emertcan
New member
Merhaba arkadaşlar,
HDTV'lerin hızla yaygınlaştığı ve tüplü televizyonların yerini almaya başladığı bu dönemde, konuya merak salan hepimiz daha önce duymadığımız ya da duysak da anlamını bilmediğimiz çeşitli teknolojik kavramlarla karşılaşıyoruz. Bu teknolojileri anlayabilmek için bu kavramların ifade ettiği anlamları bir nebze bilmek durumundayız.
İşte bu kavramlardan 4 tanesi:
- Video ya da görüntü işlemci
- De-interlacing (bu kelimenin türkçe karşılığı yok)
- Cadence (bu kelimenin de türkçe karşılığı yok)
- Ölçeklendirme (scaling)
LCD ve plazma panellerin işleyiş mantığını anlayabilmek ve özellikle de video işlemcilerin önemini kavrayabilmek için bu 4 kavram çok önemli.
Alttaki yazı 2 kaynaktan çeviridir.
1) HQV Silicon Optix internet sitesi (ilk 3 madde)
2) Home Theatre dergisi (ölçeklendirme)
Bu ana başlıkların altında aynı zamanda yine çok önemli olan progresif tarama, interlaced tarama, interpolasyon, taraklanma (combing), tüylenme (feathering) gibi önemli kavramların da tanım ve açıklamalarını bulacaksınız.
Bunların yanısıra, video işlemcinin kalitesinin en az HDTV broşürlerinde yer verilen, kontrast, parlaklık, çözünürlük gibi değerler kadar önemli olduğu konusunda bana iştirak edeceğinizi umuyorum. Hepimiz ağırlıklı olarak SD ve interlaced kaynak kullanıyoruz. Hiçbirimiz kullandığımız panelleri sürekli olarak fiziki çözünürlüklerine uygun sinyallerle besleyemiyoruz. Bu nedenle de de-interlace ve ölçeklendirme işlemleri daha da büyük önem kazanıyor.
Çevirinin özellikle ölçeklendirme bölümündeki son kısımları çok teknik. Bu kadar teknik bir konuyu çevirmek için önce anlamam gerekti. Bugüne kadarki iyi kötü birikimimle bu kısmı nispeten kolay atlattım. Asıl zor kısmı anladığımı doğru şekilde tercüme etmek oldu. Epey uğraştım. Asla tamamen sadık kalmaya çalıştım.
İlgi duyan arkadaşlara yararlı olması dileğiyle.
Sevgi ve saygılarımla.
VIDEO İŞLEMCİ NEDİR?
HD (yüksek çözünürlük) video harika birşeydir. Güzel resmi ve dijital surround sesi kim sevmez ki? Eski 27 inch veya 32 inch CRT televizyonunu yeni güzel bir HDTV ile kim değiştirmek istemez ki? Düşük çözünürlüğe NTSC-PAL gibi sinyallere hoşçakal demenin zamanı gelmiştir. HD görüntü ile hayat şahane olacaktır, değil mi?
Bu kadar çabuk değil. Elbette, artık HD sinyalleri izleyebilirsiniz ve harika görüntü verirler. Ancak, ya HD formatında olmayan en sevdiğiniz TV şovlarını izlemek istediğinizde ne olur? Görüntüdeki bütün gürültü ve kirlilik hala devam etmektedir ve hatta artmıştır. Bir çok insan, en sevdikleri TV şovlarının HDTV’lerinde eski TV’larından daha kötü göründüğünü farkettiklerinde şaşkınlık yaşamaktadır.
CRT (tüplü) televizyonlarla karşılaştırıldığında, çeşitli teknolojilere dayanan sabit pikselli ekranlar günümüz home theatre pazarında ağırlıklı hale gelmiştir. Rekabet halindeki bu teknolojileri tanımlamak için LCD (liquid-crystal display), DLP (Digital Light Processing™), LCoS (liquid crystal on silicon) ve PDP (plasma display panel) gibi bir sürü kısaltma kullanılır.
Bu teknolojilerin hepsi elektronik imajları değişik yöntemlerle oluşturur, fakat ortak bir karakterleri vardır: sabit görüntü pikselleri. Bu sabit piksel yapısı ekranın fiziksel çözünürlüğünü belirler ve buna da ekranın “doğal çözünürlüğü” denir.
Gelen bütün video sinyallerini sabit pikselli ekranın doğal çözünürlüğüne dönüştürmek için, üreticiler HDTV’nin içine bir video işlemci çipi yerleştirmek zorundadırlar. Görüntü sinyalini doğal çözünürlüğe ölçeklendirmenin (scaling) yanısıra, bu video işlemciler normalde sinyali dönüştürme ve tranfer işlemlerinden dolayı kötüleşen görüntüyü iyileştirme ve bazı deformasyonları ortadan kaldırma amaçlı olarak da tasarlanmışlardır. Video işlemci, HD sinyalle bile, genel resim kalitesinde belirgin bir fark yaratabilir.
Maalesef, video işleme teknolojisi bugünün gittikçe irileşen ve kötü video işleme nedeniyle ortaya çıkan resim kusurlarını daha da büyüten HD ekranlarını yakalayamamıştır. Ve her ne kadar her HDTV bir video işlemcisine sahipse de, sadece en yüksek kalitedeki işlemciler görüntüdeki tüm nüansı, detayı ve içeriği yansıtmaya muvaffak olabilmektedir. Video işlemciler, alt seviye cihazlarda kullanılan gelişmemiş 10 dolarlık çiplerden Hollywood üretim evlerinde kullanılan buzdolabı büyüklüğündeki 70,000 dolarlık çiplere kadar çeşitlilik arzetmekte ve günümüzde video işlemciler görüntü kalitesinde en belirleyici rolü oynamaktadır.
DE-INTERLACING
DVD, SD (standart çözünürlük) TV yayınları ve 1080i HD (yüksek çözünürlük) TV yayınlarını da içeren video kaynaklarının çoğu interlaced resim gönderirler. Her video karesinin tamamını bir seferde göndermek (buna progresif tarama deniyor) yerine, çoğu video kaynakları video karesinin sadece yarısını bir seferde gönderirler. Buna interlaced tarama denir ve bu kavram video kayıt cihazlarında da geçerlidir. video kameraları ve film transfer cihazları bir seferde karedeki resmin yarısını kaydederler.
“Interlaced” ve “progresif” sözcükleri CRT ve tüplü tvlerin zamanında ortaya çıkmıştır. Bu televizyonlar, ekrandaki her karenin görüntüsünü bir elektron ışınının, en tepeden en alta kadar ekranı yatay olarak taraması suretiyle oluştururlar. Işın tarafından “çizilen” her yatay çizgi resmin o bölgedeki parçasını oluşturur. Tarama interlaced ise, elektron ışını, her karede satırları atlayarak çizer (bütün tek satırlar). Bu tek satırlar kümesine “tek satırlar alanı” denir. Ondan sonra ışın tekrar ekranın tepesinden başlayarak bu kez eksik kalan çift satırları çizer. Bu çift satırlar kümesine de “çift satırlar alanı” denir. Tek ve çift satırlar alanları bir araya gelerek video resmindeki bir tam kareyi oluştururlar.
