Интерфейс HDMI — один из наиболее востребованных в области мультимедиа, несмотря на двадцатилетний возраст. Последняя версия стандарта обладает высокой пропускной способностью и поддерживает разрешение вплоть до 10К. Однако все это актуально на небольших расстояниях. Что делать, если нужен длинный кабель? Здесь поможет оптический HDMI.

Проблема классических HDMI-кабелей

Существует несколько разновидностей HDMI-кабелей. Они разделены на стандарты. Например, уже существует стандарт HDMI с Ethernet — дополнительный канал передачи данных Ethernet обеспечивает связь устройств с интернетом на скорости до 100 Мбит/с. Появился и автомобильный стандарт — Automotive выдерживает повышенные вибрации, высокую влажность и температурные перепады.

Узнать подробнее про спецификации интерфейса вы можете в отдельном материале.

Однако у всех классических HDMI-кабелей, независимо от стандарта, есть общая черта — внутренняя начинка. Проводником в дешевых моделях служит алюминий, в более дорогостоящих — медь.  

Эти материалы имеют один существенный недостаток — затухание сигнала. Поэтому одним из ключевых параметров при покупке является толщина. Чаще всего встречается американская система измерения — AWG (AmericanWireGauge).

Чем больше диаметр и сечение, тем меньше затухает сигнал. Однако даже при максимальном диаметре AWG 24 рекомендуемая длина кабеля не должна превышать восьми метров. В лучшем случае предельная длина доходит до 15 метров. Но только если передается небольшой объем данных, как правило — в разрешении 720/1080.

А что, если превысить этот предел? О корректной передаче данных можно забыть — пользователи столкнутся с зависаниями, артефактами картинки или вовсе ничего не увидят. Но зачем в домашних условиях в принципе нужен кабель больше восьми метров? Варианты есть.

Например, вы хотите организовать домашний кинотеатр в очень большой комнате, а мультимедийная техника разбросана по разным углам. На кабеле длиной больше восьми метров нет гарантии качественной передачи сигнала. Особенно, если говорить о разрешении 4К. Кто-то предпочитает подключать ТВ от компьютера, расположенного в другой комнате.

Также длинные HDMI-кабели пригодятся в офисах, когда нужно подключить экраны в конференц-залах (и не только). Это касается и различных проекторов, которые обычно располагаются под потолком.

Боремся с затуханием сигнала

Получить сигнал без помех на больших расстояниях в HDMI можно — есть несколько решений.

Первое — использовать повторитель. В некоторых случаях он уже встроен непосредственно в кабель. Как правило, это позволяет увеличить максимальное расстояние до 30 метров, но только для картинки разрешением не выше 1080p. Чаще можно встретить повторители в виде отдельного блочка. Они могут питаться как от самого интерфейса, так и от отдельного блока питания.

Возможности напрямую зависят от каждой конкретной модели и требуемого разрешения. В среднем можно получить:

В лучшем случае для стабильной 4К картинки в 60 Гц можно получить  40 метров (25+15), но только с кабелем 24AWG. В целом такие повторители обеспечивают двукратный прирост по сравнению с пределом в 15 метров для обычного HDMI-кабеля. Если устройств много, а длины не хватает, можно присмотреться к HDMI-коммутаторам, которые предложат максимальное расстояние в 20-25 метров.

Еще один популярный вариант — переходники HDMI-Ethernet. Это пара блочков с выходами HDMI и RJ-45. Сигнал передается через сетевые кабели Cat 5/6/7. В зависимости от устройства можно рассчитывать на удлинение в 60-120 метров, а для 1080p — вплоть до 200 метров.

Однако стоят такие удлинители не сильно дешево — цена доходит до пяти тысяч рублей. К тому же для каждого блочка необходимо отдельное питание. Придется позаботиться о наличии розетки.

Есть ли одновременно простое и эффективное решение? Да — это оптический HDMI кабель (AOC - ActiveOptical).

Как работает оптический HDMI-кабель

Принципиальное отличие этой категории — в «начинке». Совместно с проводниками из алюминия или меди в таких HDMI-кабелях используется оптоволокно. Это делает кабель помехозащищенным. А заодно обеспечивает передачу информации на большие расстояния с минимальным затуханием.

