В обсуждениях телевизоров 4K постоянно поднимается вопрос о частоте обновления кадров. На то есть весомые причины. С одной стороны, частота обновления кадров напрямую влияет на получение удовольствия от просмотра видео контента, будь то фильмы или спортивные видео трансляции.

С другой стороны, производители телевизоров сами запутывают покупателей специфическим жаргоном, которым они описывают данную функцию в спецификациях. Главная проблема их описаний в том, что это либо откровенный обман, либо неверно технически. В результате даже специалист не всегда может разобраться в их описаниях.

Данная статья написана с целью отбросить все жаргонные словечки и маркетинговую терминологию, чтобы доходчиво объяснить читателю три простые вещи: что такое частота обновления кадров применительно к видео, что такое «естественная» (native) и «улучшенная» (enhanced) частота обновления кадров, и какой эффект оба типа развертки оказывают на качество картинки, которую показывает телевизор.

Все современные премиумные 4K телевизоры, такие как Samsung KS9500, работают с «естественной» (native) частотой развертки в 120 Гц.

Что же такое частота обновления кадров?

На самом фундаментальном уровне частота обновления кадров является тем, что обозначает ее название. Это частота, с которой ваш телевизор обновляет картинку каждую секунду. Чем выше частота обновления, тем более плавную и естественную картинку вы видите на экране. Частота обновления кадров имеет особое значение для динамичного видео высокого разрешения. У каждого видео есть предел, до которого можно увеличивать частоту обновления кадров.

Важно понимать, что телевизор не может добавлять «детализации» к видеоисточнику. Все детали уже находятся внутри видео, а телевизор может лишь обрабатывать сигнал.

Если в качестве примера взять пленку, которую крутят в кинотеатре, то там эквивалентом частоты кадров будут 24 кадра в секунду. Затем эти 24 кадра конвертируются в 30 кадров для телевещания. После этого проводятся некоторые манипуляции с видео и получаются 60 кадров в секунду, которые соответствуют «развертке» в 60 Гц – формате, в котором сегодня выпускается большинство цифрового видео.

4К телевизоры способны работать как в режиме 60 Гц, так и в режиме 120 Гц (60 или 120 картинок в секунду). Старые HD телевизоры работают в основном при 60 Гц (многие модели на самом деле при 50 Гц). Поскольку от 4K телевизоров ожидают высочайшего качества, 60 Гц тут же стали чем-то вроде устаревшей технологии, и сейчас все 4K телевизоры поддерживают частоту развертки равную 120 Гц.

Как связаны частота обновления кадров и количество кадров в секунду видео источника?

И конечно же возникает еще один вопрос: что происходит при просмотре видео 60 Гц на телевизоре со 120 Гц? Телевизор распознает 60 Гц источника и после этого может совершить несколько манипуляций или «улучшений», чтобы показать корректное изображение.

Кадровая интерполяция

Первый метод, который мы рассмотрим, называется кадровой интерполяцией, и эту технологию используют все современные телевизоры, в том числе и 4K телевизоры. Суть данной технологии в том, что берутся два или более разных видео кадра, после чего они накладываются друг на друга и результат данной операции показывается между реальными кадрами. В результате картинка получается немного более смазанной.

Следующий метод называется «вставка черных кадров» (black frame-insertions, BFI). Данная технология заключается в том, что вместо пропущенных кадров вставляются черные кадры. Данный метод позволяет бороться с размытием при движении в кадре (motion blur).

Пример метода BFI.

Что же такое motion blur в 4K телевизорах?

Размытие при движении это проблема видео источника. Оба метода, описанные выше, нужны для того чтобы избежать подобного эффекта при 120 Гц и 60 Гц. Нужно так же понимать, что телевизоры со 120 Гц намного лучше контролируют размытие, чем их 60 Гц аналоги. Размытие, как явление, которое мы воспринимаем своим глазом - это составная честь нескольких факторов. Прежде всего это размытие, свойственное типу матрицы телевизора. Второе, это рассинхронизация развертки и количества кадров в секунду. Третье, это размытие, которое было «зафиксировано» камерой при съемках.

Телевизор не может ничего сделать с размытием, которое возникло при съемках. Интерполяция и BFI нужны для борьбы с первыми двумя причинами возникновения размытия. Оба способа «обманывают» наш мозг так, что мы видим более четкую картинку при просмотре фильма или спортивной трансляции.

Чем лучше 4K телевизор может «подгонять» картинку (24p, 30fps, 60fps) под свои 120 Гц, тем естественней и приятней она будет смотреться. Разумеется, это еще и означает уменьшение дрожания картинки и снижение уровня размытия. Одно из ключевых отличий хорошего 4K телевизора от плохого, в методах обработки картинки с движением в кадре. Чем дешевле телевизор, тем хуже он устраняет вышеперечисленные негативные эффекты.

