Существуют ли настоящие 4K проекторы? 

Как и в случае с любой новой технологической разработкой, с проекцией 4K связана масса жаргона, который, если вы не являетесь техническим специалистом, часто бывает довольно сложно понять.

В чем разница между 4K DCI и UHD? Что означает родной или исходный 4К на матрице? Что такое 4К со смещением пикселей и «масштабированное» 4K? Что такое «настоящий 4K» и что часто пренебрежительно называют «faux-4K» или просто «faux-K»?

Революционная технология смещения пикселей привнесла много споров и путаницы в мир проекторов 4K. Людей беспокоит, что является истинным или подлинным 4K, а что ненастоящим или «фальшивым». В чем разница и есть ли повод для беспокойства? В конце концов, когда мы собираемся классифицировать и определять эти продукты, парадоксальный вопрос заключается в том, что делает проектор 4K проектором 4K?

Производители проекторов, не всегда объясняют разницу между этими терминами делая упор на общее понятие о разрешении 4К. Если вы хотите получить максимальную отдачу от своего будущего проектора, найдите время, чтобы разобраться в этом техническом жаргоне - каким бы сложным он ни был. Мы подготовили это руководство, чтобы помочь вам сделать осознанный выбор.

Коротко о главном

• Настоящие 4К проекторы есть только у компаний SONY и JVC или у тех кто использует их технологии.
• За исключением проекторов вышеупомянутых компаний, все без исключения производители 4K UHD проекторов с технологиями DLP или 3LCD используют принцип оптического сдвига пикселей. Увеличение разрешения за счет быстрого смещения кадров не заметного для человеческого мозга.
• 4K UHD проекторы использующие технологию оптического сдвига существенно дешевле проекторов с родным 4К разрешением.
• 4K UHD проекторов с технологией 3LCD не существует.
• Вы можете видеть на экране картинку 4К, при этом сама матрица проектора будет иметь физическое разрешение в два или четыре раза ниже.
• С рекомендуемого (1,3 диагонали экрана) расстояния просмотра, человек не способен различить отдельный пиксель даже при разрешении 1080р
• Разрешение 4К может иметь значение для показа слайдов с мелким шрифтом на большом экране.
• Контрастность и цветопередача важнее чем разрешение 4К.
• Технология 4K UHD с оптическим сдвигом пикселей от Texas Instruments лучше технологии «4K Enhancement» от EPSON.
• Вопрос насколько важно совпадение пикселей на матрице проектора с количеством пикселей отображаемых на экране остается открытым.

Разрешение 4K DCI и 4K UHD

4K DCI - это разрешение 4096x2160 пикселей, используемое в индустрии кино и видеопроизводства. Общее количество проецируемых пикселей 4K DCI составляет более 8,8 миллиона - или, другими словами, в четыре раза больше, чем предыдущий стандарт цифрового проецирования и обработки 2048x1080 пикселей, 2,2 миллиона пикселей.

• 4K DCI (4096x2160) расшифровывается как Digital Cinema Initiatives и является общепринятым стандартом киноиндустрии для производства фильмов 4K. Его часто называют C4K или Cinema 4K.
• 4K UHD (3840 x 216) или Ultra High Definition - это потребительский формат, предназначенный для телевидения и онлайн-контента.

Эти два разрешения почти одинаковы: DCI 4K имеет разрешение 4096 x 2160 пикселей, а UHD 3840 x 2160. Разрешение по вертикали для обоих форматов одинаково - 2160 пикселей, но горизонтальное разрешение для каждого разное, то есть два стандарта имеют разные соотношения сторон.

Формат UHD ровно в четыре раза превышает разрешение Full HD, поэтому он сохраняет стандартное для потребительской электроники соотношение сторон 16: 9. DCI 4K, немного шире с соотношением сторон 19:10. Это имеет значение только тогда, когда речь идет о платформах воспроизведения контента. Если мы говорим о YouTube или телевидении, то UHD идеально подходит, потому что Youtube имеет исходное соотношение сторон 16: 9. В публичных цифровых кинотеатрах используют формат DCI 4K. Еще одно большое различие между DCI и UHD - их частота кадров: DCI 4K - это 24 кадра в секунду, а UHD - 23,98 кадра в секунду.

