Ultra HD vysílání a 8K televizory Mají šanci uplatnit se na trhu?

Jak rozumět UHDTV 8K?

Minulý týden jsme v našem článku popsali názory několika expertů z okruhu amsterdamského veletrhu IBC na budoucnost 8K. Před tím, než budeme rozebírat technické podrobnosti, si nejdříve vyjasněme pojmy. 8K je neformální termín používaný zejména pro marketingové účely a vztahuje se k UHD TV druhé fáze s rozlišením 7680×4320. Je třeba jej však odlišit od 8k (s malým „k“), které se vztahuje na rozlišení 8192×4320 požívané ve filmovém průmyslu. A také to neodpovídá standardům ITU a EBU. Zatímco EBU definuje UHDTV jako přenosový systém, který má zahrnovat jednu nebo více z těchto možností:

• Lepší rozlišení 4K
• Vysoký dynamický rozsah HDR (HLG nebo PQ)
• Široký barevný gamut WCG
• Vysokou snímkovou rychlost HFR
• Audio nové generace NGA s metadaty a kodeky MPEG-H 3D Audio, AC-4, DTS-UHD

ITU podle doporučení R BT.2020 zahrnuje do definice:

• Vyšší rozlišení 4x (UHD-1) nebo 16x (UHD-2) více jak HD (1080×1920 pixelů)
• Lepší ztvárnění pohybu se snímkovou frekvencí až 100 nebo 120 Hz
• Rozšířený barevný prostor
• Standardní dynamický rozsah bez HDR !

Vzhledem k této definici ITU existuje doporučení ITU-R BT.2100 s termínem HDR-TV, které definuje interakci zvýšeného prostorového rozlišení (1080p, 2160p, 4320p), Wide Color Gamut ITU-R BT.2020, lepší zobrazení pohybu (až 100 nebo 120 Hz) a použití HDR (HLG nebo PQ). Podrobněji se o tom čtenář dozví zde.

Co jsou to televize 8K?

Tento pojem vznikl v roce 2019 v USA, před spotřebitelským veletrhem CES 2020 a jedná se o televizní displeje, které jsou certifikovány buď CTA (americkou spotřebitelskou asociací) nebo 8K Asociací.  Celá certifikace ve svém počátku byla v podstatě jen o tom, kdo si bude moct vylepit příslušné logo na své televizory, zda LG (CTA) nebo Samsung (8KA) a získat potenciální zákazníky na americkém trhu. Při tom nejde jen o rozlišení 7680×4320 pixelů, které musí displeje splňovat, ale i o další vlastní podmínky. Zatímco CTA podmínky vycházejí z mezinárodních standardů ITU-R (BT.2020 a BT.2100) a ICDM (Mezinárodní výbor pro metrologii displejů) s podmínkou 50% kontrastní modulace, 8KA certifikace zahrnuje vlastní specifikace pro vstupní parametry 8K (bitová hloubka, snímkový kmitočet, dílčí vzorkování barev), výkon zobrazení (rozlišení, špičkový jas, úroveň černé, barevný gamut, bílý bod) a další formáty médií (vysoký dynamický rozsah, HEVC kodek) a rozhraní.

Od roku 2022 8KA přidala parametr ACR (kontrastní poměr okolí), který určuje chování obrazu za různých okolních podmínek (světlo/tma) tak, aby vjem zůstal stejný. V revidované specifikaci jsou také zahrnuty nové požadavky na herní režim, které zahrnují podporu automatického režimu nízké latence (ALLM) a variabilní obnovovací frekvence (VRR) prostřednictvím rozhraní HDMI 2.1.Vzhledem k tomu, že členy asociace jsou i výrobci obsahu a distributoři, jsou parametry stanoveny tak, aby splnily očekávání streamingových společností. Současně se očekává, že hry na 8K televizorech budou důležitým případem použití, vzhledem k tomu, že herní obsah v tomto rozlišení je mnohem více k dispozici, než běžný filmový obsah. Další podmínkou certifikací displejů 8K je upscaling SD, HD a 4K (UHD-1) video signálů na rozlišení 8K (nebo dokonce vyšší). Nezahrnuje však zpracování signálů s vyšší snímkovou rychlostí (HFR minimálně 100 Hz) a nahrazuje to pouze v televizoru vytvářenou obnovovací snímkovou frekvencí.

