La compresión: la variable que no debemos olvidar en la UHD

في هذا المنبر ، خوسيه مانويل مينينديز ، الأستاذ في جامعة البوليتكنيك في مدريد ومدير RTVE - كرسي UPM، يعكس مفهومي التعريف والاستبانة ويربطهما بمفهوم "الضغط"، وهو مفهوم يجب معالجته بعناية خاصة من أجل تحديد مستقبل DTT المبني على DVB-T2 وقدرات UHD.

هناك نقاش مفتوح داخل قطاع الإنتاج محتوى تلفزيوني حول ما إذا كان منطقيا البث على DTT اشارات UHD بدقة أعلى من 1080 خط HD أم لا. حول ما إذا كنا قادرين على تقدير الفرق بين نوعي الإشارات على الشاشات في غرفة المعيشة الخاصة بنا ، مع مراعاة أبعاد الشاشة ومسافة المشاهدة من الأريكة.

اسمحوا لي أن أضيف متغير مهم جدا في هذا النقاش: ليس فقط القرار مهم ليكون لديه إحساس أكبر ب تعريف (انظر عمودي السابق [1]); كما أنه مهم ، والكثير ، المستوى الذي نضغط به الإشارة، لأنه إذا كان الضغط مفرطا ، فإننا نفقد التعريف. دعونا نتذكر أنه مع الإشارة الرقمية ، يكون التعريف هو دقة التفاصيل التي يتم بها إعادة إنتاج الصورة وبالتالي ، فإن شعورنا الذاتي ب جودة في التأمل في المشهد.

التعريف مقابل الدقة

لقد بدأت دائما دوراتي على الإشارات التلفزيونية من خلال الحديث عن النظام البصري البشري. إنه منطقي: كل إشارة فيديو يتم إنتاجها مخصصة للإنسان ليراها (حقيقة أن حيواننا الأليف يراها قصصية). لذلك ، نحتاج إلى معرفة كيف ترى أعيننا من أجل تحسين ما نقدمه لها. وبهذا المعنى ، بدأنا دائما من حقيقة أن أعيننا لديها حدة بصرية تقريبية دقيقة واحدة من القوس (0^أو 1 ́ 0 "). مع هذا ، اقترحنا دائما الحد الأدنى من المسافات الموصى بها على الشاشة حتى لا نميز وحدات البكسل المختلفة بشكل فردي ، وعدم الشعور بالمنقط.

كل إشارة الفيديو يتم إنتاجه مخصص ل بشري يراه (حقيقة أنه ، بالإضافة إلى ذلك ، يرى حيواننا الأليف أنه قصصي). لذلك ، نحن بحاجة إلى معرفة كيف ترى أعيننا من أجل تحسين ما نقدمه لك.

في الفحوصات الأخيرة التي أجريتها مع أخصائي البصريات لتصحيح قصر النظر ، كنت محظوظا لتحقيق ذلك حدة البصر 1.2، بينما يخبرني الأصدقاء والعائلة من حولي أن البعض يتفوق علي ، والبعض الآخر يصل إلى 0.8 أو 0.9. وماذا يعني هذا؟ حسنا ، بسيط: هذا ليس لدينا جميعا نفس القدرة البصرية، من بين أسباب أخرى بسبب الاختلاف في كثافة المخاريط في النقرة (منطقة شبكية العين التي تسمح لنا بالرؤية بالتفصيل). جعلني هذا أشعر بالفضول ، وشجعني على النظر إلى البيانات والقيام ببعض العمليات الحسابية. تقريبا [2] يبلغ متوسط النقرة حوالي 147,000 مخروط / مم²، على الرغم من أنه ليس من غير المألوف العثور على أشخاص لديهم 100,000 مخروط / مم² وأقل ، أو مع أكثر من 324,000 مخروط / مم². ربما يكون هذا أحد الأسباب التي من شأنها أن تبرر الاختلاف في حدة البصر بين الناس. ثم دقيقة القوس التي استخدمناها طوال حياتنا للمسافات الموصى بها على الشاشة؟ حسنا ، إنه يأتي من النظر في المتوسط الإحصائي البالغ 147,000 مخروط / مم². ولكن إذا أخذنا في الاعتبار نطاق الكثافات من 100,000 إلى 324,000 مخروط / مم²، ستنتقل حدة البصر من 0⁰ 0́ 42.38 بوصة عند 0⁰ 1 ́ 2.92 بوصة. وهذا يعني أن لا نرى جميعا نفس الشيء. مع هذه الفرضية ، قمت ببعض العمليات الحسابية مع إشارات تلفزيونية 1080 و 2160 خطية (HD و UHD) لرؤية تأثيره على الشاشات ذات الأحجام المختلفة (بالبوصة ["] من قطره) ، والرسم البياني الناتج هو كما يلي:

