HFR – технология, о которой редко говорят

6 перспективных технологий 

На сегодняшний день можно выделить шесть направлений, в которых развиваются технологии телевизоров:

1. Ультравысокое разрешение – 4K и 8K (UHD)
2. Расширенный динамический диапазон (HDR)
3. Широкая цветовая гамма (WCG)
4. Глубокое цветовое разрешение
5. Высокочастотное видео (HFR)
6. Аудио следующего поколения (NGA)

LG CX OLED 4K поддерживает технологии HDR, WCG, Dolby Atmos

С большинством из них потребители уже знакомы. В любом магазине электроники можно приобрести телевизор 4K с поддержкой HDR, широкой цветовой гаммы, 10-битной цветности и дополнить его аудиосистемой или саундбаром с объектно-ориентированным звучанием Dolby Atmos. Единственным пунктом в этом списке, загадочным для большинства, является видео высокой частоты (HFR, High Frame Rate). Действительно, эта технология практически неизвестна потребителям и незаслуженно, по нашему мнению, игнорируется производственными студиями. Не хватает в этом направлении и научных исследований. 

Что такое HFR, что сулит нам эта технология и может ли она стать новым прорывом в киноиндустрии и телевидении? Попробуем разобраться в этих и других связанных с этой темой вопросах в данной статье. 

HFR в киноиндустрии

Итак, что такое HFR? Это зависит от контекста. Если говорить о фильмах, то к этому понятию можно отнести все, что имеет частоту выше 24 кадров в секунду. Однако такое кино – редкость. Известные фильмы, выпущенные в таком формате, можно перечислить по пальцам. В первую очередь, это трилогия режиссера Питера Джексона о хоббитах, снятая в 3Д и на частоте 48 кадров в секунду (квс). Затем были «Долгая прогулка Билли Линна в перерыве футбольного матча» и «Гемини» с Уиллом Смитом с частотой 120 квс. Последний фильм также снимался и в 3Д.

«Гемини» шел в прокате в разном формате. Обычные кинотеатры показывали его в 2Д на частоте 24 квс, а кинотеатры 3Д – на частоте 60 или 120 квс в зависимости от их технических возможностей. 

У режиссеров была своя причина прибегнуть к редкому формату: Энг Ли, так же, как и Питер Джексон, снимал свою картину на высокой частоте, чтобы устранить проблемы, сопутствующие формату 3Д/24квс, а именно мерцание и бегущие по экрану полосы. 

Джеймс Камерон использует несколько иной подход: он вставляет участки с частотой 120 квс в определенные части 3Д-фильма во избежание эффекта дергания картинки в панорамных кадрах или сценах с объектами, горизонтально перемещающимися через весь экран. 

По поводу использования высокой частоты среди кинематографистов нет единого мнения. Некоторые от нее в восторге, другим же, которых явно большинство, она не по душе. В результате частота 24 квс и по сей день остается «священной коровой» киноиндустрии. Но почему? Частично это можно объяснить нежеланием отказываться от устоев, сложившихся за десятки лет. Зачем менять то, что хорошо работает? Начиная от классической «Касабланки» и культовых «Звездных войн» и заканчивая киновселенной Marvel – все это снято в формате 24 квс. 

Другой причиной является экономическая. Производство и дистрибуция кино – это сложный процесс, любое изменение в котором влечет серьезные инвестиции. Переход, например, на 60 квс потребует увеличения мощности хранения данных в 2,5 раза, а также повышения производительности прочего съемочного и монтажного оборудования. Настолько же увеличится и объем компьютерной графики и анимации, так как художникам придется создавать в 2,5 раза больше кадров со спецэффектами. И, наконец, потоковое видео высокой частоты потребует, соответственно, более высокой пропускной способности, в то время как действующие сети интернет уже работают практически на максимальной загрузке. 

С другой стороны, киноиндустрия гораздо охотнее воспринимает такие инновации, как повышение разрешения, увеличение глубины цветов в битах и увеличение количества аудиоканалов. Но разве высокая частота не повышает реалистичность видео? Да, повышает, но именно по этой причине она не приветствуется в киноиндустрии! Задумайтесь, нужен ли реализм в мире грез? 

