Více

Problém pixelizace u digitální televize

Tento článek jsem se rozhodl věnovat zvláštnímu fenoménu – pixelizaci. Tento pojem se začal objevovat v souvislosti s digitálním přenosem televizního vysílání, a především ve vztahu k nízkému datovému toku. Velmi často bývá důvodem k zatracování digitalizace.V naprosté většině případů však příčina pixelizace (nebo chcete-li čtverečkování) tkví v nepochopení samotné technologie.

O čem je řeč?

Pixelizací nebo také kostičkováním se nazývá nežádoucí plošný rozklad obrazu na televizní obrazovce. Vada se projevuje viditelným rozdělením obrazu na různě velké čtvercové nebo obdélníkové plochy stejné barvy. Samotná pixelizace má několik podob a primárních příčin.

Samotnou vadu je možno rozdělit do tří kategorií:

  • zobrazovací – její podstatou je princip použitého displeje. Jedná se o zobrazovací vadu závislou na způsobu vytváření obrazu: CRT, plazma, LCD atd.
  • kompresní – podstatou je kompresní algoritmus a velikost komprese (MPEG). Má přímou souvislost s velikostí datového toku.
  • přenosová – jedná se o vadu přímo závislou na kvalitě přijímaného signálu, má nepřímou souvislost s velikostí datového toku.

Zobrazovací pixelizace

Je naprosto zřejmé, že nízký datový tok bývá velmi často příčinou kritiky na adresu digitální televize. Nízká kvalita obrazu má však ještě mnoho dalších příčin. Velký vliv má v tomto případě rozměr a zobrazovací technologie obrazovky televizoru. Například pixelizace, která je naprosto nepřehlédnutelná na LCD obrazovce 80 cm, je na stejném „CRTéčku“ těžko postřehnutelná.

Pro objasnění těchto rozdílů jsem udělal několik pokusů na různých typech televizorů s různými typy displejů, rozdílných rozměrů od různých výrobců. Pro samotný test jsem použil DVD se záznamem filmu s datovým tokem 3Mb/s a několik černobílých obrazců vygenerovaných počítačem.

Přestože jsem čekal značné rozdíly v kvalitě zobrazování jednotlivých displejů, některé výsledky mne přece jen překvapily. Bohužel není možné jednotlivé vady zdokumentovat a prezentovat v tomto článku. Pokoušel jsem se zobrazovací chyby vyfotit a přenést do článku, ovšem rastrování televizního obrazu a digitálního fotoaparátu vnášejí do fotografií další chyby, které znemožňují jejich použití. Z tohoto důvodu jsem odkázán pouze na slovní popis.

CRT 50Hz

CRT 50Hz – nejběžněji používaná zobrazovací technologie. Subjektivně velmi příjemný obraz i při nízkém datovém toku. Objektivně se jedná o technologii s velkým počtem zobrazovacích chyb, které paradoxně snižují viditelnost kompresní a přenosové pixelizace. CRT obrazovky mají rozlišovací schopnost uprostřed obrazu kolem 400 řádků, která se k okrajům obrazovky značně snižuje. Samotná rozlišovací schopnost je závislá mimo jiné na typu (delta, in line apod.), a především na samotném stáří obrazovky. Příčiny poklesu rozlišovací schopnosti CRT směrem k okrajům jsou způsobeny ostřící, konvergenční a astigmatickou chybou. Popis příčin těchto vad by vydal na samostatný článek, a proto se jimi nebudu dále zabývat.

CRT 100Hz

CRT 100Hz – tato technologie má stejné přednosti a nedostatky jako CRT 50Hz, s jediným rozdílem. Obrazový signál je před samotným zobrazením vzorkován a ukládán do paměti. Následně je z této paměti čten a přenášen na obrazovku. Ukládání obrazu do paměti si vyžaduje jeho rozdělení na jednotlivé obrazové body, což při následném čtení způsobuje ostré přechody mezi těmito body. Další zvýraznění přechodů je způsobeno zařazením šumových filtrů pro usnadnění vzorkování. Takovýto obraz se jeví jako zrnitější v porovnání s 50Hz CRT.

Plazma 480

Plazma 1080 řádků – obraz se subjektivně jeví jako mozaika, především při malé pozorovací vzdálenosti. Při pozorování obrazu ze vzdálenosti 4–5ti násobku úhlopříčky displeje se obraz jevil jako jednolitý a velmi příjemný i při nízkém datovém toku. Objektivně nevykazuje žádné závažné zobrazovací vady.