Питание и управляющие сигналы обычно передаются по классическим медным парам, а вот данные — уже по оптоволокну.  Для преобразования сигнала используется небольшая схема — в современных кабелях она уже спрятана в корпус самого коннектора.

Сами волокна могут незначительно отличаться по структуре:

• стеклянные сердцевина и оболочка;

• пластиковые сердцевина и оболочка;

• стеклянная сердцевина и пластиковая оболочка.

Первый вариант обладает максимальной пропускной способностью, но проигрывает двум остальным в плане гибкости и упругости.

Что по поводу расстояний у HDMI AOC? Для 4К в 60 Гц без проблем можно использовать кабель длиной до 100 метров. Однако в продаже также можно найти модели на 300 и 500 метров! Если говорить о разрешении 8К в 60 Гц — то здесь справится кабель длиной не более 20 метров.

Единственный минус — это цена. Модели на 80-100 метров стоят в районе 15-25 тысяч рублей. Впрочем, если вам нужно обеспечить передачу 4К-контента на большое расстояние с максимальным удобством — это лучший выбор.

Как отличить обычный HDMI от оптического

Самый верный способ не наткнуться на подделку — покупать продукцию именитых брендов в проверенных точках продажи. Например, на территории стран СНГ производством оптических HDMI занимается например, компания Dr.HD — в продаже есть модели длиной до 80 метров.

При выборе косвенно можно ориентироваться на несколько визуальных критериев:

• Оптический HDMI обычно имеет меньшую толщину провода. Как правило, это легко заметно на глаз. Но стоит также обращать внимание на показатель AWG обычного HDMI — из-за маленького сечения разница будет видна плохо.

• Чуть более массивный коннектор у оптического HDMI. Поскольку внутри стоит схема преобразования, то корпус немного больше по габаритам, чем у классического HDMI.

• Обязательная маркировка на коннекторах. Оптические кабели нельзя вставлять любой стороной, поэтому на каждом коннекторе есть обозначение — для источника (Source) и приемника (Display).

• Цена. Оптический кабель не может стоить дешево, особенно, от крупного бренда.

Заключение

Оптический HDMI кабель — это отличное решение для передачи контента в 4К/60 Гц на большие расстояния. Однако из-за своей цены такие кабели подойдут не всем. Они пригодятся, если вам необходимо преодолеть расстояние в 30 и более метров. В остальных случаях вполне можно обойтись повторителем, который обеспечит передачу картинки в 4К на расстояниях 15-30 метров.

P/S

Для сведения:

Организация HDMI Forum представила окончательные спецификации версии интерфейса HDMI под номером 2.2, презентация которой впервые состоялась в рамках мероприятия CES 2025.

Версия HDMI 2.2 была разработана с целью улучшения совместимости с современными мониторами и телевизорами, обладающими высокими разрешением и частотой обновления — например, с 4K/8K дисплеями. Кабели версии 2.2 будут поставляться с фирменной маркировкой Ultra96, означающей поддержку пропускной способности до 96 Гбит/с. Маркировка гарантирует, что покупатели приобретают сертифицированный продукт с необходимыми им функциями, поскольку современные кабели HDMI поддерживают пропускную способность только до 48 Гбит/с.

Кабели HDMI 2.2 способны передавать контент с разрешением до 12K при 120 кадрах в секунду и разрешением 16K при 60 кадрах в секунду. Они также поддерживают несжатые полноцветные форматы, такие как разрешение 8K при 60 кадрах в секунду/4:4:4 и разрешение 4K при 240 кадрах в секунду/4:4:4 при 10-битном и 12-битном цвете. Кроме того, стоит упомянуть интегрированную в стандарт 2.2 функцию Latency Indication Protocol (LIP), улучшающую синхронизацию звука и видео. Как подчеркивают в Engadget, она будет особенно полезной для конфигураций, включающих в себя ресиверы или звуковые панели.

