Εισαγωγή στην τεχνολογία 4K

Featured | Στην αρχή ήταν το High Definition, στη συνέχεια το 3D και τώρα το 4Κ. O λόγος για την εξέλιξη που γνωρίζει η τεχνολογία της απεικόνισης τα τελευταία χρόνια, τεχνολογία που -αν μη τι άλλο- μας κρατά σε συνεχή εγρήγορση, προσφέροντάς μας νέες εμπειρίες και καλύτερη ποιότητα.

Με δύο λόγια μπορούμε να πούμε ότι ως 4Κ θεωρείται το φορμά εικόνας, που διαθέτει τετραπλάσια ανάλυση από το σημερινό Full HD 1080p, το οποίο τόσο καλά γνωρίζουμε. Στην πραγματικότητα ως 4K είναι ένα σύνολο παραμέτρων που απαρτίζουν το – υπό διαδικασία τυποποίησης ακόμη– φορμά, παράμετροι που κινούνται πολύ πιο μακριά από μία απλή επαύξηση της ανάλυσης της εικόνας, όπως αρκετοί νομίζουν. Πριν φτάσουμε όμως να μιλήσουμε διεξοδικότερα για το 4Κ format, ας δούμε ποια είναι και πώς εξηγούνται τα οφέλη αυτά, ξεκινώντας από την αρχή, τη φυσιολογία της ανθρώπινης όρασης.

Οπτική Οξύτητα και Υπεροξύτητα

Ως γνωστόν, το ανθρώπινο μάτι δεν παρουσιάζει την ίδια ευαισθησία σε κάθε σημείο του αμφιβληστροειδούς. Στο κέντρο του αμφιβληστροειδούς η οπτική οξύτητα είναι υψηλή, ενώ όσο κινούμαστε προς την περιφέρεια η οπτική οξύτητα μειώνεται. Σύμφωνα με το σύστημα Snellen, το οποίο περιλαμβάνει το γνωστό σύστημα μέτρησης της όρασης, που γνωρίζουμε από τον οφθαλμίατρό μας, η διακριτική ικανότητα του ματιού στο κέντρο του αμφιβληστροειδούς ισούται με το 1/60 της μοίρας ενός κύκλου. Το αποτέλεσμα της οπτικής υπεροξύτητας υπερβαίνει το τυπικό όριο της δειγματοληψίας του ανθρώπινου ματιού και είναι αποτέλεσμα της κίνησής του, αλλά και της επεξεργασίας που γίνεται από τον εγκέφαλο, ο οποίος χρησιμοποιεί την οπτική πληροφορία για να ανα-συνθέσει την πραγματικότητα. (Η «υπεροξύτητα» δεν είναι ταυτόσημη έννοια με την «υπερανάλυση», αλλά έχει μόνο μικρή σχέση με αυτήν). Εξάλλου, η πυκνότητα της πληροφορίας που υπάρχει σε ένα display 4Κ, το μεγαλύτερο μέγεθος που μπορεί να έχει, αλλά και η κοντινότερη απόσταση από την οποία μπορούμε να το παρακολουθήσουμε, συμβάλλουν στην περισσότερο ενεργή συμμετοχή της περιφερειακής όρασης στην τελική εικόνα που δημιουργεί ο εγκέφαλός μας. Τα χαρακτηριστικά αυτά, τα οποία εμπεριέχονται στο 4Κ format και στα display που το υποστηρίζουν, οδηγούν τον παρατηρητή (τον εγκέφαλό του) να σχηματίσει την εντύπωση ότι αυτό που παρακολουθεί είναι πραγματικότητα. Με άλλα λόγια κάποιος που βλέπει ένα Ultra HD display από τη σωστή απόσταση είναι σαν να κοιτάει μέσα από ένα «παράθυρο» και να έχει την αίσθηση ότι «είναι εκεί».