Yakın zamana kadar bütün CRT televizyonlar bu şekilde çalıştığı için, onlara gönderilen sinyal de tek çizgiler ve arkasından çift çizgiler mantığına göre tasarlanmıştı. Bu sinyal tipi (interlaced) televizyonların yetenek seviyesine uygundu, fakat bir yandan da aslında görüntünün oluşturulması için belirli bir zaman diliminde gönderilmesi gereken bilginin yarısının atılması demekti. Diğer bir ifadeyle bant genişliği ihtiyacını yarı yarıya azaltıyordu, bu da yayın kuruluşları için iyi haber anlamını taşıyordu. (Bazı modern CRT televizyonlar her karedeki satırların tamamını bir seferde yukarıdan aşağıya tarayabilme yeteneğine sahipler, yani progresif tarama yapabiliyorlar)
Bugün, pazarda yaygınlık kazanan ve DLP, LCD, LCOS (SXRD ve D-ILA bunun türevleridir) ve plazmayı kapsayan HDTV’ler dijital teknoloji kullanıyorlar. Ekranda resmin satırlarını çizmek yerine, bu teknolojiler, görüntüyü bir piksel dizininden oluşturur ve her kare bir seferde görüntülenir. Başka bir ifadeyle, görüntü, CRT’lerde olduğu gibi satır satır çizilerek değil, bütün pikseller aynı anda aktive edilerek oluşturulur.
Böyle de olsa, HDTV’nin ne göstereceğini belirleyen hala sinyalin interlaced mi yoksa progresif mi olduğu, yani kaynaktan bir seferde gönderilen bilginin yarım kare mi yoksa tam kare mi olduğudur. Gerçekte dijital ekranlar düzgün şekilde çalışmak için progresif sinyale ihtiyaç duyarlar. O halde, ulaşan sinyal interlaced ise gösterilebilmesi için öncelikle progresife dönüştürülmeleri gerekir.
DVD ve 1080i kaynaklardan gelen interlaced sinyalin progresif formata dönüştürülmesi bütün dijital ekranlarda zorunludur. Bu video işlemcinin görevidir ve bu prosese “de-interlacing” denir. Video işlemciler bütün dijital ekranlarda ve bir çok dvd oynatıcı ve kaynak cihazlarda bulunur.
Video görüntüsündeki nesneler hareket etmiyorsa, de-interlacing işlemini yapmak çok kolaydır; iki alan tam bir tek kare oluşturmak üzere birleştirilir. Lakin, eğer kayıt interlaced formatında gerçekleştirildi ise, tam kareyi oluşturan iki kaynak alanı aynı anda kaydedilmemiş demektir. Her kare önce 1/50 veya 1/60 saniyelik zaman diliminde önce tek alan olarak, sonraki zaman diliminde de çift alan olarak kaydedilir.
Bu durumda, video görüntüsündeki nesne bu zaman parçası diliminde hareket ederse, alanların birleştirilmesi işlemi basit olarak “taraklanma” veya “tüylenme” diye tabir edilen görüntü hatalarına neden olur.
En Basit İşlemci Yaklaşım (Statik Duyarlı)
Bu görüntü hatalarını engellemek için kullanılan en basit yöntem çift alanları yok saymaktır. Buna statik duyarlı yaklaşım denir. Bu yöntemde, iki alan işlemciye ulaştığında, çift alanlardan gelen bilgi tamamen yok sayılır.
Video işlemci devresi kayıp olan çizgileri üst ve alt çizgilerdeki piksellerin ortalamasını alarak yeniden oluşturur. “Taraklanma” efekti ortaya çıkmazken, görüntü kalitesinden feragat edilmiş olur. Çünkü detay ve çözünürlüğün yarısı gerçekte silinmiştir.
Bütün standart çözünürlüklü video işlemciler tarafından daha gelişmiş sanal teknikler kullanılır, ancak bu temel yaklaşım hala HD sinyaller için kullanılmaktadır. Çünkü daha yüksek video çözünürlükleri daha yüksek işlemci ve data transfer hızı gerektirmektedir.
Gelişmiş İşlemci Yaklaşımı (Kare Bazlı Harekete Duyarlı)
Daha gelişmiş de-interlacing teknikleri film karesi bazlı, harekete duyarlı algoritmalar içerir. Özünde bu video işlemciler de yukarıda açıklanan tekniği kullanırlar. Ancak, basit bir hareket hesaplaması kullanarak, video işlemci tüm resimde ne zaman hareket oluşmadığını belirler.
Eğer resimde hiçbir şey hareket etmiyorsa, işlemci iki alanı direkt olarak birleştirir. Bu yöntemle sabit görüntüler 1080 satırlık dikey çözünürlüğün tamamına sahip olabilir, fakat hareket meydana gelir gelmez, bilginin yarısı göz ardı edilir ve çözünürlük 540 satıra düşer. Bu yüzden statik test desenleri keskin görünürken hareketli video keskin görünmez.
Günümüzde, film karesi bazlı harekete duyarlı teknikler standart çözünürlük video işlemcilerde genellik arzetmektedir. Ancak, bu yöntem hala HD video işlemcilerde hesaplama karmaşıklığı nedeniyle ender olarak kullanılmaktadır.
Silicon Optix HQV Yaklaşımı (Piksel Bazlı Harekete Duyarlı)
HQV işlemci mevcut en gelişmiş de-interlacing tekniğini kullanmaktadır: gerçek piksel bazlı harekete duyarlı yaklaşım. HQV işlemci ile, hareket, kare seviyesi yerine piksel seviyesinde tespit edilir. Hareket esnasında de-interlace yapılırken piksel kaybının engellenmesi matematiksel olarak imkansız ise de, HQV işlemci sadece “taraklanma” efektine neden olacak pikselleri silme yönünde seçici davranır. Diğer her şey tam çözünürlüğünde gösterilir.
Piksel bazlı harekete duyarlı de-interlacing yöntemi hareketli nesnelerde deformasyonları engeller ve bunu yaparken de komşu piksellerde hareket olsa dahi ekranın hareketsiz kısımlarında tam çözünürlüğün korunmasını sağlar.
“İkinci Aşama” Diyagonal Interpolasyon
Hareket eden alanlardaki bazı detay kayıplarını engellemek için, HQV işlemci, hareket eden nesnelerin kenarlarında meydana gelen kayıp bilginin yeniden oluşturulması için çok yönlü bir diyagonal filtre uygular. Bu filtre bütün “tırtıklanma”ları filtreler. Bu işleme “ikinci aşama” diyagonal interpolasyon denir. Çünkü bu işlem birinci aşama olan de-interlacing işleminden sonra yapılır. Diyagonal interpolasyon de-interlacing işleminden bağımsız gerçekleştirildiği için benzer algoritmalar film karesi bazlı de-interlacing yaklaşımında da kullanılır.
Piksel bazlı harekete duyarlı de-interlacing tekniği başka üretici firmalar tarafından da kullanılıyor olsa da, bu teknikler birebir aynı değildir. Gerçek bir piksel bazlı harekete duyarlı de-interlacing uygulayabilmek için, video işlemcisi 4 alan analizi yapmak zorundadır. Hangi piksellerin hareket halinde olduğunu belirleyebilmek için mevcut karede analiz edilen iki alana ek olarak önceki karedeki iki alana da ihtiyaç vardır. Açıktır ki, eğer işlemci önceki iki alanı değerlendirmiyorsa, gerçek piksel bazlı harekete duyarlı analizleri yapamıyor demektir basitçe. Bazı işlemciler ise bölge bazlı analiz uygularlar. Bu analizde hareket, tam karenin ya da tek tek piksellerin yerine resimdeki nispeten büyük blokların değerlendirilmesi suretiyle belirlenir. Tabii ki bu durumda, “4 alanlı” bir analiz tek başına piksel bazlı harekete duyarlı de-interlacing yapıldığı anlamını taşımamaktadır.
FİLM KADENSİ VE VİDEO/FİLM AYRIŞTIRMA
Sinemalar saniyede 24 kare ile kaydedilir. DVD’ye dönüştürülürken ya da televizyon yayın kuruluşu tarafından yayınlanırken bu 24 kare 60 interlaced alana dönüştürülmek zorundadır. Bir filmin 4 karesinin olduğunu varsayın: A, B, C ve D.
