Секрет детализации высокого разрешения на телевизорах QLED 8K: всё о стандарте HDR10+

Для создания максимально качественного изображения с эффектом полного погружения в телевизорах Samsung QLED 8K 2020 года используется сразу несколько различных технологий. Модели QLED 8K 2020 года обладают 100% цветовым охватом, что позволяет воспроизводить на экране около 1-го миллиарда различных цветов, обеспечивая максимально естественное восприятие изображения. Антибликовая технология anti-reflection 2.0 позволяет избавиться от бликов при просмотре телевизора в условиях высокой яркости, а технология апскейлинга с применением искусственного интеллекта повышает качество изображения для контента с низким исходным разрешением до уровня 8К.
Кроме того, в телевизорах Samsung QLED 8K 2020 года также поддерживается технология HDR (High Dynamic Range) 10+, расширенная версия HDR10, которая использует динамические метаданные для достижения максимальной контрастности между всеми тёмными и яркими участками в каждой отображаемой сцене. Технология HDR10+ играет ключевую роль в создании максимально качественного изображения и позволяет добиться оптимального уровня яркости и контрастности для каждой сцены. Наряду с инновационным качеством изображения, телевизоры Samsung HDR10+ также устанавливают новые стандарты в индустрии домашних развлечений в целом.
Разработчики лаборатории Picture Quality Solution Lab при подразделении Visual Display Business в Samsung Electronics рассказали, как именно работает революционная технология HDR10+ и каким образом она позволяет увидеть скрытые детали при просмотре контента на TIZEN-телевизорах QLED 8K.

Улучшая эффект погружения за счёт ярких деталей

В 2017-м году Samsung представил технологию HDR10+, которая была призвана дать зрителям больше ярких впечатлений от просмотра. Причина, по которой HDR10+ стала ключевым элементом в видео со сверхвысоким разрешением, заключается в том, что она обеспечивает отличный диапазон контрастности и широкий цветовой охват. «Ранее мы следовали стандарту SDR (стандартный динамический диапазон), который характеризуется низким уровнем яркости в 100 нит и узким цветовым диапазоном, – отметил Сонсоок Ким. – Но, когда появилась технология HDR10 с высокими уровнями яркости более 1000 нит и широкой цветовой гаммой, мы смогли предложить пользователям недостижимый ранее уровень яркости и цветовые диапазоны».
Каждый производитель контента использует разные методы кодирования, настройки яркости и цветности. Результирующее качество изображения, которое видят зрители, может отличаться, в зависимости от тех методов анализа, которые используются технологиями HDR. Технология HDR10+ уникальна тем, что при обработке файла разбивает видео на «сцены». «В предыдущей технологии, HDR10, использовалась единая кривая диапазона контрастности для всего видео. В отличие от неё, HDR10+ анализирует среднюю яркость, максимальную яркость и распределение накопленных данных для каждой сцены, что позволяет, при необходимости, применять различные кривые диапазона контрастности», – подчеркнул Бомджун Ким (Beomjoon Kim).
Например, при отображении самолёта, летящего по хорошо освещённому солнцем небу, разумеется, важен диапазон контрастности, но не менее важна и градация сцены (gradation). Под градацией понимаются участки, где происходит изменение изображения при трансформации кадра от светлого к тёмному. Когда градация осуществляется недостаточно качественно, сигнала, отвечающего за отображение объекта на сцене, может оказаться мало, в результате чего детали будут размыты или вовсе исчезнут. «Хорошая градация в подобной сцене обеспечит зрителям точное отображение неба, облаков и самолёта, – отметил Гивон Сео. – Чтобы добиться этого, необходимо выполнить анализ всех характеристик видео. Наша технология автоматически регулирует кривую HDR в сценах с большим количеством градаций, причём эти сигналы не смешиваются с другими специфическими градациями».

Разработка универсальных алгоритмов для любых условий просмотра

Зрители могут по-разному воспринимать качество изображения при просмотре одного и того же видео, в зависимости от яркости их телевизоров. На вопрос, что же является самой сложной задачей при разработке технологий HDR, Мартин Джунсоб Ким ответил, что наиболее трудным было обеспечить пользователям одинаково высокое качество изображения на различных телевизорах с различными настройками яркости.
Добиться максимально качественного изображения при воспроизведении видео с одинаковыми характеристиками на телевизорах с различными настройками яркости – задача не из лёгких. Тем не менее, разработчики из лаборатории Picture Quality Solution Lab смогли представить запатентованный адаптируемый алгоритм обработки HDR. За этой разработкой стоит много работы, проб и ошибок.