{gallery}588_1{/gallery}

Η διαδικασία της τυποποίησης του 4K

Η διαδικασία για την απόφαση ποια θα είναι με ακρίβεια τα τεχνικά χαρακτηριστικά του 4K δεν είναι απλή υπόθεση. Θα πρέπει να ληφθεί μία απόφαση για το framerate. Θα αρκεστούμε στα 30p; Θα υπάρχει πεπλεγμένη σάρωση; Με το χρώμα τι θα γίνει; Θα συνεχίσουμε να παρακολουθούμε το ίδιο χρωματικό διάστημα, όπως στο High Definition; Οι τηλεοράσεις μας θα έχουν τον ίδιο λόγο πλευρών; Η απάντηση σε όλα τα παραπάνω είναι μία συμφέρουσα οικονομικά χρυσή τομή μεταξύ κόστους εξέλιξης και κόστους κατασκευής του σχετικού hardware, λαμβάνοντας υπόψη, φυσικά, το τι είναι σε θέση να υποστηρίξει ο καταναλωτής σήμερα. Στo standardization συμμετέχουν πολλοί διεθνείς οργανισμοί και ομάδες εργασίας, όπως οι ITU, SMPTE, CEA, EBU, DVB (DVB CM UHDTV), MPEG. Η εκκίνηση της διαδικασίας έγινε πριν από μερικά χρόνια από την ΝΗΚ (η ιαπωνική ΕΡΤ).

Οι προδιαγραφές του 4K

Σύμφωνα λοιπόν με την πρόταση του ITU-R το πρόγραμμα για την UHDTV περιλαμβάνει δύο χαρακτηριστικά ανάλυσης της εικόνας, ήτοι 7680x4320pixels και 3840x2160pixels, με το σχήμα των εικονοστοιχείων να ορίζεται ως τετράγωνο. To pixel address σε κάθε γραμμή είναι από αριστερά προς τα δεξιά και οι σειρές αριθμούνται από πάνω προς τα κάτω. Σε ό,τι αφορά τα χαρακτηριστικά του χρονισμού τα διαθέσιμα frame-rate είναι 120, 60, 60/1,001, 50, 30, 30/1,001, 25, 24, 24/1,001, ενώ η σάρωση μπορεί να είναι μόνο προοδευτική. Για τη βασική οικιακή χρήση προορίζεται το σύστημα με ανάλυση 3840×2160. Σε ό,τι αφορά το χρώμα, λευκό παραμένει το D65, όπως και στο High Definition, δεν ισχύει όμως το ίδιο με το χρωματικό διάστημα. Το χρωματικό διάστημα που υιοθετείται είναι κατά πολύ ευρύτερο του sRGB και αγγίζει σχεδόν τα όρια του ορατού από το ανθρώπινο μάτι φάσματος. Στον πίνακα που συνοδεύει το κείμενο μπορείτε να δείτε την κάλυψη του χρωματικού προφίλ για το 4Κ στο CIE Chart. To format υποστηρίζει βάθος επεξεργασίας 10bit και 12bit.

Ο νέος codec HEVC

Με τις αλλαγές αυτές είναι επόμενο ότι η μέχρι τώρα κωδικοποίηση που χρησιμοποιείται για τα σήματα High Definition δεν είναι αρκετή. Για την ακρίβεια, το H.264/MPEG-4 AVC δεν είναι πλέον αρκούντως αποδοτικό για να κωδικοποιήσει τα σήματα UHD. Για να εξυπηρετηθούν οι ανάγκες κωδικοποίησης σημαντικά μεγαλύτερου όγκου πληροφορίας, αναπτύχθηκε ένας νέος codec, ο διάδοχος του H.264, o HEVC/H.265. Η νέα συμπίεση που χρησιμοποιείται, έχει διπλάσια αποδοτικότητα σε σχέση με τον προκάτοχό του. Αυτό σημαίνει ότι για την ίδια ποιότητα εικόνας ο HEVC χρησιμοποιεί σχεδόν το μισό bitrate σε σχέση με τον H.264 ή διπλάσια ποιότητα εικόνας, αν διατηρηθεί το bitrate στα ίδια επίπεδα. Ο νέος codec, ο οποίος υποστηρίζει ανάλυση 8K, χρησιμοποιεί μεγαλύτερα block εικόνας, μέχρι 64x64pixels (αντί 16×16 του AVC), καλύτερη υποκατηγοριοποίηση της εικόνας σε μεταβλητού μεγέθους περιοχές με quad-free partitioning (αντί των συμμετρικών του AVC), αλλά και 35 intra modes. Σημαντικό χαρακτηριστικό του codec είναι η δυνατότητά του να επεξεργάζεται τις εικόνες στην είσοδό του με ανάλυση μεγαλύτερη από αυτήν της ίδιας της εικόνας. Έτσι, η εσωτερική ανάλυση του codec μπορεί να είναι έως 14bit. Αναβαθμισμένος είναι ο νέος codec στην προσαρμογή του στην κίνηση που απεικονίζεται. Τέλος, σύντομα αναμένεται να ανακοινωθεί το σχετικό update για το streaming περιεχομένου 4K με container τον HEVC. Να τονίσουμε ότι οι προδιαγραφές που αναφέρουμε εδώ, δεν είναι οι τελικές και είναι πιθανό να υπάρξουν διαφοροποιήσεις στην τελική έκδοση του codec.

