Είναι το 4K ένα απλό κόλπο του μάρκετινγκ;

Συνταξη / Επιμελεια: Θεόδωρος Χατζηκώστας | 17 Μαρτιου 2018
Posted in λογισμικό - Γενικά Θέματα

Εδώ και πολύ καιρό σκεφτόμουν να γράψω ένα άρθρο σχετικά με την 4K ανάλυση που προσφέρουν οι περισσότερες ακριβές τηλεοράσεις, φωτογραφικές μηχανές, οθόνες υπολογιστών και αισίων smartphones. Τελικά προχώρησα στην απαραίτητη έρευνα μετά από την συνάντηση με πελάτη που επέμενε στην αγορά κάρτας γραφικών ώστε να παίζει τα παιχνίδια του σε 4K. Υπερβολή; Θα δούμε παρακάτω.

Η πρώτη σημαντική παράμετρος:
Η πυκνότητα των pixels και σχετικότητα

Πριν πολλά πολλά χρόνια, ο Στιβ Τζομπς αναφερόμενος στo retina display του iPhone είχε αναφέρει πως ο τέλειος αριθμός κουκίδων ανά ίντσα (PPI) για μια τυπική απόσταση 10-12 ιντσών από την οθόνη είναι 300. Πέρα από αυτή, το μάτι δεν μπορεί να διακρίνει διαφορές. Όντως η Apple είχε κάνει καλό homework προωθώντας το τότε καινούργιό της iPhone.

Το σημαντικό λοιπόν που πρέπει εξ' αρχής να καταλάβουμε είναι πως τα πάντα είναι σχετικά! Ας πούμε πως έχουμε ένα 4K βίντεο με ανάλυση 3840x2160 (UHD). Αν αυτό το βίντεο το βάλουμε να παίξει σε ένα 4K smartphone, και κατόπιν βάλουμε μια FullHD (1920x1080) έκδοση του ίδιου βίντεο, θα είναι φύσιν αδύνατον να αντιληφθούμε τυχόν διαφορές. Ο μόνος τρόπος να διακρίνουμε την επιπλέον ανάλυση που προσφέρει το 4K είναι λ.χ. μια οθόνη υπολογιστή 27” εκεί όπου το PPI σε FullHD ανάλυση είναι 82 ενώ σε UHD ανάλυση είναι 163.

«Ναι αλλά εγώ έχω μια 55” τηλεόραση» μπορεί να απαντήσετε. Ναι, πολύ καλά, σε μια 55” τηλεόραση το PPI του παραπάνω 4K βίντεο πέφτει στο 80, μόνο που εδώ μπαίνει άλλος ένας παράγοντας στην εξίσωση: Η απόσταση από την οθόνη!

Απόσταση: Αυτή η τρίτη παράμετρος

Εκτός λοιπόν από το μέγεθος/διαγώνιο της οθόνης/τηλεόρασης/κινητού μας και την ανάλυση τους, υπάρχει μια τρίτη παράμετρος που ορίζει αν μπορούμε να διακρίνουμε διαφορές ανάμεσα στα pixels: Η απόσταση μας από την οθόνη. Όπως καταλαβαίνετε, σε διαφορετική απόσταση στέκεστε από το κινητό σας, σε διαφορετική απόσταση από την οθόνη, σε διαφορετική από την 55” τηλεόραση σας και σε διαφορετική απόσταση από την οθόνη του κινηματογράφου.

Πριν αρκετό καιρό έπεσα πάνω σε ένα ενδιαφέρον παλιό τεχνικό άρθρο για την τέχνη του κινηματογράφου και την βιντεοσκόπησης.

Υπάρχουν κάποιες ανακρίβειες σε αυτό, αλλά υπάρχει και ένα πολύ-πολύ ενδιαφέρον κομμάτι που αφορά την θέαση στον κινηματογράφο. Ας το μεταφράσουμε:

«Πριν από κάποια χρόνια, κάποιοι μηχανικοί της IMAX -και δεν πιστεύω πως η IMAX θα του αφήσει να βγουν από το εργαστήριο ποτέ ξανά- έκαναν ένα υπέροχο κομψό πείραμα στο Large Film Format Seminar στο Universal Studios Imax theatre. Έδειξαν το φιλμ που έφτιαξαν που ξεκινούσε από δύο γραμμές των δύο τετραγώνων: Άσπρο και μαύρο, μαύρο και άσπρο σαν να υπήρχαν 4 pixels (ανάλυση 2x2) στην οθόνη:

Κατόπιν άρχισαν να διπλασιάζουν ξανά και ξανά τα τετράγωνα. Πριν καν φτάσουν στην 4K ανάλυση, η οθόνη ήταν γκρίζα. Ξέρετε τι σημαίνει αυτό; Σημαίνει πως δεν υπήρχαν πλέον διαφορές ανάμεσα στο άσπρο και το μαύρο –τον μηχανισμό που σας επιτρέπει να διακρίνετε την διαφορά/σαφήνεια…»

Ο αρθρογράφος κατέληγε στο συμπέρασμα πως αν μια τυπική αίθουσα κινηματογράφου έδειχνε μια 4K ταινία, ουσιαστικά μόνο οι κοντινότερες (οι 6 πρώτες σειρές) θα μπορούσαν να διακρίνουν τις επιπλέον λεπτομέρειες, ενώ στις υπόλοιπες πιο πίσω θέσεις, τα μάτια των θεατών απλά δεν θα μπορούσαν να ξεχωρίσουν τις λεπτομέρειες!

Η τέταρτη παράμετρος που κανείς δεν αναφέρει: Bit-rate και συμπίεση

Έχουμε αναφερθεί σε παλαιότερο άρθρο μας στους αλγόριθμους συμπίεσης.

Για όσους βαριούνται να διαβάζουν (κάτι ειρωνικό αν αναλογιστούμε πως διαβάζετε αυτό το άρθρο αυτή τη στιγμή) το «ζουμί» της υπόθεσης είναι πως επειδή το ασυμπίεστο βίντεο έχει ΤΕΡΑΣΤΙΟ μέγεθος, οι αλγόριθμοι συμπίεσης μπαίνουν στη μέση ώστε να το.. συρρικνώσουν σε γήινα επίπεδα. Ένα 4K βίντεο ενός λεπτού (1’) θεωρητικά καταλαμβάνει κάπου 30GB τη στιγμή που μια πλήρη 4K ταινία σε Blu-ray καταλαμβάνει χώρο 25 με 50GB.

Ο αλγόριθμοι κάνουν θαύματα, αλλά με ένα κόστος: Αυτό της ποιότητας. Προκειμένου να μειώσουν το μέγεθος ενός βίντεο, αφήνουν υπολείμματα στην οθόνη, και μειώνουν σε γενικές γραμμές την ευχαρίστηση της θέασης. Το ίδιο και χειρότερο συμβαίνει στους online παροχείς βίντεο όπως το YouTube και το Netflix, όπου οι περιορισμοί σε εύρος ζώνης τους αναγκάζουν να μειώνουν το bit-rate. Και για όσους νιώθουν μπερδεμένοι, η εξίσωση του πόσο καλή ποιότητα έχει ένα βίντεο είναι (ποιητικά) κάπως έτσι:

Ποιότητα θέασης = Αποδοτικότητα αλγόριθμου x ( Ανάλυση / bitrate)

Ok, την εξίσωση την έγραψα κυριολεκτικά σε 5” μόνο και μόνο για να τονίσω πως όσο μεγαλύτερη ανάλυση εικόνας έχουμε, τόσο μεγαλύτερο bit-rate απαιτείται (και τόσο καλύτερος αλγόριθμος συμπίεσης).

Και επειδή η 4Κ ανάλυση έχει τέσσερις φορές περισσότερα εικονοστοιχεία από ότι το FullHD (8MPixels αντί 2MPixels) αυτό σημαίνει πως απαιτείται τέσσερις φορές μεγαλύτερο bitrate.

«Για μια στιγμή αδερφέ» θα πείτε. «Εγώ είδα τις 4K οθόνες στον Κωτσόβολο (τζάμπα διαφήμιση) και έδειχναν εκπληκτική καθαρότητα και λεπτομέρεια, τι μας λες εσύ για αλγόριθμους και ιστορίες;». Well, είμαι σίγουρος πως είδατε ένα όμορφο τοπίο, με ανέμους να φυσάνε και απαλές κινήσεις της κάμερας που ανακαλύπτει μαγευτικά τοπία, σωστά;

Για βάλτε να παίξει μια ταινία με μια γρήγορη καταδίωξη, εναλλαγές σκηνών, απότομες κινήσεις κάμερας. Το αποτέλεσμα; Ανάλογα με το bit-rate, θα δείτε διάφορα περίεργα. Και αν λ.χ. τολμήσετε ακόμη και σε FullHD ή σε HDReady ανάλυση να παρακολουθήσετε ένα live stream μιας απονομής κυπέλλου τη στιγμή που πετάγονται όλα αυτά τα εορτάστικά χαρτάκια από τα κανόνια, τότε θα αναγνωρίσετε την... χειρότερη στιγμή των αλγόριθμων συμπίεσης, τη στιγμή δηλαδή που απλά δεν μπορούν να ανταπεξέλθουν και που βλέπετε... ελέφαντες αντί κυπέλλου!