Сотрудничество в масштабах всей индустрии

Зрителям нужно нечто большее, чем просто телевизор с хорошим качеством изображения, позволяющий в полной мере насладиться просмотром контента с высоким уровнем детализации. В Samsung понимают, что для создания максимального эффекта погружения при просмотре необходимо взаимодействовать со всеми участниками рынка домашних развлечений, в том числе с создателями контента и с потоковыми сервисами. Именно поэтому техногигант сосредотачивает свои усилия на разработке стандарта отраслевых спецификаций для HDR10+.
«Samsung вместе с кинокомпанией 20th Century Fox и корпорацией Panasonic учредила партнёрство HDR10+ Technologies, LLC, и по состоянию на январь 2020 года к нему присоединились ещё 94 компании, – отметил Янгвук Сон. – В HDR10 + Technologies, LLC мы бесплатно предоставляем подробные спецификации технологии и проводим соответствующие тесты. Это позволяет нам предложить более реалистичное и насыщенное видеоизображение для ещё большего числа пользователей. В будущем мы намерены работать над улучшением спецификаций HDR10+, опираясь на отзывы каждой из наших компаний-участниц».
Разработчики Samsung Picture Quality Solution Lab активно работают над созданием высококачественных телевизионных дисплеев и стремятся обеспечить пользователям максимально реалистичное видео. Сегодня они внедряют инновации, которые позволят улучшить уже существующие технологии. «Наша цель состоит в том, чтобы предложить пользователям невообразимые ранее впечатления от просмотра, добившись максимально возможного качества HDR в телевизорах следующего поколения», – подытожил Сон.

HDR10+, The Secret Behind the High Resolution Detailing on QLED 8K

To create the fully immersive picture quality of Samsung’s 2020 QLED 8K TVs, a variety of technologies came together. The TIZEN-powered 2020 QLED 8K TVs provides users with the best resolution in the industry thanks to 100% color volume, which can recreate around 1 billion different colors on-screen for a natural screen experience, anti-reflection 2.0 technology, which eliminates the effect of bright light conditions on the screen quality, and AI upscaling technology that enhances lower-resolution content into 8K picture quality.
Samsung’s 2020 QLED 8K TVs also feature HDR (High Dynamic Range) 10+, an enhanced version of HDR10 that leverages dynamic metadata to maximize the contrast between each and every scene’s black level and peak brightness on a display. HDR10+ performs a key role in delivering users their best display experiences yet by optimizing brightness and contrast for each scene. Along with innovating users’ viewing experience, Samsung’s HDR10+ has also been setting new standards across the home entertainment industry at large.
Samsung Newsroom interviewed the developers at the Picture Quality Solution Lab of Samsung Electronics’ Visual Display Business to learn more about the game-changing HDR10+ technology and how it brings out hidden details on QLED 8K.

Enhancing Display Immersion with Vivid Details

In 2017, Samsung introduced its HDR10+ technology to bring more vivid TV watching experiences to viewers. The reason why HDR10+ has become a key element in ultra-high-resolution video is because of its rich contrast range and wide color gamut. “Previously, we followed the SDR (Standard Dynamic Range) standard that is characterized by a low brightness level of 100 nits and a narrow color gamut,” noted Seonseok Kim. “But when HDR10 was introduced, with its high brightness levels and wide color gamut of over 1,000 nits, we were able to offer brightness and color ranges to users that previously unimagined.”
Each content producer offers content with differing encoding methods, brightness and color settings. The resulting picture quality that viewers see can be different depending on the analysis methods done by HDR technologies. HDR10+ is unique as it breaks down the video into ‘scenes’ while processing the file. “The previous technology, HDR10, applied a singular contrast range curve to an entire video, but HDR10+ analyzes the average brightness, maximum brightness and accumulated data distribution by scene to apply different contrast range curves where appropriate,” highlighted Beomjoon Kim.
For example, when portraying a scene including an airplane flying across a heavily sunlit sky, contrast range is, of course, important but so is the gradation of the scene – gradation being the stages of change as a shot moves between light and dark. When gradation is poorly executed, the signal around the object in a scene can end up bound, meaning that details are blurred or excluded. “A good gradation of such a scene would present viewers with accurate representations of the sky and clouds as well as the airplane,” noted Guiwon Seo. “All characteristics in a video need to be analyzed to successfully achieve this. Our technology will automatically adjust the HDR curve when there is a high amount of gradation signal distribution to ensure these signals are not mixing with other specific gradation features.”

