4K-oppskalering: Myte eller magi? Sannheten om TV-oppløsning!

I takt med at 4K-teknologien tar over for HD i hjemmene våre, lanserer produsentene en del spennende markedsføringsuttrykk, som for eksempel «Ultra HD-oppskalering» (UHD). Men oppskalering er ikke en unik egenskap – det er rett og slett en funksjon som gjør det mulig for 4K-TV-er å vise videoformater med lavere oppløsning, som 1080p og 720p.

Oppskalering finnes på alle TV-er

Oppskalering innebærer at innhold med lav oppløsning strekkes ut for å fylle hele TV-skjermen. Uten denne funksjonen vil en video med lav oppløsning dekke mindre enn halvparten av skjermområdet. Dette er en standardfunksjon på alle TV-apparater. Selv 1080p-TV-er hadde denne funksjonen – de kunne oppskalere 720p-innhold og vise det i fullskjerm på en 1080p-skjerm.

UHD-oppskalering er det som gjør at en 4K-TV fungerer som alle andre. Den kan ta innhold med lavere oppløsning og tilpasse det slik at det fyller hele 4K-skjermen.

Oppskalert 1080p-innhold på en 4K-skjerm ser ofte bedre ut enn 1080p-innhold på en standard 1080p-skjerm. Men oppskalering er ikke noen form for magi – du får ikke det samme skarpe bildet som du ville fått fra ekte, nativt 4K-innhold. Slik fungerer det.

Oppløsning på et fysisk og visuelt nivå

Før vi går dypere inn i oppskalering, må vi forstå hva bildeoppløsning faktisk innebærer. Kort sagt er det et ganske enkelt konsept. Et bilde eller en video med høy oppløsning oppleves som «bedre» enn et bilde eller en video med lav oppløsning.

Likevel har vi en tendens til å glemme viktige aspekter, nemlig forskjellen mellom fysisk oppløsning og optisk oppløsning. Disse faktorene samarbeider for å skape et godt bilde, og de er grunnleggende for å forstå oppskalering. Vi skal også berøre pikseltetthet – men ikke bekymre deg, vi skal holde det enkelt og greit.

Fysisk oppløsning: I et TV-spesifikasjonsark omtales den fysiske oppløsningen enkelt som «oppløsning». Det viser til antall piksler på en skjerm. En 4K-TV har flere piksler enn en 1080p-TV, og et 4K-bilde er fire ganger større enn et 1080p-bilde. Alle 4K-skjermer, uavhengig av størrelse, inneholder det samme antallet piksler. Selv om TV-er med høy fysisk oppløsning kan benytte sine ekstra piksler for å levere flere detaljer, er det ikke alltid tilfellet. Fysisk oppløsning er avhengig av optisk oppløsning.
Optisk oppløsning: Dette er grunnen til at gamle engangskamerabilder kan se bedre ut enn bilder tatt med et avansert digitalkamera. Når et bilde er skarpt og har et bredt dynamisk område, har det høy optisk oppløsning. Noen ganger sløser TV-er bort sin høye fysiske oppløsning ved å vise video med dårlig optisk oppløsning, noe som resulterer i uskarpe bilder og dårlig kontrast. Dette kan av og til skyldes oppskalering, men det kommer vi tilbake til om et øyeblikk.
Pikseltetthet: Dette er antall piksler per tomme på en skjerm. Alle 4K-skjermer har det samme antallet piksler, men på mindre 4K-skjermer er pikslene plassert tettere sammen, noe som gir høyere pikseltetthet. En 4K iPhone har for eksempel høyere pikseltetthet enn en 70-tommers 4K-TV. Vi nevner dette for å understreke at skjermstørrelse ikke er det samme som fysisk oppløsning, og at en skjerms pikseltetthet ikke definerer den fysiske oppløsningen.

Nå som vi har oppfrisket kunnskapen om forskjellen mellom fysisk og optisk oppløsning, er det på tide å fordype seg i oppskalering.

Oppskalering gjør bildet «større»

Hver TV er utstyrt med en rekke interpolasjonsalgoritmer som brukes til å oppskalere bilder med lav oppløsning. Disse algoritmene legger i praksis til piksler i et bilde for å øke oppløsningen. Men hvorfor er det egentlig nødvendig å øke oppløsningen til et bilde?

Husk at fysisk oppløsning bestemmes av antall piksler på en skjerm. Det har ingenting å gjøre med den faktiske størrelsen på TV-en din. En 1080p TV-skjerm består av kun 2 073 600 piksler, mens en 4K-skjerm har hele 8 294 400. Hvis du viser en 1080p-video på en 4K-TV uten oppskalering, vil videoen kun dekke en fjerdedel av skjermen.