Μετάδοση και Αποθήκευση

Σε ό,τι αφορά τη μετάδοση, το HDMI 1.4b δεν υποστηρίζει το σύνολο των αναβαθμίσεων που προτείνονται με το 4K, καθώς το bandwidth περιορίζεται στα 4096×2160@30fps. Για το λόγο αυτό στη CES 2013 τέθηκε το ζήτημα για την ανάπτυξη του HDMI 2.0, το οποίο θα αντικαταστήσει σύντομα το 1.4. έτσι ώστε να υποστηρίζεται ανάλυση τουλάχιστο 3840x2160p σε framerate από 23,97 έως 60fps. Υπό συζήτηση είναι η ενσωμάτωση του High Frame Rate 3D (4096×2160@48fps x2).

Περί ονοματοδοσίας

Σκόπιμο είναι κλείνοντας να κάνουμε μία σύντομη αναφορά στη διαρκώς επιτεινόμενη σύγχυση σχετικά με τις ονομασίες 4Κ, 8Κ και UHD. Η ονοματοδοσία του νέου φορμά και των κατηγοριών του ακολουθεί διαφορετική μέθοδο από ό,τι γνωρίζαμε μέχρι σήμερα. Έτσι, η ανάλυση και τα πάνελ 3840×2160 ονομάζονται 4Κ, ενώ εκείνα με ανάλυση 7680×4320 ονομάζονται 8Κ. Tα αντίστοιχα ονόματα προέρχονται από τον αριθμό (τάξη μεγέθους) των οριζοντίων pixel, που διαθέτει η εικόνα. Όπως γίνεται κατανοητό, η άποψη που επικρατεί ότι τα 4Κ και 8Κ αφορούν το συνολικό αριθμό των pixel της εικόνας, δεν ισχύει σε καμία περίπτωση. Δεν πρόκειται περί λάθους των κατασκευαστών, αλλά για λάθος των ειδικών και μη, που την αναφέρουν. Ο λόγος είναι απλός. Ένα πάνελ 4Κ φιλοξενεί 8,29Mpixel, ενώ ένα 8K 33,17Mpixel. Πρόκειται δηλαδή για εκατομμύρια εικονοστοιχεία και όχι για χιλιάδες.

{gallery}588_2{/gallery}

Πρωτοβουλίες, μεταδόσεις και δοκιμές σε 4Κ

Η πρώτη δορυφορική μετάδοση σε ανάλυση 4Κ πραγματοποιήθηκε από τη SES στις αρχές Σεπτεμβρίου του 2012, από το δορυφόρο Astra 2Β – 28,2Ε και τη συχνότητα 12.441V, 29.500. Η δοκιμή αυτή, που περιελάμβανε ένα μικρό επαναλαμβανόμενο trailer, δεν ανακοινώθηκε ποτέ επίσημα από τη SES. Σχεδόν ταυτόχρονα και με αφορμή τη διεθνή έκθεση IBC, που πραγματοποιήθηκε στο Άμστερνταμ, ξεκίνησε μία δοκιμαστική εκπομπή από τη συχνότητα 12.402V, 30.000 του δορυφόρου Astra 3B. Η δεύτερη αυτή δοκιμή πραγματοποιήθηκε σε συνεργασία με τη Sony μέσω ενός προστατευμένου καναλιού εκπομπής, που μεταδιδόταν από την έδρα της SES στο Λουξεμβούργο. Η αναπαραγωγή του περιεχομένου 4Κ γινόταν σε μορφή Quad Full HD σε πρότυπο συμπίεσης βίντεο H.264 με bitrate που έφτανε τα 50Mbps και η αναπαραγωγή του γινόταν σε τηλεόραση Sony Bravia 84 ιντσών με ανάλυση 3840Χ2160.