İlk aşama bu 4 karenin 8 alana dönüştürülmesidir. Bu işlem saniyedeki 24 kareyi saniyede 48 interlaced alana dönüştürür. Sonra, NTSC standardının daha hızlı olması ile (kabaca saniyede 30 kare veya saniyede 60 interlaced alan) başa çıkabilmek için, belirli alanların tekrar edilmesi zorunlu hale gelir. Bu, her diğer kareye fazladan bir alan eklenmesi ile yapılır. Yani, kare A’nın her iki alanı (A-tek, A-çift), ama kare B için 3 alan (B-tek, B-çift, B-tek) kaydedilir. Bu döngü kare C ve kare D ile tekrarlanır. Buna 2:3 kadensi denir. Çünkü bir karenin iki alanı gösterilir, sonraki karenin 3 alanı gösterilir.
Bu seri bir progresif taramalı ekranda gösterildiğinde, daha önce anlatılan de-interlacing tekniklerini (statik duyarlı, harekete duyarlı, vb) kullanmak mümkündür. Ancak, orijinal kareleri hiçbir data kaybı olmadan mükemmel şekilde yeniden oluşturmak da mümkündür. Saniyenin ardışık dilimlerinde iki alanın kaydedildiği interlaced görüntünün tersine, bu alanlar aynı anda, aynı kareye kaydedilir ve daha sonra iki alana ayrılır.
O halde, orijinali 24 kare/saniye olan bir filmi gösterebilmek için, bir video işlemcisinin yapması gereken tek şey alanları analiz etmek ve muntazaman birbirini takip eden iki alan ve 3 alan desenlerinin varlığını tespit etmektir. Bu belirleme ve yeniden inşa etme işine 3:2 pulldown (çekme) denir ve en kötüleri hariç tüm de-interlace işlemcilerinde bulunur. Maalesef hiçbir şey bu kadar basit değildir.
Karışık Video ve Film
Bazen, videoya dönüştürülen filmde ek düzenlemeler yapılır. Bunlar başlıklar, geçişler ve diğer efektlerdir. Sonuçta, işleme tabi tutulmayan karelerin doğru kadensinin belirlenmesi ve orijinal karelerin yeniden inşa edilmesi suretiyle daha iyi sonuç alınırken, görüntünün bazı parçaları standart çözünürlüklü de-interlacing yaklaşımı ile işleme tabi tutulduğundan tam karelerin basitçe yeniden oluşturulması taraklanmaya neden olur.
De-interlacingte olduğu gibi, karışık video ve filmlerin çözümlenmesine yönelik de çeşitli yaklaşımlar vardır. Eğer işlemci materyali film olarak yorumlarsa, video kısmında “tüylenme” efektleri oluşacaktır. Eğer işlemci materyali video olarak yorumlarsa, film kısmı yarı çözünürlükte görünecektir. Bazı işlemciler içerikte videonun mu filmin mi ağırlıkta olduğunu belirler ve ağırlıkta olana göre yaklaşımı seçer. Genelde materyaller film ağırlıkta olduğu için, sonuç “tüylenme” efekti olur. Diğer işlemciler bu tür efektlerin hiç bir zaman ortaya çıkmaması gerektiği düşüncesi ile tasarlanmışlardır ve yarı çözünürlük pahasına her durumda video de-interlacing tekniklerini kullanırlar.
Diğer yanda HQV işlemci ise, bütün işlemleri için piksel başına hesaplamalar yapar. Bu şu demektir: HQV işlemci ile film kısmında piksellerde kadens belirleme stratejileri kullanırken video kısmında piksel bazlı harekete duyarlı de-interlacing işlemi gerçekleştirilebilmektedir.
Diğer Kadensler
Her ne kadar 24 kare/saniye filmler ve bunlarla bağlantılı 2:3 video kadensleri en yaygın formatlar olsa da, bugün kullanılan tek kadens türü değillerdir.
Bazen, TV istasyonları film bazlı sinemalarını ve şovlarını hızlandırırlar ve her 12. alanı reklamlar için yer kazanmak adına ortadan kaldırırlar. Bu hızlanma genellikle ortalama bir izleyici tarafından farkedilemeyecek kadar küçüktür, fakat bu değişken hızlı yayınlar sıradışı kadenslerin (3:2:2:2:2 gibi) belirmesi ile sonuçlanmaktadır. Eğer bir işlemci bu sıradışı kadensleri belirleyemiyorsa çözünürlüğün yarısı kayboluyor demektir.
Kadenslerin değişkenliği bu kadarla da sınırlı değil. Profesyonel DVCAM video kameraları televizyon çekimlerinde ve film prodüksiyonlarında artarak kullanılıyor. Kayıt süresini maksimize etmek için bu kameralar, 2:2:2:4 kadens veya 2:3:3:2 kadens kullanıyorlar. Böylelikle progresif kaynak sinyali 480i olarak teypte depolayabiliyorlar. Animasyonlar 5:5 ila 6:4 veya 8:7 (japon versiyonu) kadenslerde daha da yaratıcı hale geliyor.
Çoğu işlemci gelen alanları karşılaştırır ve doğru çözümlemeye ulaşmak için bu alanları en çok bilinen 3:2 veya 2:2 serilerle eşleştirmeye çalışır. Çoğu durumda bu işe yarar, fakat işlemci işe başlamadan önce doğru kadensi seçebilmek için kısa bir gecikmeye ihtiyaç duyar. Ek olarak, video işlemci animasyon veya DVCAM’lerde olduğu gibi sıra dışı bir seri ile karşılaştığında, eğer statik duyarlı işlemci ise bilginin yarısını yoketme yoluna gidebilir.
HQV işlemci ile kadens konusunda hiçbir karışıklık yoktur. Gelen videoyu bilinen desenlerle eşleştirmek yerine, gelen tam kareleri geldikleri şekliyle tanımlar. Ne kadar yaygın olduğuna bakmaksızın bilinen bütün kadensleri tanımlama yeteneğine sahiptir, hatta henüz icad edilmemiş kadensleri bile belirleyebilir.
ÖLÇEKLENDİRME (SCALING)
Ölçeklendirme basit olarak gelen video sinyalinin çözünürlüğünü ve en-boy oranını ekrana uygun şekilde değiştirmek demektir. Ölçeklendirme olmadan ekranda gördüğünüz görüntü mevcut bütün pikselleri kullanamaz veya piksellerin bazıları kesilerek resmin bir kısmı ile başbaşa kalırsınız.
Ölçeklendirme özellikle önemlidir, çünkü günümüzde 4:3 480 satır anamorfik DVD’lerden (ki bunlar da değişik en-boy oranlarına sahip olabilirler) 16:9 720 ve 1080 satırlık sinyallere kadar çok sayıda değişik tip video sinyalleri mevcuttur. Hem sinyaller değişken çözünürlükte ve en-boy oranında olabilmektedir hem de ekranlar. Ölçeklendirmenin temel amacı her çeşit video sinyalini eldeki ekrana maksimum görüntü kalitesi ve minimum deformasyon ile uyarlamaktır.
İki tür ölçeklendirici vardır: iç ve dış. Dış ölçeklendirici cihazlar sinyal girişini kabul eder ölçeklendirir ve televizyona gönderir. Tipik olarak, bunlar farklı ekranlara uyum sağlamak için sinyali değişik çözünürlüklerde gönderebilirler. İç ölçeklendiriciler ise televizyonun içinde inşa edilmişlerdir ve sadece tek bir çözünürlük çıkışları vardır. Bu, üreticilerin ölçeklendiriciyi televizyona göre optimize edebilmelerini sağlar. İç ölçeklendiriciler bazı kaynak cihazlarda da (480 satırı 720p veya 1080i sinyale dönüştürerek DVI veya HDMI çıkışından ekrana gönderebilen DVD oynatıcılar gibi) bulunabilir.
