Více

Jak vznikla HDTV a co ji čeká do budoucna?

Historie televize s vysokým rozlišením obrazu (HDTV) sahá hluboko do minulého století. Začala s ní ještě v „analogové“ éře japonská veřejnoprávní korporace JBC (Japan Broadcasting Corporation) NHK (Nippon Hõsõ Kyõkai) v letech 1969 až 1979 vývojem stejnojmenného produkčního systému NHK s 1125 řádky a 30 snímky za sekundu s přenosovou technologií MUSE (Multiple Sub-Nyquist Encoding).

Začátky HDTV v Evropě

V roce 1986 následoval evropský produkční systém Eureka 95 s 1250 řádky a 25 snímky/s., který užíval přenosový systém HD-MAC (projekt byl zastaven v roce 1993). Tyto systémy, ač byly v omezené míře i prakticky využity, dnes již patří minulosti a na jejich konci se podílel zejména rychlý rozvoj digitální televize. Dále se proto pokusím popsat současný stav a předpokládanou budoucnost evropských systémů televize s vysokým rozlišením HDTV (High Definition Television).

Zdůrazňuji slovo evropských, protože ani v tomto směru se svět nedokázal domluvit na jednotném systému televize s vysokým rozlišením. Na tomto místě je třeba rovněž předeslat, že je nutné rozlišovat systémy televize s vysokým rozlišením určené pro distribuci různými platformami – satelitní, kabelovou (včetně Internetu) i zemskou – a systémy určenými pouze pro lokální velkoplošné zobrazování (případně záznam) s vysokým rozlišením – digitální kino, domácí kino, aj.

SDTV versus HDTV

Rozdíl mezi obrazem ve vysokém (HDTV) a standardním (SDTV) rozlišení

Současné evropské standardy HDTV

Televize s vysokým rozlišením představuje výrazné kvalitativní zlepšení obrazu. Současný evropský analogový televizní standard nabízí při převodu do digitální formy podle doporučení ITU-R BT601 jasové rozlišení pouze cca 414000 (576×720) aktivních obrazových bodů (bodů spadajících do viditelné části obrazu). HDTV přináší, ve srovnání s ním, zejména:

  • širší formát zobrazení 16:9 a podstatné zvětšení počtu obrazových bodů v obraze, které umožňuje výrazné zvětšení rozlišení detailů obrazu a možnost pozorování obrazu z menší vzdálenosti (bez vjemu bodové struktury),
  • možnost výrazného zvětšování rozměrů zobrazovačů i promítaných obrazů bez patrného vjemu rozkladového rastru (bodové struktury).

Pro evropský standard HDTV jsou definovány čtyři základní formáty rastru obrazu:

  • 720p 50 – progressive – 720 řádků x 1280 bodů v řádku neprokládaně – 50 snímků/s
  • 1080i 50 – interlacing –1080 řádků x 1920 bodů v řádku prokládaně – 50 půlsnímků/s
  • 1080p 25 – progressive –1080 řádků x 1920 bodů v řádku neprokládaně – 25 snímků/s
  • 1080p 50 – progressive –1080 řádků x 1920 bodů v řádku neprokládaně – 50 snímků/s
HDTV formáty

Pro digitální filmovou produkci a vytváření zdrojových obrazových signálů skenováním a digitalizací klasických filmů je navíc definován formát 1080p 24, který odpovídá užívané rychlosti posuvu filmu v klasických filmových kamerách a projektorech.

Moderní ploché zobrazovače jsou již dnes na HDTC připraveny. Současné LCD a plazmové zobrazovače označované HD Ready umožňují zobrazení ve formátu WXGA (Wide Extended Graphic Array) 768×1366 bodů, a kvalitnější (označované Full HD) mají nativní (výrobou definované) rozlišení 1080×1920 bodů, které je odvozeno od formátu WUXGA (Wide Ultra eXtended Graphics Array). Tyto terminály umožňují zobrazení libovolného z uvedených formátů HDTV.

Pro představu vysokých nároků na potřebnou přenosovou kapacitu (bitovou rychlost) kanálů pro přenos digitálních signálů HDTV poslouží následující tabulka:

Základní parametry evropských formátů HDTV
Označení formátu dle SMPTE 296, syst. 3 274, syst. 6 274, syst. 9 274, syst. 3
Zkrácené označení 720p 50 1 080i 50 1 080p 25 1 080p 50
Počet viditelných řádků 720 1 080 1 080 1 080
Počet viditelných bodů v řádku 1280 1920 1920 1920
Poměr stran aktivního obrazu 16:9 16:9 16:9 16:9
Celkový počet řádků 750 1 125 1 125 1 125
Celkový počet bodů v řádku 1 980 2 640 2 640 2 640
Počet viditelných bodů ve snímku 921 600 2 073 600 2 073 600 2 073 600
Celkový počet bodů ve snímku 1 485 000 2 970 000 2 970 000 2 970 000
Snímkový kmitočet [Hz] 50 50 půlsnímků 25 50
Vzorkovací kmitočet – Y [MHz] 74,250 74,250 74,250 148,500
Vzorkovací kmitočet – R,B [MHz] 37,125 37,125 37,125 74,250
Počet bitů/vzorek 10 10 10 10
Bitová rychlost (čistá) [Mbitů/s] 921,6 1 036,8 1 036,8 2 073,6
Bitová rychlost celková [Mbitů/s] 1 485 1 485 1 485 2 970

Celková bitová rychlost s uvažováním všech (i neaktivních) bodů snímku je výrazně vyšší než bitová rychlost potřebná pro přenos aktivní (viditelné) části obrazu. Tabulka se však týká pouze obrazových informací HDTV programu. Digitální obrazový signál je dále třeba doplnit signály vícekanálového zvukového doprovodu a dalšími digitálními daty (např. daty elektronického programového průvodce EPG aj.). V rámci kanálového kódování se k datovému toku přidávají další redundantní datové složky ochranného kódování FEC (Forward Error Correction), jejichž rozsah je závislý na typu a parametrech těchto kódů a ty se odvozují od vlastností distribuční platformy.

Výsledná datová rychlost nekomprimovaného transportního toku jednoho HDTV programu je tedy výrazně vyšší proti televizi se standardním rozlišením. Pro efektivní distribuci je nutné použít při zdrojovém kódování účinné kompresní algoritmy – např. MPEG-4 AVC (Advanced Video Coding) označený dle IBU (International Broadcating Union) také H.264 nebo MPEG-4 part 10 (případně další nově vzniklé) a při kanálovém kódování efektivní modulační metody s vyšší spektrální účinností. Ty jsou již použity v nových platformách a odpovídajících standardech druhé generace (DVB-S2, DVB-T2, DVB-C2), jejichž informační (spektrální) účinnost se již blíží teoretickému Shannonovu limitu.

Region ČR celá mapa

Příloha DigiZone.cz: HDTV v České republice

Chcete přijímat televizní programy ve vysokém rozlišení obrazu (HDTV) a nevíte, jak na to? Potřebujete poradit, jaké set-top-boxy a integrované digitální televizory potřebujete pro sledování HDTV pozemní cestou, přes kabel. IPTV a satelit? Hledáte seznam českých televizních stanic, které vysílají v HD kvalitě, a zahraničních HD programů, co vysílají volně na satelitu? Vše najdete v přehledné formě v příloze HDTV v České republice.

Je logické, že vysílání HDTV začalo v Evropě před několika lety právě na satelitní distribuční platformě, která disponuje podstatně širšími kmitočtovými kanály transpondérů (např. 27 až 36 MHz). To představuje, společně s principiálně snadným dosažením téměř 100 % signálového pokrytí, její velkou výhodu vůči zemskému vysílání. Již v roce 2004 zahájila vysílání programů HDTV (formát 1080i 50) belgická stanice HD1 v satelitní platformě první generace DVB-S s kompresí MPEG-2. Od roku 2005, díky standardizaci platformy druhé generace DVB-S2, počet satelitně distribuovaných HDTV programů rychle narůstá.

Odlišná situace bude v Evropě (zejména v České republice) v zemském digitálním vysílání. S ohledem na skutečnost, že ani v následujících letech se zde nepředpokládá změna kmitočtového rastru a šířky pásma kanálů (8/7 MHz), bude zřejmě nutno pro rozsáhlejší uplatnění HDTV v zemském vysílání přejít na standard druhé generace DVB-T2, který již zahrnuje také účinnější kompresi MPEG-4 AVC. V kabelových distribučních platformách DVB-C (DVB-C2) je situace jednodušší, protože využívají spektrálně účinnější modulační metody (M-QAM) a přenosová kapacita kanálu je tedy vyšší. Ale i zde je již k dispozici distribuční platforma druhé generace DVB-C2 (její standard má být schválen letos).

Další produkční obrazové systémy s vysokým rozlišením

Do této kategorie lze řadit produkční, záznamové a obrazové systémy s vysokým rozlišením, které nejsou primárně určeny pro distribuci současnými distribučními platformami (s výjimkou satelitní), ale především pro digitální kinematografii a digitální kino (včetně domácího). Většina z nich je již prakticky využívána a je pro ně k dispozici i potřebná technologie – kamery, scannery, paměti (terrabytové HDD) i DLP (Digital Light Processing) projektory s odpovídajícím rozlišením. Firmy Samsung a Toshiba dokonce již nabízejí televizní zobrazovače s rozlišením 4K. Z řady dosud definovaných formátů zmíním alespoň dva nejdůležitější.

