“การอัปสเกล” บนทีวีคืออะไร และทำงานอย่างไร?

เนื่องจาก 4K เข้ามาแทนที่ HD ในบ้านของเรา ผู้ผลิตจึงเปิดตัวศัพท์แสงทางการตลาดที่น่าสนใจ เช่น “Ultra HD Upscaling” (UHD) แต่การอัปสเกลไม่ใช่คุณสมบัติพิเศษบางอย่าง—เพียงแต่ทำให้ทีวี 4K สามารถทำงานกับรูปแบบวิดีโอที่มีความละเอียดต่ำกว่า เช่น 1080p และ 720p

ทีวีทุกเครื่องมีการลดอัตราการสุ่มสัญญาณ

การขยายขนาดหมายถึงเนื้อหาที่มีความละเอียดต่ำจะเต็มหน้าจอทีวีของคุณ หากไม่มีวิดีโอความละเอียดต่ำจะใช้พื้นที่หน้าจอน้อยกว่าครึ่งหนึ่ง นี่เป็นคุณสมบัติทั่วไปในทีวีทุกเครื่อง แม้แต่ทีวี 1080p ก็ยังมี—พวกเขาสามารถขยายเนื้อหา 720p และแสดงในโหมดเต็มหน้าจอบนหน้าจอ 1080p

การลดอัตราการสุ่มสัญญาณ UHD เป็นสิ่งที่ทำให้ทีวี 4K ของคุณทำงานได้เหมือนที่อื่นๆ สามารถนำเนื้อหาที่มีความละเอียดต่ำกว่ามาแสดงบนหน้าจอ 4K ทั้งหมดได้

เนื้อหา 1080p ที่อัปสเกลบนหน้าจอ 4K มักจะดูดีกว่าเนื้อหา 1080p บนหน้าจอ 1080p ปกติ แต่การลดอัตราการสุ่มสัญญาณไม่ใช่เรื่องมหัศจรรย์ คุณจะไม่ได้ภาพที่คมชัดเหมือนจริงจากเนื้อหา 4K ดั้งเดิมที่แท้จริง นี่คือวิธีการทำงาน

ความละเอียดอยู่ที่ระดับกายภาพและการมองเห็น

ก่อนเข้าสู่การขยายขนาด เราต้องเข้าใจแนวคิดเรื่องความละเอียดของภาพก่อน เป็นแนวคิดที่ค่อนข้างง่าย รูปภาพหรือวิดีโอที่มีความละเอียดสูงจะดู "ดีกว่า" กว่ารูปภาพหรือวิดีโอที่มีความละเอียดต่ำ

อย่างไรก็ตาม เรามักจะลืมประเด็นสำคัญบางประการ กล่าวคือ ความแตกต่างระหว่างความละเอียดทางกายภาพและความละเอียดของแสง แง่มุมเหล่านี้ทำงานร่วมกันเพื่อสร้างภาพลักษณ์ที่ดีและเป็นพื้นฐานสำหรับการทำความเข้าใจเรื่องการขยายขนาด เราจะครอบคลุมความหนาแน่นของพิกเซลด้วย แต่ไม่ต้องกังวล เราจะอธิบายให้สั้นและกระชับ

• ความละเอียดทางกายภาพ : ในแผ่นข้อมูลจำเพาะของทีวี ความละเอียดทางกายภาพจะเรียกง่ายๆ ว่า "ความละเอียด" คือจำนวนพิกเซลบนจอภาพ ทีวี 4K มีพิกเซลมากกว่าทีวี 1080p และภาพ 4K มีขนาดใหญ่กว่าภาพ 1080p สี่เท่า จอแสดงผล 4K ทั้งหมดมีจำนวนพิกเซลเท่ากันโดยไม่คำนึงถึงขนาด แม้ว่าทีวีที่มีความละเอียดทางกายภาพสูงสามารถใช้พิกเซลเพิ่มเติมเพื่อให้รายละเอียดเพิ่มเติมได้ แต่ก็ไม่ได้ผลเสมอไป ความละเอียดทางกายภาพอยู่ในความเมตตาของความละเอียดทางแสง
• ความละเอียดของแสง : นี่คือเหตุผลที่ภาพถ่ายจากกล้องที่ใช้แล้วทิ้งของคุณดูดีกว่าภาพถ่ายจากกล้องดิจิตอลแฟนซีของเพื่อนที่อวดดี เมื่อภาพถ่ายดูคมชัดและมีช่วงไดนามิกที่ชัดเจน ภาพนั้นจะมีความละเอียดออปติคอลสูง บางครั้งทีวีเปลืองความละเอียดทางกายภาพที่สูงโดยการแสดงวิดีโอที่มีความละเอียดแสงเส็งเคร็ง ส่งผลให้ภาพเบลอและคอนทราสต์ บางครั้งนี่เป็นผลมาจากการลดอัตราการสุ่มสัญญาณ แต่เราจะกลับมาที่นั้นในอีกสักครู่
• Pixel Density : จำนวนพิกเซลต่อนิ้วบนจอแสดงผล จอภาพ 4K ทั้งหมดมีจำนวนพิกเซลเท่ากัน แต่สำหรับจอภาพ 4K ที่มีขนาดเล็กกว่า พิกเซลจะอยู่ใกล้กันมากขึ้น จึงมีความหนาแน่นของพิกเซลสูง ตัวอย่างเช่น iPhone 4K มีความหนาแน่นของพิกเซลที่สูงกว่าทีวี 4K ขนาด 70 นิ้ว เรากำลังพูดถึงสิ่งนี้เพื่อตอกย้ำแนวคิดที่ว่าขนาดหน้าจอไม่เหมือนกับความละเอียดทางกายภาพ และความหนาแน่นของพิกเซลของหน้าจอไม่ได้กำหนดความละเอียดทางกายภาพ