Bir video ölçeklendirici,
- düşük çözünürlüklü bir görüntüyü yüksek çözünürlüklü bir görüntüye dönüştürmek için,
- yüksek çözünürlüklü bir görüntüyü düşük çözünürlüklü bir görüntüye dönüştürmek için,
- 4:3 en-boy oranlı bir görüntüyü 16:9 en-boy oranlı bir görüntüye dönüştürmek için,
- yan açı projeksiyonunda proporsiyon bozulmalarını engellemek için
gereklidir.
Bu amaç ve fonksiyonların gerçekleştirilebilmesi için artan bir şekilde sofistike ölçekleme işlemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Ölçekleme işleminden önce, işlemci video sinyalini dijitize ve de-interlace ederek tam kareler haline dönüştürmelidir. Bu prosesler yukarıda anlatılmıştır. Her kareyi “frame buffer” adı verilen ve karedeki her pikselin analiz edildiği bir hafıza lokasyonunda muhafaza etmelidir. Bu analizleri “dijital FIR” adı verilen bir filtre gerçekleştirir. Bunlar sayıları işleyen bir takım matematiksel algoritmalardan başka birşey değillerdir. FIR filtreleri tapa (tap)’lar içerirler. Bunlar ölçeklendirici içindeki bireysel piksellerin Y / Cb / Cr dijital komponent video değerlerine karşılık gelir.
Ölçeklendirici giriş yapan pikseli analiz ederken, komşu olan piksellerden bazılarını da dikkate alır. Analizde komşu piksellerden kaç tanesinin ölçeklendirici tarafından kullanılacağı filtrelerdeki tapaların sayısına bağlıdır: ne kadar çok tapa varsa o kadar çok komşu piksel dikkate alınır ve görüntünün kalitesi o kadar artar. Neden? Ölçeklendirici normalde kaynak sinyale pikseller ekleyerek (ya da kaynak sinyalden pikseller çıkararak) teknik olarak interpolasyon denen bir proses gerçekleştirir. İnterpolasyonun amacı nihai görüntünün olması gerektiği gibi oluşması için pikseller eklemek veya çıkarmaktır. Ölçeklendirici kaynaktan gelen pikselin etrafındaki pikseller hakkında ne kadar çok bilgiye sahipse, o kadar iyi interpolasyon yapar.
Ölçeklendirici, her kaynak pikselin ve etrafındaki piksellerin Y / Cb / Cr değerlerini ölçer. Daha sonra bu değerleri her tapa için atanmış ağırlıklandırılmış faktörlerle çarpar. Bu ağırlıklandırılmış faktörler her kaynak pikselin nihai piksel çıktılarının belirlenmesindeki önemini tanımlar. Genelde, tapa analiz edilen piksele ne kadar yakınsa ağırlığı da o kadar yüksek olur. Çünkü yakın pikseller nihai piksel çıktısının oluşturulmasında uzaktakilere göre daha fazla öneme sahiptir. Bundan sonra ölçeklendirici, ekrana göndereceği nihai piksel çıktılarının Y / Cb / Cr değerlerini hesaplamak üzere sonuçları bir araya getirir. Ağırlıklandırılmış faktörlerin tapalar arasındaki dağılımı basit değildir, daha doğrusu, dijital filtreleme tasarımı sanatının ta kendisidir.
Bir çok ölçeklendiricide filtreler çevreleyen pikselleri yatay ve dikey yönlerde ardışık olarak analiz eder. Bunlara 1D filtreler denir ve göreceli olarak daha basit ve ucuzdurlar. Diktörtgen boyutlama için yeterince iyi çalışırlar. Ancak, pikselleri her iki yönde AYNI ANDA analiz eden 2D filtreler yatay ve dikey düzeltmelerde çok daha iyi sonuç üretirler.
Ölçeklendiricilerin çoğu yatay ve dikey filtreler için sabit sayıda tapa kullanırlar; tipik olarak yatay yönde 3 ila 7 tapa, dikey yönde 3 ila 5 tapa vardır. Silicon Optix Realta HQV işlemcisi her pikselin boyut ve en-boy oranına göre değişebilen bir 2D filtre kullanır. Maksimum 1024 tapaya denk gelen 32’ye 32 tapa.
Eğer kaynak sinyalin ve çıktı sinyalin çözünürlükleri farklıysa (ki ölçeklendirmenin bütün teması zaten budur), her kaynak pikselin analiz edilmesi nasıl oluyor da en doğru çıktı çözünürlüğünü sağlıyor? Cevap şu: ölçeklendirici bu analizleri tam olarak kaynak görüntüdeki piksellerin lokasyonunda yapmıyor, bunun yerine ÇIKTI GÖRÜNTÜDEKİ piksellerin lokasyonunda yapıyor.
Örneğin, farzedelim ki kaynak görüntü 4:3 720’ye 480 bir DVD görüntüsü, ve biz bu görüntüyü 16:9 1920’ye 1080 sabit pikselli (yani kaynak piksel sayısının 6 katı piksele sahip) bir ekranda göstermek istiyoruz. Ölçeklendirici kaynak görüntüdeki her pikselin etrafındaki 6 farklı lokasyonda bu analizleri yapmak ve alt piksel olarak da tanımlanabilecek bu lokasyonları bir piksel genişliğinin belirli bir oranı mesafesinde ayrıştırmak durumunda. Bunu başarmak için, ölçeklendirici, aynı tapa seti ile ilgili faktör ağırlıklarını bu 6 analiz için hafif hafif değiştirir. Bu işlem bu tapa setlerinin kaynak pikselin gerçek lokasyonundan bir yana ya da diğer yana uzamasına neden olur. Uzamış ağırlıklandırılmış faktör setleri teknik olarak FIR filtrelerinin farklı evreleri olarak tanımlanır. Ve bir filtre ne kadar çok evreye sahipse sonuç o kadar tatminkar olur.
Bunun nasıl çalıştığını anlamak için, yukarı, aşağı, sağa ve sola doğru yarım piksel genişliğinde hareket eden 3’e 3 (9 piksel) piksel hayal edin. Bu durumda 4 evreye sahip 9 tapalı bir filtreye ihtiyaç var ve bu filtre tek bir kaynak pikselin pozisyonunun etrafında yerleştirilmiş 4 çıktı piksel üretmelidir. Gerçekte, çıktı piksellerin pozisyonları ile kaynak piksel pozisyonları üstüste geçişecektir. Ölçeklendirici, 9 kaynak pikselin Y / Cb / Cr değerlerini esas alarak her çıktı pikselin Y / Cb / Cr değerlerini hesaplayacak, uzamış ağırlıklı faktörleri kullanarak da 4 yeni pikselin pozisyonunu belirleyecektir.
Daha önceki örnekteki DVD eğer anamorfik olarak kaydedilmemişse, nihai görüntü yatay olarak basık oluşacaktır. Çünkü ölçeklendirici 4:3 görüntüyü 16:9 en-boy oranına dönüştürmektedir. Ancak, ölçeklendirici doğru en-boy oranını da sağlayabilecektir; bu durumda, DVD görüntüsü 4:3 ise, çıktı çözünürlüğü 1,440’a 1,080 olacaktır. Başka bir alternatif de, “akıllı yayma” sağlayan ağırlıklandırılmış faktörleri kullanmaktır. Bu yöntemle 4:3 bir görüntünün yan kısımları merkez kısımdan daha fazla basıklaşır. Bu özellik bütün modern 16:9 ekranlarda mevcuttur.
Bir çok kişi, “ölçeklendirici” sözcüğünü, de-interlace ve 3:2 pulldown işlemlerini de yapan video işlemcisi için kullanır. Bu yanlıştır. Sözcük aslında video işlemcisinin işlevlerinden birini tanımlamak için kullanılabilir.
