Что такое видео 8К — исчерпывающая энциклопедия формата

Вы, вероятно, слышали о формате 8К и задавались вопросом: это просто очередная реклама за мегапикселями или настоящий прорыв? Сейчас мы живем в эпоху, когда детализация изображения достигла такого уровня, что граница между экраном и реальностью становится невидимой. 8К — это больше, чем просто «очень много пикселей»; это новый уровень качества восприятия видео.

Предположим, вы смотрите на экран с разрешением 8К. Он имеет количество точек изображения в шестнадцать раз больше, чем в Full HD, и в четыре раза больше, чем в обычном 4К. В реальной жизни это означает невероятную резкость, глубину и «эффект присутствия». Даже если вы сидите недалеко от большого телевизора, вы можете видеть каждую травинку на отдаленном холме и каждую нить в костюме актера.

Но за этим удивительным изображением скрывается целый мир технологий, условий и тонкостей, от огромных объемов данных, необходимых для хранения таких видео, до необходимости в специальном контенте и мощном оборудовании для обработки. Эта статья поможет вам понять, что на самом деле скрывается за этими двумя цифрами и буквами, кому это нужно сейчас и какое будущее ждет этот формат в будущем.

1. Что такое видео 8 K?

8 К видео — это стандарт видео, который недавно появился и включает в себя съемку, кодирование и отображение сигнала. В первую очередь, как видно из названия, речь идет о разрешении изображения. 8K — это ориентировочное количество точек по горизонтали изображения, хотя на самом деле их 7 680. Разрешение 8K составляет 7 680 × 4 320 пикселей, что является стандартным для современных телевизоров с соотношением сторон 16:9. Тем не менее, особенности формата не ограничиваются разрешением. Видео в 8 к относится к классу Ultra HD, к которому принадлежит и 4K-видео, а значит на него в полной мере распространяются требования и возможности этого формата – расширенный динамический диапазон HDR, повышенная частота смены кадров и широкий цветовой охват.

8К-видео — самое четкое изображение, доступное в потребительской электронике в настоящее время: оно в четыре раза детальнее, чем 4К, и в шестнадцать раз больше, чем Full HD. Это означает, что изображение имеет почти 33 миллиона пикселей на экране, что делает его чрезвычайно реалистичным, особенно на больших телевизорах или при близком просмотре. В настоящее время 8К является скорее технологическим прорывом, чем необходимостью, поскольку в нем не так много контента, хороший телевизор стоит дорого, а обычному зрителю 4К не всегда заметно. Но формат развивается постепенно, и хотя массовый прорыв еще далеко, 8К уже показывает будущее видео.

2. Что такое разрешение изображения?

Видео представляет собой последовательность кадров (статичных картинок), меняющихся с определенной скоростью. Цифровая картинка состоит из множества точек (пикселей), каждая из которых характеризуется цветом и яркостью. Количество этих точек в каждом кадре определяет разрешение видео. Началось всё со стандартного разрешения (SD), которое составляет 720 x 576 пикселей для телевизионного стандарта вещания PAL и 720 x 480 для NTSC. Именно в таком разрешении кодировался материал на дисках DVD. Позже появился стандарт HD (HD Ready) с разрешением 1 280 x 720, а также Full HD с параметрами 1 920 x 1 080, который стал настоящей вехой в развитии видеотехники. Этот стандарт лег в основу оптических дисков Blu-ray и получил широкое распространение в телевизионном вещании, а впоследствии и в видеостриминге. Кроме того, довольно продолжительное время Full HD был стандартом де-факто для устройств отображения – телевизоров и кинотеатральных проекторов.

Но прогресс продолжается, и со временем появится стандарт видео 4K или Ultra HD с разрешением 3 840 × 2 160 точек. Сегодня этот стандарт является основным для производителей контента, вещателей и устройств отображения и воспроизведения контента. Стандарт 8K-видео с разрешением кадра 7 680 × 4 320 пикселей был представлен некоторое время назад. Как обычно, все началось с устройств отображения. Телевизоры всегда были локомотивом технического прогресса в области разрешения картинки, поскольку они могли выдавать более качественное изображение даже при отображении контента с меньшим разрешением, чем можно было бы получить с экраном более низкого разрешения.

3. Что такое видео с расширенным динамическим диапазоном HDR?

Наряду с разрешением, в стандарт видео Ultra HD, к которому относится как 4K-видео, так и видео 8K, был включен формат видео с расширенным динамическим диапазоном HDR (High Dynamic Range), обеспечивающим больший диапазон яркостей между самым темным и самым ярким участком кадра. Изображение HDR воспринимается как более яркое и контрастное и отличается более насыщенными цветами. Более подробно о формате HDR, проблемах и решениях по его реализации можно почитать здесь.