Отличными примерами телевизоров 4K с разверткой в 120 Гц и хорошим подавлением размытия и дрожания картинки являются телевизоры Samsung 2015 и 2016 годов выпуска, а так же телевизоры LG OLED 4K, которые начали выпускать в этом году.

Как связаны частота обновления кадров и компьютерные игры?

4K телевизоры сегодня очень часто используют в качестве гигантских игровых мониторов и подключают их к компьютерам через HDMI.

Большая часть современных 4K телевизоров отлично работают в роли мониторов, потому что их частоты обновления кадров поддерживают две функции. С одной стороны, все основные брэнды, выпускающие 4K телевизоры в 2015 и 2016 годах, отлично работают при 60 кадрах в секунду, из-за того, что их частота развертки равна 60 Гц. С другой стороны, практически все телевизоры поддерживают 120 Гц, что делает комфортной игру при 120 кадрах в секунду.

Примеры моделей 4K телевизоров, которые отлично подойдут для игр при 60 Гц: Samsung JU7100, LG OLED 4K EF9500, Samsung SUHD KS8000.

4K телевизоры, которые поддерживают Full HD при 120 Гц это Sony X810C и X850C.

Что же значат «улучшения» частоты кадров применительно к 4K телевизорам?

Прежде чем мы продолжим, запомните одну фундаментальную и простую вещь, которая позволит избежать недопонимания в будущем. Частота развертки может быть только 60 Гц или 120 Гц.

Любая, указанная производителем, частота развертки выше 120 Гц является следствием действия более интенсивных версий интерполяции или BFI. Такие «улучшенные» развертки могут достигать 240 Гц. У каждого производителя данная «технология» называется по своему.

Если 4K телевизор предлагает частоту развертки 60 Гц, то «улучшенной» (enhanced) разверткой будут 120 Гц, если обычная развертка телевизора 120 Гц, то «улучшенная» будет 240 Гц. Примеры таких разверток и их названия включены в список, с которым вы можете ознакомиться ниже:

• Sony: MotionFlow
  • 120 Гц при 60 Гц native refresh и 240 Гц при 120 Гц «родной» (native) развертке
• Samsung: Motion Rate
  • развертке
• LG: TruMotion
  • 120 Гц при 60 Гц native и 240 Гц при 120 Гц native
• Vizio: Effective Refresh Rate
  • 120 Гц при 60 Гц native и 240 Гц при 120 Гц native. Vizio предлагает развертку “Clear Action”, которая удваивает переработанную картинку. В итоге получаются цифры наподобие 480 Гц и 720 Гц для 60 Гц или 960 Гц для 120 Гц. Эти цифры ничего не значат и были придуманы для того, чтобы впечатлить потенциального покупателя.
• Panasonic: Image Motion
  • 120 Гц при 60 Гц native и 240 Гц при 120 Гц native

Графики, подобные этому, обманывают покупателей и заставляют их думать, что существует развертка выше 240 Гц. На самом деле развертки выше 240 Гц никак не влияют на качество картинки.

Заключение

В большинстве случаев обычной развертки в 120 Гц будет достаточно. Некоторые телевизоры предлагают отличное качество картинки и контроль движения в кадре при 60 Гц. Разница между 60 Гц и 120 Гц будет едва заметна на видео, которое сделано под 60 Гц. Дополнительные технологии улучшения движения в кадре (такие как удвоение частоты обновления) являются хорошим бонусом в специфических ситуациях, например при просмотре спортивных состязаний, где размытие добавляет эффект присутствия. На все технологии, делающие частоту развертки выше 240 Гц, можно смело не обращать внимания.

Все эти технологии есть индекс определяющий визуальное восприятие изображения и не имееют ничего общего с реальной частотой показа изображения.

Различные компании используют собственные названия технологии которая оценивает качество показа динамичных сцен или можно сказать искуственного повышения частоты просмотра изображения. И следует отметить что именно искуственного (повышения частоты), так как во первых все стандарты оговаривают частоту кадров, заложенную первоначально при записи изображения, как это происходит описано в статье

а второе это физические возможности матрицы по смене кадров секунду о чём ниже. .

• 1080i: чересстрочный стандарт с кадровой частотой 25, 29,97 или 30 кадров в секунду
• 1080p: стандарт с прогрессивной развёрткой допускающий использование кадровых частот 24, 25, 30, 50 или 60 кадров в секунду
  
• 720p: стандарт с прогрессивной (построчной) развёрткой, допускающий использование кадровых частот 50 или 60 кадров в секунду
  
• SD: стандартное цифровое телевидение 50 или 60 кадров в секунду.
• Аналоговый сигнал: 25 кадров в секунду.