For at et 1080p-bilde skal fylle en 4K-skjerm, må det genereres 6 millioner piksler i løpet av oppskaleringsprosessen (som forvandler det til et 4K-bilde). Oppskalering baserer seg imidlertid på en prosess som kalles interpolering, som egentlig bare er en avansert form for gjetning.

Oppskalering kan redusere den optiske oppløsningen

Det finnes ulike måter å interpolere et bilde på. Den mest grunnleggende metoden kalles «nærmeste nabo»-interpolasjon. Denne prosessen innebærer at en algoritme legger til et nettverk av «tomme» piksler i bildet, og deretter beregner fargeverdien til hver av disse pikslene ved å se på de fire nærliggende pikslene.

For eksempel vil en tom piksel omgitt av hvite piksler bli hvit, mens en tom piksel omgitt av hvite og blå piksler kan bli lyseblå. Dette er en enkel prosess, men den etterlater ofte digitale artefakter, uskarphet og ujevne konturer i bildet. Interpolerte bilder har med andre ord dårlig optisk oppløsning.

Venstre: Uredigert bilde. Høyre: Etter nærmeste nabointerpolasjon.

Sammenlign disse to bildene. Det til venstre er uredigert, mens det til høyre er et resultat av nærmeste nabointerpolasjon. Bildet til høyre ser dårlig ut, selv om det har samme fysiske oppløsning som det til venstre. Dette skjer i mindre skala hver gang din 4K-TV benytter nærmeste nabointerpolasjon for å oppskalere et bilde.

«Vent litt,» tenker du kanskje. «Min nye 4K-TV ser ikke slik ut!» Vel, det er fordi den ikke utelukkende baserer seg på nærmeste nabointerpolasjon – den benytter en kombinasjon av metoder for å oppskalere bilder.

Oppskalering forsøker også å forbedre den optiske oppløsningen

Ok, så nærmeste nabointerpolasjon er ikke ideell. Det er en metode for å øke bildeoppløsningen på en enkel måte, men den tar ikke hensyn til den optiske oppløsningen. Det er grunnen til at TV-er i tillegg til nærmeste nabointerpolasjon bruker to andre former for interpolasjon. Disse kalles bikubisk interpolasjon og bilineær interpolasjon.

Venstre: Et eksempel på bilineær interpolasjon. Høyre: Et eksempel på bikubisk interpolasjon.

I bikubisk interpolasjon analyseres 16 nærliggende piksler for å beregne fargeverdien til hver ny piksel. Dette resulterer i et bilde som oppleves som «mykt». På den annen side analyserer bilineær interpolasjon kun de nærmeste to pikslene og skaper et «skarpt» bilde. Ved å kombinere disse metodene – og bruke ulike filtre for kontrast og farge – kan TV-en generere et bilde som ikke har et merkbart tap i optisk kvalitet.

Interpolering er likevel en form for gjetting. Selv med avansert interpolering kan noen videoer få «ghosting» etter å ha blitt oppskalert – spesielt hvis din TV er av lav kvalitet og dårlig til å oppskalere. Disse artefaktene blir mer tydelige når bilder med ekstremt lav oppløsning (720p og lavere) oppskaleres til 4K-oppløsning, eller når bilder oppskaleres på svært store TV-er med lav pikseltetthet.

Bildet ovenfor er ikke et resultat av oppskalering gjort av en TV. Det er et eksempel på oppskaleringen som ble gjort for Buffy The Vampire Slayer HD DVD-utgivelsen (hentet fra et videoessay av Nerdens lidenskap). Det er et godt (om enn ekstremt) eksempel på hvordan dårlig interpolering kan ødelegge et bilde. Nicholas Brendon har ikke på seg voksaktig vampyrsminke; det var slik ansiktet hans ble seende ut under oppskaleringsprosessen.

Selv om alle TV-er tilbyr oppskalering, kan noen ha bedre algoritmer for oppskalering enn andre, noe som resulterer i et bedre bilde.

Oppskalering er nødvendig og knapt merkbart

Til tross for sine begrensninger er oppskalering en nyttig teknologi. Det er en prosess som vanligvis foregår uten problemer og gir oss mulighet til å se en rekke videoformater på samme TV. Er det perfekt? Selvsagt ikke. Det er grunnen til at enkelte film- og videospillentusiaster foretrekker å se gammel film på det opprinnelige mediet: gamle TV-er. Men for tiden er ikke oppskalering noe å være verken overbegeistret eller altfor skuffet over.

Det er verdt å nevne at 8K-, 10K- og 16K-videoformater allerede støttes av noe av maskinvaren vi bruker hver dag. Hvis oppskaleringsteknologien ikke klarer å følge med på disse høyoppløselige formatene, er det en risiko for at det vil føre til et mye større tap av kvalitet enn det vi er vant til.

Siden produsenter og strømmetjenester fortsatt er litt trege med å ta i bruk 4K, trenger vi kanskje ikke bekymre oss for 8K helt ennå.