Возможно, пикселей не будет совсемТехнический прогресс – удивительная вещь. Родившиеся в последние шестьдесят лет увидели столько изменений, сколько не доводилось видеть предыдущим поколениям. И одним из изменений, к которому мы уже привыкли, является увеличение разрешения видео.
 
С нашей сегодняшней точки зрения, всё происходит очень быстро. Лишь тот, кто сегодня работает с профессиональным видео, будет воспоминать о видео Стандартного Разрешения. Некоторые из нас до сих пор используют его, но актуальная рабочая парадигма – это HD.
 

Далее на горизонте

 
Далее на горизонте 4K. И с почти неприличной поспешностью мы уже говорим о 8К. На самом деле некоторые корпорации, такие как Sony и BBC, сваливающие в одну кучу все видео форматы с разрешением большим, чем HD, используют такие выражения, как «Без Разрешения» (хотя в случае Sony это также означает, что разрешение ещё не всё, есть и другие немаловажные факторы, такие как улучшение цветовой гаммы и контрастности).
 
Каждый хочет видеть лучшее изображение. И нет ничего плохого в утверждении, что – при прочих равных условиях – если можно записать изображение в формате высокого разрешения, то именно так и следует сделать.
 
Идея цифрового видео сейчас так хорошо укрепилась, что практически ушла в народ. По крайней мере, слово «Пиксель» у всех на устах, как будто оно всегда было частью языка.
 
На самом деле, не так давно его не было совсем. Ни электронно-лучевые трубки, ни VHS рекордеры или любой другой тип аналогового видеооборудования не использовали пиксели.
 

До пикселей

 
До появления пикселей видео записывалось как непрерывно изменяющееся напряжение. Оно не квантовалось, ну разве что, по отношению к концу линии развёртки или к завершению поля кадра.
 
Цифровое видео именно таково. Оно представлено цифрами. Это скорее похоже на «рисование цифрами» за исключением того, что вместо представления изображения в виде линий, отделяющих разные цвета, на картинку накладывается равномерная сетка. Каждый элемент в такой ячеистой структуре представляет собой пиксель, в который помещается число, отображающее цвет этой ячейки. Реально очень просто!
 
Но, конечно, это не лучший способ представления изображений. В природе нет никакой сетки, и даже если это было так, она не соответствовала бы наложенной пиксельной сетке.
 
Когда мы размышляем об этом, то действительно нужно приложить усилия, чтобы понять, как что-то утончённое и реально, как цветок, например, может быть представлено в виде строки двоичного кода. Эти два понятия, возможно, существуют в различных Вселенных. Фактически они представляют аналоговую область и цифровую.
 
Но чудо цифрового видео состоит в том, что если имеется достаточное количество пикселей, то мы не будем их замечать. Наш мозг видит цифровое изображение, как если бы оно было аналоговым, до тех пор, пока мы не приближаемся слишком близко.
 
Такова суть. Если у вас нет достаточно пикселей, и вы сидите слишком близко, вы можете разглядеть сетку.
 
Большинство людей, читающих этот материал, уже знают это, и мы возвращаемся к этой части теории просто чтобы показать, что пиксели, в конечном счете, не лучший способ представления изображений. Да, если вы смотрите HD в комнате на телевизоре «нормальных» размеров, картинка, конечно, хорошо выглядит, даже очень. Но если вы хотите иметь телевизор удвоенной диагонали (соответственно в четыре раза больший по площади), то абсолютно целесообразно перейти на 4К.
 

Реальные обоснования для 8K

 
Есть подлинные причины, почему можно хотеть и 8K. Например, даже если отдельные пиксели неразличимы в HD или 4K, то при внимательном рассмотрении наклонных линий, можно увидеть неровные края в виде зубчиков пилы, а чем ближе линия к горизонтальной или вертикальной, тем ситуация становится хуже. Можно даже сказать, что искажение увеличивает пикселизацию, делая её более заметной. Учетверение количества пикселей уменьшает искажения.
 
Некоторые моменты приводят к уверенности, что есть и другие усовершенствования, которые принесут больше пользы, чем переход на 8К, но, возможно, следует вообще уйти от понятия пикселей.
 
Обратите, пожалуйста, внимание на то, что мы всегда будем иметь дело с пикселями, если речь будет идти о визуализации изображения, т.е. показе на телеэкране. Пока не будет изобретён более естественный цифровой метод отображения видео, связанный с отказом от метода разделения картинки на элементарные ячейки, мы всегда будем смотреть на мир через пространственно-квантованную сетку записанных или передаваемых изображений. Но что будет радикально изменено, так это то, как мы храним видео.
 

Векторное видео

 
Скорее всего, мы будем двигаться в направлении векторного видео.

Если вы художник-график, или когда-либо работали с Corel Draw или Adobe Illustrator в течение последних тридцати лет или около того, то вы знакомы с различием между векторной и растровой графикой. Растровое изображение – это знакомая сетка пикселей, каждый из которых содержит число, соответствующее цвету элементарной ячейки. Вектор – совершенно иное. Вместо явного указания цвета каждой части объекта, вектор являет собой описание объекта. Ну, будто это чрезвычайно подробные метаданные.
 