Loga certifikačních značek 8K (Zdroj:8K Asociace; HDTVtest )

Dnes jsou členy 8K Asociace výrobci televizních značek Samsung, TCL, Panasonic, Changchong, TPV a řada výrobců displejů, poskytovatelů obsahu a technologií, testovacích laboratoří a výrobců čip setů.

8K displeje v televizorech tudíž neznamenají, že jsou připravené na UHDTV vysílání. Podmínka upscalingu z nižších rozlišení na 8K jen umožňuje stávající vysílání zobrazit jakoby bylo v ultra vysokém rozlišení a v podstatě umožnila umístění 8K televizorů na trh. Technologie výroby displejů předcházela a stále předchází reálným možnostem výroby a distribuce materiálu v rozlišení 7680×4320.

Nedostatek obsahu

Zásadním faktorem malého rozšíření vysílání UHD-2 je nedostatek nativního kreativního obsahu. Nativním obsahem se rozumí obsah vyrobený zařízeními, které umožňují ultra vysoké rozlišení. Dnes je již obecně k dispozici zdrojový materiál ve FullHD, zatímco i pro 4K UHD-1 teprve postupně vzniká. Zařízení pro 4K jsou už také na trhu, i když poměr kvality a ceny zejména u kamerových objektivů se zdá být stále problémem. Zařízení pro výrobu a zpracování 8K videa má dnes japonská televize NHK, která se tímto vysokým rozlišením ve svých vývojových laboratořích zabývala již od roku 1995. Publikuje na svých stránkách asi 15 jedno – až dvouhodinových nativních programů v 8K, buď z přírody, nebo světových historických památek. Rozšíření UHDTV v Japonsku výrazně uspíšily Letní OH posunuté z roku 2020 na rok 2021.

Nezanedbatelnou roli zde také hrají náklady, protože každý producent musí uvažovat o návratu investic. Zpracování ve studiu vyžaduje dále odpovídající kabeláž, která je schopná přenášet vyšší datové toky a lze ji realizovat přechodem z 3G SDI signálu na  na 12G SDI nebo na IP rozhraní, což však znamená rekonstrukci vnitřních sítí s dalšími náklady pro provozovatele vysílání. Problematice 8K jsme se věnovali v našem článku před týdnem.

Jak to bude s 8K televizory v Evropě? Postřehy z diskuse online komunity IBC

Distribuce po sítích a zdrojové kódování

Vzhledem k datovým tokům před vlastním šířením signálu je nutno zajistit optimální kompresi signálu v kodéru. Hlavní výzvou video kodéru je komprimovat 8K signál na relativně nižší bitovou rychlost tak, aby výsledný bitový tok mohl být přenášen přes aktuální distribuční sítě (satelit, kabel, internet či terestricky), a to při zajištění takové kvality (QoE), kterou koncový uživatel od služby 8K očekává. Navíc kodér v případě živého vysílání musí provést kódování v reálném čase a s nízkou latencí. Velikosti datových toků, o kterých se u UHDTV jedná, navíc ve spojení s vysokým dynamickým rozsahem (HDR) a rozšířeným barevným gamutem (WCG), znázorňuje následující tabulka převzatá z Bílé knihy německé společnosti „spin digital“ , mimo jiné také člena 8K Asociace.

Specifikace a bitové rychlosti 4K A 8K video (Zdroj: Spin Didital: Whitepaper HEVC Real-time Encoder for 8K)

Pokroku ve snižování bitové rychlosti prozatím u 4Kp60 se v současné době dosahuje u nejlepších VVC kodeků pro živé přenosy až na hodnoty 13 – 14 Mb/s oproti HEVC (16 – 17 Mb/s) tj. o 18%. Těchto výsledků bylo dosaženo výše zmíněnou firmou na sekvencích o délce 1 minuty převzatých z master souborů různých společností převážně Netflixu.