Η SES έχει ανακοινώσει τη δημιουργία ενός μόνιμου καναλιού για τις δοκιμαστικές εκπομπές 4Κ μέσα στο 2013, ενώ πρόσφατα στη MIPTV, τη μεγαλύτερη παγκόσμια αγορά τηλεοπτικών παραγωγών, που πραγματοποιήθηκε στις Κάννες στις αρχές Απριλίου, λανσάρισε την πρωτοβουλία «SES Ultra HD Experience» με σκοπό τη συγκέντρωση υλικού γυρισμένου σε 4Κ από διάφορους τηλεοπτικούς οργανισμούς και παραγωγούς για τη δοκιμαστική προβολή του μέσω των δορυφόρων της.

Ενθουσιασμός του Sky Deutschland για την Ultra HD

Ένας από τους πρώτους τηλεοπτικούς οργανισμούς, που εκδήλωσε έντονο ενδιαφέρον και ενθουσιασμό για την Ultra HD ήταν ο γερμανικός Sky. Η πρώτη του επίσημη επαφή με τη νέα τεχνολογία έγινε στις αρχές Δεκεμβρίου του 2012, όταν μαγνητοσκόπησε σε ανάλυση 4Κ το κορυφαίο παιχνίδι της αγωνιστικής της Bundesliga μεταξύ της Μπορούσια Ντόρτμουντ και της Μπάγερν Μονάχου. Σύμφωνα με πρόσφατη δήλωση εκπροσώπου της συνδρομητικής πλατφόρμας, τα μισά από τα 65 κανάλια HD του Sky θα μπορούσαν να προβάλλουν περιεχόμενο 4Κ μέσα σε πέντε χρόνια, από τη στιγμή που πρόκειται να ξεκινήσουν οι εκπομπές του πρώτου εξειδικευμένου καναλιού Ultra HDTV.

H Eutelsat λανσάρει το πρώτο εξειδικευμένο κανάλι Ultra HD

Στις 8 Ιανουαρίου του 2013 ξεκίνησαν οι εκπομπές του πρώτου εξειδικευμένου καναλιού 4Κ από την Eutelsat, σε συνεργασία με την AΤΕΜΕ, με μόνιμη εκπομπή από τη συχνότητα 11.304Η, 27.500, 2/3, DVB-S2/8PSK του Eutelsat 10A. H Eutelsat επέλεξε μία πρωτότυπη και έξυπνη μέθοδο μετάδοσης, την Quad HD stream, δηλαδή την ταυτόχρονη εκπομπή τεσσάρων stream που χωρίζουν την εικόνα σε τέσσερα τεταρτημόρια ανάλυσης 1920Χ1080p50 (προοδευτική σάρωση 50 πεδίων ανά δευτερόλεπτο, με κωδικοποίηση βίντεο MPEG-4/H.264), τα οποία εμφανίζονται στη σάρωση της συχνότητας με ονομασίες TOP_LEFT (άνω αριστερή γωνία), ΤOP_RIGHT (άνω δεξιά γωνία), BOT_LEFT (κάτω αριστερή γωνία) και BOT_RIGHT (κάτω δεξιά γωνία). Το κανάλι ήχου μεταδίδεται μαζί με το stream του TOP_LEFT. Αυτός ο τρόπος εκπομπής παρουσιάζει το πλεονέκτημα ότι είναι εφικτή η λήψη και αναπαραγωγή των τεσσάρων stream ως τεσσάρων απλών καναλιών από αρκετούς δέκτες HD της αγοράς, που υποστηρίζουν λήψη και αναπαραγωγή περιεχομένου 1080p50. Ταυτόχρονα, χωρίς τη χρήση εξειδικευμένων επαγγελματικών λύσεων, είναι αδύνατη η λήψη και ταυτόχρονη αναπαραγωγή από έναν δέκτη και μόνο των τεσσάρων stream, έτσι ώστε να έχουμε την πλήρη αίσθηση της εικόνας 4Κ.

