Как новые форматы Ultra HD и 4К совершат цветовую революцию. 1ч.

          О том, что разрешение матриц, частоты процессоров и емкость дисков растут не по годам, а по месяцам, мы все хорошо осведомлены. Но как только дело касается качественной стороны — цветопередачи, тут же прогресс как будто бы останавливается. Десятки лет мы там же, где начинали первые телеинженеры. Однако новые технологии и стандарты наконец раздвинут границы видимого в буквальном смысле — мы увидим больше цветов и более точные цвета. Предлагаю вашему вниманию первую часть статьи «Ultra HD 4K TV color, part I: Red, green, blue and beyond».

         С тех пор как начались первые телевизионные трансляции, прошло уже 50 лет, а настоящих прорывов в сфере цветопередачи практически нет. Даже первые модели плоских HD-телевизоров, появившихся в начале в 2000-х, ничего не поменяли в наших представлениях о цвете. Картинка на экране стала четче, но не обзавелась натуральными цветами. На самом деле, технологии в телевизорах высокого разрешения тех лет были уже устаревшими.
Сейчас наконец-то все может измениться. Новые цветовые стандарты значительно улучшат картинку, сделают ее реалистичной. Это первый серьезный шаг со времен появления HD.

        Тема, затронутая мной, довольно обширна, поэтому я разделю статью на две части. Сейчас поговорим о природе цвета и о том, как цвета передаются экраном телевизора. Во второй части я расскажу о будущем цветного телевидения.

«Что такое хорошо, а что такое плохо?»

        Есть два типа создания определенного цветового оттенка: аддитивный и субтрактивный. В системе субтрактивного синтеза основными являются голубой, пурпурный и желтый (CMY) — оттенки появляются как результат вычитания из белого света спектральных составляющих (отражение). Тогда как в системе аддитивных цветов оттенок получается путем смешивания трех основных — красного, зеленого и синего (RGB). Именно смешиванием световых лучей мы и получаем на мониторе, телевизоре или другом экране цвета, отличные от тройки «главных».
Например, если соединить красный и зеленый — получится желтый. Намешаешь зеленый и синий — увидишь голубой. Пурпурный — это результат соединения синего и красного. Если добавить какого-то цвета больше, а другого меньше, то получатся более тонкие оттенки.
Выходит, что при смешивании основных цветов получается окружающее нас цветовое разнообразие. Кстати, любопытный факт — дополнительные аддитивные цвета — это основные субтрактивные цвета (и наоборот).
       Наверное, проще все это понять на картинках. Используем диаграммы Венна:

Основные субтрактивные цвета (голубой, пурпурный, желтый) и их дополнительные цвета (красный, зеленый, синий)

Основные аддитивные цвета (красный, зеленый, синий) и их дополнительные цвета (желтый, пурпурный, голубой)

           Главный вопрос: что такое цвет?

          Если говорить научно, цвет — это характеристика электромагнитного излучения оптического диапазона. Однако помимо научной объективной части, когда дела касается систем отображения, интересна и часть субъективная. Если я попрошу вас, например, подумать о чем-нибудь красном, то вы подумаете о яблоке? Или для вас эталоном «красного» является пожарная машина? Бывает кирпичный красный, малиновый, алый и т.д. О каком именно красном идет речь? Вот в этом и проблема. Тут нужны еще дополнительные пояснения, а не просто «красный».

Тестовый паттерн LCG 16:9

          Если бы в мире телевидения у всех было свое собственное видение красного, получилась бы полная неразбериха. Один телеканал показывал бы более-менее натурально, другой бы превращал все в кислотный тон и так далее. В итоге нам пришлось бы настраивать телевизор отдельно под каждый канал.
         Но существует стандарт Rec.709. Он-то и определяет, какими должны быть основные цвета (красный, зеленый и синий) и их дополнительные (пурпурный, голубой и желтый). В соответствии с этим стандартом работают все телекомпании и производители телевизоров.

        Телевизоры не способны передавать все цвета, что мы видим глазами в реальной жизни

       Как правило, новый телевизор не будет сразу (без настройки) отображать цвета корректно (так, как вам нужно). Однако сейчас производители с завода встраивают различные готовые режимы цветопередачи: кино, стандарт, динамический, игры и т.д., которые подходят под определенные условия просмотра и тип контента.

Тестовый паттерн телекомпании Deutscher Fernsehfunk (DFF)

         К сожалению, стандарт Rec. 709 устарел. Он основан на возможностях цветопередачи ЭЛТ-телевизоров тех лет. Таких телевизоров уже давно нет, а стандарт все еще жив. На самом деле нельзя сказать, что Rec. 709 — ужасный формат. Он вполне адекватен обычному телевидению. Но ведь телевизоры не способны передавать все цвета, что мы видим глазами в реальной жизни — по-настоящему глубокий красный, зеленый и синий цвета попросту невозможны в рамках этого стандарта.
         И вот наступило время перехода на новые 4К/Ultra-HD-телевизоры. Это отличный повод сменить наконец и цветовой стандарт, заменив на что-то более прогрессивное. Хорошо, что это поняли и производители телеоборудования. Сейчас идут обсуждения и уже формируются стандарты, призванные улучшить цветопередачу. О том, что уже есть и какие выгоды получит потребитель, я расскажу во второй части статьи. А пока затрону тему важности цветопередачи.

        Почему важны правильные цвета
        Во всех телевизорах задействован один и тот же принцип. Каждый пиксель дисплея разбит на три ячейки (субпиксели) — для красного, зеленого и синего цветов соответственно. Все цвета получаются в результате того, сколько света подается на каждую ячейку.
Но кто должен определять, какими должны быть цвета и какой яркости им быть?
Давайте я покажу вам два изображения — на каком из них цветопередача верная?

       Правильные цвета — это те, которые видел и хотел передать автор фотографии. В данном случае первый вариант — правильный. Хотя вторая картинка более сочная и яркая, но действительности она не соответствует.
Хорошо, а что насчет этого:

      Здесь вообще дело серьезное. От достоверности цветопередачи зависит то, как выглядит весь пейзаж. На второй картинке все правильно. А если ваш телевизор сам подберет настройку и покажет первую (с яркой зеленью), то выйдет, что замысел автора (например, показать высыхающие деревья) не будет передан.
      Итог:
     Не так важна контрастность изображения, как правильная цветопередача. На первом месте должны быть правильные цвета. А результат (в идеале) должен быть таким, чтобы зритель видел мир в буквальном смысле глазами съемочной группы.
Многие годы нам приходилось мириться с тем, что наши телевизоры передают ограниченное количество цветов, но все меняется. Я расскажу вам о будущем цветопередачи во второй части.

Оригинальный перевод: Здесь...

Продолжение: Как новые форматы Ultra HD и 4К совершат цветную революцию. Часть вторая
Оригинал: Ultra HD 4K TV color, part I: Red, green, blue and beyond 

Kirill_Shipakin 31 марта 2015,