眼睛，大脑，视频质量：120fps，8K，HDR，魔杖，视锥细胞的反射和“肥皂剧效果”

我在这个博客中写了很多关于声音再现保真度的内容，并且视频被不公平地绕过了，只能间接地被触摸。我决定解决这种情况-该文章完全致力于解决图像质量，视频回放的高保真度以及它们与人类视觉的关系。



作为视频回放无可挑剔的保真度，人们可以采用一种技术水平，在这种技术水平下，监视器上的图像无法与周围的现实区分开。众所周知，目前传统电视和投影仪，虚拟现实的眼镜和头盔都无法做到这一点，但是已经在追寻有意义的模式和方向。在削减的基础上，我将尝试根据我们的视觉感知方式确定最重要的再现质量标准。

视觉感知的神经生理学

要了解该标准的重要性，您需要了解视觉的工作原理以及大脑如何识别和处理视觉信号。在人类视网膜上有一个非常重要的区域-视网膜中央窝。正是这个区域仅占视觉传感器总面积的1％，因此能够看到并传输高清和详细的图像（即它具有足够数量的视觉接收器：杆和锥）。而且，来自该部位的信息使大脑皮层视觉区的神经元的一半以上起作用。



同时，视觉窝只能覆盖2度的视野。由于信息的单独“扫描”部分以及视觉存储系统的缘故，在皮质的视觉区域中创建了周围世界的较大范围的可视图片。可视化“扫描”过程很快，但仍需要一些时间。目前，关于人眼无法确定的分辨率差异尚无共识。

大脑对视觉信息的处理是快速且不可见的，但正是这种感知和处理的高速度使我们能够清楚地注意到不同帧速率与许多其他功能之间的差异，这些差异向大脑发出信号说树的图像是不现实的。同时，我们可以说，我们看到的整个现实图像是正常大脑活动的产物，与当前发生的事件相比，其时间（毫秒）有所滞后。因此可以说，我们的眼睛生活在最近的过去。



一个重要方面是帧速率。连续运动的错觉已经以每秒13-17帧的频率出现。还已知人类视觉能够捕获屏幕上出现的瞬间（从1/16到1/220秒）的物体。此功能是个性化的，尤其是在电子竞技和视频工程师中发展得很好。根据Stuart Enstos教授的说法，大脑能够将视觉感知的“延迟”减少到10-15毫秒。

杆实际上不易开花，并且圆锥体比杆慢。粗略地讲，人类视觉中的“最大FPS”是棍棒所拥有的。在视网膜的中央，视杆和视锥都集中，这使您可以获得完整的图像，而“慢”视锥则形成更大程度的色彩感知，视杆主要记录运动。

视网膜感受器（视锥细胞和视锥细胞）的惯性被认为是视觉感知速度的主要物理限制；它们主要决定了从眼睛向大脑传输信息时的时间延迟。麻省理工学院测量了感光器传输视觉信息的最小惰性-为13毫秒（相当于77 fps），从而确认了Enstos的数据。还已知最小的“ wand-cone”惯性为20 ms（相当于50 fps）。简而言之，视觉感知速度的生理限制是77 fps，色彩感知是50 fps。

但是，有一些经验性观察表明，50 fps（例如96 fps）的图像在视觉上在色彩强度和图像清晰度的主观评估上有所不同。这种差异证明了以高于77 fps的频率创作电影和其他内容的合理性。

一些作者写道，大脑配备了某种处理视觉信息的算法，甚至可以将其与相机处理算法进行比较。实际上，这种比较是不正确的，算法的概念仅在将视网膜拉到地球上时才适用。我相信，我们的大脑就像一个模拟系统一样，其中发生的电化学和生化过程决定了其活动的结果。这可以称为算法，但与数字数据处理算法相距甚远。

因此，负责复制保真度的标准与我们如何接收视觉信息以及大脑如何感知和处理它直接相关。可以公平地说，现实主义的秘密在于制造一种大脑无法识别为假象的幻觉。并且存在一个大问题，关于真实的感知速度和虚构的视觉图像的形成的数据不能很好地理解，它们可以在很大范围内变化。并取决于数百种生理因素。因此，通常通过最精确的科学戳法凭经验确定高质量图像的规范。

解析度

通常，刚开始研究数字图像质量问题的人们相信，其唯一重要标准是分辨率。我们可以部分同意它们，因为图片的细节主要取决于它。今天，关于生命需要多少分辨率高于FullHD的格式存在争议。很明显，如果没有高分辨率，就无法实现视频的真实感，尽管这不是实现高保真度再现的唯一条件。