HDTV'lerin hızla yaygınlaştığı ve tüplü televizyonların yerini almaya başladığı bu dönemde, konuya merak salan hepimiz daha önce duymadığımız ya da duysak da anlamını bilmediğimiz çeşitli teknolojik kavramlarla karşılaşıyoruz. Bu teknolojileri anlayabilmek için bu kavramların ifade ettiği anlamları bir nebze bilmek durumundayız.
İşte bu kavramlardan 4 tanesi:
- Video ya da görüntü işlemci
- De-interlacing (bu kelimenin türkçe karşılığı yok)
- Cadence (bu kelimenin de türkçe karşılığı yok)
- Ölçeklendirme (scaling)
LCD ve plazma panellerin işleyiş mantığını anlayabilmek ve özellikle de video işlemcilerin önemini kavrayabilmek için bu 4 kavram çok önemli.
Alttaki yazı 2 kaynaktan çeviridir.
1) HQV Silicon Optix internet sitesi (ilk 3 madde)
2) Home Theatre dergisi (ölçeklendirme)
Bu ana başlıkların altında aynı zamanda yine çok önemli olan progresif tarama, interlaced tarama, interpolasyon, taraklanma (combing), tüylenme (feathering) gibi önemli kavramların da tanım ve açıklamalarını bulacaksınız.
Bunların yanısıra, video işlemcinin kalitesinin en az HDTV broşürlerinde yer verilen, kontrast, parlaklık, çözünürlük gibi değerler kadar önemli olduğu konusunda bana iştirak edeceğinizi umuyorum. Hepimiz ağırlıklı olarak SD ve interlaced kaynak kullanıyoruz. Hiçbirimiz kullandığımız panelleri sürekli olarak fiziki çözünürlüklerine uygun sinyallerle besleyemiyoruz. Bu nedenle de de-interlace ve ölçeklendirme işlemleri daha da büyük önem kazanıyor.
Çevirinin özellikle ölçeklendirme bölümündeki son kısımları çok teknik. Bu kadar teknik bir konuyu çevirmek için önce anlamam gerekti. Bugüne kadarki iyi kötü birikimimle bu kısmı nispeten kolay atlattım. Asıl zor kısmı anladığımı doğru şekilde tercüme etmek oldu. Epey uğraştım. Asla tamamen sadık kalmaya çalıştım.
İlgi duyan arkadaşlara yararlı olması dileğiyle.
Sevgi ve saygılarımla.
VIDEO İŞLEMCİ NEDİR?
HD (yüksek çözünürlük) video harika birşeydir. Güzel resmi ve dijital surround sesi kim sevmez ki? Eski 27 inch veya 32 inch CRT televizyonunu yeni güzel bir HDTV ile kim değiştirmek istemez ki? Düşük çözünürlüğe NTSC-PAL gibi sinyallere hoşçakal demenin zamanı gelmiştir. HD görüntü ile hayat şahane olacaktır, değil mi?
Bu kadar çabuk değil. Elbette, artık HD sinyalleri izleyebilirsiniz ve harika görüntü verirler. Ancak, ya HD formatında olmayan en sevdiğiniz TV şovlarını izlemek istediğinizde ne olur? Görüntüdeki bütün gürültü ve kirlilik hala devam etmektedir ve hatta artmıştır. Bir çok insan, en sevdikleri TV şovlarının HDTV’lerinde eski TV’larından daha kötü göründüğünü farkettiklerinde şaşkınlık yaşamaktadır.
CRT (tüplü) televizyonlarla karşılaştırıldığında, çeşitli teknolojilere dayanan sabit pikselli ekranlar günümüz home theatre pazarında ağırlıklı hale gelmiştir. Rekabet halindeki bu teknolojileri tanımlamak için LCD (liquid-crystal display), DLP (Digital Light Processing™), LCoS (liquid crystal on silicon) ve PDP (plasma display panel) gibi bir sürü kısaltma kullanılır.
Bu teknolojilerin hepsi elektronik imajları değişik yöntemlerle oluşturur, fakat ortak bir karakterleri vardır: sabit görüntü pikselleri. Bu sabit piksel yapısı ekranın fiziksel çözünürlüğünü belirler ve buna da ekranın “doğal çözünürlüğü” denir.
Gelen bütün video sinyallerini sabit pikselli ekranın doğal çözünürlüğüne dönüştürmek için, üreticiler HDTV’nin içine bir video işlemci çipi yerleştirmek zorundadırlar. Görüntü sinyalini doğal çözünürlüğe ölçeklendirmenin (scaling) yanısıra, bu video işlemciler normalde sinyali dönüştürme ve tranfer işlemlerinden dolayı kötüleşen görüntüyü iyileştirme ve bazı deformasyonları ortadan kaldırma amaçlı olarak da tasarlanmışlardır. Video işlemci, HD sinyalle bile, genel resim kalitesinde belirgin bir fark yaratabilir.
Maalesef, video işleme teknolojisi bugünün gittikçe irileşen ve kötü video işleme nedeniyle ortaya çıkan resim kusurlarını daha da büyüten HD ekranlarını yakalayamamıştır. Ve her ne kadar her HDTV bir video işlemcisine sahipse de, sadece en yüksek kalitedeki işlemciler görüntüdeki tüm nüansı, detayı ve içeriği yansıtmaya muvaffak olabilmektedir. Video işlemciler, alt seviye cihazlarda kullanılan gelişmemiş 10 dolarlık çiplerden Hollywood üretim evlerinde kullanılan buzdolabı büyüklüğündeki 70,000 dolarlık çiplere kadar çeşitlilik arzetmekte ve günümüzde video işlemciler görüntü kalitesinde en belirleyici rolü oynamaktadır.
DE-INTERLACING
DVD, SD (standart çözünürlük) TV yayınları ve 1080i HD (yüksek çözünürlük) TV yayınlarını da içeren video kaynaklarının çoğu interlaced resim gönderirler. Her video karesinin tamamını bir seferde göndermek (buna progresif tarama deniyor) yerine, çoğu video kaynakları video karesinin sadece yarısını bir seferde gönderirler. Buna interlaced tarama denir ve bu kavram video kayıt cihazlarında da geçerlidir. video kameraları ve film transfer cihazları bir seferde karedeki resmin yarısını kaydederler.
“Interlaced” ve “progresif” sözcükleri CRT ve tüplü tvlerin zamanında ortaya çıkmıştır. Bu televizyonlar, ekrandaki her karenin görüntüsünü bir elektron ışınının, en tepeden en alta kadar ekranı yatay olarak taraması suretiyle oluştururlar. Işın tarafından “çizilen” her yatay çizgi resmin o bölgedeki parçasını oluşturur. Tarama interlaced ise, elektron ışını, her karede satırları atlayarak çizer (bütün tek satırlar). Bu tek satırlar kümesine “tek satırlar alanı” denir. Ondan sonra ışın tekrar ekranın tepesinden başlayarak bu kez eksik kalan çift satırları çizer. Bu çift satırlar kümesine de “çift satırlar alanı” denir. Tek ve çift satırlar alanları bir araya gelerek video resmindeki bir tam kareyi oluştururlar.
