Płynniejsze wideo dzięki przełomowym technologiom: Konwersja I/P w monitorach LCD

Jest powszechnie wiadome, że monitory LCD były początkowo źle przystosowane do wyświetlania obrazów ruchomych. To taka ciekawostka z przeszłości. Ostatecznie jednak monitory LCD osiągnęły ugruntowaną pozycję jako podstawowe urządzenia wyświetlające, a w oparciu o różnorodne nowe technologie związane z jakością wyświetlania, jakie pojawiły się w ostatnich latach, znacząco poprawiła się jakość odtwarzania przez nie obrazów wideo. Tym razem na naszych łamach skupimy się na procesie konwersji materiału wideo z przeplotem na wideo bez przeplotu (ang. – interlace-to-progressive, w skrócie I/P) lub inaczej usuwaniem przeplotu (ang. – deinterlacing), którego zadaniem jest umożliwienie płynnego odtwarzania wideo na monitorach LCD i telewizorach. To bardzo istotna technologia, szczególnie dla osób, które często oglądają filmy na swoich monitorach.

* Uwaga: Poniższy tekst jest tłumaczeniem z japońskiego, artykułu zamieszczonego w ITmedia „Płynniejsze wideo dzięki przełomowym technologiom: Konwersja I/P w monitorach LCD” („Smoother video with cutting-edge technologies: LCD monitor interlace-to-progressive (I/P) conversion”) opublikowanego 29 czerwca 2009r. Copyright 2011 ITmedia Inc. All Rights Reserved.

Linie skanowania (wybierania) i metody tworzenia obrazu na ekranie

Proces konwertowania sygnałów wideo zawierających przeplot na progresywne sygnały wideo (bez przeplotu) jest nazywany usuwaniem przeplotu (ang. – interlace-to-progressive (I/P) conversion), deinterlacingiem lub po prostu konwersją I/P. Termin konwersja I/P obejmuje różne metody i poziomy technologiczne. Kompletność technologii konwersji ma istotny wpływ na jakość obrazu na monitorze lub telewizorze LCD. Przed rozpoczęciem jakiejkolwiek dyskusji na temat konwersji I/P, będziemy potrzebowali odrobiny podstawowej wiedzy na ten temat. Skupmy się na liniach skanowania wideo i metodach skanowania.

Jak większość z nas wie, filmy są wyświetlane na monitorze, pokazując po kolei serię następujących po sobie klatek składających się na film, wg. tej samej koncepcji, na jakiej opiera się flip book.  Pojedyncza klatka filmowa jest podzielona poziomo na cienkie linie i są one wyświetlane na ekranie od góry do dołu. Pojedynczą linię tworzącą obraz wideo nazywa się linią skanowania lub linią obrazu. Przyglądając się takiej linii jeszcze dokładniej, można zauważyć, że pojedyncza linia jest tworzona przez maleńki, szybko poruszających się punkt świetlny.

Zasada działania ekranu korzystającego z linii skanowania

Metoda z przeplotem

Obraz wyświetlany z przeplotem. Cała klatka obrazu powstaje przez połączenie dwóch półpól.

Metoda progresywna

Dla odmiany w metodzie progresywnej obraz dane obrazu są przekazywane i wyświetlane od pierwszej do ostatniej linii skanowania, w kolejności od góry do dołu. W przeciwieństwie do metody z przeplotem, umożliwia ona wyświetlenie całej klatki na raz, bez dzielenia jej na dwa półpola. Wymaga to jednak większej przepustowości podczas przekazywania sygnału niż w metodzie z przeplotem. Powodowała jednak problemy ze zgodnością z odbiornikami TV, pracującymi w tradycyjnym systemie NTSC (od tłumacza: i PAL również). Z tego powodu metoda progresywna nie był używana przez dłuższy okres czasu. (obecnie satelity przekaźnikowe i komunikacyjne wielu krajów już prowadzą transmisję cyfrowej telewizji z wykorzystaniem tej metody). Dla monitorów komputerowych metoda progresywna była podstawową od samego początku, jeszcze w latach 90, erze monitorów CRT (kineskopowych). Biorąc pod uwagę charakter ekranów komputerowych – wyświetlanie głównie niezmiennych pikseli – metoda progresywna idealnie nadaje się do wykorzystania w monitorach i telewizorach LCD.