Чтобы проектор считался устройством 4K, он должен отображать на проекционном экране 3840x2160 пикселей (около 8,3 миллионов). Мы еще вернемся к тому, почему важно количество пикселей на внутренней матрице проектора и на проекционном экране. Оно не всегда одинаковое.

Для простоты понимания, матрицей проектора мы будем называть устройства формирования изображения то есть встроенные LCD, LCOS панели и микрозеркальные DMD чипы или как сейчас принято их называть «imager». По сути это миниатюрные экраны, как и экраны телевизора состоящие из пикселей¹, свет от лампы² проектора либо отражается от матрицы, либо проходит сквозь нее. Подробнее о технологиях LCD и DLP вы можете узнать здесь.

¹или отражающих микрозеркал в случае DMD чипа.

²лампа в данном случае источник света: ртутная лампа, ксеноновая лампа, лазерный диод и т.д.

SONY и JVC единственные проекторы с 4К матрицей*

Каждый проектор Sony 4K SXRD для домашнего кинотеатра - от VPL-VW270ES до проектора с лазерным источником света VPL-VW760ES - обеспечивает истинное изображение 4K с родным разрешением 4096 x 2160. Это более 8 миллионов отдельных пикселей, что в четыре раза превышает разрешение Full HD.

В то время как проекторы некоторых других марок рекламируются как проекторы «поддерживающие 4K» или «True 4K», на самом деле используют матрицы с низким разрешением 1080p или 2K. Исходный сигнал 4K сначала проходит специальную обработку, после чего подается на матрицу проектора. Затем, прежде чем изображение достигнет линзы проектора, видимое разрешение изображения повышается за счет так называемой технологии смещения пикселей. Частичные кадры от матрицы с более низким разрешением мгновенно сдвигаются по диагонали или в стороны быстро перемещающимся оптическим устройством. Эти частичные кадры проецируются на частоте незаметной человеческому глазу, создавая на экране изображение с количеством пикселей 4K UHD.

*Если производитель не использует OEM матрицы этих брендов.(Например JVC)

На видео показано преимущество родного 4К чипа над чипом с повышенным разрешением.

Разрешение 4K UHD (со смещением пикселей)

Разрешение 4K UHD – это стандарт для рынка потребительской электроники. Телевизоры с разрешением 4K UHD оснащаются матрицами с разрешением 3840 x 2160 пикселей. В то время как на большинстве* проекторов разрешение 4K UHD достигается за счет использования технологии называемой «смещение пикселей».

*(на момент написания этой статьи, ноябрь 2020 г.)

Разные производители реализуют эту технологию по-своему. Говоря простыми словами эта технология ​​по существу накладывает два изображения HD друг на друга (в зависимости от панели / чипа проектора), смещая изображение на полпикселя вверх, вниз, влево или вправо настолько быстро, чтобы невооруженный глаз не мог обнаружить это смещение.

На иллюстрации показано как благодаря быстрому диагональному смещению и наложению кадров друг на друга, человеческий мозг начинает воспринимать вместо одного большого пикселя, пиксель меньшего размера. Разрешение экрана при этом виртуально увеличивается.

Таким образом, матрица проектора может иметь собственное разрешение 1080p (как в 3LCD и некоторых DLP проекторах начального уровня) но выдавать на экран изображение с разрешением до 4K. Однако в некоторых моделях DLP проекторов могут использоваться новые чипы с разрешением 2176x1528, устройство проецирует одни и те же пиксели дважды, таким образом создавая вдвое больше пикселей на экране в результате чего изображение становится более четким. Технология DLP XPR - это технология смещения пикселей от Texas Instruments, которая помогает проекторам достигать истинного разрешения 4K с 8,3 миллионами отдельных пикселей.