Ακόμη και οι ταινίες και οι σειρές που κατεβάζετε, οι περισσότερες είναι χαμηλότερης ανάλυσης (1280x700) ακόμη και από FullHD προκειμένου να αποφευχθούν φαινόμενα εμφάνισης artifacts (=ελεφάντων) κατά την διάρκεια της θέασης. Στην πράξη ένα 4K βίντεο μίας ώρας θα απαιτούσε με τον τυπικό H.264 αλγόριθμο τουλάχιστον 4GB τη στιγμή που το YouTube για την 4K ανάλυση του, αφιερώνει 169MB/λεπτό (=10GB/ώρα)!

Gaming

Ας ξεκινήσουμε λίγο ανορθόδοξα. Ξεκίνησα να παίζω παιχνίδια κάπου το μακρινό ’87 στον αγαπημένο μου Amstrad CPC6128. Τα περισσότερα παιχνίδια τότε ήταν γραμμένα σε mode 0, δηλαδή ανάλυση 160x200 στο 11.4” monitor. PPI; Όχι 300, όχι 200, όχι 100, όχι 50, κάπου 22! Κυριολεκτικά έβλεπες το pixel -την κουκίδα που αποτελούνταν το ανθρωπάκι, καθαρά, πεντακάθαρα να τρέχει εδώ και εκεί (για antialiasing κ.λπ. ούτε λόγος).

Όταν λοιπόν ακούω κάποιον να λέει πως θέλει 4K ανάλυση για να παίζει πιο ευχάριστα το αγαπημένο του παιχνίδι, γελάω. Ο πρώτος λόγος είναι γιατί οι διαφορές μεταξύ FullHD και 4K είναι μικρές. Πολύ μικρές. Ο δεύτερος λόγος είναι πως η υπολογιστική ισχύς που απαιτείται για να γίνει rendering μια σκηνή 4Κ είναι τεράστια. Για παράδειγμα το πιο απαιτητικό παιχνίδι που μπορώ να σκεφτώ (Assassin’s Creed Origins) όταν τρέχει στην πιο ακριβή κάρτα αυτή τη στιγμή (GTX1080 Ti) βγάζει κάπου 94fps μ.ο. σε FullHD (ultra settings) και μόλις 50fps μ.ο σε 4K! Σε απλά Ελληνικά αυτό σημαίνει πως ακόμη και με την καλύτερη κάρτα γραφικών θα υπάρχουν σκηνές με εμφανή μείωση του frame rate. Και πραγματικά, δεν υπάρχει χειρότερο πράγμα που να αποσπά την προσοχή και να αποσυντονίζει κάποιον που παίζει ένα παιχνίδι, από «σπασίματα», παγώματα και καθυστερήσεις στην εμφάνιση των γραφικών.

Δεν έχετε χρήματα για να αγοράσετε μια GTX1080 Ti; Ακόμη και μια κάρτα αξίας €650 (GTX1070) δεν μπορεί να παίξει το παιχνίδι με «ανθρώπινο» framerate σε 4K –τόσο απλά!

Καταλήγουμε λοιπόν σε αυτά που γνωρίζαμε έτσι κι αλλιώς: Η ευχαρίστηση σε ένα παιχνίδι δεν έρχεται από το πόσα pixels έχει η οθόνη (γιατί αυτή είναι η διαφορά μεταξύ FullHD και 4K). Η ευχαρίστηση έρχεται από την απόκριση και το framerate, τη στιγμή που οι σύγχρονες κάρτες γραφικών έχουν τόσα καλούδια στο τσεπάκι τους (antialiasing κ.λπ.) που ουσιαστικά εξαφανίζουν τις όποιες ατέλειες που κάποιος δεν θα διέκρινε έτσι κι αλλιώς!