Plazma 1080

Plazma 480 řádků – obraz se z malé pozorovací vzdálenosti jeví jako mozaika s ostrými konturami v kontrastních přechodech. Při pozorování z větší vzdálenosti ruší obraz ostré světlé kontury kolem kontrastních přechodů. Objektivně se jedná o naprosto nejhorší obraz. Při zobrazování zkušebních obrazců nebylo možné korektně zobrazit ani poloviční počet řádků (288).

LCD HD ready

LCD HD ready – i při malé pozorovací vzdálenosti vcelku přijatelný obraz. Kolem kontrastních přechodů se však objevovaly ostré světlé kontury. Při pozorování ze vzdálenosti 4–5ti násobku úhlopříčky byl obraz jednolitý rušený pouze ostrými světlými konturami v kontrastních přechodech. Objektivně je obraz znehodnocován světlými konturami kolem tmavších linií. Kolem tmavého bodu se vytvoří ve vodorovném i svislém směru po obou stranách přesvětlené body. Příčinu tohoto zkreslení se mi nepodařilo zjistit. Tato technologie má ještě jednu vadu, kdy vlivem malého kontrastu dochází ke splývání různých barev blízkého kontrastu. Tato vada způsobuje zvětšovaní jednolitých ploch stejného stupně šedi. Působí dojmem kompresní pixelizace.

Ve všech případech se jako kritický parametr ukázala pozorovací vzdálenost. Příliš malá vzdálenost od obrazovky má za následek zhoršení subjektivního vnímání kvality obrazu. U CRT obrazovek není tento parametr tak významný jako u maticových zobrazovačů. V případě plasmových a LCD displejů je počátek vhodné pozorovací vzdálenosti na čtyřnásobku úhlopříčky obrazu. Je tedy otázkou, kam umístit televizor s úhlopříčkou obrazu větší než 1 m.

Mnohdy diváci hovoří o pixelizaci v souvislosti se zubatými a neostrými přechody při zobrazování pohyblivých titulků apod. Tento druh pixelizace nemá souvislost s datovým tokem, ale patří do kategorie zobrazovací pixelizace. Jedná se o vadu způsobenou interferencí zobrazovacích bodů na displeji a samotného obrazu. Tato interference vzniká především na pohyblivých hranách a při zobrazování objektů jejichž velikost se blíží velikosti obrazového bodu. Tato vada je dobře viditelná především u maticových zobrazovačů. V případě CRT je dobře maskována především směrem k okrajům obrazovky. U analogového vysílání je dále maskována zkreslením obrazu duchy a šumem.

Kompresní pixelizace

Kompresní pixelizace má přímou souvislost s použitým datovým tokem a bývá nejčastějším důvodem kritiky digitalizace. Především by se slušelo říct, že za kompresní pixelizaci nemůže tolik samotná technologie, jako spíš její nesprávné používání. Snaha o vměstnání velkého počtu programů do omezeného datového toku je věcí uživatelskou, nikoliv technologickou.

Kompresní pixelizace je přímým následkem nutnosti úspory datového toku pro přenos televize. Dokonalost kompresního algoritmu má přímý vliv na velikost této chyby. Pokud jde o viditelné rušení vnímání obrazu následkem této vady, pak platí většina z toho, co bylo řečeno o zobrazovací pixelizaci. V případě CRT je tato vada velmi solidně maskována sníženou rozlišovací schopností obrazovky. V případě maticových zobrazovačů pak tato vada ztrácí na významu se zvětšující se pozorovací vzdáleností.

Projekce filmu s datovým tokem 3Mb/s byla na plazmové obrazovce s úhlopříčkou 125 cm a pozorovací vzdáleností do 2 m velice nepříjemná. Především v tmavých místech obrazu byly vidět jednobarevné plochy v různých odstínech. S narůstající pozorovací vzdáleností byla tato vada účinně maskována nedokonalostí lidského zraku, a „sčítáním“ jednotlivých fragmentů plochy v souvislý celek. Při pozorovací vzdálenosti větší než 4 m byla tato vada na hranici postřehnutelnosti. I v tomto případě se jako kritický parametr ukázala pozorovací vzdálenost.

