Spalvų apdorojimo sistema LED televizoriuose
LED (šviesos diodų) televizoriai tapo auksiniu standartu ekranams namuose ir viešosiose erdvėse, nes jie rodo ryškius vaizdus, yra ploni, energiją taupantys ir gana įperkami. Nors dažnai vadinami „LED televizoriais“, dauguma šių įrenginių iš tikrųjų yra LCD televizoriai su LED foniniu apšvietimu. Vaizdo kokybę, kurią matome, ypač spalvų tikslumą, kontrasto lygius ir gradacijas, lemia ne tik ekrano panelė, bet ir spalvų apdorojimo sistema, veikianti užkulisiuose. Šiame straipsnyje aptariama, kaip LED televizoriuje spalvos apdorojamos iš signalo šaltinio, kad galiausiai būtų rodomas sodrus, natūralus vaizdas.
1. Nuo vaizdo signalo iki matomos spalvos
Iš esmės televizorius gauna vaizdo signalą skaitmenine arba analogine forma (pvz., HDMI, skaitmeninėmis transliacijomis arba srautiniu būdu perduodama medija). Šis signalas perduoda šviesumo (ryškumo) ir chromatiškumo (spalvų) informaciją, paprastai tokiais formatais kaip YCbCr arba RGB. Prieš rodant šiuos duomenis ekrane, juos turi apdoroti vaizdo procesorius. Šis procesorius atlieka daug funkcijų: triukšmo mažinimą, ryškumo gerinimą, judesio gerinimą ir, svarbiausia šiame kontekste, spalvų konvertavimą ir atvaizdavimą, kad atitiktų ekrano charakteristikas.
Daugelyje vaizdo šaltinių spalvų informacija efektyvumui užtikrinti koduojama naudojant dalinį diskretizavimą, pvz., 4:2:0. Tai reiškia, kad spalvų detalės suspaudžiamos labiau nei ryškumo detalės. Tada televizorius atlieka chromatinės įvairovės didinimą, kad „atkurtų“ spalvų skiriamąją gebą ir neleistų ekrane matyti pikselių su smulkiu tekstu ar plonomis spalvotomis linijomis.
2. LCD ekranas, LED foninis apšvietimas ir spalvų filtrų vaidmuo
LED televizoriuose paprastai naudojami LCD (skystųjų kristalų ekranai). LCD ekranai patys neskleidžia šviesos, o reguliuoja, kiek šviesos praleidžia LED foninis apšvietimas. Šio foninio apšvietimo šviesa paprastai yra balta (baltas LED) arba tam tikro spektro derinys. Tada šviesa praeina per RGB (raudonos, žalios ir mėlynos) spalvų filtrą kiekviename subpikselyje. Bendras šių trijų subpikselių intensyvumas sukuria milijonus spalvų.
Spalvos kokybei didelę įtaką daro:
– LED foninio apšvietimo spektras: kuo „švaresnis“ spektras, tuo platesnį spalvų diapazoną (gamą) galima pasiekti.
– Spalvų filtro kokybė: geras filtras gali atkurti grynesnes raudonas, žalias ir mėlynas spalvas.
– Ekrano veikimas: apima šviesos blokavimo galimybes tamsioms spalvoms ir žiūrėjimo kampo stabilumą.
Vidutinės ir aukštos klasės televizoriuose daugelis gamintojų naudoja tokias technologijas kaip „Quantum Dot“ (QLED), kad padidintų šviesos spektro grynumą, jog spalvos būtų sodresnės, o gama – platesnė.
3. Spalvų erdvė ir gama
Televizoriaus spalvų apdorojimo sistema turi pritaikyti ekraną prie konkretaus spalvų erdvės standarto. Kai kurie įprasti standartai yra šie:
– sRGB / Rec.709: įprasta HD televizijos transliacijoms ir daugumai SDR (standartinio dinaminio diapazono) turinio.
