Герц мало не бывает: HFR и VRR в телевизорах

В недалекой перспективе HFR станет неотъемлемой частью стандартных телевизионных технологий.

Частоту обновления – одну из основных характеристик телевизоров – регулярно путают с кадровой частотой. Вместе с экспертами мы постараемся объяснить отличия этих понятий, а также перечислить приложения и задачи, в которых не обойтись без высокой кадровой частоты.

Частоту обновления и частоту кадров путают потому, что оба термина показывают количество сменяемых кадров за единицу времени (обычно – за секунду). К примеру, сигнал с частотой обновления 50 Гц и видео с частотой 50 кадров/с состоят из 50 изображений, сменивших друг друга за 1 секунду. Однако это не одно и то же. Частота обновления показывает, сколько кадров в секунду способна отображать ЖК-панель, и является постоянной величиной (указывается в герцах, Гц). А кадровая частота – это количество кадров видеоконтента, выводимых на экран телевизора за 1 секунду, она является усредненной величиной (обычно – кадров/с, или fps).

Изготовители пользовательских девайсов – телевизоров, фотокамер, смартфонов – настаивают на том, что высокая частота кадров (High Frame Rate, HFR) - это необходимо, правильно и современно. Но, похоже, под этим термином каждый игрок рынка подразумевает что-то свое. По словам заместителя генерального директора по научной работе ЗАО "МНИТИ" Константина Быструшкина, понятие "частота развертки изображения" многие производители телевизоров понимают весьма своеобразно. Например, он отмечает, что в рекламных проспектах часто встречается упоминание частоты развертки 400, 800 и даже 1200 Гц. Эти цифры получаются путем умножения частоты обновления изображения на экране на частоту вспышек (стробирования) светодиодов LED-подсветки. К примеру, 100 Гц экрана × 8 вспышек лампы подсветки в секунду = 800 Гц частоты развертки изображения. "Импульсный режим работы подсветки применяется для уменьшения заметности смены одного кадра на другой в ЖК-экранах", – рассказывает Константин Быструшкин. Сегодня, когда используются очень быстрые матрицы со сменой кадра за единицы миллисекунд, это не столь критично. А лет десять-пятнадцать назад для медленных ЖК-матриц с временем переключения кадра 25-40 мс этот прием был более чем актуален. При импульсной подсветке экран гасился на время "перетекания" одного кадра в другой – по аналогии с обтюратором в кинопроекционном аппарате во время продергивания кинопленки на следующий кадр. В результате размывание изображения заметно уменьшалось. Ныне же частоту смены полных кадров 200-240 раз в секунду на экране телевизора с быстрой IPS-матрицей (и тем более OLED-экраном) следует считать вполне достаточной даже для самых динамичных спортивных программ. "Потому как для зрителей дискретность смены кадров изображения станет практически незаметной вследствие физических ограничений человеческого зрения – из-за инерционности сетчатки и ограниченных возможностей мозга по обработке больших массивов видеоинформации", – объясняет Константин Быструшкин.

Руководитель группы закупок ТВ и аудиотехники "Ситилинка" Егор Панин считает, что под термином "High Frame Rate" все производители понимают приблизительно одно и то же, но применяют разные технологии. "Зачастую исходный контент не содержит достаточного количества кадров в секунду, чтобы обеспечить комфортный просмотр, – поясняет он. – В результате мы получаем размазанность объектов в динамичных сценах или при резких движениях камеры. Для преодоления этой проблемы производители используют различные алгоритмы обработки изображения, целью которых является вставка “промежуточных” кадров между кадрами исходного контента. Вся разница между производителями заключается в способе получения и количестве таких промежуточных кадров". По словам Егора Панина, эталоном качественной картинки всегда считалась частота 100 Гц. В топовых моделях телевизоров некоторых производителей частота смены кадров может доходить до 200 Гц. Но каждый производитель в маркетинговых целях оперирует некими индексами качества картинки, и здесь цифры могут превышать 1000 Гц.

Как утверждает менеджер по продукту ТВ и аудио "Panasonic Россия" Александр Косяк, в телевизорах компании используется технология Intelligent Frame Creation – интеллектуальная система создания дополнительных кадров. Главная ее задача – обеспечивать динамичным сценам плавную, но при этом четкую передачу без рывков и артефактов. В старших моделях телевизоров Panasonic частота достигает 1600 Гц. "Для нас это технология, которая в комплексе с другими ноу-хау компании позволяет получить качественное изображение. Все, что выше 100 Гц, можно считать высокой кадровой частотой", – говорит он.