Технология расширенного динамического диапазона (HDR) среди устройств отображения изначально появилась в телевизорах. Компьютерные мониторы обзавелись ей чуть позже. На сегодняшний день модели с поддержкой HDR можно встретить как среди топовых, так и в среднем ценовом сегменте. Чем отличаются разные стандарты HDR в мониторах?

Дебютный монитор с поддержкой HDR был выпущен в 2017 году — им стала модель от компании Dell. Тогда еще не существовало единых стандартов для мониторов, поэтому производители были вольны реализовывать технологию на свое усмотрение. Первые стандарты расширенного динамического диапазона для мониторов были разработаны в 2018 году организацией VESA. В 2019 году их список был расширен.

Кроме стандартов организации существуют собственные реализации производителей мониторов, а также комплексы стандартов от производителей видеокарт, куда тоже входят требования к HDR.

Стандарты HDR для мониторов

• VESA DisplayHDR 400

Самый простой из стандартов VESA. Вопросов к реализации подсветки матрицы тут нет, поэтому экраны данного типа чаще всего оснащаются обычной краевой LED-подсветкой. Остальные требования тоже демократичные — стандартные 8 бит на каждый цветовой канал, а уровень свечения чёрного не должен превышать 0,4 нит.

По сути, отличие от обычных мониторов тут только в пиковой яркости: вместо типичных 250–300 нит требуются 400 нит. Из-за относительной простоты реализации DisplayHDR 400 — это один из самых распространённых стандартов, который встречается в мониторах и ноутбуках.

• HDR10

Стандарт HDR, перекочевавший в мониторы из телевизоров. Использует 10-битное представление цвета, но не имеет жестких требований к реализации подсветки и пиковой яркости. Стоит отметить, что именно с этим стандартом в мониторах связано больше всего путаницы. Из-за отсутствия строгих требований шильдиком «HDR10» могут обладать мониторы с яркостью всего 250–300 нит. Как вы понимаете, настоящего HDR там и близко нет.

Более того, некоторые модели могут быть указаны как «HDR10 ready» или «HDR ready». Под этими словами подразумевается способность монитора принимать и выводить 10-битный сигнал, в то время как его матрица может быть обычной 8-битной. Такие модели к реальному HDR имеют еще меньше отношения.

• Acer HDR350

Реализация от Acer, схожая со стандартом DisplayHDR 400. Главное отличие — более низкая яркость в 350 нит.

По рекомендациям компании Microsoft дисплей с HDR должен обладать яркостью не менее 300 нит, поэтому условно HDR350 в категорию расширенного динамического диапазона попадает. На практике эта реализация — одна из самых бюджетных.

• VESA DisplayHDR 600

Более продвинутый стандарт VESA, который заметно отличается от базового DisplayHDR 400. Требует локального затемнения для разных зон, но не ограничивает его реализацию: это может быть как краевая подсветка, так и более продвинутая задняя. Чаще всего в продуктах данной категории встречается первый вариант.

Прочие требования по сравнению с DisplayHDR 400 тоже увеличены. Обязательна 10-битная глубина цвета, уровень свечения черного не выше 0.1 нит и пиковый уровень яркости не менее 600 нит. Из-за более сложной конструкции такие мониторы дороже решений c DisplayHDR 400.

• VESA DisplayHDR 500

Произвольная от стандарта DisplayHDR 600, предназначенная для тонких экранов ноутбуков. Требования схожи с «родителем», за исключением яркости: здесь она должна быть не менее 500 нит.

• VESA DisplayHDR 1000

Стандарт для топовых мониторов, которые предназначены для энтузиастов, профессионалов и создателей контента. Требует минимальный уровень свечения черного в 0.05 нит, который невозможно организовать без задней многозонной подсветки. К тому же, и пиковая яркость тут должна быть заметно выше: не менее 1000 нит. Обязателен и 10-битный цвет.

Из-за столь высоких требований мониторы с поддержкой стандарта требуют мощных диодов подсветки, расположенных сзади экрана, а также увеличенного количества зон. Поэтому такие модели получаются достаточно толстыми, тяжелыми и очень дорогими.