Разрешение 4K UHD, которое достигается с помощью двукратного сдвига пикселей

Разрешение 4K UHD, которое достигается с помощью 4-кратного сдвига пикселей

Разница здесь в том, что у настоящих проекторов 4K есть примерно восемь миллионов отдельных пикселей на матрице, с которых проецируется изображение на экран, в то время как технология смещения пикселей имея матрицу низкого разрешения создает большее число пикселей на экране за счет манипуляций с исходным изображением.

В зависимости от конкретной модели пиксель некоторых проекторов сдвигается дважды, у некоторых - четыре раза, причем первый дает более убедительный эффект 4K в тех областях изображения, где детализация является важной, например мелкий текст.

Вот что заявляют некоторые производители:

Мы не скрывали того факта, что это не родной 4K. Но согласно Ассоциации Потребительской Электроники (CEA), проектор, описываемый как 4K UHD, должен иметь по крайней мере один вход HDMI, который может принимать исходный сигнал 4K UHD и быть способен отображать 3840x2160 пикселей (8,3 миллиона) на экране.

Таким образом, производители могут наносить ярлык 4K UHD на устройства, у которых нет нужного количества пикселей на матрице, но есть на проецируемом изображении. Каждый производитель использует собственную терминологию для описания этой технологии.

Как некоторые производители называют технологию смещения пикселей:

• BenQ: XPR Technology

• Optoma: XPR Technology

• Epson: 4K enhancement

• JVC: eShift5

Хотя технология смещения пикселей вызывает споры, реализация этого решения и привлекательная цена проекторов с этой технологией заслуживают признания. Существенная разница в цене между моделями со смещением пикселей и проекторами с родным 4K разрешением, для многих покупателей может быть решающим фактором при выборе.

Какая технология лучше, 4К DLP или 4K 3LCD?

Если вы не рассматриваете для покупки 4К проектор SONY или JVC, вам придется выбирать между проекторами с двумя принципиально разными технологиями DLP или 3LCD. Как бы не назывался сам проектор, формировать изображение будет установленный внутри DMD чип от Texas Instruments, или 3LCD панели от EPSON.

Поскольку до сих пор не существует DMD чипа и 3LCD панелей с родным разрешением 4К, все DLP 4K UHD проекторы полагаются на оптическое смещение пикселей.

4K-проекторы, использующие либо 4K DLP-чип, либо технологию 4K Enhancement, принимают сигнал 4K, а затем обрабатывая его особым образом подают на матрицу низкого HD разрешения. Разница в том, что процесс DLP 4K UHD создает независимые однопиксельные структуры, а процесс 4K Enhancement - нет.

Технология 4K-Enhancement (3LCD)

С практической точки зрения, наиболее очевидное различие между проекторами 4K DLP и 4K Enhancement - это видимое разрешение. В проекторах 3LCD с «улучшенным разрешением 4K» (4K Enhancement) от Epson используются матрицы с физическим разрешением 1920 x 1080 пикселей. Подготовленные кадры поочередно выводятся на экран, причем один из них — со сдвигом в полпикселя по диагонали. Благодаря совмещению этих кадров, на экране формируется изображение, максимально близкое по детализации к полученному на входе оригинальному изображению 4К. Общее количество пикселей на экране в этом процессе составляет (1920x1080) x 2 = 4,15 миллиона, что является только половиной от 8,3 миллиона пикселей в исходном сигнале 4K. Таким образом 3LCD проекторы с технологией 4K Enhancement даже формально нельзя отнести к 4K устройствам.

Изображение от проектора Epson EH-LS10000 с выключенной системой 4K enhancement (слева) и включенной (справа)

Технология XPR (DLP)

У Texas Instruments теперь существует новый DMD чип с разрешением 2716 x 1528 пикселей. Благодаря запатентованной обработке видео он может отображать два дискретных пикселя для каждого зеркала. При использовании этого чипа в процессе сдвига пикселей он обеспечивает вдвое большее количество пикселей при каждом обновлении по сравнению с проекторами 3LCD. Общее количество адресуемых (предающихся на экран) пикселей в этом процессе составляет (2716x1528) x 2 = 8,3 миллиона, что соответствует исходному сигналу 4K. Эта технология получила название XPR (Xpanded Pixel Resolution). 