Příklady vysílání z praxe

Průkopníkem ve vývoji UHDTV vysílání je japonská společnost NHK, která tento systém nazývá Super HI-Vision a která představila první satelitní a širokopásmové vysílání již v roce 2008 a v současnosti provozuje první satelitní TV službu 8K na světě. Začátek satelitního vysílání spadá již na rok 2019 po 20leté přípravné práci. Kanál byl nazván NHK B8K, který byl v roce 2019 vysílán asi 12 hodin denně. Programovou náplní je dnes zábava, umění, dokument a sport, které jsou vyráběny výhradně pro 8K kanál v nejvyšší kvalitě a poskytuje divákům věrné reprodukce scén a vysoce pohlcující zážitky. Signál je vysílán přes BSAT 4A na 110° E rychlostí 33756 symb/sek, ve standardu ISDB-S3 s modulací 32APSK, s kódováním HEVC.

Pro předání do kabelových sítí DVB-C je tento signál rozdělen do třech kmitočtově oddělených kanálů s modulací 2×256 QAM a 1×64 QAM v souladu s principiálním obrázkem níže. Je nutno si uvědomit, že japonské 8K UHDTV je šířeno nejenom v 8K rozlišení (s WCG a HDR), ale i s audiem nové generace v 22.2 multikanálovém audio formátu, který reprodukuje přirozený 3D zvuk podle ITU-R BS.2051.

Principiální distribuce Super Hi-Vision do kabelových sítí (Zdroj: https://www.nhk.or.jp/strl/english/publica/bt/68/8.html )

NHK rovněž připravuje i terestrické vysílání v 8K v jejich standardu ISDB-T advanced. Podrobnosti si může čtenář najít zde.

V Evropě je promo signál v 8K na satelitu Turksat 3A v DVB-S2 volně s parametry 16 APSK, 34 285 symb/s a FEC 2/3. Ukázku je možno shlédnout přes YouTube s možností zvolit si v nastavení i rozlišení 8K. To však vyžaduje dobré internetové připojení 60 Mbit/s, výkonný počítač, alespoň 4K monitor s HDR, aby bylo možno kvalitu vůbec vychutnat. Podobně jsou na tom další 8K videa na youtube.

Streaming přes internet je vlastně dnes jedinou platformou, zatím alespoň ve 4K UHD-1, kde je možné získat obsah na současně prodávané televizory 4K. Nabízejí je zahraniční placené streamovací platformy jako je Disney+, Netflix obvykle s HDR. A dá se očekávat, že toto je směr, kterým se k divákům vysoké rozlišení s vyšší kvalitou HDR bude dostávat i v budoucnu.

V Evropě za zmínku stojí živé streamování UHD 4K s HDR během fotbalového mistrovství světa z Kataru na finské platformě veřejnoprávní televize YLE Areena, která je používána 85 % diváků ve Finsku bez vyžadované registrace. Na ní bylo živě odvysíláno 36 zápasů ve 4K s HDR a Full HD v SDR. Vzhledem k omezení režijního zařízení pro 4K byl použit signál vyráběný v Kataru a z dekodérů rozdělen na 4 UHD Quad Linky. Další vnitřní kabeláž umožňovala požadovaných 12 Gbit/s, což je 4násobek dnes obvyklé SDI kabeláže. Jako kodéry byly použity HEVC kodéry ATEME. Maximální bitová rychlost byla 23 Mbit/s a streamy byly distribuovány v HLS-CMAF, DASH a HLS-TS formátech přes CDN. Ve špičkách síť zpracovala datový tok přes 1 Tbit/s. Ke kontrolnímu příjmu byly využívány přijímače LG (2018), Samsung (2017) a převážně Android TV verze 7+, AppleTv 4K gen2 a set-top boxy internetových operátorů. Jeden vstup umožnil příjem jak UHD HDR HEVC tak i FHD SDR s kodekem AVC.  Možnost sledování s opožděným začátkem vzhledem k neexistenci záznamového zařízení nebyla poskytována.

Příjem a zobrazení 8K

Když jsem před pěti léty psal o 4K vysílání a testech s 8K u příležitosti ZOH v Koreji, jeden ze čtenářů v diskusi napsal „Abych pravdu řekl, ve 4K nebo dokonce 8K pro živé vysílání moc smyslu nevidím. Je hezké, že to technologie zvládne, ale rozlišovací schopnost lidského oka technologie nezmění. Zejména v případě sportovních přenosů by mi mnohem víc smyslu dávalo 1080p, ale s vyšší snímkovou frekvencí (možná s trochu lepším rozlišením barev)“. To je přesně další aspekt toho, proč jsou displeje 8K, v době, kdy nepřenášejí živé vysílání, pouze ukázkou technologického umu. Lidské oko totiž dokáže rozlišit 2 rozdílné pixely na obrazovce v rozsahu 1 úhlové minuty tj. 0,0166 stupně. To znamená, že na 8K obrazovku o 85“, tj. o rozměrech přibližně 1,9m x 1m bychom se měli dívat ze vzdálenosti 75 cm, abychom vnímali rozdíly mezi všemi 33 milióny pixely. To naznačuje i níže uvedená tabulka doporučených pozorovacích vzdáleností.