• VESA DisplayHDR 1400

Самый продвинутый стандарт VESA, предназначенный для ультимативных решений. По сравнению с DisplayHDR 1000 повышены требования. Теперь пиковая яркость должна составлять от 1400 нит, а уровень свечения черного должен быть еще ниже — 0.02 нит. Стоит ли упоминать, что такую сертификацию получают только самые дорогие модели мониторов.

• VESA DisplayHDR 400/500/600 TrueBlack

Серия стандартов для мониторов и экранов ноутбуков, выполненных по технологии OLED. В экранах данного типа каждая точка светится самостоятельно, поэтому в стандартах TrueBlack заметно повышены требования к уровню чёрного: его свечение не должен превышать 0.0005 нит.

Изменились и требования к задержке переключения подсветки. У серии обычных стандартов DisplayHDR она должна составлять не более восьми кадров, независимо от частоты обновления экрана. У линейки DisplayHDR TrueBlack — не более двух кадров. Между собой стандарты DisplayHDR 400/500/600 серии TrueBlack отличаются только пиковой яркостью — она должна составлять не менее 400, 500 и 600 нит, соответственно. Благодаря абсолютному черному цвету даже на такой яркости OLED экраны могут обеспечить уровень контрастности, сравнимый с мониторами DisplayHDR 1000/1400 на LED-подсветке.

• Quantum HDR

Фирменная реализация HDR на топовых мониторах от Samsung. В основе лежит стандарт HDR10+ для телевизоров, разработанный этой же компанией. Аналогично прямому родственнику, использует 10-битную глубину цвета и умеет работать с динамическими метаданными.

Quantum HDR подразумевает использование квантовых точек в экране и технологии miniLED — разновидности задней подсветки, которая по сравнению с обычной многозонной подсветкой обладает увеличенным диодов и зон. За счет такой комбинации заметно снижается уровень свечения черного, а также заметно возрастает пиковая яркость.

Именно яркостью и отличаются разные реализации Quantum HDR. Она, в зависимости от модели монитора, может отображаться в названии технологии двумя способами:

Quantum HDR 1000/1500/2000/4000 обозначает пиковую яркость экрана в 1000, 1500, 2000 и 4000 нит, соответственно. Под Quantum HDR 12x/16x/24x/32x/40x подразумеваются множители базовой яркости, за которую принято значение в 100 нит. То есть, такие экраны могут достигать пиков в 1200, 1600, 2400, 3200 и 4000 нит, соответственно.

Для последних моделей таких мониторов вдобавок указывается технология «HDR10+ Gaming». Она является вариантом стандарта HDR10+ специально для игр, который совместим со всеми моделями с Quantum HDR.

• Dolby Vision

Стандарт от Dolby Laboratories, помимо телевизоров иногда встречающийся в профессиональных мониторах. Работает с 10- или 12-битным цветом, поддерживает динамические метаданные. Требуемая пиковая яркость — от 1000 нит и выше.

Конкретный тип подсветки стандартом не упоминается, но экраны с такими характеристиками в обязательном порядке оснащаются задней LED-подсветкой с разделением на зоны, либо матрицами OLED.

• NVIDIA G-Sync Ultimate

Топовый стандарт динамической синхронизации кадров от NVIDIA. Конкретные требования не указываются, но обязательны «HDR, потрясающая контрастность и кинематографичные цвета». Модели, прошедшие такую сертификацию, имеют от 600 нит пиковой яркости и 10-битную матрицу. Другой обязательный атрибут — многозонная LED-подсветка, либо OLED-экран.

• AMD FreeSync Premium Pro

Старший стандарт динамической синхронизации кадров от AMD. Обязателен 10-битный цвет и от 400 нит пиковой яркости. Официальных требований к реализации подсветки нет. Но, как и в случае с конкурентом, все совместимые модели оснащаются или многозонной LED-подсветкой, или OLED-экраном.

Как правило, для любого монитора с G-Sync Ultimate или FreeSync Premium Pro может дополнительно указываться одна из сертификаций DisplayHDR.

Некоторые производители мониторов указывают в характеристиках HDR, но не упоминают о его принадлежности к какому-то стандарту. В таких случаях речь чаще всего идет о бюджетной реализации, не дотягивающей даже до спецификаций базового DisplayHDR 400.