Технология XPR обеспечивает истинное разрешение 4K, создавая 8,3 миллиона отдельных пикселей независимо от количества собственных пикселей чипа DMD. В дополнение к удвоению разрешения 2716 x 1528 пикселей 0,66-дюймового DMD чипа, XPR также идеально увеличивает разрешение 1920 x 1080 пикселей 0,47-дюймового DMD-чипа для создания истинных 8,3 миллиона пикселей 4K с молниеносной скоростью сдвига пикселей..

Модуль XPR

Модуль XPR размещается прямо перед объективом проектора.

Сам модуль XPR очень прост в понимании и состоит из двух основных частей. Оптическая и электромеханическая часть. Оптическая часть состоит из специально обработанного стекла, который перенаправляет луч света по горизонтальной и вертикальной осям. Электромеханическая часть состоит из 4 электромагнитных катушек, которые заставляют этот кусок стекла менять положение как по горизонтали, так и по вертикали.

Модуль XPR XPR-25 от швейцарской компании Optotune, используемый в проекторах Fengmi (Xiaomi) UST 4K.

Хотя и технология XPR для DLP-проекторов и технология 4K-Enhancement для 3LCD проекторов являются технологиями смещения пикселей, результаты, которые они дают, совершенно разные.

Технология XPR производит 8,3 миллиона отдельных пикселей независимо от количества собственных пикселей чипа DMD. Технология 4K-Enhancement позволяет получить только 4,1 миллиона пикселей, удвоив собственное разрешение LCD матрицы в 1920 x 1080 пикселей, достигнув менее половины требуемых 8,3 миллиона пикселей для истинного разрешения 4K. Это связано с природой жидких кристаллов, которые не выдерживают скорости обновления, необходимой для создания 8,3 миллиона пикселей.

Как это выглядит на экране?

Результатом обоих этих процессов, насколько может воспринимать глаз, является существенно улучшенное разрешение изображения по сравнению со стандартным HD 1080p. Что касается 3LCD, то, хотя математика говорит нам, что это вдвое меньше адресуемых пикселей по сравнению с исходным 4K, с типичного расстояния просмотра глаз будет воспринимать видеоматериал, от 3LCD проектора с улучшенным 4K, гораздо ближе к исходному 4K, чем к 1080p. Субъективно изображение не похоже на то, что оно является чем то средним между 1080p и 4K, как предполагают математические вычисления. Похоже, что это около 90% исходного 4K. Суть в том, что при просмотре видео при нормальном расстоянии просмотра большинству потребителей будет сложно определить разницу в разрешении между изображением созданным проектором с использованием реальных чипов 4K и изображением, использующим технологию сдвига пикселей 3LCD.

Слева изображение проектора Optoma UHD300X с 4-х кратным смещением пикселей по технологии XPR, справа изображение от проектора Epson EH-TW7000 с 2-х кратным смещением пикселей по технологии 4K Enhancement. 

Однако, когда вы переключаетесь на что-то другое, кроме видео, у вас складывается иное впечатление. Например, когда вы проецируете графику с высоким разрешением или финансовые таблицы с мелким шрифтом, преимущество технологии 4K DLP по сравнению с 3LCD становится более очевидным. При просмотре этого типа объектов на проекторах 3LCD со сдвигом пикселей вы можете увидеть муар в сложной графике или мягкое, неточное разрешение шрифтов с засечками на мелком тексте в электронной таблице. Эти детали более четко смотрятся на проекторах с родным 4K разрешением или на проекторах использующих новый чип 4K DLP.

