.
Fysisk upplösning: På ett tv-specifikationsblad kallas den fysiska upplösningen helt enkelt för ”upplösning”. Det är antalet pixlar på en skärm. 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, innehåller samma antal pixlar. Även om TV-apparater med hög fysisk upplösning kan använda sina extra pixlar för att ge ytterligare detaljer, fungerar det inte alltid så. Fysisk upplösning är beroende av optisk upplösning.
Optisk upplösning: Det är därför dina gamla engångskamerafoton ser bättre ut än din pretentiösa väns snygga digitalkamerafoton. När ett foto ser skarpt ut och har ett tydligt dynamiskt omfång har det en hög optisk upplösning. TV-apparater slösar ibland bort sin höga fysiska upplösning genom att visa video med en taskig optisk upplösning. Detta leder till suddiga bilder och kontrast. Ibland är detta ett resultat av uppskalning, men vi återkommer till det om en minut.
Pixeldensitet: Antalet pixlar per tum på en skärm. Alla 4K-skärmar innehåller samma mängd pixlar, men på mindre 4K-skärmar är pixlarna närmare varandra, så de har en hög pixeltäthet. En 4K iPhone, till exempel, har en högre pixeltäthet än en 70-tums 4K-TV. Vi nämner detta för att förstärka idén att skärmstorlek inte är samma sak som fysisk upplösning, och att en skärms pixeltäthet inte definierar dess fysiska upplösning.
Nu när vi alla är nyfikna på skillnaden mellan fysisk och optisk upplösning är det dags att börja med uppskalning.
Uppskalning gör en bild ”större”
Varje TV innehåller en röra av interpolationsalgoritmer, som används för att uppskala lågupplösta bilder. Dessa algoritmer lägger effektivt till pixlar till en bild för att öka deras upplösning. Men varför skulle du behöva öka en bilds upplösning?
Kom ihåg att fysisk upplösning definieras av antalet pixlar på en skärm. Det har ingenting att göra med den faktiska storleken på din TV. En 1080p TV-skärm består av endast 2 073 600 pixlar, medan en 4K-skärm har 8 294 400. Om du visar en 1080p-video på en 4K-tv utan uppskalning kommer videon bara att ta upp en fjärdedel av skärmen.
För att en 1080p-bild ska passa en 4K-skärm måste den få 6 miljoner pixlar genom uppskalningsprocessen (då blir det en 4K-bild). Uppskalning är dock beroende av en process som kallas interpolation, som egentligen bara är ett glorifierat gissningsspel.
Uppskalning minskar den optiska upplösningen
Det finns flera sätt att interpolera en bild. Den mest grundläggande kallas ”närmaste granne”-interpolation. För att utföra denna process lägger en algoritm till ett nät av ”tomma” pixlar till en bild och gissar sedan vilket färgvärde varje tom pixel ska ha genom att titta på dess fyra angränsande pixlar.
Till exempel kommer en tom pixel omgiven av vita pixlar att bli vit; medan en tom pixel omgiven av vita och blå pixlar kan bli ljusblå. Det är en enkel process, men den lämnar många digitala artefakter, oskärpa och ojämna konturer i en bild. Interpolerade bilder har med andra ord en dålig optisk upplösning.
Vänster: Oredigerad bild. Höger: Efter närmaste granne interpolation.
Jämför dessa två bilder. Den till vänster är oredigerad, och den till höger är offer för den närmaste granne-interpolationsprocessen. Bilden till höger ser hemsk ut, även om den har samma fysiska upplösning som den till vänster. Detta händer i liten skala varje gång din 4K-TV använder närmaste granne-interpolation för att skala upp en bild.
”Vänta lite”, kanske du säger. ”Min nya 4K-TV ser inte ut så här!” Tja, det beror på att den inte helt förlitar sig på interpolering av närmaste granne – den använder en blandning av metoder för att uppskala bilder.
Uppskalning försöker också hantera optisk upplösning
Okej, så närmaste granne-interpolation är felaktig. Det är en brute-force-metod för att öka en bilds upplösning som inte tar hänsyn till optisk upplösning. Det är därför TV-apparater använder två andra former av interpolation vid sidan av närmaste granne-interpolation. Dessa kallas bikubisk (utjämnande) interpolation och bilinjär (skärpning) interpolation.
Vänster: Ett exempel på bilinjär interpolation. Höger: Ett exempel på bikubisk interpolation.
Med bikubisk (utjämnande) interpolation ser varje pixel som läggs till en bild ut till sina 16 närliggande pixlar för att få en färg. Detta resulterar i en bild som är avgjort ”mjuk”. Å andra sidan ser bilinjär (skärpning) interpolation bara ut till sina närmaste två grannar 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.
Naturligtvis är interpolation fortfarande en gissningslek. Även med korrekt interpolation kan en del video ta på sig ”spökbilder” efter att ha uppskalats – speciellt om din billiga TV suger på uppskalning. Dessa artefakter blir också mer uppenbara när bilder av superlåg kvalitet (720p och lägre) skalas upp till 4K-upplösning, eller när bilder skalas upp på vansinnigt stora TV-apparater med låg pixeltäthet.
Bilden ovan är inte ett exempel på uppskalning från en TV. Istället är det ett exempel på den uppskalning som gjorts för Buffy The Vampire Slayer HD DVD-releasen (tagen från en videouppsats av Nördens passion). Det är ett bra (om än extremt) exempel på hur dålig interpolering kan förstöra en bild. Nej, Nicholas Brendon har inte på sig något vaxartat vampyrsmink, det var bara vad som hände med hans ansikte under uppskalningsprocessen.
Medan alla TV-apparater erbjuder uppskalning, kan vissa ha bättre uppskalningsalgoritmer än andra, vilket resulterar i en bättre bild.
Uppskalning är nödvändig och märks sällan
Även med alla dess fel är uppskalning en bra sak. Det är en process som vanligtvis går utan problem och gör att du kan titta på en mängd olika videoformat på samma TV. Är det perfekt? Självklart inte. Det är därför som vissa film- och videospelpurister föredrar att njuta av gammal konst på sitt avsedda medium: gammaldags TV-apparater. Men just nu är uppskalning inte något att bli alltför upphetsad över. Det är inte heller något att bli för upprörd över.
Det är värt att nämna att videoformaten 8K, 10K och 16K redan stöds av en del av hårdvaran vi använder varje dag. Om uppskalningstekniken inte kan komma ikapp med dessa högupplösta format, finns det en chans att det kommer att resultera i en mycket större kvalitetsförlust än vad vi är vana vid.
Eftersom tillverkare och streamingtjänster fortfarande drar sina fötter mot 4K, kanske vi inte borde oroa oss för 8K ännu.