Obraz wyświetlany progresywnie. W przeciwieństwie do metody z przeplotem, cały obraz jest wyświetlany bez podziału pojedynczej klatki na dwa półpola.

Metoda z przeplotem tworzy obraz poprzez naprzemienne wyświetlanie dwóch niepełnych półpól, czyniąc go podatnym na migotanie i rozmycie. Niedoskonałość ta może być szczególnie widoczna na dużych ekranach. W progresywnej metodzie klatka jest wyświetlana jako jeden pełny obraz i osiąga znakomitą jakość, minimalizując migotanie i rozmycie. Częściowo z tego powodu, produkty wykorzystujące tą metodę stały się obecnie powszechnie wykorzystywane, i to już od wielu lat, jako ekrany komputerowe, które są często używane do wyświetlenia obrazów o wysokiej rozdzielczości.

Konwersja I/P: Niezbędna do oglądania materiałów wideo na monitorze LCD

Dostępne obecnie na rynku monitory i telewizory LCD są zaprojektowane z myślą o wyświetlaniu progresywnych materiałów wideo. Jednak większość treści wideo, w tym nadawanych analogowo programów telewizyjnych, filmów na DVD oraz naziemnych transmisji telewizyjnych nadawanych w rozdzielczości 1080i, wykorzystuje przeplot. Z tego powodu, urządzenie wyświetlające musi dokonać konwersji materiału z przeplotem na progresywny. Tym sposobem doszliśmy do naszego głównego zagadnienia: konwersji I/P. Większość telewizorów i monitorów LCD obecnie posiada wbudowane układy konwersji I/P. Chociaż technologia ta po raz pierwszy pojawiła się w wyświetlaczach, to ostatnio bardzo powiększyła się liczba urządzeń odtwarzających z technologią I/P. Na przykład urządzenia odtwarzające wyposażone w wyjścia sygnału progresywnego i powiększające obraz odtwarzany z DVD (domowe odtwarzacze i nagrywarki DVD, Blu-ray, czy PlayStation 3) posiadają układy konwersji I/P. Tak na marginesie, proste uzupełnienie luk w sygnale z przeplotem może czasem spowodować nienaturalny wygląd i przeszkodzić w uzyskaniu wysokiej jakości obrazu, nawet po konwersji na tryb progresywny. Należy pamiętać, że systemy stosowane do konwersji I/P mogą się znacznie różnić dokładnością między sobą.

Dwie metody konwersji I/P

Konwersję I/P można przeprowadzić na dwa podstawowe sposoby. Pierwszym jest konwersja adaptacyjna ruchu (ang. – motion-adaptive conversion). Drugim sposobem jest konwersja metodą „pomijania 2-3” (ang. – 2-3 pull-down). Te dwa systemy konwersji I/P bardzo się między sobą różnią. To bardzo ważne, aby wybrać właściwy sposób konwersji, w zależności od rodzaju materiału źródłowego do wyświetlenia. Nie da się jednoznacznie określić, czy któraś z nich jest wyraźnie lepsza. Urządzenia odtwarzające i wyświetlające wybierają optymalną metodę konwersji automatycznie (Czasami można również wykonać ręcznego wyboru).

Konwersja I/P z adaptacją ruchu (Motion-adaptive I/P conversion)

Niska dokładność konwersji I/P może doprowadzić do postrzępionych krawędzi, tak jak to widać powyżej w miejscach oznaczonych strzałkami (fotografia po lewej). Podczas prawidłowej konwersji I/P takie miejsca są wygładzane (fotografia po prawej).

Konwersja I/P metodą 2-3 pull-down (pomijanie 2-3)

Różnica pomiędzy konwersją I/P metodą 2-3 pull-down (u góry) oraz konwersją I/P 1080/24p I/P (u dołu). Ponieważ dzięki konwersji 1080/24p wideo o 24 kl./s jest wyświetlane w dokładnie takim samym klatkażu, to sceny, w których przy zastosowaniu metody 2-3 pull-down byłyby odtwarzane w poszarpany sposób, będą wyglądały płynnie.