– DCI-P3: plačiai naudojamas kino teatruose ir kai kuriame HDR turinyje.
– „Rec.2020“: skirtas UHD/HDR turiniui su labai plačia spalvų gama, nors ne visi televizoriai gali ją pasiekti iki galo.
Kai turinys pateikiamas „Rec.709“ formatu, televizorius pritaiko spalvas taip, kad jos būtų rodomos teisingai ekrane. Tačiau jei turinys yra HDR su platesne spalvų gama, televizorius turi atlikti spalvų gamos atvaizdavimą, kad spalvų informacija būtų pritaikyta prie ekrano galimybių. Jei šis atvaizdavimas netikslus, spalvos gali atrodyti per daug sodrios arba net išblukusios.
4. Bitų gylis ir spalvų gradacija
Skaitmeninės spalvos pateikiamos skaitinėmis reikšmėmis. Kuo didesnis bitų gylis, tuo sklandesnė gradacija. Šiuolaikiniai televizoriai paprastai palaiko:
– 8 bitų (apie 16,7 mln. spalvų) SDR formatui,
– 10 bitų (daugiau nei 1 milijardas spalvų variantų) HDR formatui,
– Taip pat yra „8 bitų + FRC“ (kadrų dažnio valdymo) skydelis, kuris imituoja 10 bitų su laikiniu tonavimu.
Spalvų apdorojimo sistema taip pat padeda sumažinti spalvų juostavimą – matomas gradiento linijas danguje ar švelniuose šešėliuose. Tokios funkcijos kaip pustoniavimas ir gradacijos išlyginimas gali padėti sukurti sklandesnius spalvų perėjimus.
5. Baltos spalvos balansas, spalvų temperatūra ir gama
Spalvų tikslumas susijęs ne tik su raudona, žalia ir mėlyna spalvomis, bet ir su tinkama „balta“. Pernelyg melsva balta spalva vaizdą padaro šaltą, o per gelsva – šiltą. Televizoriai paprastai siūlo spalvų temperatūros režimus, tokius kaip „Šalta“, „Normali“ ir „Šilta“. Pagal numatytuosius nustatymus, norint tiksliai žiūrėti filmus ir kitą turinį, įprastas tikslas yra D65 (apie 6500 K).
Be to, yra svarbus parametras, vadinamas gama (SDR) arba perdavimo kreive, pvz., PQ (ST.2084) ir HLG (HDR). Gama kontroliuoja, kaip rodomi vidutiniai tonai. Jei gama per didelė, vaizdas atrodo tamsesnis ir kontrastingesnis; jei per maža, vaizdas atrodo išblukęs.
Spalvų apdorojimo sistema integruos baltos spalvos balanso, gamos ir spalvų valdymo nustatymus, kad galutinis rezultatas atitiktų naudotojo standartus ar pageidavimus.
6. Spalvų valdymo sistema (TVS)
Daugelyje šiuolaikinių televizorių yra CMS – sistema, skirta išsamiau reguliuoti spalvų parametrus, paprastai apimanti:
– Atspalvis (spalva),
– Sotumas,
– Šviesumas (spalvų ryškumas).
CMS leidžia reguliuoti pirmines (RGB) ir antrines (CMY) spalvas, kad jos apytiksliai atitiktų etaloninius standartus. Profesionalaus kalibravimo metu technikai naudoja kolorimetrą arba spektroradiometrą, kad išmatuotų ekrano išvestį, o tada sureguliuoja CMS ir baltos spalvos balansą, kad būtų pasiekta maža spalvų paklaida (Delta E).
7. HDR apdorojimas ir tonų atvaizdavimas
HDR (didelis dinaminis diapazonas) išplečia ryškumą ir spalvų diapazoną, todėl šviesios ir tamsios detalės tampa labiau matomos. Tačiau ne visi televizoriai pasižymi vienodomis didžiausio ryškumo galimybėmis. Todėl televizoriai atlieka tonų atvaizdavimą: HDR signalas, galbūt skirtas 1 000–4 000 nitų (ar daugiau), atvaizduojamas pagal ekrano galimybes, pvz., 500–1 000 nitų.