ตอนนี้เราได้ทำความเข้าใจความแตกต่างระหว่างความละเอียดทางกายภาพและทางแสงแล้ว ถึงเวลาที่เราต้องเพิ่มสเกล

การขยายขนาดทำให้รูปภาพ "ใหญ่ขึ้น"

ทีวีทุกเครื่องมีอัลกอริธึมการแก้ไขที่ยุ่งเหยิง ซึ่งใช้ในการขยายภาพที่มีความละเอียดต่ำ อัลกอริธึมเหล่านี้เพิ่มพิกเซลให้กับรูปภาพอย่างมีประสิทธิภาพเพื่อเพิ่มความละเอียด แต่ทำไมคุณต้องเพิ่มความละเอียดของภาพด้วย?

โปรดจำไว้ว่า ความละเอียดทางกายภาพถูกกำหนดโดยจำนวนพิกเซลบนจอแสดงผล มันไม่เกี่ยวอะไรกับขนาดที่แท้จริงของทีวีของคุณ หน้าจอทีวี 1080p มีเพียง 2,073,600 พิกเซล ในขณะที่หน้าจอ 4K มี 8,294,400 พิกเซล หากคุณแสดงวิดีโอ 1080p บนทีวี 4K โดยไม่มีการขยายขนาด วิดีโอจะใช้พื้นที่เพียงหนึ่งในสี่ของหน้าจอ

เพื่อให้ภาพ 1080p พอดีกับจอแสดงผล 4K จะต้องได้รับ 6 ล้านพิกเซลผ่านกระบวนการอัปสเกล (เมื่อถึงจุดนี้ มันจะกลายเป็นภาพ 4K) อย่างไรก็ตาม การขยายขนาดต้องอาศัยกระบวนการที่เรียกว่าการแก้ไข ซึ่งเป็นเพียงเกมเดาที่น่ายกย่อง

การลดอัตราการสุ่มสัญญาณช่วยลดความละเอียดของแสง

มีหลายวิธีในการแก้ไขภาพ พื้นฐานที่สุดเรียกว่าการแก้ไข "เพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุด" ในการดำเนินการตามขั้นตอนนี้ อัลกอริทึมจะเพิ่มเมชของพิกเซล "ว่าง" ให้กับรูปภาพ จากนั้นเดาว่าแต่ละพิกเซลเปล่าควรมีค่าสีใดโดยดูที่สี่พิกเซลที่อยู่ใกล้เคียง

ตัวอย่างเช่น พิกเซลเปล่าที่ล้อมรอบด้วยพิกเซลสีขาวจะกลายเป็นสีขาว ในขณะที่พิกเซลเปล่าที่ล้อมรอบด้วยพิกเซลสีขาวและสีน้ำเงินอาจออกมาเป็นสีฟ้าอ่อน เป็นกระบวนการที่ตรงไปตรงมา แต่ทิ้งสิ่งประดิษฐ์ดิจิทัล ความพร่ามัว และเส้นขอบที่ขรุขระไว้ในภาพจำนวนมาก กล่าวอีกนัยหนึ่ง ภาพที่มีการสอดแทรกมีความละเอียดของแสงที่ต่ำ

เปรียบเทียบสองภาพนี้ ด้านซ้ายไม่มีการแก้ไข และด้านขวาเป็นเหยื่อของกระบวนการแก้ไขเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุด ภาพทางด้านขวาดูแย่มาก แม้ว่าจะมีความละเอียดทางกายภาพเท่ากับภาพทางซ้ายก็ตาม สิ่งนี้จะเกิดขึ้นเพียงเล็กน้อยทุกครั้งที่ทีวี 4K ของคุณใช้การประมาณค่าเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดเพื่อยกระดับภาพ

“เดี๋ยวก่อน” คุณอาจจะพูด “ทีวี 4K ใหม่ของฉันไม่มีหน้าตาแบบนี้!” นั่นเป็นเพราะมันไม่ได้อาศัยการแก้ไขเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุด—แต่ใช้วิธีการที่หลากหลายเพื่อขยายขนาดรูปภาพ

