Telewizory Ultra HD Wide Color Gamut i High Dynamic Range

Telewizory Ultra HD stanowią motor rozwoju rynku RTV. Powstają kolejne generacje wyświetlaczy LCD Ultra HD o zróżnicowanych konstrukcjach i klasie. Spowoduje to znaczne zróżnicowanie cenowe telewizorów Ultra HD.

W założeniach rozwoju telewizji Ultra HD przewidziano kilka etapów wprowadzania zmian w konstrukcji wyświetlaczy i „elektroniki” stosowanej w telewizorach do przetwarzania sygnału wideo i audio. Według założeń grupy roboczej ds. rozwoju telewizji Ultra HD zmiany w konstrukcji telewizora dotyczą zwiększenia: „

• rozdzielczości obrazu do 4K, a nawet 8K,
• „„palety barw WCG (Wide Color Gamut), „
• zakresu dynamiki i jasności obrazu HDR (High Dynamic Range), „
• częstotliwości odświeżania obrazu (High Frame Rate) z 50/60p do 100/120p Hz
• poprawy jakości dźwięku.

W wyniku tych założeń i wprowadzania nowych konstrukcji wyświetlaczy mamy kilka rodzajów telewizorów, co utrudnia kupno odpowiedniego modelu. W sprzedaży są telewizory: „„

• podstawowe o zwiększonej rozdzielczości do 3840 × 2160 pikseli,
• „„z poszerzonym zakresem barw Wide Color Gamut, „
• z poszerzonym zakresem barw WCG i dynamiką obrazu HDR.

Rozdzielczość obrazu

Popyt na duże ekrany (powyżej 50 cali) spowodował konieczność zwiększenia liczby pikseli tworzących obraz, ponieważ przy dużych przekątnych wyświetlaczy Full HD piksele są za duże i zmniejsza się szczegółowość obrazu. Problem ten rozwiązują wyświetlacze Ultra HD o liczbie pikseli 3840 × 2160, cztery razy większej niż Full HD (1920 × 1080). Ich piksele mają powierzchnię czterokrotne mniejszą przy tej samej przekątnej obrazu. Spotykane są różne określenia tego nowego standardu: QHD (Quad HD), Ultra HDTV, a nawet 4K Ultra HD. Organizacja Consumer Electronics Association przyjęła nazwę Ultra HD.

Uwaga! Od 2015 r. obowiązuje oficjalne logo Ultra HD. Telewizory, które je mają, spełniają wymagania standardu Ultra HD. Termin Ultra HD jest używany do określenia odbiornika telewizyjnego z możliwością wyświetlania obrazu zawierającego 3840 pikseli w poziomie i 2160 w pionie. Nazwa 4K jest używana przez producentów filmowych i telewizyjnych i oznacza materiał wideo 4K.

W praktyce oznacza to dwukrotne zwiększenie rozdzielczości pionowej (określanej liniami) z 1080 do 2160 linii poziomych i poziomej z 1920 do 3840 linii w pionie. Ta zwiększona rozdzielczość obrazu będzie najbardziej widoczna w wypadku obrazów statycznych, najczęściej zdjęć. Obraz powinien mieć format nadawania 2160p 50/60 Hz. Na wystawach pojawiają się pierwsze prototypy telewizorów 8K o rozdzielczości 7680 × 4320 pikseli.

Najlepsze telewizory firmy TCL serii S9900 mają system HDR Dolby Vision.

Szersza paleta barw (Wide Color Gamut) i głębia kolorów

W 2015 r. pojawiły się pierwsze wyświetlacze LCD odtwarzające większy zakres kolorów (Wide Color Gamut), ze zwiększoną głębią barw do 10, w przyszłości nawet 12 czy 14 bitów. Kolory w przyszłości powinny być odtwarzane zgodnie z normą rec. 2020, która odpowiada możliwości odtworzenia 75 proc. barw, jakie mogą zobaczyć nasze oczy. Wiąże się to także z większa głębią kolorów, określoną dokładnością bitową. W standardzie Full HD dokładność bitowa wynosiła 8 bitów, co dawało 28, czyli 256, odcieni jednego koloru.

Dla trzech podstawowych kolorów RGB otrzymuje się 24 bity: 256 × 256 × 256 = 16,7 mln odcieni kolorów.