Tonų atvaizdavimas yra glaudžiai susijęs su spalva, nes HDR formate spalvų sodrumas dažnai keičiasi didėjant šviesumui. Štai kodėl HDR spalvų apdorojimo sistemos turi išlaikyti natūraliai atrodančias spalvas ryškiose srityse, neleisdamos joms išblukti ar „išdegti“.
Įprasti HDR formatai yra šie:
– HDR10 (statiniai metaduomenys),
– HDR10+ ir „Dolby Vision“ (dinaminiai metaduomenys),
– HLG (dažnai naudojamas transliacijoms).
Dinaminiai metaduomenys leidžia televizoriui koreguoti tonų atvaizdavimą kiekvienoje scenoje arba kadre, kad spalvos ir detalės būtų geriau išsaugotos.
8. Vietinis pritemdymas ir jo poveikis spalvai
LED televizoriai su vietiniu pritemdymu (ypač „Full Array Local Dimming“ / FALD) gali pritemdyti tam tikras foninio apšvietimo sritis, kad padidintų kontrastą. Tačiau ši sistema taip pat veikia spalvų suvokimą. Jei vietinio pritemdymo algoritmas yra pernelyg agresyvus, tamsiose srityse gali būti prarastos spalvų detalės arba gali atsirasti „žydėjimas“ (šviesa „nuteka“ aplink ryškius objektus). Todėl spalvų apdorojimas ir foninio apšvietimo valdymas turi veikti darniai, kad būtų išlaikytos sodrios spalvos šešėliuose neprarandant kontrasto.
9. Vaizdo režimas ir spalvų „skonis“
Daugelyje televizorių yra tokie režimai kaip „Vivid“, „Standard“, „Cinema“ arba „Filmmaker Mode“. Ryškusis režimas paprastai padidina sodrumą, kontrastą ir ryškumą, kad vaizdas būtų patrauklus ryškiai apšviestose prekybos vietose, tačiau dažnai pablogina spalvų tikslumą. „Cinema“ arba „Filmmaker Mode“ paprastai yra artimesnis filmų gamybos standartams ir perteikia natūralesnes spalvas.
Be to, kai kuriuose televizoriuose yra papildomų funkcijų, tokių kaip „Live Color“, „Color Enhancer“ arba „Dynamic Contrast“, kurios adaptyviai reguliuoja spalvas. Šios funkcijos gali būti naudingos tam tikram turiniui, tačiau vartotojams, kuriems svarbiausia tikslumas, dažnai geriausia jų nenaudoti.
10. Kesimpulanas
LED televizoriaus spalvų apdorojimo sistema yra sudėtinga procesų seka, kuri vaizdo duomenis paverčia patogiu, tiksliu ir patraukliu spalvų vaizdu. Nuo spalvų formato konvertavimo, gamos atvaizdavimo, baltos spalvos balanso nustatymų, gamos, CMS iki HDR apdorojimo ir tonų atvaizdavimo – visa tai vaidina svarbų vaidmenį nustatant vaizdo kokybę. Galutinį rezultatą taip pat įtakoja įrenginio fizinės galimybės: foninio apšvietimo spektras, spalvų filtro kokybė, ekrano bitų gylis ir vietinis pritemdymo algoritmas.
Supratimas, kaip veikia spalvų apdorojimas, padeda vartotojams pasirinkti tinkamą vaizdo režimą, atlikti labiau pagrįstus nustatymus ar net kalibruoti, kad būtų pasiektos artimesnės etaloninėms spalvoms. Tokiu būdu LED televizoriai rodo ne tik „ryškius“ vaizdus, bet ir sodrias, subalansuotas spalvas, kurios atitinka turinio kūrėjo sumanymą.