Yakın zamana kadar bütün CRT televizyonlar bu şekilde çalıştığı için, onlara gönderilen sinyal de tek çizgiler ve arkasından çift çizgiler mantığına göre tasarlanmıştı. Bu sinyal tipi (interlaced) televizyonların yetenek seviyesine uygundu, fakat bir yandan da aslında görüntünün oluşturulması için belirli bir zaman diliminde gönderilmesi gereken bilginin yarısının atılması demekti. Diğer bir ifadeyle bant genişliği ihtiyacını yarı yarıya azaltıyordu, bu da yayın kuruluşları için iyi haber anlamını taşıyordu. (Bazı modern CRT televizyonlar her karedeki satırların tamamını bir seferde yukarıdan aşağıya tarayabilme yeteneğine sahipler, yani progresif tarama yapabiliyorlar)
Bugün, pazarda yaygınlık kazanan ve DLP, LCD, LCOS (SXRD ve D-ILA bunun türevleridir) ve plazmayı kapsayan HDTV’ler dijital teknoloji kullanıyorlar. Ekranda resmin satırlarını çizmek yerine, bu teknolojiler, görüntüyü bir piksel dizininden oluşturur ve her kare bir seferde görüntülenir. Başka bir ifadeyle, görüntü, CRT’lerde olduğu gibi satır satır çizilerek değil, bütün pikseller aynı anda aktive edilerek oluşturulur.
Böyle de olsa, HDTV’nin ne göstereceğini belirleyen hala sinyalin interlaced mi yoksa progresif mi olduğu, yani kaynaktan bir seferde gönderilen bilginin yarım kare mi yoksa tam kare mi olduğudur. Gerçekte dijital ekranlar düzgün şekilde çalışmak için progresif sinyale ihtiyaç duyarlar. O halde, ulaşan sinyal interlaced ise gösterilebilmesi için öncelikle progresife dönüştürülmeleri gerekir.
DVD ve 1080i kaynaklardan gelen interlaced sinyalin progresif formata dönüştürülmesi bütün dijital ekranlarda zorunludur. Bu video işlemcinin görevidir ve bu prosese “de-interlacing” denir. Video işlemciler bütün dijital ekranlarda ve bir çok dvd oynatıcı ve kaynak cihazlarda bulunur.
Video görüntüsündeki nesneler hareket etmiyorsa, de-interlacing işlemini yapmak çok kolaydır; iki alan tam bir tek kare oluşturmak üzere birleştirilir. Lakin, eğer kayıt interlaced formatında gerçekleştirildi ise, tam kareyi oluşturan iki kaynak alanı aynı anda kaydedilmemiş demektir. Her kare önce 1/50 veya 1/60 saniyelik zaman diliminde önce tek alan olarak, sonraki zaman diliminde de çift alan olarak kaydedilir.
Bu durumda, video görüntüsündeki nesne bu zaman parçası diliminde hareket ederse, alanların birleştirilmesi işlemi basit olarak “taraklanma” veya “tüylenme” diye tabir edilen görüntü hatalarına neden olur.
En Basit İşlemci Yaklaşım (Statik Duyarlı)
Bu görüntü hatalarını engellemek için kullanılan en basit yöntem çift alanları yok saymaktır. Buna statik duyarlı yaklaşım denir. Bu yöntemde, iki alan işlemciye ulaştığında, çift alanlardan gelen bilgi tamamen yok sayılır.
Video işlemci devresi kayıp olan çizgileri üst ve alt çizgilerdeki piksellerin ortalamasını alarak yeniden oluşturur. “Taraklanma” efekti ortaya çıkmazken, görüntü kalitesinden feragat edilmiş olur. Çünkü detay ve çözünürlüğün yarısı gerçekte silinmiştir.
Bütün standart çözünürlüklü video işlemciler tarafından daha gelişmiş sanal teknikler kullanılır, ancak bu temel yaklaşım hala HD sinyaller için kullanılmaktadır. Çünkü daha yüksek video çözünürlükleri daha yüksek işlemci ve data transfer hızı gerektirmektedir.
Gelişmiş İşlemci Yaklaşımı (Kare Bazlı Harekete Duyarlı)
Daha gelişmiş de-interlacing teknikleri film karesi bazlı, harekete duyarlı algoritmalar içerir. Özünde bu video işlemciler de yukarıda açıklanan tekniği kullanırlar. Ancak, basit bir hareket hesaplaması kullanarak, video işlemci tüm resimde ne zaman hareket oluşmadığını belirler.
Eğer resimde hiçbir şey hareket etmiyorsa, işlemci iki alanı direkt olarak birleştirir. Bu yöntemle sabit görüntüler 1080 satırlık dikey çözünürlüğün tamamına sahip olabilir, fakat hareket meydana gelir gelmez, bilginin yarısı göz ardı edilir ve çözünürlük 540 satıra düşer. Bu yüzden statik test desenleri keskin görünürken hareketli video keskin görünmez.
Günümüzde, film karesi bazlı harekete duyarlı teknikler standart çözünürlük video işlemcilerde genellik arzetmektedir. Ancak, bu yöntem hala HD video işlemcilerde hesaplama karmaşıklığı nedeniyle ender olarak kullanılmaktadır.
Silicon Optix HQV Yaklaşımı (Piksel Bazlı Harekete Duyarlı)
HQV işlemci mevcut en gelişmiş de-interlacing tekniğini kullanmaktadır: gerçek piksel bazlı harekete duyarlı yaklaşım. HQV işlemci ile, hareket, kare seviyesi yerine piksel seviyesinde tespit edilir. Hareket esnasında de-interlace yapılırken piksel kaybının engellenmesi matematiksel olarak imkansız ise de, HQV işlemci sadece “taraklanma” efektine neden olacak pikselleri silme yönünde seçici davranır. Diğer her şey tam çözünürlüğünde gösterilir.
Piksel bazlı harekete duyarlı de-interlacing yöntemi hareketli nesnelerde deformasyonları engeller ve bunu yaparken de komşu piksellerde hareket olsa dahi ekranın hareketsiz kısımlarında tam çözünürlüğün korunmasını sağlar.
“İkinci Aşama” Diyagonal Interpolasyon
Hareket eden alanlardaki bazı detay kayıplarını engellemek için, HQV işlemci, hareket eden nesnelerin kenarlarında meydana gelen kayıp bilginin yeniden oluşturulması için çok yönlü bir diyagonal filtre uygular. Bu filtre bütün “tırtıklanma”ları filtreler. Bu işleme “ikinci aşama” diyagonal interpolasyon denir. Çünkü bu işlem birinci aşama olan de-interlacing işleminden sonra yapılır. Diyagonal interpolasyon de-interlacing işleminden bağımsız gerçekleştirildiği için benzer algoritmalar film karesi bazlı de-interlacing yaklaşımında da kullanılır.
Piksel bazlı harekete duyarlı de-interlacing tekniği başka üretici firmalar tarafından da kullanılıyor olsa da, bu teknikler birebir aynı değildir. Gerçek bir piksel bazlı harekete duyarlı de-interlacing uygulayabilmek için, video işlemcisi 4 alan analizi yapmak zorundadır. Hangi piksellerin hareket halinde olduğunu belirleyebilmek için mevcut karede analiz edilen iki alana ek olarak önceki karedeki iki alana da ihtiyaç vardır. Açıktır ki, eğer işlemci önceki iki alanı değerlendirmiyorsa, gerçek piksel bazlı harekete duyarlı analizleri yapamıyor demektir basitçe. Bazı işlemciler ise bölge bazlı analiz uygularlar. Bu analizde hareket, tam karenin ya da tek tek piksellerin yerine resimdeki nispeten büyük blokların değerlendirilmesi suretiyle belirlenir. Tabii ki bu durumda, “4 alanlı” bir analiz tek başına piksel bazlı harekete duyarlı de-interlacing yapıldığı anlamını taşımamaktadır.
FİLM KADENSİ VE VİDEO/FİLM AYRIŞTIRMA
Sinemalar saniyede 24 kare ile kaydedilir. DVD’ye dönüştürülürken ya da televizyon yayın kuruluşu tarafından yayınlanırken bu 24 kare 60 interlaced alana dönüştürülmek zorundadır. Bir filmin 4 karesinin olduğunu varsayın: A, B, C ve D.