Требования к аппаратному и программному обеспечению ПК

Для вывода HDR-картинки на монитор нужен компьютер с относительно современной видеокартой. Дискретные модели, поддерживающие вывод HDR, начинаются со следующих линеек:

• NVIDIA: серия GeForce GTX 900 и выше

• AMD: серия Radeon RX 400 и выше

• Intel: серия ARC

Помимо этого, вывод HDR поддерживают и встроенные видеокарты:

• AMD: серия RX Vega и выше

• Intel: серия UHD 600 и выше

На ПК должна быть установлена Windows 10 или Windows 11, а также кодеки из Microsoft Store для воспроизведения видео с 10-битной глубиной цвета — HEVC и VP9. Поддерживает его и перспективный AV1, хотя пока контента в нем мало.

В отличие от телевизоров, где HDR-контент обычно запускается автоматически, в ОС Windows режим HDR необходимо включить и отрегулировать вручную, следуя инструкции от Microsoft.

Поддержка Windows 10 прекратится в октябре 2025 г.

После 14 октября 2025 г. корпорация Майкрософт больше не будет предоставлять бесплатные обновления программного обеспечения из Центра обновления Windows, техническую помощь и исправления безопасности для Windows 10. Ваш компьютер по-прежнему будет работать, но мы рекомендуем перейти на Windows 11.

Подробнее

Особенности HDR-контента на ПК

Контент, доступный на ПК в расширенном динамическом диапазоне — это видео и игры. HDR-фильмы доступны на стриминговых площадках Netflix, Amazon Video, Disney+, AppleTV+, HBO Max, а также Ultra HD Blu-ray дисках. Видеоролики с HDR можно найти на Youtube. Многие современные игры поддерживают HDR «из коробки», а на некоторые проекты можно установить соответствующие моды. Немного улучшить картинку в старых играх можно и с помощью технологии Auto HDR, присутствующей в Windows 11.

На словах звучит хорошо, но на деле у HDR под Windows достаточно много проблем. Стриминговые сервисы заточены под телевизионные стандарты HDR, поэтому могут некорректно отображать такой контент на ПК. Реализация HDR в некоторых играх тоже хромает, не всегда принося желаемый эффект.

Несмотря на то, что у Windows имеется настройка баланса яркости между SDR и HDR-режимами, на некоторых мониторах даже с ее помощью трудно добиться правильного отображения любого контента. В итоге картинка может казаться либо слишком тёмной, либо слишком светлой. Чаще всего таким грешат модели с простыми реализациями HDR, которые для достижения нужного эффекта жертвуют цветопередачей. Поэтому обычный SDR-контент может выглядеть на них даже лучше.

Также нужно помнить, что компьютерный монитор находится достаточно близко от глаз. Высокая яркость на близком расстоянии вредит им намного больше, чем на расстоянии нескольких метров, как в случае с телевизором. Особенно, если монитор используется в темноте.

Сравнительная таблица

Для удобства сравнения между собой, объединим требования разных стандартов HDR-мониторов в таблице.

P/S

Кому интересно. Основные характеристики практически всех существующих мониторов с поддержкой HDR можно найти здесь.

Примечание ProjectorWorld: может быть проще понять данный термин, если вернуться к оригинальному английскому слову «subsampling». Если «Sampling» значит «брать замеры» — например параметры каждого пикселя, то с добавлением приставки «sub-» («под-») мы, стало быть, берем замеры не с каждого пикселя, а с некого их «подмножества». «Subsample» — это «выборка из выборки».

