تفاوت رزولوشن Ultra HD و Full HD چیست؟!

تلویزیون یا مانیتور؛ با چه رزولوشنی؟

انتخاب تلویزیون و مانیتور همیشه دردسرهای خاص خودش را دارد. اینکه چی بخریم؟ چه قدر بودجه داریم؟ برای بودجه ما چی مناسبه؟ بهترین تلویزیون و مانیتور گیمینگ چیه؟ برای کار مهندسی کدوم مدل عملکرد بهتری داره و … از جمله مواردی است که افراد کنجکاو از خودشون میپرسند. با ما همراه باشید تا در این بررسی به یکی از مهمترین معیارهای انتخاب تلویزیون و مانیتور بپردازیم.

رزولوشن Ultra HD و Full HD

رزولوشن Ultra HD و Full HD را بارها و بارها شنده‌ایم! ساده بگوییم، از نظر صنعت سینما دو واژه رزولوشن ۴K و رزولوشن Ultra HD با هم متفاوت است، اما در حالت عادی شاید بارها دیده باشید که از این دو کلمه به جای هم استفاده میشود. دقت کنید در صنعت سینما منظور از ۴K رزولوشنی معادل ۴۰۹۶×۲۱۶۰ است که با رزولوشن ۳۸۴۰×۲۱۶۰ سرگرمی خانگی متفاوت است! عموم مردم با این باورند که هر دو واژه ۴K و Ultra HD به معنای رزولوشن ۳۸۴۰×۲۱۶۰ است که این تصوری اشتباه است!

رزولوشن ۳۸۴۰×۲۱۶۰ به عنوان یک اندازه یا معیار برای نسبت تصویر ۱۶:۹ مِدیاهای (منظور تصیور، فیلم و بازی) خانگی معرفی شده و به صورت عمومی به ۴K و Ultra HD معروف شده که با تعریف صنعت سینما متفاوت است. ما در مقالاتی همچون «راهنمای خرید تلویزیون های ۴K Ultra HD»؛ «۴K چیست!؟ بررسی فنی وضوح تصویری ۴K» و مقاله «PPI چیست؟! با تراکم پیسکلی آشنا شوید» به طور کامل در این مورد صحبت کردیم و حالا میخواهیم به طور مشخص در مورد Ultra HD صحبت کنیم تا این واژه را کمی شفاف کنیم!

اما اولین سوالی که شاید برای هر کسی پیش بیاید این است که Ultra HD و Full HD چه تفاوتی با هم دارند!؟ جواب تنها یک کلمه است؛ وضوح بیشتر! تلویزیون های Full HD که در حال انقراض هستند، از رزولوشن استانداری معادل ۱۹۲۰×۱۰۸۰ پیکسل برخوردارند و در مجموع از ۲.۰۷۳.۶۰۰ پیکسل بهره میبرند. این در حالی است که تعداد پیکسل های Ultra HD با رزولوشن ۳۸۴۰×۲۱۶۰ چیزی معادل ۸.۲۹۴.۴۰۰ پیکسل است. به عبارتی تعداد پیکسل های Ultra HD به چهار برابر Full HD افزایش یافته و هر فریم آن معادل یک تصویر ۸ مگاپیکسلی است.

یکی از مهمترین مباحث افزایش رزولوشن، نرخ سرعت فریم ریت است که به طور مفصل در دو مقاله «فریم ریت چیست؟ هر آنچه درباره فریم ریت باید بدانید (۱)» و «فریم ریت چیست؟ هر آنچه در باره فریم ریت باید بدانید (۲)» در موردش صحبت کردیم. با این حال با توجه به مقتضیات این مقاله اندکی در موردش صحبت میکنیم. در گذشته و در صنعت سینما برای نمایش فیلم های مختلف از استاندارد نرخ سرعت فریم ۲۴ تا ۲۵ فریم بر ثانیه استفاده میشد.

معادل کیفیت پیکسل هر رزولوشن

اما گسترش رزولوشن Ultra HD موجب ظهور فیلم های ۶۰ فریم بر ثانیه شده که از مزیت آن میتوانیم به حذف پرش دوربین در صحنه های سریع اشاره کنیم. در صنعت سینما فریم ریت با دو ساختار پخش متفاوت برای مناطق جغرافیایی مختلف معرفی شده که شامل سیستم Pal یا «Phase Alternative Line» و ساختار دوم NTSC یا «National Television System Committe» است. فریم ریت های مربوط به ساختار Pal برای مناطق خاورمیانه، اروپا، آفریقا و آمریکای جنوبی و فریم ریت های NTSC نیز برای منطقه آمریکای شمالی و بخش هایی از آسیای جنوب شرقی معرفی شده است.