İlk aşama bu 4 karenin 8 alana dönüştürülmesidir. Bu işlem saniyedeki 24 kareyi saniyede 48 interlaced alana dönüştürür. Sonra, NTSC standardının daha hızlı olması ile (kabaca saniyede 30 kare veya saniyede 60 interlaced alan) başa çıkabilmek için, belirli alanların tekrar edilmesi zorunlu hale gelir. Bu, her diğer kareye fazladan bir alan eklenmesi ile yapılır. Yani, kare A’nın her iki alanı (A-tek, A-çift), ama kare B için 3 alan (B-tek, B-çift, B-tek) kaydedilir. Bu döngü kare C ve kare D ile tekrarlanır. Buna 2:3 kadensi denir. Çünkü bir karenin iki alanı gösterilir, sonraki karenin 3 alanı gösterilir.
Bu seri bir progresif taramalı ekranda gösterildiğinde, daha önce anlatılan de-interlacing tekniklerini (statik duyarlı, harekete duyarlı, vb) kullanmak mümkündür. Ancak, orijinal kareleri hiçbir data kaybı olmadan mükemmel şekilde yeniden oluşturmak da mümkündür. Saniyenin ardışık dilimlerinde iki alanın kaydedildiği interlaced görüntünün tersine, bu alanlar aynı anda, aynı kareye kaydedilir ve daha sonra iki alana ayrılır.
O halde, orijinali 24 kare/saniye olan bir filmi gösterebilmek için, bir video işlemcisinin yapması gereken tek şey alanları analiz etmek ve muntazaman birbirini takip eden iki alan ve 3 alan desenlerinin varlığını tespit etmektir. Bu belirleme ve yeniden inşa etme işine 3:2 pulldown (çekme) denir ve en kötüleri hariç tüm de-interlace işlemcilerinde bulunur. Maalesef hiçbir şey bu kadar basit değildir.
Karışık Video ve Film
Bazen, videoya dönüştürülen filmde ek düzenlemeler yapılır. Bunlar başlıklar, geçişler ve diğer efektlerdir. Sonuçta, işleme tabi tutulmayan karelerin doğru kadensinin belirlenmesi ve orijinal karelerin yeniden inşa edilmesi suretiyle daha iyi sonuç alınırken, görüntünün bazı parçaları standart çözünürlüklü de-interlacing yaklaşımı ile işleme tabi tutulduğundan tam karelerin basitçe yeniden oluşturulması taraklanmaya neden olur.
De-interlacingte olduğu gibi, karışık video ve filmlerin çözümlenmesine yönelik de çeşitli yaklaşımlar vardır. Eğer işlemci materyali film olarak yorumlarsa, video kısmında “tüylenme” efektleri oluşacaktır. Eğer işlemci materyali video olarak yorumlarsa, film kısmı yarı çözünürlükte görünecektir. Bazı işlemciler içerikte videonun mu filmin mi ağırlıkta olduğunu belirler ve ağırlıkta olana göre yaklaşımı seçer. Genelde materyaller film ağırlıkta olduğu için, sonuç “tüylenme” efekti olur. Diğer işlemciler bu tür efektlerin hiç bir zaman ortaya çıkmaması gerektiği düşüncesi ile tasarlanmışlardır ve yarı çözünürlük pahasına her durumda video de-interlacing tekniklerini kullanırlar.
Diğer yanda HQV işlemci ise, bütün işlemleri için piksel başına hesaplamalar yapar. Bu şu demektir: HQV işlemci ile film kısmında piksellerde kadens belirleme stratejileri kullanırken video kısmında piksel bazlı harekete duyarlı de-interlacing işlemi gerçekleştirilebilmektedir.
Diğer Kadensler
Her ne kadar 24 kare/saniye filmler ve bunlarla bağlantılı 2:3 video kadensleri en yaygın formatlar olsa da, bugün kullanılan tek kadens türü değillerdir.
Bazen, TV istasyonları film bazlı sinemalarını ve şovlarını hızlandırırlar ve her 12. alanı reklamlar için yer kazanmak adına ortadan kaldırırlar. Bu hızlanma genellikle ortalama bir izleyici tarafından farkedilemeyecek kadar küçüktür, fakat bu değişken hızlı yayınlar sıradışı kadenslerin (3:2:2:2:2 gibi) belirmesi ile sonuçlanmaktadır. Eğer bir işlemci bu sıradışı kadensleri belirleyemiyorsa çözünürlüğün yarısı kayboluyor demektir.
Kadenslerin değişkenliği bu kadarla da sınırlı değil. Profesyonel DVCAM video kameraları televizyon çekimlerinde ve film prodüksiyonlarında artarak kullanılıyor. Kayıt süresini maksimize etmek için bu kameralar, 2:2:2:4 kadens veya 2:3:3:2 kadens kullanıyorlar. Böylelikle progresif kaynak sinyali 480i olarak teypte depolayabiliyorlar. Animasyonlar 5:5 ila 6:4 veya 8:7 (japon versiyonu) kadenslerde daha da yaratıcı hale geliyor.
Çoğu işlemci gelen alanları karşılaştırır ve doğru çözümlemeye ulaşmak için bu alanları en çok bilinen 3:2 veya 2:2 serilerle eşleştirmeye çalışır. Çoğu durumda bu işe yarar, fakat işlemci işe başlamadan önce doğru kadensi seçebilmek için kısa bir gecikmeye ihtiyaç duyar. Ek olarak, video işlemci animasyon veya DVCAM’lerde olduğu gibi sıra dışı bir seri ile karşılaştığında, eğer statik duyarlı işlemci ise bilginin yarısını yoketme yoluna gidebilir.
HQV işlemci ile kadens konusunda hiçbir karışıklık yoktur. Gelen videoyu bilinen desenlerle eşleştirmek yerine, gelen tam kareleri geldikleri şekliyle tanımlar. Ne kadar yaygın olduğuna bakmaksızın bilinen bütün kadensleri tanımlama yeteneğine sahiptir, hatta henüz icad edilmemiş kadensleri bile belirleyebilir.
ÖLÇEKLENDİRME (SCALING)
Ölçeklendirme basit olarak gelen video sinyalinin çözünürlüğünü ve en-boy oranını ekrana uygun şekilde değiştirmek demektir. Ölçeklendirme olmadan ekranda gördüğünüz görüntü mevcut bütün pikselleri kullanamaz veya piksellerin bazıları kesilerek resmin bir kısmı ile başbaşa kalırsınız.
Ölçeklendirme özellikle önemlidir, çünkü günümüzde 4:3 480 satır anamorfik DVD’lerden (ki bunlar da değişik en-boy oranlarına sahip olabilirler) 16:9 720 ve 1080 satırlık sinyallere kadar çok sayıda değişik tip video sinyalleri mevcuttur. Hem sinyaller değişken çözünürlükte ve en-boy oranında olabilmektedir hem de ekranlar. Ölçeklendirmenin temel amacı her çeşit video sinyalini eldeki ekrana maksimum görüntü kalitesi ve minimum deformasyon ile uyarlamaktır.
İki tür ölçeklendirici vardır: iç ve dış. Dış ölçeklendirici cihazlar sinyal girişini kabul eder ölçeklendirir ve televizyona gönderir. Tipik olarak, bunlar farklı ekranlara uyum sağlamak için sinyali değişik çözünürlüklerde gönderebilirler. İç ölçeklendiriciler ise televizyonun içinde inşa edilmişlerdir ve sadece tek bir çözünürlük çıkışları vardır. Bu, üreticilerin ölçeklendiriciyi televizyona göre optimize edebilmelerini sağlar. İç ölçeklendiriciler bazı kaynak cihazlarda da (480 satırı 720p veya 1080i sinyale dönüştürerek DVI veya HDMI çıkışından ekrana gönderebilen DVD oynatıcılar gibi) bulunabilir.