Большинство из нас не осознают этого, но наш мозг способен моментально отличить кинокадр от реальности. Однако он тут же переключается в «режим кино», воспринимая происходящее на экране как настоящее, и целиком погружается в сюжет.

Некоторые называют 24 квс «частотой грез». Высокая реалистичность с ней плохо сочетается, так как она разрушает магию. Как высказался один из зрителей по поводу «Хоббитов»: «Я так и не увидел Гендальфа – вместо него в кадре мелькали актеры, одетые в странные костюмы». 

«Билли Линн» и «Гемини» вызвали множество подобных реакций в соцсетях. Некоторые сравнивали их с домашним видео, снятым на камеру GoPro или на смартфон, и называли их выглядящими «суперреалистично» или «словно видеоигра». Другие упоминали об эффекте мыльной оперы или об эффекте, схожем с работой функции кадровой интерполяции в телевизоре.

Тем временем, наука многого не знает о том, как наш мозг реагирует на частоту кадров и воспринимает сменяющиеся картинки. Хотелось бы увидеть больше исследований в этом направлении. Вот лишь некоторые из интересных вопросов, нуждающиеся в ответах.

• Почему мы (или большинство из нас, по крайней мере) воспринимаем частоту 24 квс как плавную картинку, не замечая смены кадров?
• Действительно ли наш мозг запрограммирован на частоту 24 квс? А когда мы видим сигнал 60i или 60p, он переключается в режим мыльной оперы?
• Для многих геймеров преимущества высокой частоты кадров являются неоспоримыми. Получается, что те, кто играет в игры формата 120 квс и выше, воспринимают видео по-другому?
• Если эффект мыльной оперы реален, то, значит, должен существовать и обратный ему эффект? То есть, если сконвертировать программу из 60 квс в 24 квс, то она станет снова выглядеть как эпический художественный фильм? В связи с этим хотелось бы упомянуть о приеме, который используется в спортивных новостях. Частота кадров сокращается до 24, 25 или 30 квс, формат кадра переводится в широкоэкранный вид (с черными полосами сверху и снизу) и включается драматическая музыка для придания обзору матча особого напряжения. 
• Имеет ли значение частота кадров для традиционной целлулоидной анимации, и если да, то какую?
• На какой частоте пропадает «магия 24 квс» – 25, 30, 48, 60? Реальный пример в виде трилогии «Хоббитов» показывает, что при 48 квс ее уже нет, но где проходит эта граница?
• Мыльные оперы никогда не снимаются в 3Д. Кроется ли причина этого в том, что трехмерный формат, как и высокая частота, придает фильмам реалистичность, разрушающую магию кино?
• Восприятие частоты – это навык, привитый нам массовой культурой? Каким было бы мнение по этому поводу человека, который никогда в жизни не видел кино?

Интересно, что с каждым новым технологическим скачком в Голливуде появлялись новые жанры фильмов, да и вообще структура направлений кино существенно менялась. Высокочастотный формат мог бы стать еще одним мощным инструментов в арсенале производственных студий, правда, в этом вопросе нужны дополнительные исследования и наработки. Действующие методы в его продвижении не сработают, так как они основаны на старых убеждениях о том, как нужно снимать кино. Возможно, формат HFR даст толчок рождению новых жанров фильмов, например, высокореалистичной компьютерной анимации. Актеры, сгенерированные с помощью технологии CGI, в таких фильмах могут выглядеть, как настоящие. Пока мы можем только строить догадки об этом.

Однако, основываясь на фактах прошлого, мы знаем, что как только появляется серьезная инновация, то сразу раздается множество возражений («это слишком дорого», «это слишком сложно» и т.д.). Как правило, время показывает неправоту скептиков. Формат 24 квс, в конце концов, тоже не вечен. 

Так что же нас ждет в будущем? Переход на новую технологию в таком сложном процессе, как кинематограф, включающий огромную систему производственных студий в сочетании с мировой сетью дистрибуции, может занять годы, а то и десятилетия. Однако инновации проникают и в эту сферу. 

В любом случае, делать выводы о перспективах HFR в кино еще рано. В нем снято лишь менее десятка фильмов горсткой режиссеров. И целью, с которой они обратились к HFR, было улучшение трехмерного изображения, над которым Голливуд бьется не один десяток лет и который до сих пор является, скорее, исключением, а не правилом. 