4. Что такое кадровая частота (FPS)?

Чтобы отобразить движение на экране необходимо выводить на него последовательность кадров с определенной постоянной скоростью. За счет присущей человеческому зрению инерции, движение на экране представляется слитным и плавным – мозг воспринимает последовательность картинок не дискретно, а как непрерывный поток. Но, конечно, определяющим здесь является скорость, с которой происходит смена кадров на экране. Сегодня большинство фильмов снимается со скоростью 24 кадра в секунду, что обусловлено параметрами ещё пленочных кинокамер. Для съемки телевизионных программ используется скорость 25 кадров в секунду для стандарта PAL или 30 кадров в секунду для NTSC. С переходом на «цифру» появилась возможность увеличения кадровой частоты. Более того, в цифровом мире эта частота не обязательно должна быть постоянной. Так в видеоиграх этот параметр может меняться в достаточно широких пределах и достигать в современных реализациях 120 Гц. Понятно, что с ростом частоты увеличивается плавность и слитность движений. Кинематограф тоже начинает экспериментировать с этим параметром. Так, доступна версия трилогии Питера Джексона «Хоббит» в формате HFR с частотой 48 кадров в секунду. По слухам, Джеймс Кэмерон снимает два сиквела «Аватар» в формате 60 кадров в секунду. Стандарт видео Ultra HD, в том числе видео 8K, поддерживает весь спектр частот – 24, 25, 30, 48, 50, 60 и 120 кадров в секунду.

5. Что такое цветовой охват и глубина цвета?

Традиционно способность видeотехники фиксировать, обрабатывать и отображать цвета оценивается на диаграмме цветности, также известной как цветовой локус. Эта диаграмма представляет собой фигуру, называемую локусом, расположенную вдоль двух осей с координатной сеткой. В пространство, охватываемое контуром локуса, вписываются все различимые цвета, видимые человеческим глазом, а их насыщенность меняется по горизонтали, а их тон меняется по вертикали.

Различные стандарты видео характеризуются в том числе цветовым охватом, определенным частью цветового локуса – внутри этой области расположены оттенки, доступные в данном стандарте видео. Стандарт Full HD в качестве базы использовал цветовую гамму Rec.709. Для стандарта Ultra HD, в том числе видео 8K, определена цветовая гамма Rec.2020, которая предоставляет намного более богатую цветовую палитру. Кроме того, стандарт Ultra HD предлагает увеличение глубины цвета (разрядности кодирования цветовых оттенков). Обычно для кодирования каждого из трех базовых цветов (RGB) используется 8 бит данных. То есть, можно для каждого цвета определить 256 оттенков. Таким образом, палитра при 8-битном кодировании составляет 16,8 миллионов цветов. Стандарт Ultra HD допускает 10-ти и 12-ти битное кодирование цвета, то есть, палитра расширяется до 1 и 68,7 миллиардов оттенков соответственно!

6. Заметна ли разница между видео 4K и видео 8K?

Поскольку расширенный динамический диапазон HDR, повышенная частота смены кадров и широкий цветовой охват относятся в равной степени к видео 4K и 8K, то разница между этими стандартами определяется разрешением картинки. В кадре 8K-видео используется в четыре раза больше пикселей, чем в кадре видео 4K. Насколько эта четырехкратная разница будет видна зрителю зависит от двух факторов – размера экрана и параметров исходного материала. Размер экрана определяет «размер» каждого пикселя – при одинаковой диагонали экрана чем выше разрешение, тем меньше пиксель, а значит картинка воспринимается более гладкой и слитной. Таким образом, существует некое пороговое значение диагонали экрана, при превышении которого разница в разрешении будет заметна. Конечно, этот порог во многом субъективен и зависит от индивидуальных особенностей зрения, но в среднем по нашему опыту разница в качестве картинки между 4K и 8K видна уже на 65-дюймовом экране. Второй фактор – качество исходного материала. Понятно, что этот фактор вступает в силу только если сравнивать картинку на 4K-телевизоре при воспроизведении 4K-видео и, соответственно, на 8K-телевизоре при воспроизведении видео 8K. В этом случае разница будет максимальной. Но проблема в том, что контента 8K пока ничтожно мало, и, скорее всего, вы на телевизоре с разрешением 8K будете смотреть видео 4K, а то и Full HD. И в этом случае разница будет менее очевидна.