Přenosová pixelizace

Tento druh pixelizace je velice podceňován a velmi často se zaměňuje s pixelizací kompresní. Zásadní rozdíl je ovšem v příčině jejího vzniku. Zatímco kompresní pixelizace je svým způsobem konstantní a mění se pouze v případě změny datového toku (např. VBR), je přenosová pixelizace jev více či méně náhodný a závislý na kvalitě přijímaného signálu.

V případě, že je signál dopadající na přijímací anténu příliš slabý, anebo znehodnocený šumem či rušením, projevují se tyto nedostatky nesprávnou funkcí set-top-boxu a rozkladem obrazu na „kostičky“. Tato vada nemívá charakter vady “konstantní“, ale spíš náhodné. Její velikost je přímo závislá na poškození přijímaného signálu, a v extrémních případech vede až k výpadkům příjmu.

Je třeba si ovšem uvědomit, že přenosová pixelizace má přímou souvislost s ukazatelem kvality přijímaného signálu. Tento ukazatel vypovídá o počtu chyb při zpracování signálu v set-top-boxu. Pokud je kvalita přijímaného signálu nízká, pak set-top-box nemá dostatek dat pro „rekonstrukci“ obrazu, a tento nedostatek údajů nahrazuje zvětšením obrazových bodů. Tato vada se pak projevuje stejně jako nízký datový tok v případě kompresní pixelizace.

Troufám si tvrdit, že poslední uvedená příčina je asi nejčastějším důvodem ke kritice DVB-T. Většina uživatelů DVB-T si vůbec neuvědomuje, že nekvalitní anténa – a následně nekvalitní signál v set-top-boxu – se projevuje dodatečným zhoršením obrazu právě tímto způsobem. Všichni jsme byli doposud zvyklí, že nekvalitní signál na televizoru způsoboval duchy a zrnění. V případě DVB-T je tomu ovšem zcela jinak – nekvalitní signál nám na obrazovce bude napříště kreslit „kostičky!“ Je na místě si uvědomit, že současný datový tok v multiplexu A odpovídá dvouhodinovému záznamu na jednovrstvém DVD.

V případě DVD je ovšem nebezpečí přenosové pixelizace (chyby při čtení disku) podstatně menší než v případě DVB-T. Má-li někdo pocit, že kvalita DVB-T je nízká, měl by se především přesvědčit o tom, že sám udělal maximum proto, aby měl co nejkvalitnější signál. Příjem na pokojovou anténu nebo kus drátu není právě zárukou kvalitního signálu.

Souvislosti

Je vcelku obvyklou lidskou vlastností vytváření ukvapených závěrů. Jsem si jistý, že lámat hůl nad DVB kvůli „pixelizaci“ je taktéž ukvapený závěr.

V dobách zavádění barevné televize se našlo mnoho odpůrců, kteří tvrdili, že barva kazí oči, je nepřirozená, apod. V dobách přechodu ze SECAMu na PAL se objevovala tvrzení o tom, že PAL kazí oči i obrazovky. S příchodem DVB se objevil fenomén pixelizace. Tak, jako se v případě barevné televize ukázalo, že tvrzení o její škodlivosti je nesmyslné a její nepřirozenost je způsobená nastavením barevné sytosti na televizoru, ukázalo se i tvrzení o PALu jako nesmyslné. Jsem si jistý, že i pixelizace v souvislosti s DVB se časem ukáže jako problém nepochopení a nesprávného používání této technologie, a nikoliv jako vada technologie samotné.

Ani na okamžik nepochybuji o tom, že zcela zásadní podíl na vytváření hysterie kolem tohoto fenoménu má nástup nových zobrazovacích metod. Zatím co CRT dokáží naprostou většinu jakýchkoliv vad milosrdně maskovat, nové maticové zobrazovače jsou naprosto nekompromisní a jakoukoliv vadu „předhodí“ divákovi v plné nahotě náležitě zdůrazněné vlastní nedokonalostí.

Vždyť rozmazání pohybujícího se předmětu na obrazovce a jeho zubaté okraje nejsou způsobeny malým datovým tokem, ale malou obnovovací frekvencí obrazu a malým počtem obrazových řádků. Stačí si přepnout počítačový monitor do režimu 640×480 bodů a pokusit se zobrazit pohybující se drobný text, kruh či šikmou čáru. Všechny tyto obrazy budou „zubaté“. Stejně tak fotografie pohybujícího se předmětu při rychlosti fotografické uzávěrky 20 ms (obnovovací čas televizního obrazu) nebude ostrý, ale rozmazaný. Nikdo přitom nebude počítač nebo fotoaparát vinit z malé přenosové rychlosti. Jedná se totiž o principielní záležitost, nikoliv o vadu!