{gallery}588_3{/gallery}

Πρώτες δοκιμές Ultra HDTV στον Hispasat

Στις αρχές Μαρτίου έκανε τα πρώτα της βήματα προς την Ultra HDTV (4Κ) και η ισπανική Hispasat με δοκιμαστική εκπομπή στη συχνότητα 10.810Η, 29.990, 3/4, DVB-S2/8PSK του Hispasat 1E – 30W, με αφορμή την έναρξη του συνεδρίου World Mobile Congress στη Βαρκελώνη. Σε αντίθεση με την αντίστοιχη δοκιμαστική εκπομπή της Eutelsat, που χρησιμοποιεί 4 stream ανάλυσης 1080p για να συνθέσει μία εικόνα 4K (3840×2160), η ελεύθερης λήψης δοκιμαστική εκπομπή στον Hispasat γίνεται με ένα stream ανάλυσης 4K με κωδικοποίηση βίντεο σε MPEG-4 AVC (H.264). Αυτό σημαίνει, ότι δεν είναι δυνατή η αναπαραγωγή του βίντεο (μόνο του ήχου) στους σημερινούς δέκτες της αγοράς, αφού δεν υποστηρίζουν αυτήν την ανάλυση. Υπάρχει δυνατότητα αναπαραγωγής του stream από υπολογιστή με λήψη του σήματος από κάρτα DVB και με τη βοήθεια προγραμμάτων, όπως το DVBViewer Pro με κατάλληλο video decoder (μία καλή επιλογή είναι ο LAV) ή με streaming στο VLC. Και στις δύο περιπτώσεις (ειδικά με το VLC) απαιτείται ισχυρός υπολογιστής με σύγχρονη κάρτα γραφικών, για να είναι ομαλή η αναπαραγωγή. Η δοκιμαστική εκπομπή αποτελείται από ένα μικρό βίντεο κλιπ γυρισμένο στη Βαρκελώνη με σκηνές από την πόλη και την παραλία.

Επερχόμενες εξελίξεις

Υπάρχουν διάφορες προβλέψεις των ειδικών του τηλεοπτικού και δορυφορικού τομέα για το μέλλον της Ultra HD και το ξεκίνημά της. Οι αρχικές προβλέψεις λένε ότι το πρώτο μεγάλο βήμα θα πραγματοποιηθεί το 2015 ή το 2016 με τους Ολυμπιακούς Αγώνες του Ρίο, σε συνδυασμό με την ωρίμανση της κωδικοποίησης βίντεο HEVC και με την ενσωμάτωσή της σε τηλεοπτικές συσκευές, ανεξάρτητους δέκτες, ακόμα και smartphone, αλλά και με την αναγκαία πτώση των τιμών των τηλεοπτικών συσκευών, που υποστηρίζουν την ανάλυση 4Κ. Οι περισσότεροι συμφωνούν όμως, ότι για να γίνει mainstream η 4Κ, θα χρειαστεί μία πενταετία από το λανσάρισμα των πρώτων καναλιών. Υπάρχει και η απαισιόδοξη άποψη, που εκφράστηκε από τον Zitter, ειδικό σε τεχνολογικά θέματα της HBO, ότι η 4Κ δεν πρόκειται να πιάσει στην αγορά, αφού λίγοι μπορούν να βάλουν στα σπίτια τους τις μεγάλες σε διαγώνιο τηλεοράσεις (τουλάχιστον 60 ιντσών), που απαιτούνται για τη σωστή προβολή μίας εικόνας 4Κ ή ακόμα περισσότερο μπορούν να αντέξουν το κόστος αγοράς τους.