بنابراین؛ ظهور Ultra HD و یا همان رزولوشن ۴K علاوه بر افزایش فریم ریت موجب افزایش عمق رنگ در تلویزیون های مختلف شده و حالا در بهترین حالت ممکن، تمامی نمایشگرهای موجود میتوانند از رنگ های ۱۰ و ۱۲ بیتی پشتیبانی کنند. این مقدار در زمان رزولوشن Full HD به ۸ بیت میرسید که بسیار کم بود! در واقع با افزایش ابعاد نمایشگرها، تصایویر بزرگتر میشوند و برای با کیفیت شدن تصاویر ۴K به رنگ های بیشتری نیاز داریم تا تصاویر زنده تری را ببینیم.

هر چه قدر عمق رنگ بیشتر باشد، با رنگ های شاد تر، جزئیات بیشتر درون تصاویر و همچنین تصاویر زنده تری مواجه میشویم. این خصوصیت مهمی است که با رزولوشن Ultra HD ممکن شده و حالا هم در گوشه و کنار صدای HDR به گوش میرسد! واژه بسیار مهمی که گستره پویایی نسبت بین تاریک‌ترین و روشن‌ترین سایه‌های یک تصویر را توصیف می‌کند. HDR مخخف High Dynamic Range و به معنای (محدوده داینامیکی سطح بالا) است و همانطور که از نامش پیداست، یکی از پیشرفته ترین تکنیک های نورپردازی تصویر است که در تصویر برداری و عکاسی برای تکثیر درخشندگی بیشتر تصاویر دیجیتالی استفاده میشود.

به واسطه این تکنیک گستره طیف نوری و درخشندگی آن در دامنه روشن ترین و تاریک ترین بخش نوری بیشتر شده و به همین تناسب جزئیات بیشتری در تصویر مشخص میشود. هدف این تکنیک ایجاد طیف نوری مشابه چیزی است که با چشم غیر مسلح میبینیم. چشم انسان از طریق انطبق عِنَبیه و دیگر روش ها به طور مداوم میتواند به طور گسترده ای طیف وسیعی از نورهای موجود در محیط را تنظیم کند و مغز نیز به طور مداوم با تفسیر اطلاعات دریافتی از چشم، شرایط مشاهده طیف گسترده ای از طیف های نوری را برایمان فراهم میکند.

وظیفه HDR این است که بخش های روشن تر تصویر را با جزئیات بیشتری به بیننده نمایش میدهد و در بخش های تاریک و روشن تصویر با جزئیات بسیار بهتری طرفیم که به نوعی به تصویرمان عمق میدهد. در حال حاضر دو کنسول PlayStation 4 Pro و Xbox scorpio از این فناوری برای رزولوشن Ultra HD یا همان ۴K پشتیبانی میکنند.

در اوایل پیداش رزولوشن Ultra HD از کدک H.264 برای نمیاش فیلم ها سینمای استفاده میشد، ولی کم کم و البته با بهینه سازی های صورت گرفته، شاهد گسترش حضور کدک های جدیدی همچون H.265 (برای رزولوشن ۴K)، کدک HEVC برای رزولوشن ۴K (با سرعت ۶۰ فریم)؛ کدک VP9 برای رزولوشن ۴K و کدک H.264 هم برای کدگشایی/رمزگذاری ویدئوهایی با رزولوشن ۴K (با سرعت ۱۲۰ فریم) برای Ultra HD هستیم. این مورد به خودی خودش موجب افزایش حجم فیلم های مبتنی بر این رزولوشن میشود.

اما در طرف مقابل باید اشاره کنیم که فیلم های Full HD فعلی معمولاً با کدک H.264 معرفی میشوند و در حال حاضر نیز فیلم های Ultra HD از H.265 بهره میبرند که به آن HEVC هم گفته میشود. این کدک نیاز به توان پردازشی بسیار بالایی دارد، اما حجم فایل‌ها را پایین می‌آورد. فیلم هایی که با کدک H.265 عرضه میشوند، تقریباً از حجمی معادل نصف فیلم های میبتنی بر کدک H.264 برخوردارند که البته به سیستم بهتری برای پردازش و پخش مناسب آن نیاز دارند. اما در کیفیت تصویر تفاوت آنچنانی ندارند و به همین دلیل، فعلاً مهم نیست از کدام کدک برای فیلم مورد نظرتان استفاده میکنید.