Однако, если бы не повсеместное использование цветовой субдискретизации и различных алгоритмов сжатия данных для хранения видео-данных на ваших Blu-ray и DVD-дисках, жестких дисках и серверах служб интернет-вещания, то проблема эта была бы куда более существенной и труднорешаемой. Все потому, что обе технологии работают сообща, существенно уменьшая требуемую пропускную способность канала и вычислительные мощности, необходимые для отображения видео в высоком разрешении и с частотой кадров 24, 30, 60, и даже 120 кадров в секунду. Без этих технологий лишь самые быстрые компьютеры и графические карты были бы в состоянии обработать и отобразить эти сотни мегабайт-в-секунду видео-данных, генерируемых фильмом в качестве 4K UHD HDR, при этом не сбрасывая кадры и без зависания картинки. К тому же, невероятно большой размер файлов, который потребовался бы для несжатых фильмов в Full HD и 4K, добавил бы много дополнительных часов или даже дней к времени их скачивания у служб потокового вещания; к тому же они бы быстро заполнили все дисковое пространство вашего ПК или медиасервера. Даже если ваше оборудование и интернет-подключение были бы в состоянии справиться с несжатым 4K-контентом, вам бы потребовались топовые кабели HDMI 2.1 и соответствующие интерфейсы у отображающего устройства, чтобы «пропихивать» несжатые видео-данные от плеера к устройству.

Цветовая субдискретизация использовалась с начала эпохи аналогового цветного телевидения, позволяя по узкой полосе пропускания, выделенной для каждого телеканала, одновременно передать черно-белое и цветное изображение, тем самым обеспечивая обратную совместимость с существующими черно-белыми телевизорами. Используемый в области аналогового сигнала термин «Y’UV» относится цветовой модели с субдискретизированным цветом, в которой подканал Y’ содержит нелинейный яркостный сингал* (информацию о яркости, соответствующую воспринимаемым яркости и детализации; в основном данные о яркости берутся из зеленого сигнала), тогда как субканалы U и V содержат цветовой компонент сигнала — красный и синий. Данная модель используется во всем мире для телевещания. Другая аналоговая модель, Y’PbPr, используется в основном для передачи компонентного видео по трем кабелям. В этой модели канал Y’ тоже содержит информацию о яркости (она же содержит основную часть данных, относящихся к цветности и детализации зеленого), тогда как каналы Pb и Pr содержат компонент цветовых данных «Синий минус яркость (Y)» и «Красный минус яркость»). Использование отдельного компонента сигнала для передачи информации о яркости в сочетании с двумя сигналами цветовых различий привело к экономии требуемой ширины канала по сравнению с аналоговым R, G, B сигналом, где каждый канал содержит собственный компонент яркости.

* Нелинейный сигнал, обозначаемый апострофом, означает, что к сигналу применена гамма-коррекция

Аналоговая модель Y’PbPr ближе соответствует современным цифровым моделям YCbCr и Y’Cb’Cr’ (яркость, цвет: синий; цвет: красный). Как и в аналоговых моделях, условный знак в виде апострофа означает, что изначальные значения для Красного, Зеленого и Синего пикселя, которые были получены камерой или сгенерированы в графическом приложении, были «субдискретизированы» нелинейным способом, который лучше учитывает различную чувствительность человеческого глаза к цветам и различным уровням яркости. Благодаря пониманию принципов работы глаза был сделан вывод, что именно данные о яркости являются наиболее важным компонентом, необходимым для того, чтобы видеть и различать объекты. При этом часть данных о цвете можно опустить без особого ущерба, в результате чего получаем сжатый сигнал, который экономит дисковое пространство и который проще передавать.

В данной статье мы сосредоточимся на трех наиболее широко используемых уровнях цветовой субдискретизации, которые можно обнаружить в рамках модели Y’Cb’Cr’. Эти уровни обычно выражаются в виде тройного отношения, которое соответствует значениям Y':C'b:C'r. Если вы истинный видеофил, то наверняка встречались с этими «4:4:4», «4:2:2» и «4:2:0». Такие отношения сообщают нам, примерно следующее: «4 доли яркости к 2-м долям цвета (синего) к 2-м долям цвета (красного).» Отношение 4:4:4 используется для описания «недискретизированных» данных R, G, B. Это означает, что в сигнале равные доли выделены на яркость, цветность синего и цветность красного. «4:4:4» полностью соответствует сигналу RGB, как показано на рисунке выше.

Высчитываем Y'C'bC'r: Таблица взята из описания стандарта BT.2100 и описывает, как значения Y'C'bC'r высчитываются из изначальных значений R’, G’ и B’, записанных камерой или созданных в графическом приложении. Обратите внимание, что яркостный компонент Y’ содержит преимущественно данные, полученные на основании зеленого канала цветности G’ и практически без участия данных из B’.

