Gamma, AKUSTYKA
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
KACIK WIDEOFILA
Tekst i zdj´cia: Filip Kulpa
OCENA OBRAZU
(2)
GAMMA IKONTRAST, CZYLI JAK OSZUKAåOKO
Dwa miesiàce temu pisaliÊmy oznaczeniu koloru zpunktu widzenia
postrzegania obrazów kinowego iwideo. Tym razem poruszamy nie mniej
wa˝nà kwesti´ wogromnym stopniu rzutujàcà na subiektywnà jakoÊç
obrazu. Chodzi otak zwanà gamm´. Parametr, na który u˝ytkownicy
p∏askich telewizorów majà zazwyczaj bardzo niewielki wp∏yw, a który
w wielkim stopniu determinuje to, jak wyÊwietlany jest obraz wideo
wideo, bez wzgl´du
na to, czy bazujàce
na monitorach CRT, LCD,
czy plazmowych, majà
jednà, bardzo wa˝nà cech´: sà nieliniowe. Co to kon-
kretnie oznacza? Przyjmijmy, ˝e jasnoÊç odtwarzanego
obrazu (dla u∏atwienia: monochromatycznego) okreÊ-
la liczba z zakresu 0-1. Oczywiste wydaje si´ to, ˝e po-
danie na odbiornik (ekran) sygna∏u zerowego powo-
duje wyÊwietlenie „czerni” (najciemniejszego mo˝li-
wego obrazu), zaÊ sygna∏u 1 – wyÊwietlenie najbiel-
szej mo˝liwej bieli. Problem pojawia si´ z chwilà, gdy
chcemy wyÊwietliç na przyk∏ad 50-proc. szaroÊç.
Wówczas okazuje si´, ˝e aby tego dokonaç, sygna∏
wejÊciowy musi mieç wartoÊç innà ni˝ 0,5. W wypad-
ku ekranu CRT powinna ona wynosiç Êrednio ok. 0,7.
Odpowiednie przeskalowanie (korekcja) dotyczy
wszystkich wartoÊci poziomów poÊrednich. Proces ten
nazywamy korekcjà gamma. W skrócie rzecz ujmujàc,
chodzi o to, by sygna∏ wejÊciowy poddaç odpowied-
niej obróbce w sposób b´dàcy dok∏adnym odwróce-
niem charakterystyki wyÊwietlacza.
ÂciÊle rzecz bioràc, gamm´, w najprostszym wypadku,
mo˝na zdefiniowaç jako wyk∏adnik pot´gi w zale˝noÊci:
I ~ U
we
γ
wysoka (>2,2) oznacza, ˝e obraz jest zbyt ciemny,
szczególnie w Êrednich i ciemniejszych szaroÊciach.
To jednak teoria, która nie zawsze sprawdza si´
w praktyce. W wypadku projektorów do kina domo-
wego pracujàcych w ciemnych (dedykowanych) po-
mieszczeniach uwa˝a si´, ˝e gamma o wartoÊci z prze-
dzia∏u 2,3-2,5 mo˝e byç optymalna, gdy˝ ustawienie
takie poprawia subiektywny kontrast obrazu (wi´cej
na ten temat – w dalszej cz´Êci). Z kolei gamma ni˝sza
ni˝ 2,2 sprawdza si´ w pomieszczeniach jasnych
(w ciàgu dnia) i dotyczy to tak˝e telewizorów. Âwiat∏o
zewn´trzne powoduje bowiem zmniejszenie czytelno-
Êci ciemniejszych fragmentów obrazu, tak wi´c sztucz-
ne ich uwypuklenie bywa po˝àdane.
gamma<2,2
gamma>2,2
sygna∏ wejÊciowy(U
we
)
WyÊwietlacze nie reagujà liniowo na wzrost
sygna∏u wejÊciowego (oÊ pozioma). W ekranach
CRT przebieg ten ma zale˝noÊç pot´gowà,
w której parametr gamma (
γ
) jest wyk∏adnikiem
KOREKCJA GAMMA
Z uwagi na zupe∏nie inne naturalne charakterystyki
Êwiecenia paneli LCD i PDP, w ich wypadku uzyskanie
krzywej jasnoÊci pokrywajàcej si´ z tà dla gammy
– 2,2 – wymaga odpowiednich korekcji realizowanych
na drodze elektronicznej. W szczególnoÊci matryce
LCD wykazujà bardzo nieliniowà charakterystyk´,
której nie mo˝na opisaç nawet opisanà zale˝noÊcià
pot´gowà. Ekrany plazmowe sà pod tym wzgl´dem
troch´ doskonalsze.