برای پخش راحت و بی دردسر رزولوشن Ultra HD به نسخه های جدیدی از HDMI و DisplayPort نیاز داریم که بتواند چنین حجم عظیمی از داده های پردزاشی را منتقل کند. به همین خاطر در اکثر کارت های گرافیکی جدید کانکتور HDMI به نسخه ۲.0b بروز رسانی شده و DisplayPort هم برای پشتیبانی بهتر از HDR ready به نسخه ۱.۳HBR3/1.4 بروز رسانی شده و میتواند تصاویر ۴K (با سرعت ۶۰ هرتز)؛ تصاویر ۵K (با سرعت ۶۰ هرتز) و ۸K (با سرعت ۶۰ هرتز) را با دو کابل همزمان منتقل کند.

بنابراین به خاطر داشته باشید برای استفاده از رزولوشن Ultra HD از HDMI 1.4 استفاده نکنید، چون دو مشکل اساسی دارد. اول اینکه نرخ فریم ریت آن محدود به ۳۰ فریم در ثانیه است و از فریم هایی بیشتر از این مقدار پشتیبانی نمیکند. دوم اینکه؛ تلویزیون هایی که فاقد HDMI 2.0 باشند، احتمالاً از استاندارد ضد کپی HDCP 2.2 هم برخوردار نیستند و به همین دلیل، اگر از دستگاه های پخش مخصوص Ultra HD (شامل ست تاپ باکس ها و پخش  کننده های بلوری) استفاده میکنید، شاید به مشکل بخورید.

با توجه مباحث این نوشتار؛ باید اشاره کنیم که رزولوشن Ultra HD از نقطه نظر تکنیکی شامل دو رزولوشن میشود. اولی ۴K UHDTV است و دومی آن ۸K UHDTV است که از رزولوشنی معادل ۷۶۸۰ پیکسل عرضی و ۴۳۲۰ پیکسل عمودی برخوردار است که معادل ۳۳.۱۸ میلیون پیکسل میشود. این رقم ۱۶ برابر دیگر پیکسل ها و ۴ برابر رزولوشن ۱۰۸۰p HDTV است و میتواند سطح جزئیات ۱۵/۷۰ میلیمتری سینماهای IMAX را فراهم کند.

رزولوشن Full HD – Ultra HD و چشم انسان

جدای از توضیحات فوق؛ چشم انسان از فاصله ای دور توانایی محدودی در مشاهده رزولوشن های بالا و عناصر موجود در تصویر را دارد و این مورد زمانی که نمایشگر مورد نظر ما ابعاد کوچتری داشته باشد، محدودتر هم میشود. از نظر درک تفاوت تعداد پیکسل های ۴K و HD و برای کاربران خانگی، تفاوت محسوسی در اندازه فعلی نمایشگرهای مختلف (تلویزیون و مانیتور) دیده نمیشود و رزولوشن HD بسیار نزدیک به رزولوشن چشم است و افزایش رزولوشن به ۴K تاثیر بسیار کمی در ادراک حسی ما به همراه دارد.

اما یک نکته قابل توجه این است که حتی اگر رزولوشن نمایشگر مورد نظر بیشتر از حد آستانه بینایی انسان باشد، در رزولوشن های بالا این افزایش بیش از حد موجب کاهش پله پله شدن «Aliasing» تصاویر میشود. به هر حال استفاده از UHDTV موجب افزایش چگالی پیکسل ها میشود که نتیجه آن بهبود بصری تصاویری است که برای ببیننده پخش میشود. این حالت به خصوص در محدوده داینامیکی و عمق رنگ بیشتر از ببخش ها به چشم میخورد و همین فاکتورهای به ظاهر غیر مهم هستند که تفاوت های اصلی ۴KTV و HDTV را به ما نشان میدهند.

به عنوان یک نقطه نظر پایانی؛ ما در مورد محدودیت های طبیعی چشم انسان برای مشاهده تصاویر مطلب مفصلی نوشتیم که قبلاً با عنوان «مقایسه کیفیت چشم انسان و دوربین» در سایت منتشر شده و بهتر است به عنوان ضمیمه این متن مطالعه شود. در نهایت؛ Ultra HD، واژه ۴K UHDTV و یا ۴KTV در حالت عامیانه به رزولوشن ۳۸۴۰×۲۱۶۰ اشاره میکند که برای مصارف خانگی است نه سینما! و البته برای مصارف خانگی نیز شامل محدودیت هایی برای استفاده است که ما سعی کردیم در مورد برخی از آنها را در این متن صحبت کنیم.

جدول استاندارد رزولوشن های تصویری به همراه PPI و نام صنعتی هر کدام