يظهر الرسم البياني النتائج مع الخط المتقطع لشاشات دقة عالية الوضوح بالكامل تبلغ 1080، وفي خط مستمر لخطوط UHD 2160. القيم المقابلة لمتوسط 147,000 مخاريط / مم² تم تمييزها بخط أكثر سمكا لكل من HD و UHD. تتوافق الخطوط المختلفة مع كثافات مختلفة من المخاريط في النقرة. المحور X مخصص لأحجام الشاشة (بالبوصة) ، والمحور Y مخصص ل المسافات الدنيا الموصى بها إلى الشاشة حتى لا تميز كل بكسل. لذلك ، بالنسبة لحجم شاشة معين ، يجب أن نكون فوق المسافة من التلفزيون للحصول على أقصى أداء في دقة التلفزيون.

لقد حاولت البحث عن إحصائيات حول المسافة المعتادة لمشاهدة التلفزيون في غرفة المعيشة ، لكنني أعترف أنني لم أجد الكثير. سامسونج يقول [3] في "هدراسة توصيات الاطلاع على قطاع الاتصالات الراديوية لأجهزة Samsung Electronics" (دراسة سنكون ممتنين جميعا إذا كان بإمكانك مشاركتها على النقيض من المصدر) أن 87٪ من الأسر لديها أكثر من 1.6 متر من المسافة من التلفزيون. لقد قمت بقياس الشخص الذي لدي ، وقدرت ذلك لبعض الأصدقاء والأقارب (ليست خطة للذهاب عبر المنازل بمتر ...) ، وقمت بتمييز شريط أخضر على الرسم البياني بين 1.5 و 3 م والتي أعتقد أنها تغطي الغالبية العظمى مما رأيته.

غرفة المعيشة، HD و UHD

من الرسم البياني ، يمكن ملاحظة أنه مع شاشات الدقة عالية الدقة ، ومع مسافات المشاهدة المميزة بالشريط الأخضر ، هناك المواقف غير المناسبة جدا. ومع ذلك ، مع الشاشات UHD إذا كنا نلبي المتطلبات، والاستفادة القصوى من الدقة المعروضة.

أعتقد أنه من المهم أن نواصل جميعا العمل من أجل تحسين بث الإشارة في DTT كلاهما في قياس الألوان و النطاق الديناميكي كما هو الحال في دقة.

في حالتي ، يتم الامتثال لتقييد المسافة في غرفة المعيشة (وهو ما أقدره حتى لا أضطر إلى ضرب بقية أفراد الأسرة لإعادة تكوين غرفة المعيشة) ، وأعترف أنني أحد المحظوظين الذين بدأوا في الرؤية المسلسلات والأفلام والرياضة بدقة UHD مع HDR، وألاحظ الاختلاف في التعريف (مستوى التفاصيل في الصورة) عند الانتقال من HD إلى UHD، وأنا ألاحظ التحسن الكبير جدا في قياس الألوان واللمعان في UHD مقارنة ب HD. في كرة القدم ، على وجه الخصوص ، حيث تكون الألوان عادة مشبعة جدا ، في UHD تبدو طبيعية بينما ، في بعض الأحيان ، تبدو غريبة جدا و "فطيرة".

لذلك ، أعتقد أنه من المهم أن نواصل جميعا العمل من أجل تحسين بث الإشارة في DTT كلاهما في قياس الألوان و النطاق الديناميكي كما هو الحال في دقة. ليس هناك شك أنه من المستحسن تكييف حجم الشاشة مع أبعاد غرفتنا ومسافة المشاهدة ، لكني أوصي بشدة باختيار البحث عنها تكوينات حيث أقصى استخدام ل UHD، ليس فقط في قياس الألوان والسطوع ، ولكن أيضا في الدقة.

