Augen, Gehirn, Videoqualität: Reflexionen auf 120 fps, 8K, HDR, Zauberstäben, Zapfen und dem „Seifenoper-Effekt“

Ich habe in diesem Blog viel über die Wiedergabetreue der Tonwiedergabe geschrieben, und das Video wurde zu Unrecht umgangen und nur indirekt berührt. Ich habe mich entschlossen, die Situation zu beheben - der Artikel widmet sich ausschließlich den Problemen der Bildqualität, der Wiedergabetreue bei der Videowiedergabe sowie ihrer Verbindung mit dem menschlichen Sehen.



Als einwandfreie Wiedergabetreue bei der Videowiedergabe kann man ein solches technologisches Niveau annehmen, bei dem das Bild auf dem Monitor nicht von der umgebenden Realität unterschieden werden kann. Es ist bekannt, dass derzeit weder herkömmliche Fernseher und Projektoren noch Brillen und Helme der virtuellen Realität dazu in der Lage sind, aber die Muster und Richtungen, in denen es sinnvoll ist, zu arbeiten, werden bereits verfolgt. Unter dem Schnitt werde ich versuchen, die wichtigsten Kriterien für die Qualität der Reproduktion in Übereinstimmung mit der Funktionsweise unserer visuellen Wahrnehmung zu bestimmen.

Neurophysiologie der visuellen Wahrnehmung

Um zu verstehen, wie wichtig dieses oder jenes Kriterium ist, müssen Sie eine Vorstellung davon haben, wie das Sehen funktioniert und wie das Gehirn visuelle Signale erkennt und verarbeitet. Auf der menschlichen Netzhaut befindet sich ein äußerst bedeutender Bereich - die zentrale Fossa der Netzhaut. Dieser Bereich, der nur 1% der Gesamtfläche des visuellen Sensors ausmacht, kann hochauflösende und detaillierte Bilder sehen und übertragen (d. H. Er verfügt über eine ausreichende Anzahl visueller Rezeptoren: Stäbchen und Zapfen). Darüber hinaus belasten die von dieser Stelle kommenden Informationen mehr als die Hälfte der Neuronen der visuellen Zone der Großhirnrinde mit Arbeit.



Gleichzeitig kann die visuelle Fossa nur 2 Grad des Gesichtsfeldes abdecken. In der visuellen Zone des Kortex wird dank separater „gescannter“ Informationsabschnitte sowie dank des visuellen Speichersystems ein größeres visuelles Bild der umgebenden Welt erstellt. Der Prozess des visuellen „Scannens“ ist schnell, dauert jedoch noch einige Zeit. Derzeit besteht kein Konsens darüber, über welchen Unterschied das menschliche Auge nicht bestimmen kann.

Die Verarbeitung visueller Informationen durch das Gehirn ist für uns schnell und unsichtbar, aber es ist diese hohe Geschwindigkeit der Wahrnehmung und Verarbeitung, die es uns ermöglicht, den Unterschied zwischen verschiedenen Bildraten und einer Reihe anderer Merkmale deutlich zu erkennen, die dem Gehirn signalisieren, dass das Bild einer Linde nicht Realität ist. Gleichzeitig können wir sagen, dass das gesamte Bild der Realität, das wir sehen, ein Produkt regelmäßiger Gehirnaktivität ist, die zeitlich (um Millisekunden) hinter den Ereignissen zurückbleibt, die im aktuellen Moment auftreten. Man kann also argumentieren, dass unsere Augen in der jüngsten Vergangenheit leben.



Ein wichtiger Aspekt ist die Bildrate. Die Illusion einer kontinuierlichen Bewegung entsteht bereits mit einer Frequenz von 13 - 17 Bildern pro Sekunde. Es ist auch bekannt, dass das menschliche Sehen Objekte auf dem Bildschirm erfassen kann, die für den Bruchteil einer Sekunde (von 1/16 bis 1/220 Sekunden) angezeigt werden. Diese Fähigkeit ist individuell und besonders bei E-Sportlern und Videoingenieuren gut entwickelt. Laut Professor Stuart Enstos kann das Gehirn die "Verzögerung" der visuellen Wahrnehmung auf 10-15 Millisekunden reduzieren.