Bir video ölçeklendirici,
- düşük çözünürlüklü bir görüntüyü yüksek çözünürlüklü bir görüntüye dönüştürmek için,
- yüksek çözünürlüklü bir görüntüyü düşük çözünürlüklü bir görüntüye dönüştürmek için,
- 4:3 en-boy oranlı bir görüntüyü 16:9 en-boy oranlı bir görüntüye dönüştürmek için,
- yan açı projeksiyonunda proporsiyon bozulmalarını engellemek için
gereklidir.
Bu amaç ve fonksiyonların gerçekleştirilebilmesi için artan bir şekilde sofistike ölçekleme işlemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Ölçekleme işleminden önce, işlemci video sinyalini dijitize ve de-interlace ederek tam kareler haline dönüştürmelidir. Bu prosesler yukarıda anlatılmıştır. Her kareyi “frame buffer” adı verilen ve karedeki her pikselin analiz edildiği bir hafıza lokasyonunda muhafaza etmelidir. Bu analizleri “dijital FIR” adı verilen bir filtre gerçekleştirir. Bunlar sayıları işleyen bir takım matematiksel algoritmalardan başka birşey değillerdir. FIR filtreleri tapa (tap)’lar içerirler. Bunlar ölçeklendirici içindeki bireysel piksellerin Y / Cb / Cr dijital komponent video değerlerine karşılık gelir.
Ölçeklendirici giriş yapan pikseli analiz ederken, komşu olan piksellerden bazılarını da dikkate alır. Analizde komşu piksellerden kaç tanesinin ölçeklendirici tarafından kullanılacağı filtrelerdeki tapaların sayısına bağlıdır: ne kadar çok tapa varsa o kadar çok komşu piksel dikkate alınır ve görüntünün kalitesi o kadar artar. Neden? Ölçeklendirici normalde kaynak sinyale pikseller ekleyerek (ya da kaynak sinyalden pikseller çıkararak) teknik olarak interpolasyon denen bir proses gerçekleştirir. İnterpolasyonun amacı nihai görüntünün olması gerektiği gibi oluşması için pikseller eklemek veya çıkarmaktır. Ölçeklendirici kaynaktan gelen pikselin etrafındaki pikseller hakkında ne kadar çok bilgiye sahipse, o kadar iyi interpolasyon yapar.
Ölçeklendirici, her kaynak pikselin ve etrafındaki piksellerin Y / Cb / Cr değerlerini ölçer. Daha sonra bu değerleri her tapa için atanmış ağırlıklandırılmış faktörlerle çarpar. Bu ağırlıklandırılmış faktörler her kaynak pikselin nihai piksel çıktılarının belirlenmesindeki önemini tanımlar. Genelde, tapa analiz edilen piksele ne kadar yakınsa ağırlığı da o kadar yüksek olur. Çünkü yakın pikseller nihai piksel çıktısının oluşturulmasında uzaktakilere göre daha fazla öneme sahiptir. Bundan sonra ölçeklendirici, ekrana göndereceği nihai piksel çıktılarının Y / Cb / Cr değerlerini hesaplamak üzere sonuçları bir araya getirir. Ağırlıklandırılmış faktörlerin tapalar arasındaki dağılımı basit değildir, daha doğrusu, dijital filtreleme tasarımı sanatının ta kendisidir.
Bir çok ölçeklendiricide filtreler çevreleyen pikselleri yatay ve dikey yönlerde ardışık olarak analiz eder. Bunlara 1D filtreler denir ve göreceli olarak daha basit ve ucuzdurlar. Diktörtgen boyutlama için yeterince iyi çalışırlar. Ancak, pikselleri her iki yönde AYNI ANDA analiz eden 2D filtreler yatay ve dikey düzeltmelerde çok daha iyi sonuç üretirler.
Ölçeklendiricilerin çoğu yatay ve dikey filtreler için sabit sayıda tapa kullanırlar; tipik olarak yatay yönde 3 ila 7 tapa, dikey yönde 3 ila 5 tapa vardır. Silicon Optix Realta HQV işlemcisi her pikselin boyut ve en-boy oranına göre değişebilen bir 2D filtre kullanır. Maksimum 1024 tapaya denk gelen 32’ye 32 tapa.
Eğer kaynak sinyalin ve çıktı sinyalin çözünürlükleri farklıysa (ki ölçeklendirmenin bütün teması zaten budur), her kaynak pikselin analiz edilmesi nasıl oluyor da en doğru çıktı çözünürlüğünü sağlıyor? Cevap şu: ölçeklendirici bu analizleri tam olarak kaynak görüntüdeki piksellerin lokasyonunda yapmıyor, bunun yerine ÇIKTI GÖRÜNTÜDEKİ piksellerin lokasyonunda yapıyor.
Örneğin, farzedelim ki kaynak görüntü 4:3 720’ye 480 bir DVD görüntüsü, ve biz bu görüntüyü 16:9 1920’ye 1080 sabit pikselli (yani kaynak piksel sayısının 6 katı piksele sahip) bir ekranda göstermek istiyoruz. Ölçeklendirici kaynak görüntüdeki her pikselin etrafındaki 6 farklı lokasyonda bu analizleri yapmak ve alt piksel olarak da tanımlanabilecek bu lokasyonları bir piksel genişliğinin belirli bir oranı mesafesinde ayrıştırmak durumunda. Bunu başarmak için, ölçeklendirici, aynı tapa seti ile ilgili faktör ağırlıklarını bu 6 analiz için hafif hafif değiştirir. Bu işlem bu tapa setlerinin kaynak pikselin gerçek lokasyonundan bir yana ya da diğer yana uzamasına neden olur. Uzamış ağırlıklandırılmış faktör setleri teknik olarak FIR filtrelerinin farklı evreleri olarak tanımlanır. Ve bir filtre ne kadar çok evreye sahipse sonuç o kadar tatminkar olur.
Bunun nasıl çalıştığını anlamak için, yukarı, aşağı, sağa ve sola doğru yarım piksel genişliğinde hareket eden 3’e 3 (9 piksel) piksel hayal edin. Bu durumda 4 evreye sahip 9 tapalı bir filtreye ihtiyaç var ve bu filtre tek bir kaynak pikselin pozisyonunun etrafında yerleştirilmiş 4 çıktı piksel üretmelidir. Gerçekte, çıktı piksellerin pozisyonları ile kaynak piksel pozisyonları üstüste geçişecektir. Ölçeklendirici, 9 kaynak pikselin Y / Cb / Cr değerlerini esas alarak her çıktı pikselin Y / Cb / Cr değerlerini hesaplayacak, uzamış ağırlıklı faktörleri kullanarak da 4 yeni pikselin pozisyonunu belirleyecektir.
Daha önceki örnekteki DVD eğer anamorfik olarak kaydedilmemişse, nihai görüntü yatay olarak basık oluşacaktır. Çünkü ölçeklendirici 4:3 görüntüyü 16:9 en-boy oranına dönüştürmektedir. Ancak, ölçeklendirici doğru en-boy oranını da sağlayabilecektir; bu durumda, DVD görüntüsü 4:3 ise, çıktı çözünürlüğü 1,440’a 1,080 olacaktır. Başka bir alternatif de, “akıllı yayma” sağlayan ağırlıklandırılmış faktörleri kullanmaktır. Bu yöntemle 4:3 bir görüntünün yan kısımları merkez kısımdan daha fazla basıklaşır. Bu özellik bütün modern 16:9 ekranlarda mevcuttur.
Bir çok kişi, “ölçeklendirici” sözcüğünü, de-interlace ve 3:2 pulldown işlemlerini de yapan video işlemcisi için kullanır. Bu yanlıştır. Sözcük aslında video işlemcisinin işlevlerinden birini tanımlamak için kullanılabilir.