Алгоритмы цветовой субдискретизации были созданы чтобы использовать на практике более высокую чувствительность человеческого глаза к оттенкам зеленой части цветового спектра, чем к красной и синей. (Возможно, это результат долгой эволюции человеческого вида в окружении зеленых растений и лесов?) По этой причине яркостный компонент Y’ (см. таблицу выше) и содержит преимущественно данные, которые были получены из зеленого канала. По этой же причине зеленый канал в большинстве цифровых фотографий содержит больше полезных данных, на основании которых можно превратить цветную фотографию в черно-белую (см. фото ниже). Если вы снизите насыщенность цветов на телевизоре или проекторе, то полученные черно-белые изображения на экране будут созданы почти полностью из данных по яркостному каналу, в котором примерно 70% зеленого, 25% красного и лишь 5% синего. В связи с таким «перекосом» нашего зрения в сторону зеленого цвета, цветовая субдискретизация позволяет уменьшить объем информации по цветности, содержащейся в красном и синем каналах, экономя вплоть до 30% трафика (при использовании уровня сжатия 4:2:2) без заметной для большинства зрителей разницы в детализации, цвете или контрастности изображения.

Зеленый канал в большинстве цифровых фотографий вносит больший вклад в черно-белое изображение, чем красный или синий.

Сам по себе метод цветовой субдискретизации позволяет снизить размер файла и требования к полосе пропускания на 30-50% по сравнению с изначальным R, G, B форматом, не приводя при этом к значимой деградации качества изображения. Высший уровень качества 4:2:2 является практически «lossless-сжатием» (без потери качества), зачастую применяемым к изначальному видеоматериалу до монтажа и цветокоррекции, позволяя ускорить процесс редактирования и обработки. Запись у большинства полупрофессиональных видеокамер осуществляется именно в этом формате. В области профессионального кинопроизводства цветовая субдискретизация применяется лишь после того, как несжатый (4:4:4) RGB видеоряд смонтирован и сохранен в качестве мастер-копии. Затем, после цветовой субдискретизации, следует применение общего алгоритма сжатия, который может включать MJPEG, AVC, либо HEVC, каждый из которых потребует меньше вычислительных мощностей и времени для сжатия видео в 4:2:2, чем 4:4:4. Взятые вместе, эти различные методы сжатия данных способны уменьшить размер видеофайла в 5-20 раз, так и не достигнув уровня, при котором качество изображения станет неприемлемым.

Как работает цветовая субдискретизация?

4:4:4. В соответствии с приведенными выше толкованием стандарта BT.2100, данные по R, G, B, имеющиеся у каждого пикселя видеокадра, сперва используются для вычисления значений Y'C'bC'r для каждого пикселя. Рисунок выше показывает, как эти данные могли бы храниться в массивах по 8 ячеек – до того, как будет применена субдискретизация цветов. На данный момент нет никаких изменений ни относительно требуемого для хранения видеофайла пространства, ни качества изображения, ни точности цветов или их детализации.

4:2:2. Формат 4:2:2 считается навысшим уровнем субдискретизации и сохраняет всю информацию по каналу яркости Y’. (Все прочие описываемые нами уровни также сохраняют полную информацию по яркости, и лишь несколько записывающих устройств субдискретизируют яркостный канал до уровня 3 или 2). А вот значения C’b и C’r берутся в два раза реже по горизонтали, чем параметр яркости, и в итоге каждый второй пиксель в каждой строке массива пикселей хранится без данных C’b и C’r, экономя около 30% ширины канала и дискового пространства. Когда эти видеоданные открываются компьютерной программой, медиаплеером или способным напрямую обрабатывать видео в 4:2:2 устройством отображения, то сперва все доступные данные восстанавливаются в несжатом виде, а затем недостающие ячейки с данными C’b и C’r заполняются данными из соседних по горизонтали пикселей (это также называется интерполяцией).

При субдискретизации 4:2:0 яркостный компонент остается нетронутым, а для улучшения качества изображения, данные о цветовых компонентах могут содержать некую смесь из выброшенных данных.