Die Stäbchen sind praktisch nicht anfällig für Blumen und die Zapfen sind langsamer als die Stäbchen. Wir können grob sagen, dass die "maximale FPS" im menschlichen Sehen von Stöcken besessen wird. In der Mitte der Netzhaut sind sowohl Stäbchen als auch Zapfen konzentriert, wodurch Sie ein vollwertiges Bild erhalten, während die „langsamen“ Zapfen ein höheres Maß an Farbwahrnehmung bilden und die Stäbchen hauptsächlich Bewegungen aufzeichnen.

Die Trägheit der Netzhautrezeptoren (Stäbchen und Zapfen) wird als die hauptsächliche physikalische Einschränkung der Geschwindigkeit der visuellen Wahrnehmung angesehen. Sie bestimmen hauptsächlich die Zeitverzögerung bei der Übertragung von Informationen vom Auge zum Gehirn. Das Massachusetts Technological Institute hat die minimale Trägheit von Fotorezeptoren für die Übertragung visueller Informationen gemessen - sie betrug 13 ms (was 77 fps entspricht) und bestätigte die Daten von Enstos. Es ist auch bekannt, dass die minimale "Stab-Kegel" -Trägheit 20 ms beträgt (was 50 fps entspricht). Einfach ausgedrückt beträgt die physiologische Begrenzung der Geschwindigkeit der visuellen Wahrnehmung 77 fps und die Farbwahrnehmung 50 fps.

Es gibt jedoch empirische Beobachtungen, die darauf hinweisen, dass sich ein Bild mit 50 fps und beispielsweise 96 fps visuell in der Farbintensität und der subjektiven Beurteilung der Bildschärfe unterscheidet. Dieser Unterschied rechtfertigt die Erstellung von Filmen und anderen Inhalten mit einer Frequenz über 77 fps.

Einige Autoren schreiben, dass das Gehirn mit einem bestimmten Algorithmus ausgestattet ist, der visuelle Informationen verarbeitet und diese sogar mit Kameraverarbeitungsalgorithmen vergleicht. In der Realität ist der Vergleich nicht korrekt und das Konzept des Algorithmus ist nur anwendbar, wenn die Netzhaut auf den Globus gezogen wird. Wie viele, glaube ich, wissen, ist unser Gehirn ein analoges System, in dem elektrochemische und biochemische Prozesse ablaufen, die die Ergebnisse seiner Aktivität bestimmen. Dies kann als Algorithmus bezeichnet werden, ist jedoch weit entfernt von digitalen Datenverarbeitungsalgorithmen.

Daher hängen die Kriterien für die Wiedergabetreue direkt davon ab, wie wir visuelle Informationen erhalten und wie das Gehirn sie wahrnimmt und verarbeitet. Man kann mit Recht sagen, dass das Geheimnis des Realismus in der Ebene liegt, eine solche Illusion zu erzeugen, die das Gehirn nicht als falsches Bild identifizieren kann. Und es gibt ein großes Problem, Daten über die Geschwindigkeit der Wahrnehmung des Realen und die Bildung eines fiktiven visuellen Bildes sind nicht gut verstanden, können individuell in einem weiten Bereich variieren. und hängen von Hunderten von physiologischen Faktoren ab. Aus diesem Grund werden die Normen für qualitativ hochwertige Bilder normalerweise empirisch durch die genaueste Methode des wissenschaftlichen Stocherns bestimmt.

Auflösung

Menschen, die sich gerade erst mit den Problemen der digitalen Bildqualität befassen, glauben oft, dass das einzige wichtige Kriterium die Auflösung ist. Zum Teil können wir ihnen zustimmen, da das Detail des Bildes in erster Linie davon abhängt. Heute wird diskutiert, wie viel Leben Formate mit einer höheren Auflösung als FullHD benötigt. Es ist klar, dass Realismus in Videos ohne hohe Auflösung nicht erreicht werden kann, obwohl dies nicht die einzige Voraussetzung für eine hohe Wiedergabetreue ist.