A jak bychom se měli dívat na běžný obsah, který je vysílán (HD 1080p) až s 16x nižším rozlišením na 8K obrazovce? Na takový obsah bychom měli nahlížet jako na obsah vysílaný v 8K, kde proces upscalingu není prováděn u vysílatele, ale, a zejména v poslední době, pomocí umělé inteligence (AI) v čipech přijímačů. Ve skutečnosti tak 4K i 8K televizory vlastně nahrazují nedostatek obsahu a chybějící šířku pásma v tradičních distribučních cestách umělým navýšením v přijímači.

Pokud totiž chceme upravit snímek nebo video s určitým rozlišením – se dvěma pevnými rozměry – a „rozfouknout“jej tak, že se z něj stane větší obrázek, budou zde „mezery“ mezi jednotlivými pixely, resp. mezi informacemi o hodnotách těchto chybějících pixelů. Jinými slovy, zachování stejné ostrosti a úrovně detailů při vyšším rozlišení, aniž by výsledný obrázek vypadal rozmazaně nebo kostičkoval, není možné bez interpolace, což je proces „doplnění“ chybějících pixelových dat daty nejlepšího odhadu generovanými procesory na bázi umělé inteligence (AI). A pouze na tom, jak dobrý nebo výkonný je software AI, tj. kolik zpracoval a zahrnul do své paměti příkladů z reálného světa a jakými algoritmy je vyhodnocuje, rozhoduje o tom, jaká bude výsledná kvalita. Je také logické, že kvalita bude vyšší při upscalingu ze 4K než z HD nebo dokonce z SD. A jsme zpátky u nedostatku nativního obsahu ve vyšším rozlišení než FullHD. I ty programy, které jsou dnes i v Evropě přes satelit vysílány ve 4K budou ve velké míře upscalované už u poskytovatele. A tak při naší obvyklé domácí sledovací vzdálenosti, jak potvrdily i výzkumy BBC, 2,5 m, a jak prokázal již před léty mnichovský institut IRT, kde je zohledněno jiné kritérium pozorovací vzdálenosti (s obdobným výsledkem), je pouhé vyšší rozlišení (4K/8K) nadbytečné a bez podstatné vlivu na vjem diváka. https://www.televizniweb.cz/2020/07/je-uhdtv-pro-divaka-pridanou-hodnotou/

Energeticky výhodnější, asi o pětinu oproti LCD jsou displeje OLED, technologie emisních µLED displejů je ještě účinnější (3 x až 4x). O co je ale tato technologie energeticky úspornější, o to jsou však displeje dražší a v současné době pro běžné zákazníky nedosažitelné. Pro rok 2023 zavádí firma Samsung novou řadu obrazovek na bázi technologie OLED s označením QD-OLED 2023 s kvantovými tečkami. Má splňovat nový energetický standard EU ve zlepšení spotřeby energie pomocí nových samosvítících zdrojových materiálů optimalizovaných řídícími procesy.

Srovnání technologií displejů podsvícených LCD, OLED a QD-OLED (Zdroj: Samsung)

Vkládání kvantových teček má za účel vytvořit čisté monochromatické světlo základních barev R, G a B, které slouží pro vytvoření rozšířeného barevného prostoru (WCG) podle ITU R-BT.2020. Většina, i Asociací 8K certifikovaných, displejů splňovala podmínku rozšířených barev jen podle nižšího amerického standardu DCI-P3. Kvantové tečky jsou polovodičové nanočástice s velikostí od několika nanometrů do několika desítek nanometrů, které vykazují efekt kvantové velikosti, ve kterém se stav emise mění v závislosti na velikosti nanočástice. To umožňuje vyladit vlnovou délku emise světla. Zatímco u klasické OLED obrazovky se trojice základní světel získává z bílého světla filtrováním, u QD OLED jsou zelené a červené pixely získány uspořádáním kvantových teček, které absorbují modré světlo a převádějí ho na zelené a červené světlo z modře svítící diody OLED. Vzhledem k tomu, že částice o různé velikosti mohou vyzařovat světlo různých vlnových délek, je možné také použít metodu elektroluminiscence získanou vstřikováním proudu do modrého, zeleného a červeného QD přímo. V tomto případě nedochází ke ztrátě účinnosti v důsledku konverze vlnové délky, a tak tato metoda, prozatím nepoužívaná, bude mít nejvyšší účinnost využití světelného toku a umožní tak další snižování elektrické náročnosti displejů.