Korekcja gamma w p∏askich panelach i projektorach
cyfrowych jest zatem konieczna. W praktyce realizujà
jà uk∏ady cyfrowe i dzieje si´ to niestety najcz´Êciej po-
za jakàkolwiek kontrolà u˝ytkownika. Z zupe∏nie nie-
zrozumia∏ych wzgl´dów, jedynie producenci projekto-
rów wideo wy˝szej klasy traktujà serio problem gam-
my. W wielu modelach ju˝ za kilka tysi´cy z∏otych nie-
rzadko istnieje mo˝liwoÊç w miar´ dok∏adnego „stro-
jenia” krzywej jasnoÊci wed∏ug indywidualnych prefe-
rencji. Jest to zarazem bardzo cenne narz´dzie dla
profesjonalnych instalatorów z certyfikatem ISF.
czonego wewnàtrz kineskopu. W praktyce oznacza
ona, ˝e odtwarzany obraz jest znacznie ciemniejszy,
szczególnie w Êrednich szaroÊciach, ni˝ wynika to z na-
tury podawanego sygna∏u. Tak si´ z∏o˝y∏o (zupe∏nie
przypadkowo), ˝e charakterystyka ludzkiego wzroku
równie˝ nie jest liniowa i de facto bardzo przypomina
krzywà gamma dla wartoÊci 2,2. Z tego wzgl´du to
w∏aÊnie ekrany CRT gwarantujà najbli˝szà idea∏u natu-
ralnà (wynikajàcà z zasady ich dzia∏ania) krzywà jasnoÊci
obrazu. Pod tym wzgl´dem nadal uchodzà (i pewnie
d∏ugo uchodziç b´dà) za wzorzec. To jeden z wa˝kich
powodów, dla których technika CRT daje obraz okreÊla-
ny jako naturalny, w przeciwieƒstwie do p∏askich paneli.
Jak konkretnie gamma wp∏ywa na obraz widziany
na ekranie? Zbyt niska gamma (<2,2) powoduje,
˝e obraz jest generalnie rozjaÊniony. Gamma zbyt
I ~ U
we
γ
,
gdzie I oznacza nat´˝enie Êwiat∏a, zaÊ U
we
– napi´cie
sygna∏u wejÊciowego.
Zale˝noÊç ta by∏aby oczywiÊcie liniowa, gdyby gamma
wynosi∏a 1. Do tej pory nie zbudowano jednak ekranu
majàcego takà w∏aÊnie charakterystyk´. Dla ekranów
CRT gamma ma wartoÊç bliskà 2,2 (uznawanà za stan-
dard w komputerach PC) 1. NieliniowoÊç ta jest rezulta-
tem cech fizycznych emisji elektronów z dzia∏a umiesz-
64
AUDIO
VIDEO
KÑCIK WIDEOFILA
SUBIEKTYWNA
W
szystkie znane systemy
Dla odmiany producenci plazm i elcedeków bardzo
rzadko wprowadzajà korekcj´ gamma do menu swo-
ich produktów, czasem ograniczajàc si´ (np. Pioneer)
do kilkupozycyjnej regulacji, która jest czysto umowna
i nie daje u˝ytkownikowi zbyt du˝ych mo˝liwoÊci. Efek-
ty tego stanu rzeczy sà ∏atwe do stwierdzenia, ale nie-
stety tylko dla osób zorientowanych w temacie. Typo-
we dla p∏askich ekranów jest bowiem bardzo szybkie
narastanie jasnoÊci obrazu w poczàtkowym (najni˝-
szym) zakresie sygna∏ów wejÊciowych (0-20IRE)
1
oraz
nieregularnoÊci (nieliniowoÊci) w narastaniu jasnoÊci
w pozosta∏ym zakresie. Ingerencja u˝ytkownika
w krzywà jasnoÊci ogranicza si´ – poÊrednio – najcz´-
Êciej do operowania regulacjami kontrastu i jasnoÊci.