Γιατί λοιπόν το 4K έχει «μπει» τόσο δυναμικά στη ζωή μας;

Η απάντηση είναι «για πολλούς λόγους». Πρώτον γιατί πλέον λόγω των smartphones/tablets και των οθονών τους, οι κατασκευαστές που έχουν επωμιστεί την μαζική κατασκευή οθονών, έχουν αποκτήσει εμπειρία ενώ η μαζική παραγωγή ρίχνει το κόστος στο ναδίρ. Για να δώσουμε ένα παράδειγμα, στην κατηγορία των φθηνών smartphones η ανάλυση των 1280x720 στις 5” σημαίνει 294 PPI. Μια 4K οθόνη στις 47” έχει μόλις... 93 PPI!

Κατά δεύτερον, οι κατασκευαστές καρτών γραφικών χρειάζονται το 4K γιατί πολύ απλά σε χαμηλές αναλύσεις (FullHD ή μικρότερες) δεν υπάρχουν ιδιαίτερες διαφορές σε απόδοση μεταξύ μιας μεσαίας και μιας ακριβής κάρτας γραφικών. Άρα γιατί να βγει νέο προϊόν και γιατί να αγοράσει κάποιον την κάρτα των €1.200 αντί αυτής των €450;

Τέλος, άλλες συντεχνίες όπως λ.χ. οι κατασκευαστές φωτογραφικών μηχανών, χρησιμοποιούν το 4K ως διαφημιστικό όπλο τη στιγμή που κατά βάση είναι απαραίτητο μόνον σε ημιεπαγγελματικές-επαγγελματικές δουλειές. Και εκεί παρατηρούνται τραγελαφικά (π.χ. αυξημένο rolling shutter σε 4K recording σε σχέση με το FullHD), κάτι που αποδεικνύει πως η τεχνολογία σε άλλους τομείς είναι ώριμη για να υποδεχτεί το 4K και σε άλλους όχι τόσο.

Να αγοράσω 4K εξοπλισμό;

Σαν χθες μου μοιάζει  που τα κανάλια εξέπεμπαν σε PAL και κάδρο 4:3 την ώρα που ο κόσμος αγόραζε σύγχρονες επίπεδες FullHD τηλεοράσεις. Όταν δε, μπήκε η Digea στη ζωή μας, πολλές από αυτές ήθελαν νέο αποκωδικοποιητή έτσι κι αλλιώς. Αυτό το γράφω απλά για να αποδομήσω το future proof που πολλοί ποντάρουν. Ως τεχνολογία εννοείται πως δεν θα αρνιόμουν να αγοράσω μια μεγάλη τηλεόραση 4K. Έχω όμως τη διαύγεια να γνωρίζω πως θα δω ελάχιστο έως καθόλου 4K περιεχόμενο μέσα στα επόμενα χρόνια. Για κινητά και ταμπλέτες 4K θεωρώ πως είναι τελείως τρελό κάποιος να πιστεύει πως θα διακρίνει με τα μάτια του την διαφορά όχι σε σχέση με το FullHD αλλά ακόμη και από το 720p. Τέλος όσον αφορά το gaming, πραγματικά δεν αξίζει να επενδύσει κάποιος, εκτός και αν έχει άπειρα λεφτά και δεν ξέρει που να τα ξοδέψει (έχω παράδειγμα ανθρώπων που μπήκαν στο σούπερμαρκετ να πάρουν μια σκούπα και βγήκαν με 80” οθόνη των €10.000 οπότε ποτέ μην λες ποτέ)!

Σε γενικές γραμμές, το 4K είναι το μέλλον, αλλά θα πρέπει να ωριμάσουν και άλλο τεχνολογίες όπως η υποστήριξη σύγχρονων αλγόριθμων (H.265) οι κάρτες γραφικών και οι ταχύτητες ίντερνετ προκειμένου να δούμε 4K περιεχόμενο που θα έχει να προσφέρει ΟΥΣΙΑΣΤΙΚΑ κάτι παραπάνω από το όχι και τόσο παλιό FullHD.

ΥΓ: 8K is coming...

Και αν νομίζατε πως τα 2Mpixels του FullHD ήταν αρκετά και πως τα 8MPixels του 4K υπερβολή, τότε καλά θα κάνετε να περιμένετε μέχρι τους επόμενους χειμερινούς ολυμπιακούς αγώνες όπου εκτός από την εκπομπή σε... 8K η Panasonic σκοπεύει να παρουσιάσει μια σχετικά φθηνή κάμερα που θα υποστηρίζει αυτό το στάνταρ που βασικά προσφέρει... 35MPixels (μεγαλύτερη ανάλυση δηλαδή και από τις περισσότερες φωτογραφικές μηχανές)! Ο θεός να λυπηθεί αυτόν που θα προσπαθήσει να κάνει 8K μοντάζ χωρίς υπερυπολογιστή!