7. Зачем нужно сжимать видео?

Как видно из сказанного выше, стандарт видео 8K требует обработки и передачи существенно большего объема данных. Рост разрешения вчетверо относительно стандарта 4K, увеличение частоты смены кадров и глубины кодировки цвета приводит к драматическому росту объемов. Цифровое видео, в отличие от аудио, никогда не использовалось без сжатия, и чтобы удовлетворить технические ограничения средств хранения, транспортировки и обработки постоянно растущих объемов данных необходимо совершенствовать алгоритмы сжатия видео. Стандарт Full HD использовал кодек H.264 или AVC (Advanced Video Coding). При разработке стандарта 4K применили кодек H.265 или HEVC (High Efficiency Video Coding).

H.265, или HEVC (High Efficiency Video Coding), — современный видеокодек, разработанный для эффективного сжатия видео при высоком качестве. Впервые представлен в 2012 году, он стал преемником популярного H.264, но при этом позволяет сэкономить до 50% битрейта без потери качества. Это означает, что видео в 4K или 8K можно передавать и хранить вдвое менее объемными файлами, что критично для потоковых сервисов и видеоконференций.

Главное отличие H.265 — продвинутые алгоритмы кодирования. Он использует более гибкие блоки кодирования (CTU размером до 64×64 пикселей вместо 16×16 у H.264), улучшенное прогнозирование движения и фильтры для снижения артефактов — Sample Adaptive Offset (SAO) и Deblocking Filter. Это позволяет лучше сжимать детали и уменьшать шум при сохранении высокой четкости.

Благодаря поддержке HDR и глубины цвета до 10-12 бит H.265 имеет решающее значение для реалистичной цветопередачи и плавных градиентов в современных видеоформатах. Его используют для стрима Netflix, YouTube и Apple TV, а также для видеонаблюдения, мобильного видео и профессионального монтажа, где качество и экономия места имеют решающее значение.

Главным недостатком является высокая вычислительная сложность при кодировании и декодировании, которая требует мощного оборудования. Однако с развитием технологии этот кодек становится все более популярным и почти становится стандартом для будущих мультимедийных приложений.

По оценке участников 8K Video Summit при использовании HEVC для видео 8K требуется обеспечить средний битрейт потока при трансляции 84 Мбит/сек., а общепринятая рекомендация для успешной декомпрессии требует обеспечить 120 Мбит/сек., что при нынешнем развитии технологий является трудноразрешимой задачей. По этой причине для стандарта 8K в прошлом году приняли новый кодек – H.266 или Versatile Video Coding (VCC). Важный момент состоит в том, что более эффективный кодек требует более высокой вычислительной мощности как от кодирующих устройств (видеокамер), так и декодирующих (проигрывателей, телевизоров, проекторов).

8. Есть ли сейчас контент с реальным разрешением 8K?

Сейчас ролики с разрешением 8K можно найти на YouTube, а также некоторые стриминговые сервисы предлагают единичные релизы в этом разрешении. При этом, зачастую, эти позиции представляют собой результат апскейла с исходника 4K. Таким образом, можно сказать, что видеоконтента с реальным разрешением 8K сегодня практически нет. По крайней мере, говорить о возможности смотреть 8K на более-менее постоянной основе сейчас не приходится. 9. Тогда что сегодня смотреть на 8K-телевизоре? Ровно то же самое, что вы смотрите на 4K-телевизоре или проекторе. Как было отмечено выше, на больших диагоналях преимущество разрешения 8K становится очевидным даже на материале 4K и Full HD. Современные видеопроцессоры и технологии повышения разрешения (скалирования) видео творят чудеса, и ваши знакомые до последнего кадра фильмы предстанут в новом виде.

Итак, что такое 8К в настоящее время? Это вершина технологий для домашнего экрана, которая предлагает фантастическую детализацию, которая хорошо видна на очень больших панелях. Если у вас есть большой телевизор и вы сидите достаточно близко, разница с 4К может быть очень заметной.

Но важно помнить, что это формат будущего, с ним мало возможностей, и для полноценного просмотра нужны не только дорогие устройства, но и подходящие условия в гостиной. Пока что для большинства людей переход с 4К на 8К будет не таким очевидным, как когда-то переход с HD на 4К.

Существует ли смысл рассматривать 8К сейчас, если вы энтузиаст, который всегда хочет лучшее и не ограничены бюджетом? Если да, то да. Для всех остальных 4К остается золотым стандартом, который будет радовать вас отличным качеством еще долго. 8К — это перспектива для завтрашнего дня, но пока мы здесь.