Кадр из фильма "Билли Линн"

А пока мы рекомендовали бы читателям самим ознакомиться с HFR и сделать собственные выводы, не оглядываясь на сложившиеся догмы.

Конвергенция технологий

Рассуждая о Голливуде, важно понимать, что продукция этой «фабрики грез» оптимизирована исключительно под прокат. Производственные студии, снимая и монтируя фильмы, всегда ориентируются на технические возможности кинотеатров. В этой прочной связке и находится корень многих догм кинематографа.

Данное положение вещей может измениться, если просмотр кино дома станет превалировать над посещением кинотеатров. Такая тенденция уже наблюдается в последние пару лет, а в нынешнем году она еще более усилится в силу известных обстоятельств. Фильмы, оптимизированные для показа по телевизору, вероятнее всего, будут отличаться от тех, что оптимизированы для кинотеатров.

В конце концов, то, что хорошо для сети проката, необязательно хорошо и для домашнего голубого экрана. Исследование, проведенное компанией Dolby Labs, показало, что более высокие параметры яркости и контрастности делают заметными эффекты, вызванные низкой частотой кадров. Иными словами, лента, хорошо выглядящая в формате SDR, в формате HDR начинает обнаруживать такое явление, как скачки в смене картинки. Поэтому колористы при монтаже фильмов в расширенном динамическом диапазоне делают их темнее, чтобы скрыть нежелательные эффекты, тем самым опровергая саму идею HDR. 

Исследование также показало, что для яркости в 50 нит, являющейся типичной величиной для картин на проекционных экранах кинотеатров, наилучшим образом соответствует частота в 24 квс. А для показателя в 1000 нит, которого достигают многие современные телевизоры, предпочтительной является частота в 32 квс. 

Хотя кинематограф и зародился на несколько десятков лет раньше, его развитие идет параллельно с телевидением. Переход с немого кино на звуковое, с черно-белого на цветное, с моно на стерео и на объемный аудиоформат и многие прочие технологические новшества ведут к постепенной эволюции обеих сфер развлечений. Однако некоторые изменения в киноиндустрии не так заметны для рядового зрителя: например, переход с пленочных на цифровые проекторы. Теперь фильмы развозятся по кинотеатрам не на кассетах, а на жестких дисках, а вскоре и вовсе будут рассылаться по компьютерной сети.

Следующим большим шагом эволюции индустрии кино, вероятно, станет крупнейшая инновация века – переход с проекционных экранов на гигантские дисплеи LED. Они обеспечивают гораздо более высокую яркость, контрастность и широчайший динамический диапазон, не говоря уже о разрешении, и выравнивают качество просмотра в кинотеатре и на телевизоре, за исключением, конечно же, огромного размера изображения. Возможно, когда новые дисплеи получат распространение, киноиндустрия станет более гибко подходить к вопросу частоты кадров, хотя сомнения все же остаются, учитывая консервативность сферы производства. 

Отказ от проекционной системы приведет к появлению новых игроков в этом бизнесе. Компания Samsung уже выпускает экран Onyx Cinema LED диагональю 10 метров с подлинным разрешением 4K (4096 x 2160). Еще в 2017 первые шесть кинотеатров в мире обзавелись этой потрясающей новинкой – Lotte Cinema World Tower в Сеуле, Paragon Cineplex в Бангкоке, Pacific Theatres Winnetka в пригороде Лос-Анджелеса, Pathe Beaugrenelle в Париже, Sambil Leganes в Мадриде и Shoudu Cinema в Пекине. 

Конечно же, эта трансформация будет очень медленной и займет многие годы. Такие дисплеи невероятно дороги и представляют собой крупную инвестицию, неподъемную в настоящий момент для многих кинотеатров. Однако перспектива слияния технологий кино и телевидения неизбежна. По сути, в будущем кинотеатре нас будет встречать просто очень большой телевизор. Однако в силу его размеров такие технологии, как Dolby Vision, будут выглядеть на его экране гораздо более эффектно.