О новом 4K DMD чипе

Математика говорит нам, что, поскольку физическое разрешение в новом 4K DMD чипе удвоено по сравнению с 3LCD, это должно подтолкнуть субъективные результаты на экране с воспринимаемых (скажем) 90% 4K до потенциальных 95% 4K. Однако математика снова вводит в заблуждение. Разрешение деталей, обеспечиваемое чипом 4K DLP, практически неотличимо от чистого оригинального 4K, даже при просмотре с близкого расстояния. Таким образом, несмотря на то, что сам чип 4K DLP имеет 4,15 миллиона зеркал вместо 8,3 миллиона, у нас нет проблем с классификацией проекторов 4K, использующих этот чип, как «разрешение 4K». Значение имеет изображение на экране, а не количество элементов на устройстве формирования изображения.

Микрозеркальные 4K чипы Texas Instruments

Любопытно, что Texas Instruments практически нигде не указывает точное количество зеркал на своем 0.66-дюймовом 4К чипе, заявляя, что разрешение составляет "3840 x 2160 пикселей на экране". Напомним, что реальное разрешение чипа составляет 2716 x 1528 зеркал.

Насколько важно 4K?

Поскольку «4K» - это прежде всего разрешение, неудивительно, что так много людей озабочены поиском «родного» 4K, а не 4K со сдвигом пикселей. Хотя многие специалисты используют термин faux-K или faux-4K (искусственный 4K) как синоним технологии смещения пикселей, не подразумевая ничего насмешливого, многие используют этот термин именно потому, что он намекает на неполноценность. 

Такая озабоченность физическим количеством пикселей вызывает сожаление, поскольку заставляет ничего не подозревающего потребителя зацикливаться на том, что является наименее актуальным аспектом проекционной технологии 4K (по крайней мере, в отношении домашнего кинотеатра) - а именно количеством элементов на устройстве. Все 4K-проекторы, независимо от типа, способны создавать изображение, которое законно понимается как разрешение 4K. Даже модели Epson с их простым двухфазным сдвигом на чипах 1080p могут превзойти 4K проекторы конкурентов по контрастности и уровням черного и создавать изображения, которые выглядят не хуже, а в некоторых случаях лучше, чем у проектора 4K при аналогичной цене.

Суть в том, что качество 4K-проектора зависит от множества важных факторов.  Контраст имеет решающее значение - как с HDR, так и с SDR. Но также важны и уровень цифрового шума, обработка видео с улучшением изображения, цветовой баланс и насыщенность, а также оптическая точность объектива проектора.

К сожалению, все эти важные факторы имеют тенденцию отходить на второй план, когда речь заходит о не столь существенной проблеме разрешения на матрице устройства

Прежде чем вы отправите мне пламенный комментарий, я НЕ утверждаю, что реальные 4K матрицы неактуальны или, что само разрешение 4K не является важным параметром проектора. Это, безусловно, важно. Существует контент для которого проектор с настоящим 4К БУДЕТ предпочтительнее. Если например вы проецируете сложную графику на большом экране, когда зрители находятся особенно близко к изображению.

И даже в домашнем кинотеатре, если ваш экран намного больше обычного, и при этом вам нравится сидеть в первом ряду кинотеатра, разрешение 4К может быть видимым и актуальным для вас. 

Так что же такое проектор 4K?

Термин «проектор 4K» открыт для нескольких толкований, и нет никаких шансов найти консенсус - для многих людей это скорее эмоциональная тема. Строгие фундаменталисты скажут, что этот термин следует использовать исключительно для проекторов, которые имеют встроенные устройства обработки изображений 4K, и что никакая машина смещения пикселей тут неприемлема. На противоположном конце спектра находятся технологические либералы, которые считают, что если проектор принимает сигнал 4K и делает что-то, чтобы он выглядел как изображение 4K на экране, этого вполне достаточно.

Хотя я сам предпочитаю последнее определение, меня больше волнует то, что многие потенциальные покупатели проекторов все еще не осознают, что различия между реальным 4K и 4K со смещением пикселей незначительны по сравнению с основными проблемами проекционной техники - контрастом, яркостью, цветовым балансом и насыщенностью, а также стабильностью и четкостью изображения, которые в конечном итоге и определяют захватывающую картинку домашнего кинотеатра.

Сравнительная таблица современных технологий проекции