根据主观经验，我们可以得出结论，如果您仔细观察并注意细节，尤其是在投影仪和超大屏幕尺寸上，则使用4K是合理的。此外，他们说，如今4K已成为关心图像质量的人们的一种标准，其分辨率甚至低于购买价格。包括我们在内的贸易公司都对这种刻板印象非常满意-这使我们可以赚更多。



今天，许多购买者已经将8K视为必要的罪恶。通常，这种愿望并非源于差异确实对买方而言明显的事实。通常，他们只是想购买他们不会怀疑的设备，即为了知道所购买的电视或投影仪是在其当时的技术能力限制下制造的。该解决方案在VR系统中具有特殊意义，在VR系统中，他们试图实现用户的沉浸感，并努力创造出最可靠的现实幻觉。

与理智的专家相反，但不是很精明的专家预测，8K广播已经开始。 RED和NHK以这种格式广播，也许我不认识其他人，但是它们已经成为先锋。根据VR领域的研究，有人预测8K的未来，并认为这种格式具有很大的实用价值。我不同意这种坦率的乐观态度，尽管我坚信迟早我会发现与4K有所不同，甚至8K也不会是分辨率竞赛中的最后一场。



这并不是因为8K确实是必要的，而是与此相关的是，进展不应停止。增加分辨率的技术能力取决于实际的像素大小，逻辑上最后一个越小，分辨率越高。我怀疑是否可以无限期地减少像素，此过程迟早会达到物理极限。

高分辨率的问题是视频量的不断增长，因此，需要不断增加数据通道的带宽。在电视和常规广播方面，高分辨率数据（甚至4K）的巨大体积有时会导致延迟和失真，这与广播频道不足有关。

动态范围

我们视觉感知各种强度的光和颜色，区分大量阴影的能力构成了视频图像质量的另一个标准-动态范围。捕获视频内容中最亮的颜色与不亮（但不是黑色）的比率的功能。高动态范围及其今天提供的技术称为HDR。通常认为，人眼能够确定1,000,000：1范围内的动态范围，有时甚至更高。这种视觉能力很大程度上是由于需要区分周围物体的尺寸和形状，即使光线不是很好。



已知有一个实验可以反映动态范围以及分辨率的重要性。因此，比较了1080p SDR和UHD HDR图像，然后比较了1080p HDR和UHD HDR。在第一个比较中，肉眼可以明显看到这种差异，但是在第二种情况下，差异并不明显。主观评估认为，与SDR相比，使用HDR可将图片质量（清晰度，细节，准确性）提高90％。

每秒帧率

在我们的博客中，我们曾经谈到过每秒帧速率的问题。客观地讲，每秒高帧速率无疑会使图像更加逼真。我们已经写过关于世界上第一部以96fps拍摄的电影的证明。这部电影的特征是纪录片。并非巧合的是，它的频率比电影院中传统的24fps高出许多倍，而传统的24fps在全球最好的串行虚拟现实系统HTC vive pro中使用。如前所述，在VR中迫切需要最逼真的图像。纪录片



记录我们所写的影片，被李安（Ang Lee）拍摄的美国电影《足球比赛中的比利·林恩（Long Way Billy Lynn）》击败了，当时的频率已经是120fps。尽管在频率领域取得了突破，但大多数人还是愤慨地遇到了创新，他们指责这种频率的“肥皂剧”，“电视”，“低摄制”，“艺术恶性”的影响。就像，糟糕的频率杀死了所有的“电影的电子管魔术”。

事实的解释是，绝大多数评论家都以他们已经看过的电影来识别优质电影，并且他们以24fps的速度在电影院中观看优质电影。同时，多数电视节目的出现与电视连续剧有关，但并非所有电视剧质量都很高。该标准植根于人类文化，因此可以保证在感知中得到反映，并成为质量标准之一，尽管客观上不应如此。

总

像声音一样，复制保真度的逻辑成分通常变得十分容易理解，从物理上可以解释。在这种情况下，以类推，要求陈旧（在声音的情况下，有温暖的灯），并对发展的前进方向提出了尖锐的批评。显然，世代必须在不是通过每秒帧数的棱镜而是根据其他标准来感知好的电影院和其他视频内容的那一刻之前过去。也许我错过了复制保真度的一些重要因素。在评论中让我知道。我也很感谢您对未来视频的个人想法。

使用的照片内容：
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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