На данный момент максимальна частота кадров даже в наиболее новом стандарте 1080p составляет всего 60 кадров в секунду. С 2017 года приняты новые стандарты которые позволят передавать видео с частотой 240 кадров в секунду.

Для более плавного просмотра динамичных сцен и предназначены эти технологии. Человек как известно не воспринимает частоту 50 Гц как мерцание, а воспринимает как постоянную составляющую.

Что бы достичь нужный эффект применяются технологии дублирования кадров, телезрителю каждый раз показывается например 2 одинаковых кадра при изначальной частоте 50/60 кадров в секунду, благодаря этому частота обновления уже 100 или 120 Гц. А если показать 3 то это уже 150/180 кадров в секунду. Подробней на примере технологии Samsung,

Из-за того что человек при 50Гц не замечает мерцания то ему всё равно какая частота 200, 400, 800Гц все эти названия есть распиаренный маркетинговый ход позволяющий продавать более дорогие телевизоры с совершенно не нужными функциями, с точки зрения физиологии человека. Тот же электрический ток у нас имеет частоту 50Гц но почему то никто не додумался продавать устройства повышающие частоту в 2 и более раз что позволяет создавать более мягкое освещение помещения, так как оно совершенно не нужно. Скажем так при увеличении например показателя 200Hz человек не заметит разницу в сравнении с 400 или 800.

В данном случае 200Hz, 400Hz, 600Hz, 800Hz это маркетинговые названия одной и той же технологии и они совершенно не означают что ваш телевизор показывает с этой частотой. В технологиях оговаривается что телевизор для зрителя показывает с какими то параметрами соизмеримыми с указанной частотой.

Для сравнения, современные матрицы экранов телевизоров LCD теже имеют как правило время отклика 2 мили секунды. TN матрицы не применяются в телевизорах ведущих производителей, применяются в основном матрицы изготовленные по IPS технологии так как они обеспечивают наилучшие углы обзора и качество изображения, а у них время отклика от 6-16мс. Подробней в статье

Но рассмотрим матрицу TN как самый идеальный вариант.

1 секунда-1000 мили секунд делим 1000/2=500 максимальное количество кадров которые может отобразить экран телевизора 500 кадров в секунду. Для преодоления законов физики производители оговаривают что например частота обновления экрана (учитывая возможные судебные иски придуманы различные названия не говорящие прямо о частоте обновления экрана такие как MCI, clear motion rate, AMR) увеличение как бы частоты показа картинки, достигается путём совместного применения увеличения частоты, специальной подсветки, процессора и т.д. В современных телевизорах с заявленной частотой более 400Гц производители не указывают время отклика матрицы экрана дабы не вызывать ненужных вопросов, а в 2013 году такой параметр как время отклика вообще убран из технических характеристик телевизора.

Плазменные панели имеют время отклика намного меньше и время отклика у них практически не учитывают, у плазмы возможно получить высокие частоты обновления изображения.

Повышение частоты обязательно применяется при просмотре активного 3D так как там происходит поочерёдное затемнение экрана телевизора для левого и правого глаза и как следствие уменьшение частоты показа в 2 раза.

Тем не менее данные технологии действительно визуально делают динамические сцены плавнее и удобней в просмотре, это достигается не только увеличением количества показываемых кадров но и применением специальных алгоритмов подсветки:

• кратковременное выключение подсветки что позволяет убрать размытость картинки.
• стробирование подсветки части кадра, на телевизоре экран подсвечивается в определённой последовательности.

Совокупность всех этих приёмов делает изображение визуально для телезрителя более плавным.

Но все телевизоры можно поделить на 3 группы

1. Телевизоры с реальной частотой смены кадров на экране 50 или 60 в секунду.
2. Телевизоры среднего сегмента как правило с 3D 120 кадров секунду.
3. Телевизоры премиум класса (дорогие телевизоры) 240 кадров в секунду в 2013 году это максимальная достигнутая частота смены кадров.

Какой можно сделать вывод: Да если вы смотрите видео с начальной частотой кадров 24 в секунду то включение функции улучшения динамического изображения действительно его сделает плавнее, но если вы смотрите видео с начальной частотой кадров 60 в секунду, то все эти технологии для вашего восприятия будут практически не заметны.

Мы продолжаем серию наших публикаций о технологиях, применяющихся в современных ЖК-телевизорах (советуем также прочитать первую статью из этой серии, посвящённую светодиодной подсветке). Сегодня речь пойдёт о различных вариантах технологий, использующих для обеспечения частоты смены кадров 200 Гц.