W standardzie Ultra HD: 10 bit (2¹⁰ = 1024 odcienie), 30 bit RGB 1024 × 1024 × 1024 = 1,07 mld; 12 bit (2¹² = 4096 odcieni), 36 bit RGB 4096 × 4096 × 4096 = 68,71 mld.

W produkcji wyświetlaczy o zwiększonej palecie kolorów (Wide Color Gamut), konieczne jest zastosowanie nowej generacji podświetlenia LED z nanokryształami – kropkami kwantowymi, stosowanymi przez firmy Samsung, i TCL, lub nowej generacji LED wytwarzających światło o szerszym zakresie kolorów.

Porównanie zakresów kolorów standardów Ultra HD rec. 2020 i HDTV rec. 709.

HDR (High Dynamic Range)

W 2016 r. zaczęto wprowadzać telewizory z wyświetlaczami o zwiększonej dynamice obrazu (High Dynamic Range), co spowoduje wyświetlanie większej ilości szczegółów w jasnych i ciemnych obszarach obrazu. Większa rozdzielczość wyświetlacza nie wystarczy do uzyskania obrazu następnej generacji, zbliżonego do możliwości odbioru przez ludzkie oczy i zmysły. Oprócz zwiększonej rozdzielczości potrzebne są lepsze kolory i dynamika obrazu. Jakość koloru zależna jest od jasności i kontrastu, który w obrazie 4K musi być znacznie zwiększony, aby szczegóły w jasnych i ciemnych obszarach obrazu zostały zauważone. Aby zwiększyć kontrast, konieczne jest zwiększenie jasności obrazu, określane przez ogólne pojęcie High Dynamic Range. Słońce wytwarza światło o ogromnej jasności (luminancji). Ludzki wzrok jest w stanie rejestrować obraz o jasności od 0,000 001 cd/m² do 100 000 000 cd/m². Według założeń zakres HDR ma obejmować jasność od 0,01 do 10 000 cd/m^2. Dotychczasowe kinowe urządzenia wideo mają znacznie mniejszą jasność niż 100 cd/m2, a telewizyjne średnio 100–300 cd/m². Z dotychczas obowiązującej normy Rec. 709 wynika, że nie wszystkie kolory mają optymalne nasycenie. Jej założenia spełniały dotąd monitory CRT, ale dla przemysłu filmowego i telewizyjnego są one niewystarczające. Obraz ruchomy wymaga luminancji na poziomie 10 000 cd/m² i poziomu czerni 0,0005 cd/m², co daje kontrast 2 000 000:1. Obecne luminacja jest na poziomie 100 cd/m² (kontrast 20 000:1). Najlepsze TV z HDR mają jasność obrazu 1000 cd/ m². W tym roku liczba takich telewizorów znacznie się zwiększy.

Porównanie obrazów z systemem HDR Dolby Vision i bez niego.

High Frame Rate

Szybkość odtwarzania filmu ma zasadniczy wpływ na rozdzielczość dynamiczną obrazu, która jest znacznie mniejsza niż statyczna, np. przy odtwarzaniu zdjęcia. Zauważalna jest wtedy mniejsza ostrość obrazu. O jej wartości decyduje szybkość odtwarzania klatek. Im jest większa, tym obraz jest bardziej szczegółowy. Przewidywane jest podwojenie częstotliwości odświeżania obrazu z 50/60 Hz do 100/120 Hz. Obecnie większość filmów jest rejestrowana kamerami z szybkością 30 klatek na sekundę.

Wartości jasności wybranych szczegółów jakie powinien odtworzyć telewizor, aby jego obraz był zbliżony do tego co widzimy.

Poszerzony system dźwiękowy

Poszerzony system dźwiękowy Znacznie lepszej jakości obrazowi, który bez okularów 3D będzie sprawiał wrażenie głębi, ma także towarzyszyć dźwięk lepiej otaczający widza, umożliwiający dokładniejszą lokalizację źródeł dźwięku. Podstawą będzie nadal system 5.1. Nowe systemy dźwiękowe, takie jak MPEG-H, Dolby AC-4, i DTS UHD, znacznie bardziej wzbogacą wrażenia dźwięku 3D. Ponadto dekoder audio dostosuje sygnał audio do sytuacji odtwarzania i tworzenia najlepszej sceny dźwiękowej mimo nieoptymalnego rozstawienia głośników, także przy użyciu słuchawek Dynamic Range Control (DRC). Pojawiają pierwsze soundbary i prototypy telewizorów z systemem dźwiękowym Dolby Atmos.