التعريف مقابل مستوى الضغط

في عام 2010 ، قمنا بإيقاف تشغيل التناظرية في DTT في إسبانيا ، مما يعني أن أجزاء 8 ميغاهيرتز التي تم استخدامها لبث كل قناة من تلفزيون تناظري الآن أصبحوا "متعدد(MUX) النقل 19.91 ميجابت / ثانية، حيث يتم بثها حاليا 4 قنوات تلفزيونية مع الدقة هد.

قناة واحدة تنسيق HD 1080i25 (أي 1080 خطا مرئيا، يتم بثها بنسق متشابك بمعدل 25 إطارا/ثانية) مثل تلك التي تبث إلينا في DTT تتطلب عادة دون أي ضغط، 1,485 جيجابت/ثانية على واجهة SDI المستخدمة في الإنتاج. Si le quitamos la información de sincronismos, la señal de vídeo (sin contar el audio) se queda en algo más de 830 Mbit/seg (por dar una cifra de referencia). Dado que se están emitiendo cuatro (4) canales en cada MUX, cada uno en el rango de 3 a 5 Mbit/seg, eso implica que se está aplicando una compresión entre 300:1 y 500:1, es decir, muy alta. Para realizar esta compresión, se utilizan algoritmos propuestos en normas internacionales, (AVC, HEVC, VVC, etc.) que eliminan redundancia (lo que se repite en la señal) espacial (en una misma imagen) y temporal (entre imágenes) con técnicas de estimación y compensación de movimiento y complejas transformaciones matemáticas, amén de otras operaciones.

Cuanto المزيد من الضغط, أردأ سيكون تقريب أننا نحقق الإشارة الأصلية.

هذا يحقق عرض معلومات الفيديو مع عدد أقل من البتات. يمكن تحقيق ضغط بدون فقدان ، أي استعادة الإشارة الأصلية بكل تعريفها من الإشارة المضغوطة ، ولكن على حساب تحقيق ضغط منخفض جدا ، حوالي 3: 1 على الأقصى بالنسبة للضغطات الأعلى ، من الضروري اختيار الضغط المفقود ، أي أنه لا يمكن استعادة الإشارة الأصلية ، ولكن تقريبها لها. كلما تم ضغطه ، كلما كان النهج الذي سنحققه أسوأ للإشارة الأصلية.

La siguiente figura muestra un cuadro de una señal de vídeo (cortesía de la EBU), en versión original arriba, y con mayor grado de compresión abajo. Como se puede observar, cuanto más se comprime la señal peor definición se observa en la misma: los colores se empastan, se pierde nitidez, aparecen incluso pixelados, y la finura de detalle con que se perfilan los elementos de la escena se deterioran. En pocas palabras, se pierde تعريف.

La migración a DVB-T2 y a UHD

Recientemente he sido invitado, como director de la Cátedra RTVE en la UPM, a una reunión en Ametic para hablar sobre el posible desarrollo de un nuevo plan técnico de la DTT (PT DTT) الذي يأخذ في الاعتبار الانتقال، بطريقة ما ومع المراحل ذات الصلة، من تقنية التشكيل الحالية DVB-T إلى تطورها الأكثر كفاءة، DVB-T2، ومن الانتقال من إشارات HD إلى UHD. إن الانتقال إلى DVB-T2 ، في رأيي ، خطوة ضرورية للغاية إذا أردنا تبرير أن إسبانيا تستخدم تقنيات فعالة (طيفية وحيوية) لبث DTT ، والتطور إلى UHD هو شيء يحدث بالفعل ، سواء في بلدنا أو في بلدان أخرى ، لذلك نحن بحاجة إلى الإطار التنظيمي لتحديد آليات تنفيذ هذا الانتقال.

انتقل من 4 قنوات عالية الدقة مشفرة في افك للآخرين 4 قنوات UHD مشفرة في HEVC يمكن أن تتطلب (مع العديد من الفروق الدقيقة) 2 أضعاف سعة MUX الحالية من أجل الحفاظ على الجودة المرئية من القنوات عالية الدقة.