Aus subjektiven Erfahrungen können wir schließen, dass die Verwendung von 4K gerechtfertigt ist, wenn Sie genau hinschauen und auf Details achten, insbesondere bei Projektoren und wirklich großen Bildschirmen. Darüber hinaus wird 4K heute zu einer Art Standard für Menschen, denen die Bildqualität am Herzen liegt. Eine Auflösung darunter ist sogar unanständig zu kaufen. Handelsunternehmen, einschließlich unserer, sind mit diesem Stereotyp sehr zufrieden - dies ermöglicht es uns, mehr zu verdienen.



Bereits heute halten viele Käufer 8K für ein notwendiges Übel. Ein solcher Wunsch entsteht in der Regel nicht dadurch, dass der Unterschied für den Käufer wirklich spürbar ist. Oft möchten sie nur ein Gerät kaufen, an dem sie nicht zweifeln werden, d. H. um zu wissen, dass der gekaufte Fernseher oder Projektor an der Grenze der technologischen Möglichkeiten seiner Zeit erstellt wurde. Die Auflösung gewinnt in VR-Systemen eine besondere Bedeutung, bei denen versucht wird, das Eintauchen der Benutzer zu erreichen und die zuverlässigste Illusion der Realität zu erzeugen.

Entgegen den Prognosen vernünftiger, aber nicht sehr kluger Experten hat die Ausstrahlung in 8K bereits begonnen. RED und NHK werden in diesem Format ausgestrahlt, und vielleicht jemand anderes, den ich nicht kenne, aber diese sind zu Pionieren geworden. Basierend auf Forschungen auf dem Gebiet der VR sagen einige die 8K-Zukunft voraus und schreiben, dass dieses Format einen großen praktischen Wert hat. Ich teile diesen offenen Optimismus nicht, obwohl ich überzeugt bin, dass ich früher oder später einige Unterschiede zu 4K feststellen kann und sogar, dass 8K nicht der letzte im Auflösungsrennen sein wird.



Dies liegt nicht daran, dass 8K wirklich notwendig ist, aber in diesem Zusammenhang sollte der Fortschritt nicht aufhören. Die technologische Fähigkeit, die Auflösung zu erhöhen, hängt von der tatsächlichen Pixelgröße ab. Es ist logisch, dass die letzte umso kleiner ist, je höher die Auflösung ist. Ich bezweifle, dass die Pixel auf unbestimmte Zeit reduziert werden können. Früher oder später wird dieser Prozess eine physikalische Grenze erreichen.

Das Problem der hohen Auflösung ist das ständig wachsende Videovolumen und dementsprechend die Notwendigkeit, die Bandbreite der Datenkanäle ständig zu erhöhen. Wenn es um Fernsehen und regulären Rundfunk geht, verursachen kolossale Datenmengen mit hoher Auflösung (sogar 4K) manchmal Verzögerungen und Verzerrungen, was mit einem unzureichenden Sendekanal verbunden ist.

Dynamikbereich

Die Fähigkeit unseres Sehens, Licht und Farben unterschiedlicher Intensität wahrzunehmen und eine große Anzahl von Schattierungen zu unterscheiden, bildete ein weiteres Kriterium für die Qualität des Videobildes - den Dynamikbereich. Eine Funktion, die das Verhältnis der hellsten Farbe zu der weniger hellen (aber noch nicht schwarzen) Farbe im Videoinhalt erfasst. Der hohe Dynamikbereich und seine heutige Technologie werden als HDR bezeichnet. Es ist allgemein anerkannt, dass das menschliche Auge den Dynamikbereich innerhalb von 1.000.000: 1 und manchmal sogar höher bestimmen kann. Diese Fähigkeit des Sehens beruht hauptsächlich auf der Notwendigkeit, zwischen den Abmessungen und der Form der uns umgebenden Objekte zu unterscheiden, selbst bei nicht sehr guter Beleuchtung.