Ârodkowe zdj´cie ilustruje w∏aÊciwe ustawienie gammy (2,2). Zdj´cie z lewej odpowiada wartoÊci
zbyt niskiej (<2,0), zaÊ prawe – za wysokiej (>2,5). Jedno i drugie sà niew∏aÊciwe. Na pierwszym twarz
dziecka wydaje si´ wyblak∏a (za jasna), na drugim – brakuje szczegó∏ów w ciemnych obszarach
(np. ko∏a samochodu, g∏oÊnik w tle)
jedno: odst´p (wyra˝any liczbowo) pomi´dzy obsza-
rem najciemniejszym a najjaÊniejszym. Nie b´d´ tu
opisywa∏ metod pomiaru kontrastu, jako ˝e pisaliÊmy
na ten temat stosunkowo niedawno (
AV
3/07). Bez
wzgl´du na to, jakà metodà kontrast wyznaczamy,
jest to parametr mierzalny, którego na oko precyzyjnie
oceniç jest nie sposób.
Ale kontrast to równie˝ termin pojawiajàcy si´ w usta-
wieniach ka˝dego telewizora. Mog∏oby si´ wydawaç,
˝e ustawiwszy
kontrast
na wartoÊç maksymalnà (za-
koloru (lub szaroÊci), ograniczona od do∏u czernià,
a od góry – bielà.
Poziom czerni w wyÊwietlaczach okreÊla regulacja
jas-
noÊç
. Dla wi´kszoÊci ekranów w ustawieniach fabrycz-
nych jest ona za niska, co oznacza, ˝e na ekranie zlewa-
jà si´ w jednà ca∏oÊç prawdziwa czerƒ i najciemniejsze
szaroÊci. Efekt? Utrata informacji w ciemnych scenach.
W cyfrowym zapisie wideo (obecnie dominujàcym) po-
ziom najg∏´bszej czerni definiuje poziom zera cyfrowe-
go (odpowiadajàcego wartoÊci dziesi´tnej 0). Niestety,
niektóre ekrany nie sà zdolne odtworzyç tego poziomu
jasnoÊci (czasem nazywanego jako ultraczerƒ albo BTB
–
blacker than black
). Ten sam problem dotyczy nie-
których odtwarzaczy DVD lub samych wyjÊç HDMI.
Do w∏aÊciwego skalibrowania poziomu czerni general-
nie niezb´dna jest odpowiednia p∏yta testowa, zawiera-
jàca odpowiednie plansze.
Regulacja
kontrast
pozwala natomiast ustawiç poziom
bieli. W znakomitej wi´kszoÊci wyÊwietlaczy
kontrast
jest za wysoki. Skutek jest równie niekorzystny jak przy
zbyt niskim poziomie czerni – tracimy cz´Êç informacji
wizyjnej. Ekran przestaje rozró˝niaç bardzo jasne szaro-
Êci (bliskie bieli), biel (poziom 235 w zapisie 8-bitowym)
i ultrabiel WTW (maksymalny poziom – 255 w zapisie
8-bitowym). Bardzo jasne motywy zdajà si´ przeÊwie-
tlone, podobnie jak na fotografii (zw∏aszcza cyfrowej)
wykonanej przy niew∏aÊciwie dobranych parametrach
ekspozycji. By precyzyjnie ustawiç poziom bieli (kontra-
stu) potrzebna jest odpowiednia p∏yta testowa. Specyfi-
kà niektórych telewizorów LCD i PDP jest to, ˝e nawet
dla maksymalnej wartoÊci kontrastu, wyÊwietlacze te
rozró˝niajà biele i WTW. Wówczas nie istnieje ustawie-
nie za wysokie. Jedynym odniesieniem dla w∏aÊciwego
ustawienia kontrastu staje si´ jasnoÊç bieli, która nie po-
winna byç m´czàca dla naszego wzroku.
KONTRAST DYNAMICZNY
W wielu wspó∏czesnych ekranach p∏askich spotykane sà
funkcje dynamicznego kontrastu (oznaczenia firmowe
sà ró˝ne), reklamowane jako „inteligentnie dopasowujà-
ce parametry obrazu do danej sceny”. Stwierdzenie to
sugeruje, ˝e telewizor wie lepiej ni˝ re˝yser/producent
i ca∏a za∏oga techniczna razem wzi´ci, jak powinna wy-
glàdaç dana scena, film lub audycja. To oczywiÊcie bzdu-
ra. Uk∏ady tego typu sà niczym innym jak tanim chwy-
tem (ang.
gimmick
) obliczonym na wywo∏anie wra˝enia
na osobach ma∏o zorientowanych w technice wideo.