Nejlepší 8K televizory na světovém trhu

Mezinárodní spotřebitelský magazín a rádce ZDNET vyhlásil ve svém lednovém vydání za vůbec nejlepší 8K televizor roku 2023 Samsung QN900B, který jde koupit i u nás, avšak s jeho příkonem v HDR režimu na 75“ obrazovce přes 500 W, má štěstí, že se na evropský trh dostal už nyní. Jeho parametry v češtině včetně ceny za úhlopříčky 65“, 75“ a 85“ si můžete najít u prodejce ALZA zde. Nejlepší zvuk má mít Sony Bravia XR Z9J, nejlepší velkou obrazovku Hisense 75U800GR (a také nejlevnější), pro herní fandy je nejvhodnější TCL 6-Series 8K s certifikovaným THX herním módem. Ve všech případech se jedná o televizory s úhlopříčkami 1,6 – 2,1 m, s cenami na americkém v průměru přes 3000 $. Pro displeje je použita různě upravená technologie tekutých krystalů LCD, které jsou energeticky, a zvláště v těchto rozměrech, nejnáročnější. 8K televizory na bází organických světlo vyzařujících diod OLED na trhu dosud nejsou. Údajně by byly mnohonásobně dražší. Tak uvidíme, jak se to v budoucnu změní v Evropě a jaká bude cena Samsungu QD-OLED.

Pro úplnost stojí za zmínku, že na americkém trhu jsou již k dispozici panely na technologické bázi mikroLED. Jejich cena pro 8K provedení ale dosahuje statisíců. A to v dolarech!!

Vyplatí se hned teď kupovat 8K TV?

Na tuto otázku je trochu komplikované odpovědět. Je nutno si uvědomit, že televizory schopné rozlišení 8K jsou stále relativně novou technologií, a tedy stále velmi drahé. Vzhledem k tomu, že nativní obsah v rozlišení 8K zatím není k dispozici ani pro streamování a ani pro vysílání (a pravděpodobně ještě pár let nebude), nebudete moci ze svého nového, velmi drahého televizoru zatím vytěžit maximum, pokud si nebudujete vlastní domácí kino. Nicméně, pokud jste konzolový hráč, kterému se podařilo dostat do rukou Xbox Series X nebo PlayStation 5, Microsoft i Sony uvedly, že jejich konzole jsou schopny podporovat nativní a upscalovanou 8K grafiku. Ačkoli tato funkce není v tuto chvíli „odemčená“, zdá se, že se na ní v blízké budoucnosti dostane.

Znamená to v souvislosti s nedostatkem nativního obsahu, nejasných obchodních modelů a potřebného vysokého datového toku konec 8K dříve, než se rozšíří mezi diváky televize? Jedním si však můžeme být jisti: 8K televize tu budou s námi i nadále a budou cenově dostupnější, i když převážně nejsou plně kompatibilní s požadavky na 8K UHD-2, co se týká barevného prostoru a signálu s vyšší rychlostí snímků.  Budou tak použity převážně jen pro upscalování obsahu, který tu je a dlouho dobu ještě bude v nižším rozlišení. Pořizovat si současné 8K displeje je podobné jako si nechat vyčistit okna. Jestliže to, co se objeví za oknem bude obrázek bez jakýchkoli artefaktů/chyb, tak to bude určitě vypadat lépe než na obrazovce s nižším rozlišením. A pokud budou mít zdrojové obrázky jakákoli poškození, budou po upscalingu na 8K displeji vnímány o to výrazněji, jako když se díváme přes nevyčištěné okno.

Úvodní snímek převzat ze stránek NHK