История вопроса

Первые электронно-лучевые трубки (и приборы на их основе) появились ещё в 20-ые годы XX века. Из-за несовершенства имеющихся на тот момент технологий частота вертикальной развёртки в них совпадала с частотой переменного электрического тока в розетке, составляющей 50 Гц в Европе и 60 Гц в США и Японии. В итоге именно эти значения легли в основу стандартов PAL/SECAM и NTSC, в которых частота обновления составляет 50 и 60 полей в секунду соответственно. Обратите внимание, что речь идёт именно о полях, а не о кадрах, поскольку PAL/SECAM и NTSC изначально предусматривают чересстрочную развёртку. Чересстрочная развёртка отличается от прогрессивной тем, что на экране отображается не весь кадр одновременно, а чётные и нечётные строки по очереди.

Однако чересстрочная развёртка, особенно с такой невысокой частотой, приводит к тому, что изображение на экране начинает мерцать. Именно поэтому в дорогих ЭЛТ-телевизорах применялись схемы, удваивающие частоту развёртки до 100 или 120 Гц (в зависимости от стандарта вещания).

Лирическое отступление: в большинстве художественных фильмов, снятых на 35-миллиметровую плёнку, используется частота обновления 24 кадра в секунду, в то время как PAL/SECAM-телевизоры способны отображать видео с частотой, кратной 25 кадров в секунду. Поэтому у вас дома такие фильмы будут проигрываться примерно на 4% быстрее, чем в кинотеатре. Чтобы избежать этого, выбирайте телевизоры со специальной функцией, обеспечивающей корректную скорость воспроизведения контента с частотой 24 к/с (обычно она называется 24p Real Movie или похожим образом). Данная проблема исчезнет тогда, когда в широкой продаже станут доступны телевизоры с частотой обновления 600 Гц, но это произойдёт ещё нескоро.

В телевизорах на основе ЖК-панелей мерцание практически отсутствует, поскольку понятие развёртки к ним неприменимо (в них отсутствует сканирующий луч, изображение выводится на экран сразу). К тому же они всегда показывают прогрессивный сигнал, который в случае необходимости достраивается из чересстрочного. Однако человеческий глаз может различать артефакты в том случае, если изображение на экране обновляется с частотой менее 60 Гц. А для динамических сцен и вовсе чем выше частота смены кадров, тем лучше, поскольку в противном случае может быть заметна неравномерность движения. По английски это явление называется judder (на русский этот термин можно перевести как «подёргивание»). Кроме того, чем меньше кадров в секунду показывает телевизор, тем более размытыми будут выглядеть на его экране движущиеся предметы. Для уменьшения подёргивания и размывания картинки производители применяют различные технологии, позволяющие увеличить частоту обновления кадров на экране телевизора.

Две технологии, два подхода: MEMC против сканирующей подсветки

Практически все производители используют технологию, которая называется MEMC (Motion Estimation and Motion Compensation, то есть предугадывание и компенсация движения). Процессор телевизора при этом достраивает «промежуточные» кадры и показывает их в промежутке между «настоящими», благодаря чему плавность и чёткость изображения повышаются.

Технология MEMC: настоящие 200 Гц

Таким образом можно эффективно поднять частоту кадров до 200 Гц, однако для отображения 200 кадров в секунду необходимо иметь мощный процессор для обработки видеопотока и быструю матрицу со временем реакции 5 мс или меньше. Зато это будут честные, настоящие 200 Гц. В настоящее время так поступают две компании - Samsung и Sony (такое сходство неудивительно, если учесть, что обе эти компании производят матрицы для своих телевизоров на совместном предприятии S-LCD). Причём Sony применяет эту технологию только в самых дорогих моделях, Samsung же более демократичен.

MEMC + сканирующая подсветка: как бы 200 Гц

Остальные производители, включая Toshiba, Philips и LG, применяют MEMC в комбинации с технологией под названием Scanning Backlight (сканирующая подсветка). MEMC обеспечивает отображение 100 кадров в секунду, однако при этом подсветка экрана включается и выключается с частотой 200 Гц. При этом достигается практически тот же эффект, что и в случае с настоящей 200-герцовой развёрткой, однако наблюдаются и побочные эффекты, среди которых снижение воспринимаемой яркости (неудивительно, поскольку подсветка половину времени выключена), двоение и мерцание изображения.

И если в случае с двумя технологиями LED-подсветки можно сказать, что обе имеют свои преимущества, то в данном случае честные 200 Гц однозначно выигрывают у нечестных во всём, кроме стоимости готового телевизора. Справедливости ради надо сказать, что большая часть производителей, использующих сканирующую подсветку, честно пишут об этом в характеристиках своих продуктов. Маленькими буквами в самом низу страницы.