Příklady současných obrazových formátů digitálního filmu

Typickým představitele je standard Digital Cinema (D-Cinema). První formát D-Cinema byl definován v roce 2005 konsorciem DCI (Digital Cinema Iniciatives), jejímiž členy jsou od roku 2002 především hlavní filmová studia (Paramount Picture, The Walt Disney Company, Warner Bros. Pictures, Metro Goldwyn Mayer, 20th Century Fox, Universal Studios, Sony Picture Entertainment aj.) ve spolupráci s American Society of Cinematographers. Je určen především pro digitální komerční projekci filmů, ale nachází již uplatnění i moderních zařízeních domácího kina.

Základní specifikace formátů Digital Cinema

  • Digital Cinema 2K – 2048×1080 obraz. bodů – poměr stran 1.89:1, 24 nebo 48 snímků/s
  • Digital Cinema 4K – 4096×2160 obraz. bodů – poměr stran 1,89:1, 24 snímků/s

Oba formáty používají barevný prostor XYZ CIE a reprezentaci 12 bitů/vzorek. Pro kompresi obrazo-vých dat se užívá standard JPEG2000 (part 3) – ISO/IEC 15444–1. Technickou specifikaci systémů D-Cinema 2K a 4K vydala DCI v roce 2005 v dokumentu Digital Ci- nema System Specification [http://www.dci­movies.com/DCI­DigitalCinema­SystemSpecv1_2­.pdf].

Poznámka: Uvedená rozlišení platí pro technickou specifikaci definovanou CDI. Pod označením rozlišení 2K lze však v některých materiálech technických zařízení najít také údaje 2048×1556 nebo 2048×858 obra-zových bodů a pro rozlišení 4K lze najít rovněž údaje 4096×3112 nebo 3996×2160.

Budoucnost? Ultra HD

HDTV ilustračka

Budoucnost (a to i v Evropě) představuje zřejmě systém televize s vysokým rozlišením Ultra HD, vyvinutý v roce 2003 výzkumnou skupinou NHK Science and Technical Research již zmíněné japonské společnosti JBC. Tento systém (definovaný v materiálech ITU BT 1201, ITU 1769, SMPTE 2036) je často nazýván také SHV (Super Hi-Vision), UHDTV (Ultra High Definition Television) nebo i EDV (Extreme Definition Video). Poskytuje neuvěřitelné rozlišení 4320×7680 obrazových bodů (pixelů) ve snímku (celkem cca 33 Mpixelů ve formátu 16:9). Má tedy šestnáctkrát (!!!) vyšší rozlišení ve srovnání s evropským standardem 1080p. Je definován pro přenos 60 nebo 50 snímků/s.

I tento systém byl již experimentálně ověřen a předveden na řadě konferencí a výstav v letech 2005 až 2008 a naposledy na výstavním veletrhu International Consumer Electronics Show (CES) v lednu 2009 v Las Vegas. Byly již pro něj vyvinuty i UHDTV kamery se čtyřmi speciálními CCD snímači s rozlišením 3840×2048 pixelů (dva pro složku G a po jednom pro složky R a B), ve kterých se dosahuje žádaného rozlišení známou metodou prostorového offsetu.

Provokativní závěr

Na závěr jeden, provokativní, názor. Jsem osobně přesvědčen, že definované rozlišení evropského standardu HDTV 1080p 50 v kategorii stolních televizních přijímačů do úhlopříčky 42 palců představuje maximum i do budoucnosti a není třeba uvažovat o jeho dalším, technicky i ekonomicky náročném, zvyšování (i když k němu zřejmě po čase opět dojde). Mám pro to dva důvody:

  • lidský zrak se nadále bude zřejmě už jenom zhoršovat (i zásluhou televize a počítačů), o čemž svědčí dlouhodobé statistiky očních lékařů,
  • průměrná velikost obývacích pokojů drtivé většiny bytů a s ní pozorovací vzdálenost diváka od obrazovky rovněž zřejmě výrazněji neporoste.

Tento můj soukromý názor se, přirozeně, netýká problematiky velkoplošné projekce obrazů – digitálního kina (včetně domácího), apod. Skutečně novou kvalitu může divákovi přinést až 3D televize…

Autor působí v Ústavu radioelektroniky FEKT VUT v Brně

Anketa

Prosadí se časem i v České republice fomrát Ultra HDTV jako běžný televizní standard?

50 názorů Vstoupit do diskuse
poslední názor přidán 16. 3. 2009 18:28

Sledujte DigiZone.cz

Facebook Google+