Trocha historie

Je potřeba si uvědomit, že televizní technologie vznikla před sedmdesáti lety. Tehdy se jednalo o černobílý obraz vytvářený na obrazovkách s úhlopříčkou obrazu 10“. Za uplynulých sedmdesát let se velikost obrazu zvětšila pětkrát, obraz je barevný, ovšem počet obrazotvorných bodů na obrazovce se vůbec nezměnil! Pokud byla před sedmdesáti lety normální pozorovací vzdálenost obrazu jeden až dva metry, pak by dnes měla být pět až deset metrů. To je ovšem nereálné. Nikdo si nekoupí 50“ plazmu, aby se na ni díval na zahradě.

Jenže s nárůstem rozměrů obrazu je potřeba počítat s nutností zvýšit i počet obrazotvorných bodů. V případě, že obraz nebude tvořen 576 řádky, ale 1080, bude stačit pro kvalitní obraz poloviční pozorovací vzdálenost. Jak je vidět, v dnešní době už nestačí pro stanovení vhodné pozorovací vzdálenosti určit nějaký násobek úhlopříčky obrazu. S nástupem vyšších počtů řádků v obraze je potřeba zanést tento parametr do výpočtu. V takovém případě je dobré použít následující vzorec:

Doporučená pozorovací vzdálenost (m) = 3× Úhlopříčka viditelného obrazu (v mm)/Počet obrazotvorných řád­ků

Pojem “obrazotvorný“ je použit zcela záměrně. Nemá přímou souvislost jen s počtem aktivních řádků při přenosu, ale především s počtem řádků, které tvoří výsledný obraz. Pokud je obraz PAL 625 tvořen 576 aktivními řádky na CRT obrazovce, pak po přepočtu může být na plazmě tvořen pouze 480 řádky, anebo po interpolaci na HD full také 1080 řádky. V každém případě pak bude vhodná jiná pozorovací vzdálenost.

Závěrem

Přestože jsem si vědom toho, že se mezi čtenáři najde mnoho takových, kteří se mnou nebudou souhlasit, nemůžu než opakovat to, co jsem uváděl již v předešlých článcích: Kvalitní anténa je základ kvalitního příjmu! Kvalitní příjem televizního vysílání je komplexní problém, kdy vše souvisí se vším. Není možné cokoliv opomenout a snažit se jeden nedostatek nahradit někde jinde. Předpokládám, že se najde mnoho odlišných názorů na pixelizaci a volání po vyšších datových tocích. Jenže je potřeba si uvědomit, že padesátiprocentní chybovost při příjmu degraduje 4 Mb/s na pouhé 2 Mb/s! Proč by měl tedy provozovatel multiplexu nahrazovat nedostatky na straně diváka vyšším datovým tokem a připravovat se tak o možnost lepšího využití technologie?

Stejně tak i pozorovací vzdálenost je naprosto kritickým parametrem a žádný datový tok neodstraní vady vznikající při sledování televize na velkých obrazovkách z malé vzdálenosti. Je na místě říct, že všechna má tvrzení se vztahují na nejběžnější televizní formát, tj. 576 obrazotvorných řádků. V případě HDTV se mění například minimální pozorovací vzdálenost a podobně.

Rád bych ještě upozornil všechny své případné oponenty na to, že předváděcí obrazce pro velkoplošné LCD a plazmy, které je možné vidět v prodejnách těchto zařízení, jsou generované ze speciálních počítačů a nejsou zatížené kompresí. To platí především pro HDTV. V případě televizorů s klasickým rozlišením jsou tyto obrazce zaznamenané na DVD s maximálním možným datovým tokem! Jedná se samozřejmě o reklamní materiály speciálně vytvořené pro daný účel a cudně zamlčující případné nedostatky výrobku. Pestrobarevné obrazce dokonale maskují nedostatky zobrazovačů. Nejlepším způsobem, jak odhalit nějakou vadu, jsou černobílé linky, pruhy, body, kružnice apod.

Na závěr bych chtěl poděkovat vedení prodejny Elektro Spáčil v Olomouci za umožnění realizace potřebných testů.

Anketa

Dotýká se vás problém pixelizace obrazu u digitálního příjmu televize?

41 názorů Vstoupit do diskuse
poslední názor přidán 14. 10. 2006 10:28

Sledujte DigiZone.cz

Facebook Google+