การเพิ่มสเกลพยายามจัดการกับความละเอียดของออปติคอลด้วย

โอเค การแก้ไขเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดมีข้อบกพร่อง เป็นวิธีที่ใช้กำลังเดรัจฉานในการเพิ่มความละเอียดของภาพโดยไม่พิจารณาความละเอียดของแสง นั่นเป็นเหตุผลที่ทีวีใช้การแก้ไขอีกสองรูปแบบควบคู่ไปกับการแก้ไขเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุด สิ่งเหล่านี้เรียกว่าการแก้ไขแบบ bicubic (การทำให้เรียบ) และการแก้ไขแบบ bilinear (การทำให้คมชัด)

ด้วยการแก้ไขแบบ bicubic (เรียบ) แต่ละพิกเซลที่เพิ่มลงในรูปภาพจะมีลักษณะเป็นพิกเซลที่อยู่ใกล้เคียง 16 พิกเซลเพื่อให้ได้สี ส่งผลให้ได้ภาพที่ "นุ่มนวล" อย่างแน่นอน ในทางกลับกัน การแก้ไขแบบ bilinear (การลับคม) จะมองเฉพาะเพื่อนบ้านสองรายที่ใกล้ที่สุดเท่านั้นและให้ภาพที่ "คมชัด" ด้วยการผสมผสานวิธีการเหล่านี้—และการใช้ฟิลเตอร์บางตัวสำหรับคอนทราสต์และสี—ทีวีของคุณสามารถสร้างภาพที่ไม่สูญเสียคุณภาพออปติคอล อย่างเห็นได้ชัด

แน่นอนว่าการแก้ไขยังคงเป็นเกมการคาดเดา แม้จะมีการแก้ไขอย่างเหมาะสม วิดีโอบางรายการก็สามารถ "ทำให้เกิดภาพซ้อน" ได้หลังจากขยายขนาดแล้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากทีวีราคาถูกของคุณไม่สามารถขยายขนาดได้ สิ่งประดิษฐ์เหล่านี้ยังปรากฏชัดมากขึ้นเมื่อภาพคุณภาพต่ำมาก (720p และต่ำกว่า) ได้รับการอัปเกรดเป็นความละเอียด 4K หรือเมื่อภาพได้รับการขยายขนาดบนทีวีขนาดใหญ่อย่างเหลือเชื่อด้วยความหนาแน่นของพิกเซลต่ำ

ภาพด้านบนไม่ใช่ตัวอย่างการขยายขนาดจากทีวี แต่เป็นตัวอย่างของการลดขนาดสำหรับการเปิดตัวดีวีดี Buffy The Vampire Slayer HD (นำมาจากบทความวิดีโอโดย Passion of The Nerd) เป็นตัวอย่างที่ดี (แม้ว่าจะสุดโต่ง) ว่าการแก้ไขที่ไม่ดีสามารถทำลายภาพได้อย่างไร ไม่ นิโคลัส เบรนดอนไม่ได้แต่งหน้าเป็นแวมไพร์ นั่นเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นกับใบหน้าของเขาระหว่างขั้นตอนการลดขนาด

แม้ว่าทีวีทุกเครื่องจะมีการอัปสเกล แต่บางรุ่นอาจมีอัลกอริธึมการอัปสเกลที่ดีกว่ารุ่นอื่นๆ ส่งผลให้ได้ภาพที่ดีขึ้น

การลดอัตราการสุ่มสัญญาณเป็นสิ่งที่จำเป็นและแทบจะสังเกตไม่เห็น

แม้ว่าจะมีข้อบกพร่องทั้งหมด การเพิ่มสเกลก็ยังเป็นสิ่งที่ดี เป็นกระบวนการที่มักจะหยุดทำงานโดยไม่มีปัญหา และช่วยให้คุณสามารถรับชมวิดีโอรูปแบบต่างๆ บนทีวีเครื่องเดียวกันได้ มันสมบูรณ์แบบหรือไม่? แน่นอนไม่ นั่นเป็นเหตุผลที่ผู้คลั่งไคล้ภาพยนตร์และวิดีโอเกมบางคนชอบที่จะเพลิดเพลินกับงานศิลปะแบบเก่าบนสื่อที่ตั้งใจไว้ นั่นคือ ทีวีรุ่นเก่า แต่ ณ ตอนนี้ การขยายขนาดไม่ใช่สิ่งที่จะตื่นเต้นเกินไป และไม่ใช่สิ่งที่ต้องอารมณ์เสียมากเกินไป

เป็นมูลค่าการกล่าวขวัญว่ารูปแบบวิดีโอ 8K, 10K และ 16K ได้รับการสนับสนุนโดยฮาร์ดแวร์บางตัวที่เราใช้ทุกวัน หากเทคโนโลยีการอัปสเกลไม่สามารถรองรับรูปแบบความละเอียดสูงเหล่านี้ได้ ก็มีโอกาสที่จะส่งผลให้สูญเสียคุณภาพมากกว่าที่เราคุ้นเคย

เนื่องจากผู้ผลิตและบริการสตรีมมิ่งยังคงเดินหน้าสู่ 4K แม้ว่าบางทีเราไม่ควรกังวลเกี่ยวกับ 8K ในตอนนี้