Stanowià one przyt∏aczajàcà wi´kszoÊç kupujàcych no-
woczesne telewizory. Wytwórcy dobrze o tym wiedzà
i robià wszystko, by obraz by∏ efektowny. Dà˝enie to stoi
w ca∏kowitej sprzecznoÊci z obrazem wzorcowym – ta-
kim, jaki mo˝emy zobaczyç na profesjonalnych monito-
rach CRT w studiach emisyjnych.
Jak dynamiczny kontrast dzia∏a w praktyce? Algorytmy
sà ró˝ne (ka˝dy producent ma swój), ale w wi´kszoÊci
wypadków dzia∏ajà podobnie. W ciemnych obszarach
dla scen mieszanych uk∏ad zwi´ksza gamm´ (przebieg
krzywej jasnoÊci bardziej p∏aski, co poprawia subiek-
tywne wra˝enie g∏´bi czerni), zaÊ dla jasnych – zmniej-
sza gamm´, tym samym nienaturalnie rozjaÊniajàc jas-
ne szaroÊci (upodabniajàc je do bieli). Po takiej korekcji
obraz pozornie wydaje si´ bardziej ˝ywy, w istocie jed-
nak jest mniej naturalny (cierpià na tym równie˝ kolo-
ry). Jak widaç, odpowiednio manipulujàc gammà,
mo˝na w stosunkowo prosty sposób wywo∏aç wra˝e-
nie poprawy kontrastu, co faktycznie nie ma miejsca
(patrz nast´pny rozdzia∏).
Reasumujàc, chcàc uzyskaç mo˝liwie dobry obraz,
nale˝y uk∏ady dynamicznego kontrastu pozostawiç
w spokoju (WY¸ÑCZONE). O dziwo, sà na rynku od-
biorniki TV, w których dynamicznego kontrastu od∏à-
czyç si´ nie da. Oznacza to, ˝e nie sà one w stanie
wyÊwietliç pe∏nego zakresu tonalnego w ramach
jednej ceny.
Jedynie producenci
projektorów wideo wy˝szej
klasy traktujà serio problem
gammy oraz precyzyjnej
kalibracji skali szaroÊci
zwyczaj 100) otrzymamy obraz najbardziej kontrasto-
wy. Nic bardziej mylnego. Aby zrozumieç, dlaczego
tak jest, wpierw trzeba zapoznaç si´ z dwoma kolejny-
mi terminami, majàcymi zasadnicze znaczenie z punk-
tu widzenia w∏aÊciwej kalibracji ekranu.
POZIOMY CZERNI I BIELI
W systemach wideo zachodzi koniecznoÊç zdefiniowa-
nia poziomów czerni i bieli, czyli okreÊlenia wartoÊci
sygna∏ów powodujàcych ich wyÊwietlenie. Wbrew po-
zorom, rzecz nie jest wcale tak oczywista, jak mog∏oby
si´ wydawaç. A ma ona podstawowe znaczenie dla po-
prawnego odtwarzania pe∏nego zakresu tonalnego.
Zakres tonalny to pe∏na gama stanów jasnoÊci danego
W∏aÊciwie ustawione poziomy czerni i bieli,
jasnoÊci i kontrastu dla ekranu gwarantujà
poprawne oddanie (dobrà czytelnoÊç)
skrajów skali szaroÊci. To podstawowa
czynnoÊç kalibracyjna, którà mo˝e wykonaç
ka˝dy, wykorzystujàc p∏yt´ testowà
KONTRAST RZECZYWISTY
OkreÊlenie „obraz kontrastowy” jest u˝ywany nader
cz´sto, równie˝ w prasie fachowej. Nic w tym z∏ego,
jeÊli znany jest kontekst wypowiedzi, to znaczy wiemy,
˝e osoba pos∏ugujàca si´ tym terminem u˝ywa go jako
skrótu myÊlowego, opisujàc na przyk∏ad obraz z do-
brze skalibrowanego ekranu o znanych parametrach.
Kontrast w znaczeniu Êcis∏ym oznacza bowiem tylko
JeÊli poziom czerni jest zbyt niski, a poziom
bieli – za wysoki, brakuje detali w czerniach
i bielach. Tak niestety ustawione sà
praktycznie wszystkie telewizory
w domyÊlnych trybach fabrycznych – po to,
by w sklepie przyciàga∏y spojrzenia klientów
1
– w uproszczeniu, wartoÊç IRE oznacza procent jasnoÊci sygna∏u wzgl´dem bieli (100)
AUDIO
VIDEO
65
[ Pobierz całość w formacie PDF ]