Еще одной тенденцией ближайшего будущего может стать противоположное явление – это приход кинотеатров в дома. Первые признаки такого развития событий уже появились. Если вы обладаете достаточным количеством дензнаков, то можете приобрести дисплей The Wall от Samsung, созданный с помощью технологии MicroLED, отличающейся рядом преимуществ. Он представляет собой модульную систему, которую можно собрать в различных конфигурациях по величине экрана и разрешению. Размер одной «плитки» The Wall составляет 41 на 46 см, и она вмещает в себя 129,6 тыс. пикселей в соотношении 360х360. Такой экран разрешением HD можно собрать из 18 модулей, 4K – из 76, а 8K – из 288. Конфигурации The Wall практически не имеют границ. Вы можете даже собрать экран разрешением 16K. Единственным серьезным ограничением является цена. Одна плитка этого чуда техники обойдется вам примерно в 10 тыс. долларов. Полную стоимость телевизора вы сможете посчитать сами.

Технические характеристики и размеры дисплея Sony Crystal LED схожи с The Wall. Он предназначен, главным образом, для коммерческого применения, однако в Sony особо отмечают, что этот экран доступен и для частных заказчиков.

Чтобы эти технологии пришли на массовый рынок, их цена должна снизиться примерно на 99%. Звучит, конечно же, невероятно, но за последние 7 лет мы наблюдаем примерно такой обвал цен на телевизоры 4K. 

HFR в телевидении

Если низкая частота важна для создания мира грез, а высокая частота придает контенту повышенную реалистичность, то, получается, последняя должна идеально подойти для документальных и спортивных программ, не так ли? Ответ, скорее, утвердительный. Формат HFR усиливает чувство присутствия в демонстрируемом месте. Однако, прежде чем развивать эту тему, давайте еще раз вернемся к основам.

Чересстрочная развертка

Телевещание сегодня осуществляется в разном, но преимущественно низком разрешении. Прогресс в этой сфере есть, но он невероятно медленный. Параллельно телевидение потихоньку, но верно избавляется от чересстрочной развертки, под которой подразумевается последовательная демонстрация двух полукадров. Один из них при этом содержит только нечетные строчки, а второй – только четные. 

Кто-то может возразить, что в главенствующем на ТВ формате 1080 HD передается множество программ частотой 50i или 60i чересстрочной развертки. Однако в новом и растущем по влиянию разрешении Ultra HD допускается только прогрессивная развертка с полными кадрами. Тем не менее, ни 50p, ни 60p не могут считаться форматами HFR – это стандартные частоты. Когда эксперты вроде представителей Ultra HD Forum говорят о высокой частоте, они имеют ввиду, как минимум, вдвое большее значение – 100, 120 квс или выше.

Так в чем же все-таки состоит причина в стремлении к формату HFR? Может это просто игра наперегонки – у кого больше, тот и побеждает? Как, например, гонка разрешений (HD, Full HD, 4K, 8K…)? Не совсем так. Даже если преимущества не так очевидны в фильмах, о чем мы говорили выше, у HFR имеются другие положительные стороны.

Давайте вспомним, почему мы переходим на более высокое разрешение. Просто потому, что так решили производители, стремящиеся выжать из своих товаров максимум прибыли? Нет, дело здесь не только в их технологических возможностях. С самого своего появления телевизоры становились все больше и больше. Эта стало уже постоянной тенденцией со средним показателем роста в 2,5 см в год по всему миру, хотя отдельные территории и могут отличаться друг от друга по среднему размеру приобретаемых экранов. 

Рекомендуемое Samsung расстояние просмотра рассчитывается по формуле (диагональ экрана х 1,2)

В то же самое время расстояние между телезрителями и телевизором изменилось не сильно, так как площади жилищных пространств не выросли существенным образом (опять же, имеются географические вариации по регионам). Получается, рост разрешения обусловлен поддержанием высокого качества просмотра увеличившихся по размеру экранов.

Однако, чем выше разрешение, тем более размытыми становятся движения в кадрах. Особенно это заметно на экранах 8K. Поэтому при просмотре спортивных событий в таком разрешении желательно, чтобы частота кадров составляла не менее 100 квс. Японская вещательная корпорация NHK уже достаточно давно заявила о планируемой трансляции Олимпийских игр в Токио в разрешении 8K, однако о частоте она не обмолвилась.

Проблемы на пути высокочастотного формата

На первый взгляд, съемка, запись и передача высокочастотного формата ничего особенного из себя не представляют (в отличие, например, от формата HDR). Но одна проблема все-таки существует: как добиться обратной совместимости сигнала HFR с телевизорами и вещательной инфраструктурой, рассчитанными на низкую стандартную частоту? 