Developing Algorithms for All Kinds of Display

Viewers can experience different picture qualities when watching the same video, depending on how bright their displays are. When posed the question of ‘what is the most difficult task in developing HDR technologies’, Martin Junseob Kim responded saying that it was ensuring that different TV products, with different brightness settings, could provide the same display experiences.
It is no small task to maximize the display effects of a video with the same analyzed video characteristics on TVs with various brightness settings. Nevertheless, the Picture Quality Solution Lab’s developers were able to overcome this challenge by developing a proprietary adaptable HDR processing algorithm, a process that took numerous discussions and much trial-and-error.

Development Fueled by Collaboration

Viewers need more than just a good quality TV to fully enjoy a piece of content with high quality detailing. To provide the most immersive TV watching experience possible, Samsung understands that collaboration with the home entertainment market at large, including content creators and streaming services, is necessary. This is why Samsung has been focusing on establishing the industry-wide standard specification for HDR10+.
“Samsung established HDR10+ Technologies, LLC, along with 20th Century Fox and the Panasonic Corporation, and as of January 2020, 94 companies had joined,” explained Youngwook Sohn. “We at HDR10+ Technologies, LLC, provide free specification details on the technology and the relevant tests, along with the verification logo and user guide. This allows us to bring more realistic and richly colored video images to more users. We are set to improve our HDR10+ specification based on feedback from each of our member companies.”
To produce high-quality TV displays, Samsung’s Picture Quality Solution Lab developers are constantly working hard to bring realistic video experiences to users; they are already on their way to realizing technologies that improve on existing ones. “Our goal is to bring about previously unimagined viewing experiences by creating the best possible HDR quality for next-generation displays,” affirmed Sohn.

QLED 8K: как искусственный интеллект и глубокое обучение помогают повысить качество изображения

В последнее время качество изображения на экранах телевизоров уже превосходит стандарт высокой чёткости (high definition, HD) – появились модели сверхвысокого разрешения (ultra-high definition, UHD), видео можно производить не только в формате 4K, но и в 8K. Однако, возможность снимать профессиональный контент в разрешении 8К появилась относительно недавно, а пользовательский контент 8К ещё только начинает появляться с выпуском мобильных трубок типа Galaxy S20, позволяющих создавать записи в таком разрешении. Отображать видео со сверхвысокой чёткостью позволяет существующая у Samsung технология масштабирования.
8K QLED-телевизоры 2020 года, использующие передовую операционную систему TIZEN, постоянно получают высокие оценки за инновационное качество изображения, отличный звук, современный дизайн и многое другое. В числе прочего, на примере этой линейки можно увидеть впечатляющую трансформацию технологий масштабирования видео, которые реализованы на базе интеллектуального процессора Quantum 8K, использующего алгоритмы искусственного интеллекта.
Команда разработчиков из лаборатории Picture Quality Solution Lab при подразделении Visual Display Business корпорации Samsung Electronics рассказала подробности об этой революционной технологии.