قبل بضع سنوات ، في إطار أنشطة رئيس RTVE في UPM ، سيلنيكس (عضو اللجنة الاستشارية للرئيس) أجرى دراسة لتحديد أفضل تشكيلة يمكن أن تكون في إسبانيا، مع البنية التحتية الحالية للشبكة، للانتقال إليها DVB-T2. تم تسليم هذه الدراسة إلى وزير الخارجية المسؤول عن إدارة الطيف الراديوي ، وتم تقديمها علنا في عام 2018 في حدث قمة 4K. ويبدو أن استنتاجات الدراسة قيد النظر الآن، مما يعني ضمنا زيادة سعة كل MUX بنسبة 68٪، الانتقال من 19.91 ميجابت/ثانية إلى السعات التي تزيد عن 33 ميجابت/ثانية.

صنع شخصيات مستديرة كبيرة حاليا لدينا 4 قنوات عالية الدقة في كل MUX. إشارة UHD أكبر 4 مرات من إشارة HD. عادة ما يتم ترميز إشارة HD باستخدام AVC ، وإشارة UHD مع HEVC ، والتي من المفترض أن تكون أكثر كفاءة مرتين من AVC. مع هذا ، بأعداد كبيرة ، إن بث قناة UHD يعني ضعف معدل البتات لقناة عالية الدقة (todo esto con matices, dado que depende del contenido de la señal, HEVC no siempre es el doble de eficiente que HD, un canal UHD no siempre requiere 4 veces la velocidad binaria que otro HD usando el mismo codificador, etc.). Retomando las grandes cifras redondas, pasar de 4 canales HD codificados en AVC a otros 4 canales UHD codificados en HEVC podría llegar a requerir (con muchos matices) 2 أضعاف سعة MUX الحالية para mantener la calidad visual actual de los canales HD. Y la migración a DVB-T2 proporcionaría un incremento inferior al 70% de la capacidad actual, no se duplicaría.

Los riesgos de la compresión en la nueva etapa de la TDT

Es cierto que la eficiencia de un codificador suele mejorar con el paso del tiempo. El fabricante va consiguiendo, con trabajo y tiempo, incorporar más funciones de las definidas en el estándar y que funcionen en tiempo real, restricción siempre presente y que limita lo que se puede incluir en las primeras implementaciones o generaciones de los codificadores. Esto, evidentemente, corre a favor de un uso cada vez más eficiente de la capacidad de los MUX, y de lo que se puede incluir en ellos. Además, también contamos con multiplexación estadística, que intenta aprovechar al máximo la capacidad del MUX dando más capacidad a canales que lo requieren por el contenido de la señal a base de recortar en los otros canales del MUX cuyo contenido demanda menos bits, o a los que se les da menos prioridad.

Me preocupa, y mucho, el mensaje que se lance públicamente si se aplican severas ratios de compresión sobre las señales UHD en las primeras etapas de transición de un nuevo PT TDT.

No obstante, me preocupa, y mucho, el mensaje que se lance públicamente si se aplican severas ratios de compresión sobre las señales UHD en las primeras etapas de transición de un nuevo PT TDT. Especialmente, por el mensaje que se puede trasladar a la población de que “realmente no se aprecia mejoría en relación con la HD”, cuando lo cierto es que tal vez no se esté tratando a la señal como realmente se debería.

Por ello, permitidme esta tribuna para solicitar que, entre todos, consigamos hacer un proceso de transición, del tiempo que sea necesario, en el nuevo escenario del PT TDT, que sea respetuoso con la señal, y muestre realmente todas las posibilidades que podemos disfrutar en nuestros hogares con la señal UHD. Recordemos siempre que la تعريف en la imagen no es sólo una cuestión de resolución.

[1] https://www.panoramaaudiovisual.com/2021/11/09/no-confundamos-resolucion-definicion-senal-uhd/ 
[2] A. Shroff. “An Eye on Numbers: A Ready Reckoner in Ophthalmology”. Postscript Media Pvt. ISBN 978-81-921123-1-2. 2011. 
[3] https://news.samsung.com/es/el-tamano-importa-7-de-cada-10-espanoles-compraria-un-televisor-mas-grande