Es ist ein Experiment bekannt, das die Bedeutung des Dynamikbereichs zusammen mit der Auflösung widerspiegelt. Also wurden 1080p SDR und UHD HDR und dann 1080p HDR und UHD HDR verglichen. Im ersten Vergleich war der Unterschied mit bloßem Auge erkennbar, im zweiten Fall jedoch nicht offensichtlich. Die subjektive Bewertung war, dass die Verwendung von HDR als eine Verbesserung der Qualität (Klarheit, Detailgenauigkeit, Genauigkeit) eines Bildes um 90% im Vergleich zu SDR wahrgenommen wird.

Bildrate pro Sekunde

In unserem Blog haben wir einmal das Thema Bildrate pro Sekunde angesprochen. Objektiv macht die hohe Bildrate pro Sekunde das Bild definitiv realistischer. Was der erste Film der Welt mit 96 fps drehte, über den wir bereits geschrieben haben, hat bewiesen. Charakteristischerweise war der Film dokumentarisch. Es ist kein Zufall, dass genau die Frequenzen um ein Vielfaches höher sind als die herkömmlichen 24 fps für das Kino, die im weltweit besten seriellen Virtual-Reality-System HTC vive pro verwendet werden. Wie bereits erwähnt, besteht in der VR ein dringender Bedarf an einem realistischen Bild. Documentary



Bilanz, über das wir geschrieben haben, wurde von dem amerikanischen Film "Long Way Billy Lynn in der Pause eines Fußballspiels" von Ang Lee geschlagen, in dem die Frequenz bereits 120 fps betrug. Trotz der Durchbrüche auf dem Gebiet der Frequenz stoßen die meisten Menschen auf Innovationen mit Empörung, die die Wirkung von „Seifenoper“, „Fernsehen“, „niedriger Kinematographie“ und „künstlerischer Malignität“ einer solchen Frequenz verantwortlich machen. Die schlechte Frequenz tötet die ganze "warme Röhrenmagie des Films".

Der Effekt erklärt sich aus der Tatsache, dass die überwiegende Mehrheit der Kritiker gutes Kino mit dem identifiziert, was sie bereits gesehen haben, und dass sie gutes Kino in Kinos mit 24 Bildern pro Sekunde gesehen haben. Gleichzeitig ist eine Zunahme der Häufigkeit der Mehrheit mit Fernsehserien verbunden, die bei weitem nicht alle von fairer Qualität waren. Der Standard ist so stark in der menschlichen Kultur verwurzelt, dass er sich garantiert in der Wahrnehmung widerspiegelt und zu einem der Qualitätskriterien wird, obwohl dies objektiv nicht der Fall sein sollte.

Gesamt

Die logischen Komponenten der Wiedergabetreue wurden wie üblich zu verständlichen, physikalisch erklärbaren Eigenschaften, wie im Fall von Ton. In diesem Fall gibt es analog eine Forderung nach archaischer (im Fall von Ton gab es warme Lampen) und scharfer Kritik an der fortschreitenden Entwicklungsrichtung. Offensichtlich müssen Generationen vor dem Moment vergehen, in dem gutes Kino und andere Videoinhalte nicht durch das Prisma der Anzahl der Bilder pro Sekunde, sondern nach anderen Kriterien wahrgenommen werden. Vielleicht habe ich einige der wesentlichen Faktoren für die Wiedergabetreue übersehen. Lass es mich in den Kommentaren wissen. Ich würde mich auch über Ihre persönlichen Vorstellungen über das Video der Zukunft freuen.

Verwendeter Fotoinhalt:
www.quora.com/How-come-its-really-hard-to-look-directly-at-something-in-low-light-but-when-we-look-right-next-to-the-object-we-can-see-it-better
data.cyclowiki.org/images/9/90/Centralnaya-yamka-setchatki.jpg
www.provideomontaj.ru/tv-8k-chto-jeto-nuzhno-li-sejchas-pokupat-televizor-8k


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