Улучшение алгоритмов глубокого обучения для оптимизации апскейлинга

При воспроизведении видео, записанного в низком разрешении, на дисплеях, работающих с высоким разрешением, качество изображения может оказаться ниже зрительских ожиданий. Технология масштабирования на базе искусственного интеллекта позволяет преобразовать видеоконтент с низким разрешением в видео более высокого качества, анализируя видеоданные и интеллектуально адаптируя их.
В 2018 году Samsung Electronics впервые внедрил технологию масштабирования на базе искусственного интеллекта для преобразования видеоконтента в формат 8K. Эта технология использует методы машинного обучения. При этом разработанный алгоритм анализирует различные параметры видео, в том числе количество линий, яркость и цвет, и улучшает изображение по каждому из этих аспектов, что позволяет повысить его разрешение. Подобные возможности глубинного обучения позволяют телевизору анализировать и обрабатывать детали видео, и одновременно с этим обучаться с помощью искусственной нейронной сети, принцип действия которой напоминает работу человеческого мозга.
Сотрудники Samsung Picture Quality Solution Lab сосредоточились на разработке алгоритмов глубокого обучения, благодаря которым телевизоры смогут всегда обеспечивать оптимальное качество видео без вмешательства человека. «Глубокое обучение позволяет добиться более точного и эффективного улучшения качества изображения, чем это возможно в ручном режиме», – отметил Хёнджун Лим (Hyungjun Lim), занимавшийся разработкой методов генерации текстур в технологии апскейлинга.
Именно это преимущество и привело команду к разработке технологии масштабирования на базе искусственного интеллекта, которая сочетает в себе машинное обучение с глубоким обучением. В основе этой технологии лежит Samsung AI Quantum Processor 8K. «Если прежняя технология на базе машинного обучения обеспечивала повышенную чёткость изображения, то теперь созданная нами технология способна предложить более точную проработку текстур, – отметил Хёнсунг Ли (Hyunseung Lee), который занимался разработкой алгоритмов для повышения резкости контуров объектов в AI Quantum Processor 8K. – Теперь процессор позволяет увеличить качество изображений со сложными текстурами, такими как горные пейзажи или изображения травы, до формата 8К, и сделать картинку ещё более естественной».

Решение проблем, связанных с глубинным обучением

Хотя технологии глубокого обучения имеют практически безграничный потенциал, тем не менее, существует целый ряд сложностей, которые необходимо преодолеть. В частности, команде лаборатории Picture Quality Solution Lab пришлось проиграть множество сценариев и провести огромное число экспериментов, прежде чем их технология была готова к выпуску на рынок. «Сначала нам было трудно детально отследить и понять принцип работы алгоритма, разрабатываемого искусственной нейронной сетью процессора, – говорит Чон Ли (Cheon Lee), разработчик структуры нейронной сети и метода обучения AI Quantum Processor 8K. – Кроме того, нам нужно было решить проблему высокого энергопотребления процессора, на котором была запущена нейронная сеть».
После длительного процесса разработки инженерам Samsung удалось решить возникшие проблемы, для чего им пришлось определённым образом адаптировать свои технологии. «Мы смогли добиться улучшения качества отображения в нашем процессоре благодаря внедрению функционально сложной гибридной технологии, которая сочетает в себе различные аспекты глубокого обучения и машинного обучения», – пояснил Чон Ли.

Мыслить шире, ярче и реалистичнее с помощью технологий искусственного интеллекта

Ещё совсем недавно повседневное применение технологий на базе искусственного интеллекта было несбыточной мечтой. Сегодня технологии быстро совершенствуются, что приводит к улучшению качества жизни людей во многих областях жизни.
«Теперь мы можем более детально классифицировать видео с различными уровнями качества, более того, мы можем вывести эти технологии категоризации на базе искусственного интеллекта на коммерческий рынок, – отметил Сунгхо Парк (Seungho Park), который работал над устранением шумов и улучшением диапазона контрастности в AI Quantum Processor 8K. – Благодаря подобным технологиям дисплеи нового поколения, такие как The Wall, способны отображать любой видеоконтент с максимальной реалистичностью и качеством, которые доступны сегодня».
Возможности этих инноваций, в основе которых лежит искусственный интеллект, не ограничиваются одними лишь технологиями масштабирования. Существует множество способов использования искусственного интеллекта для повышения качества изображения на дисплеях. К их числу относятся категоризация качества видео, устранение шумов, устранение искажений, обусловленных сжатием данных, восстановление пространственного или временного разрешения, – и это лишь только некоторые из них. «Наша цель заключается в том, чтобы сохранить наследие Samsung и продолжить обеспечивать наилучшие впечатления от просмотра за счёт объединения преимуществ наших дисплеев следующего поколения и технологий искусственного интеллекта, которые позволяют получить реалистичное и высококачественное изображение независимо от качества и разрешения исходного контента», – подытожил Пак. Будущее технологий QLED 8K выглядит весьма привлекательно.