4:2:0. Теперь все становится чуть запутаннее. При уровне субдискретизации 4:2:0, яркостному каналу все еще позволяется сохраняться в нетронутом виде, но C’b и C’r берутся в два раза реже – не только по вертикали, но и по горизонтали, что дает экономию полосы пропускания и места для хранения порядка 50%. Однако, для улучшения качества, данные, хранящиеся для каждого из оставшихся пикселей могут содержать «смесь» из выброшенных данных (см. рисунок). При этом используются два алгоритма. В итоге, при восстановлении исходного изображения видеоплеером, получается меньше артефактов, более плавные переходы между краями линий в изображении и более тонкие детали, чем если бы просто сохранялась цветность для одного пикселя из четырех (без «смешения» с соседними). Безусловно, более плавные края линий означают, что текст на контрастирующем фоне может выглядеть смазано или нечетко, но данный артефакт изображения также может быть виден при сравнении на компьютерном мониторе с его четким изображением форматов 4:2:2 и 4:4:4.

Заключительное слово по цветовой субдискретизации

Происходит ли заметно большее ухудшение качества изображение при использовании метода 4:2:0 по сравнению с 4:2:2, если наша цель — просмотр кинофильмов? Большинство зрителей, просмотревших любое количество Blu-ray дисков в 4K UHD (SDR и HDR) не согласятся с этим. Все потому, что формат цветовой субдискретизации 4:2:0 является неотъемлемой частью стандарта 4K UHD Blu-ray (наряду с невероятно эффективным общим алгоритмом сжатия HEVC) и используется для хранения практически всех фильмов, которые вы можете посмотреть с помощью сервисов кабельного ТВ или широкополосного интернет-вещания. Перед тем, как начать воспроизведение, обычный UHD Blu-ray 4K плеер проверяет информацию HDMI EDID, которая хранится в проекторе или другом устройстве, чтобы определить, способно ли оно напрямую работать с видео в формате 4:2:2. Большинство устройств способны работать с видео в 4:2:0 или 4:2:2, поэтому плеер сперва преобразует данные с диска в формат 4:2:2 перед тем, как отправлять их на экран. Если устройство отображения не совместимо с 4:2:2, то плеер может отправить на него данные в 4:2:0 или же преобразовать их в 4:4:4 перед отправкой на устройство.

Опираясь на эти крохи информации, большинство UHD Blu-ray плееров оказываются в состоянии отобразить видео даже в чуть лучшем качестве и с большей точностью цветов чем то, что вы можете получить с 4K UHD Blu-ray диска! Все что нужно – это 4K-видеокамера или цифровая зеркалка, либо графическое приложение, позволяющее записывать видео с глубиной цвета 10-12 бит на пиксель с использованием субдискретизации 4:2:2 (не 4:2:0) или даже 4:4:4. Отредактировав такие видеоролики и сохранив их в формате, таком как Apple ProRes 4:2:2, а затем сжав с использованием 10-битного HEVC, их после этого можно записать на USB 3.0 жесткий диск и подключить его к соответствующему разъему Blu-ray плеера, либо даже напрямую подключить этот диск к USB 3.0 разъему проектора или телевизора (если имеется). Поскольку плееру или отображающему устройству не приходится преобразовывать 4:2:0 в 4:2:2, то в тонких цветовых переходах должно сохраниться больше оттенков.

В любом случае, факт остается фактом: сжатие данных и цветовая субдискретизация в том или ином виде необходимы для того, чтобы позволить современным плеерам и отображающим устройствам справляться с видео в 4K-разрешении – и вы можете быть уверены, что эти технологии обретут еще большую значимость, когда широкого распространения достигнет 8K-контент и соответствующие отображающие устройства; особенно – учитывая ограничения по дисковым хранилищам и пропускной способности каналов широкополосного вещания. К счастью, в связи с большей плотностью пикселей у 8K-контента и дисплеев, видео в форматах 4:2:0 и 4:2:2 будет смотреться даже лучше чем сейчас, даже при отображения резкого текста на контрастирующем фоне.