По словам руководителя продуктового маркетинга "ТВ-Аудио" Samsung Electronics в России Дмитрия Курапова, высокая кадровая частота очень важна в играх. Телевизоры производителя выпуска 2018 года с экранами, работающими с частотой кадров 120 fps, и все QLED-телевизоры 2019 года позволяют запускать игры в разрешении до 1440p с частотой кадров 120 fps. В 2018-м телевизоры Samsung не позволяли воспроизводить 4К-контент с частотой 120 fps, но в 2019 году это стало возможным в моделях серий Q80, Q90 и Q900.

Также в QLED-телевизорах 2019 года Samsung обеспечила поддержку технологий FreeSync/VRR. Переменная частота обновления экрана (Variable Refresh Rate, VRR, – прим. "Теле-Спутника") позволила добиться минимального значения задержки вывода 6,8 мс. "Обычно дисплей показывает изображение с постоянной частотой регенерации, например 60 кадров в секунду. Но графическое ядро в ПК, на котором запущена игра, обновляет данные с иной частотой смены кадров. Эта частота определяется тем, насколько сложная в игре графика, какие сцены прорисовываются в игре и каков характер игровых взаимодействий. В результате может возникнуть некоторое несоответствие между этими частотами обновления. Вплоть до ситуации, когда дисплей будет воспроизводить кадр, состоящий сразу из двух половинок разных кадров от GPU (графического процессора – прим. "Теле-Спутника"). При этом на экране появится эффект разорванного изображения", – поясняет Дмитрий Курапов. С технологией FreeSync/VRR, используемой в QLED-телевизорах Samsung 2019 года, подобных проблем не возникает, так как частота обновления телевизора соответствует частоте регенерации кадров в GPU. По его словам, технология FreeSync VRR автоматически включена по умолчанию и позволяет работать с чрезвычайно малым временем отклика. Благодаря этому новые телевизоры по своей производительности почти не уступают премиальным моделям игровых мониторов, но при этом обладают большей диагональю.

Перечисляя приложения и задачи, в которых не обойтись без высокой кадровой частоты, Егор Панин называет просмотр динамичного контента, к примеру экшн-фильмов и спортивных матчей. "Без высокой частоты смены кадров будут утеряны многие детали, а изображение не будет плавным", – настаивает он.

Александр Косяк тоже считает, что без высокой кадровой частоты не обойтись при просмотре экшн-фильмов, спорта, в компьютерных играх – словом, там, где много динамики и движения.

"Из всех технологий улучшения изображения HFR самая неочевидная", – убежден Константин Быструшкин. Он объясняет, что, во-первых, ее эффективность не столь наглядна, как повышение четкости изображения или расширение его диапазона яркости. Во-вторых, все современные телевизоры несут на борту цифровые процессоры – улучшатели качества изображения. По его словам, в большинстве моделей для повышения качества картинки и плавности движения на экране используется технология синтезирования дополнительных кадров с промежуточными фазами перемещающихся объектов. Мощность этих процессоров и совершенствование ПО приводят к отличным результатам – качество изображенияя существенно улучшается даже при использовании стандартной кадровой частоты. "Поэтому необходимость переходить к несовместимым стандартам видеосигнала с повышенной частотой смены кадров нуждается в дополнительном изучении и оценке по критерию затраты/результат", – заключает Константин Быструшкин.

В России среди фанатов игр, особенно если речь идет о консольных играх, высокая кадровая частота и время отклика – одни из основных параметров при покупке телевизора, считает Дмитрий Курапов. "Рынок гейминга в нашей стране растет с каждым годом. Поэтому мы можем сказать, что в этой категории у российских пользователей на сегодняшний день уже есть потребность в HFR, и мы предлагаем такие устройства", – сообщил он.

По словам Александра Косяка, функция HFR появилась еще в первых плоскопанельных ТВ, а сегодня уже является стандартом де-факто. В прошлые годы компании активно продвигали эту функцию, а для покупателей она была ключевой характеристикой при выборе телевизора. Сейчас в индустрии новые приоритеты – смарт ТВ, 4К, 8К, HDR.

Егор Панин считает, что реальная потребность в HFR у российского пользователя уже есть, так как даже при текущем уровне качества контента производители смогли улучшить четкость путем применения своих алгоритмов. В будущем количество контента с высокой частотой кадров будет расти, уверен руководитель группы закупок ТВ и аудиотехники "Ситилинк". По его словам, в кинопроизводстве цифровые камеры уже ощутимо потеснили кинопленку, этот тренд быстро прогрессирует. "В недалекой перспективе HFR станет неотъемлемой частью стандартных телевизионных технологий, подобно тому, как технология HDR завоевала симпатии зрителей и прочно укрепилась на рынке, став определенным стандартом качества", – полагает Егор Панин.