Но самое главное – качество изображения не меняется при масштабировании векторного рисунка:
 

Векторное видео
 
Простой пример. Возьмём латинскую заглавную букву «I». В шрифте без засечек, вроде этого, её так же просто описать, как и написать. Говоря обычным языком, это что-то вроде «чёрный вертикально ориентированный прямоугольник, около 5 мм в высоту и 0,5 в ширину». Вот и всё. Если следовать этому описанию, получим идеальную «I». И не надо беспокоиться о пикселях: в этом описании есть достаточно информации. Форма и начертание объекта берутся из описания и больше ничего.
 

Могут возникнуть сложности

 
Конечно, мир полон несколько более сложных объектов, чем этот. Даже в нижнем регистре буква «i» требует гораздо более подробного описания. Нужно указать, что чёрный вертикальный прямоугольник несколько короче, и над ним есть чёрный круг, который является точкой.
Можно задаться вопросом, как же описать написание «д» или «К». Но всё, что нам нужно знать на данном этапе – что это действительно возможно, и доказательством тому является описание гарнитур в файлах шрифтов.
 
Очень большое преимущество этого метода в том, что если есть хорошее описание объекта, его можно сделать как большим, так и малым, т.е. каким вам угодно, и при этом не потерять ни одной детали. Только при показе на мониторе или на экране телевизора объект нужно опять преобразовать в пиксельную форму (растрировать), но об этом позаботится программное обеспечение в вашей системе или телевизоре. Вот самое главное: система всегда будет воссоздавать векторно-описанные объекты с оптимальным для дисплея разрешением. Круг останется кругом независимо от размера или разрешения дисплея, на котором он отображается. Векторы не хранятся в SD, HD, 4K или 8К, и дикие животные больше не состоят из сетки пикселей. Идея – это не растровое изображение.
 
Таким образом, отснятый фильм будет просто отснятым фильмом, и в его описании уже не будет присутствовать термин «Разрешение». Размер файла фильма будет минимально возможным для векторного кодирования.
 

Более сложные сцены

 
Так можно описать различные предметы, но как насчёт более сложных объектов и сцен в фильмах?

Существует процесс, называемый «автотрассировка», который может извлечь суть картины и превратить её в то, что является описанием. Представьте, что мы накладываем кальку на изображение, рисуем все видимые линии, а затем затеняем или окрашиваем участки между линиями со всеми соответствующими градиентами. Всякая прямая линия может быть описана с помощью длины и направления. Каждая кривая или комбинация кривых может быть описана с использованием методики «Безье». Теоретически в природе не существует объектов, которые не могут быть описаны подобным образом.
 
Всё это звучит довольно просто, но в реальности, вероятно, будет далеко не так. Проблема в том, что некоторые сцены невероятно сложны – особенно, когда речь идёт об изображениях с очень высоким разрешением.
 
И, конечно, мы здесь говорим не только о неподвижных изображениях. Как же этот метод применяется в видео?
Точно таким же образом, за исключением того, что существуют даже некоторые преимущества.
 
Как мы упоминали выше, после того, как видео закодируется в виде описания векторов, оно может быть декодировано в любой размер. Каждая строка, форма и градиент будет выглядеть абсолютно резким. Пусть это будет 8, 16 или даже 32К. Единственный параметр, определяющий качество изображения, независимо от разрешения, это качество и точность описания векторов.
 
Будет ли это сделано в реальном времени, при съёмке видео, или это будет выделено в отдельный процесс, всё зависит от вычислительной мощности подсистемы видео.
 
Есть ещё один огромный плюс. Частота кадров больше не будет проблемой. Это потому, что в дополнение к векторам внутри кадра, описание вектора будет отслеживать объекты при их движении во времени – во многом так же, как это делают сегодня MPEG и H.264 – разве что эти векторы движения будут описаны гораздо точнее.
 
Можно выводить этот формат видео с абсолютно любой частотой кадров без потери разрешения. Можно даже ускорить частоту кадров на выходе, когда есть много движения, и замедлить её, когда всё снова успокоится.
 

Неужели это возможно?

 
Ну правда, возможно ли это? Практично ли это?
В основном, да и да.
 
В YouTube уже опубликовано видео о результатах работы по созданию векторного видеокодека в Университете Бата (Великобритания).
 
И есть понимание, в каком виде будет векторное видео – в виде CGI-анимации. 3D-анимация основана на моделях, которые являются ничем иным, как трёхмерным векторным описанием с добавлением текстур. Было бы очень легко построить драйвер, который будет выводить 3D в качестве векторного видео.
 
Очень трудно сказать, произойдёт ли это и когда. Но есть такое ощущение, что придётся пройти длинный путь, прежде чем появится векторный видео кодек, способный конкурировать с качеством 4K и 8K. Вероятно, понадобится стократное увеличение вычислительной мощности, чтобы забыть о пикселях. Кому-то покажется долго, но это всего лишь около десяти лет с нынешними темпами прогресса.
 
8K приводит к таким проблемам с хранением и передачей гигантских, многократно выросших объёмов информации, что нельзя не прийти к мысли, что лучше двигаться в сторону более эффективных способов кодирования видео. И если возможно будет реализовать такое кодирование, не прибегая к пикселям, это будет прорыв.

Автор: Алексей Касьянов.