На данный момент существуют два подхода, предложенные DVB и ATSC – двумя организациями, работающими со стандартами вещания. Не вдаваясь в технические подробности, сообщим, что в обоих случаях используется так называемая техника временной разбивки на подуровни (temporal sublayering). Стандарт ATSC также предлагает дополнительную фильтрацию с целью улучшения качества изображения.

Формат HFR обладает преимуществом реалистичной передачи спортивных событий

Оба решения могут использоваться одновременно в телевизорах и не требуют платы за лицензию. Они позволяют конвертировать высокочастотный сигнал в стандартный в наземных, спутниковых, кабельных сетях и в IP-телевидении. 

HFR на практике

Итак, можете ли вы пойти в магазин и купить телевизор или монитор, совместимый с HFR? Уже сейчас этот вопрос является актуальным в сфере видеоигр. Современные компьютеры и консоли следующего поколения PlayStation 5 и Xbox Series X рассчитаны на выходной сигнал высокой частоты. Соответственно, под них подстраиваются и мониторы. HFR – это, пожалуй, единственный параметр, по которому они опережают телевизоры. 

Действительно, мониторы не особо впечатляют в том, что касается расширенного динамического диапазона, пиковой яркости, широкой цветовой гаммы, разрешения и т.д. Однако, в то время как телевизоры не способны воспроизводить частоту свыше 60 квс (утверждения о 120 Гц, 240 Гц и т.д. являются, зачастую, маркетинговыми уловками), их компьютерные собратья легко справляются со 144 квс, 165 квс и даже 240 квс. Причина заключается в том, что мониторы оказались втянутыми в гонку вооружений, стараясь не отстать от задающих тон графических видеокарт. 

Однако вопрос – в чем разница между 144 квс и 240 квс для человеческого восприятия – все же остается открытым. 

Стенд LG на выставке IFA 2016

Компания LG делала демонстрации телевизоров HFR еще в 2016 году и затем в 2018, представляя линейку 2019 года. Одной из главных ее особенностей стало использование в них разъемов стандарта HDMI 2.1, способных передавать видеосигнал 4K на частоте 120 квс. Этот же стандарт перекочевал и в премиальные модели 2020 года. Вот как об этом говорит сама компания.


На самом деле, сигнал 4K/120Гц (ограниченный 8 битами и Chroma 4:2:0) можно передавать и через разъем HDMI версии 2.0, однако в технических характеристиках эта информация не указывается. На это способны, к примеру, премиальные модели Samsung 2019 года. 

Тем временем, вот уже несколько поколений телевизоров совместимы с сигналом 1080р/120Гц и даже 1440р/120Гц в некоторых случаях, что легко вписывается в пропускную способность HDMI 2.0. Одним из ранних примеров этого может служить модель Sony OLED A1 2017 года. 

Вероятнее всего, пройдет еще немало времени, прежде чем контент HFR получит хоть какое-либо распространение, например, в виде прямых спортивных трансляций. Как и в случае с форматом 4K HDR, инициатива, скорее всего, будет исходить от стриминговых платформ, а не телевещательных компаний. По крайней мере, производители телевизоров свою часть работы уже выполнили. 

Когда экраны, совместимые с частотой 120 квс, получат более широкое распространение, за дело возьмутся вещательные студии, начав трансляции спортивных событий в новом формате. И это не обязательно должно быть разрешение 4K. Передача качеством 1080p/HDR на 100 или 120 квс будет выглядеть очень впечатляюще. А пока владельцам телевизоров остается лишь только воспользоваться функцией кадровой интерполяции для увеличения частоты контента.

Мы предлагаем читателям сделать самостоятельный вывод о формате HFR, просмотрев фильмы «Билли Линн» или «Гемини» в качестве 4K HDR с помощью плеера Blu-ray Ultra HD. Оба фильма записаны на дисках на частоте 60 квс, так как данные проигрыватели не способны воспроизводить 120 квс. На самом деле, плееры Blu-ray также не справляются с частотой 48 квс, поэтому посмотреть трилогию «Хоббитов» в оригинальном формате вам не удастся. Эта картина пока доступна лишь в стандартном качестве 1080р/SDR на частоте 24 квс. 
Мы в Telegram