QLED 8K: Where AI Upscaling Meets Deep Learning

In recent times, screen picture quality has transcended high definition – these days, it’s all about ultra-high definition. Although today’s hardware has been developed to support not just 4K content but 8K content as well, only recently has content begun to actually be produced to 8K quality standards. Therefore, in order to improve the video display quality of content made before 8K existed, upscaling technology exists to keep up with today’s ultra-high definition standard.
Samsung Electronics’ TIZEN-powered 2020 QLED 8K TV lineup continuously receives praise for its devices’ innovative display quality, sound, design and many other areas. In particular, the range showcases an impressive evolution with regards to its video upscaling technology, at the core of which is Samsung’s AI Quantum Processor 8K.
Samsung Newsroom interviewed the team from the Picture Quality Solution Lab of Samsung Electronics’ Visual Display Business to learn more about this revolutionary technology.

Leveling Up Deep Learning for Optimized Upscaling

When a low-resolution video plays on a high-resolution display, the resulting image quality can be below a viewer’s expectations. AI (artificial intelligence) upscaling is a technology that converts low-resolution videos into ones of more vivid and natural resolutions by analyzing the video data and adapting it intelligently.
In 2018, Samsung Electronics implemented its machine learning-based AI 8K upscaling technology for the first time. This technology harnesses machine learning wherein a human-designed algorithm intelligently analyzes the various video qualities, including line, light and color, and improves each of these for an improved display resolution. Such deep learning capabilities permit a TV to analyze and process video features whilst simultaneously learning thanks to an artificial neural network that acts in the same way as the human brain.
The members of Samsung’s Picture Quality Solution Lab focused on developing deep learning algorithms that enable displays to always showcase optimum video qualities without human intervention. “Deep learning enables more precise and efficient image quality improvements than can be achieved by humans alone,” noted Hyungjun Lim, who developed the AI upscaling technology’s texture generation method.
This operational advantage is what led the team to develop an AI upscaling technology that combines machine learning with deep learning – Samsung’s AI Quantum Processor 8K. “Previous machine learning technology brought about enhanced sharpness to display picture quality, but now our technology can also offer more delicate texturing,” noted Hyunseung Lee, who developed enhanced edge sharpness for the AI Quantum Processor 8K. “Images with complicated textures, like mountain or grass landscapes, can now be upscaled into 8K quality more naturally.”

Solving the Conundrum of Deep Learning

Although deep learning has limitless potential, there are still obstacles to be overcome. The Picture Quality Solution Lab team had to go through countless trial-and-error scenarios in order to make their technology market-ready. “It was difficult for us, at first, to clearly follow and comprehend the algorithm being developed by the artificial neural network of the processor,” highlighted Cheon Lee, the developer of the AI Quantum Processor 8K’s network structure and learning method. “The artificial neural network’s high hardware chip power consumption was an issue we had to solve, too.”
After a lengthy development process, Samsung was eventually able to solve the problems that had arisen thanks to its range of differentiated technologies. “We achieved the highly efficient display quality performance of our processor by making it a hybrid technology that combines complexity along with different aspects of deep learning and machine learning,” explained Lee.

Dreaming Bigger, Better and More Realistic with AI
       
It wasn’t that long ago that the day-to-day application of AI-powered technologies was but a distant dream to us. Nowadays, technology has improved rapidly to the end of improving the lives of people across many different areas of everyday life.
“We are now able to categorize videos of differing quality levels in a more detailed way while also bringing these AI categorization technologies to the commercial market,” noted Seungho Park, who worked the AI Quantum Processor 8K’s noise elimination and improving the detail contrast range. “Such technologies permit next-generation displays, such as The Wall, to be able to showcase all kinds of videos at the most realistic qualities possible today.”
This AI-powered innovation is not just limited to upscaling technologies. There exist a variety of ways to harness AI to improve the screen qualities of displays, including video quality categorization, noise elimination, data-compression-caused distortion restoration and spatial or time-based resolution restoration, to name just a few. “Our goal is to continue Samsung’s legacy of providing leading TV viewing experiences by combining the advantages of our next-generation displays with AI technologies that can restore videos to realistic-level qualities, regardless of their original qualities and resolutions,” affirmed Park. The future of QLED 8K is looking bright.