HD ו-4K: ההבדל בין תצוגות שונות במסכי טלוויזיה
מה המשמעות של HD ו-4K? אלה אינם סתם מספרים ואותיות, אלא סטנדרטים בינלאומיים שנקבעו על פי התאמתם ליכולתנו לראות ולתפוס פרטים רבים במהירות רבה
עוד כתבות באתר מכון דוידסון, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן:
מה קורה כשאוכלים יותר מדי סוכר?
לוח אירועים אסטרונומיים, אוגוסט 2017
הגֵן הוא ידידו הטוב ביותר של הכלב
הכל על מדע באפליקציה של מכון דוידסון - להורדה באייפון ובאנדרואיד
בניגוד לציירים, המציירים בצורה חופשית על כל בד הציור, מכשירי התצוגה בונים את התמונה מנקודות המסודרות על פני רשת צפופה, כמו טבלה ענקית של שוקולד. הנקודות, הנקראות פיקסלים, מפיצות אור בכל נקודה בטבלה ועל ידי כיבוי והדלקה שלהן אפשר לבנות תמונה.
כל פיקסל עשוי שלושה מקורות אור שונים. כל אחד מהשלושה מאיר באחד מצבעי היסוד אדום, ירוק או כחול, וכל אחד יכול להאיר באחת מ-256 רמות של בהירות. לכן כל פיקסל המורכב משלושה מקורות יכול להאיר באחד מ-256x256x256 שילובים שונים, כלומר יותר מ-16 מיליון אפשרויות. כל אפשרות תאורה כזו נקלטת בעין על ידי תאים מיוחדים הרגישים לאור בצבעים שונים (מדוכים) ומתורגמת במוח כצבע אחד.
כיצד נוצרת תמונה על מסך?
הסיבה לכך שמסכים מציגים תמונות באופן הזה היא שזו כנראה אחת השיטות הכי פשוטות ואלגנטיות להשיג את המטרה. הבעיה היא שקל לצייר קווים ישרים מטבלה של נקודות, כמו הקו הכחול או הקו הצהוב שבתמונה. אבל קווים אלכסוניים, כמו הקו האפור, "שבורים" למדרגות. קו מעוגל סובל מאותה תופעת מדרגות מטרידה.
כדי לייצר מסכים טובים יותר אפשר להגדיל את צפיפות הנקודות, כלומר להניח נקודות קטנות יותר ולכן רבות יותר באותה יחידת שטח. עכשיו כבר קשה יותר לראות את המדרגות שיוצרות את הקו האפור, או שלפחות נדרש מאמץ גדול בשביל לעשות זאת. ככל שמצופפים את הנקודות, כך מקבלים קו חלק יותר. זוהי אשליה שנובעת מהיכולת המוגבלת של העין להבחין בפרטים הקטנים.
כמה צפופות צריכות להיות הנקודות?
העין האנושית היא מצלמה מתוחכמת ומדהימה. יש לה רגישות גבוהה לצבע, היא מסוגלת לפעול גם כשיש הרבה אור בסביבה וגם כשיש מעט והיא מצלמת תמונות בקצב מהיר למדי. אבל כמו לכל מצלמה, לעין יש יכולת מוגבלת לראות פרטים קטנים. המגבלה הזו נקראת כושר ההפרדה של העין.
גבול הגודל של הפרטים שבו אנו מסוגלים להבחין משתנה מאדם לאדם בגלל הבדלים קטנים במבנה העין ובעיות ראייה שונות. הגבול גם תלוי במרחב שבו נמצא המתבונן, אך ככלל אצבע אנשים מסוגלים להבחין בפרטים שגודלם כעשירית המילימטר ממרחק של חצי מטר. זה אומר שאם הנקודות במסך קטנות יותר מעשירית המילימטר, ואנחנו יושבים במרחק של חצי מטר מהמסך, העין שלנו אינה מסוגלת להבחין בין שני פיקסלים סמוכים.
כשאי אפשר להבחין בין פיקסלים, לא רואים את אפקט המדרגות המטריד - התצוגה מצליחה להשלות את העין ולייצר תמונה חלקה. ברגע שהצפיפות עולה הרבה מעל לכושר ההפרדה של העין אין טעם יותר לצופף את הנקודות מפני שהתמונה שתתקבל לא תהיה טובה יותר. זה אחד ההבדלים החשובים בין טכנולוגיות התצוגה: צפיפות הפיקסלים. ככל שהצפיפות גבוהה, כך העין רואה תמונה חלקה יותר, מאחר שהתמונה מופרדת לנקודות או מוגדרת על ידי מספר רב של נקודות (ולא חלקה כמו במציאות).
פירוש שמה של טכנולוגיית התצוגה HD הוא הפרדה גבוהה (High Definition), ושל UHD הוא הפרדה גבוהה במיוחד (Ultra High Definition). זה שם מוסכם שעליו החליט ה-International Telecommunications Union, אחד מגופי התקינה הבינלאומיים, כדי להקל על צרכנים להבין מהי (פחות או יותר) איכות התצוגה של מכשיר שהם עומדים לקנות.
עד כמה צפופות הנקודות במכשירים שנמכרים היום?
נכון להיום, בתוך תקן UHD מוגדרים שני דורות מסכים: 4K ו-8K. במסכי 4K יש 3,840 עמודות ו-2,160 שורות, שהן בערך 4,000 עמודות שנותנות את למסך את שמו - K מסמן "קילו", כלומר אלף (כמו בקילוגרם או קילומטר). במסכי 8K, שיגרמו לנו בעוד כמה שנים להתלבט אם להוציא עוד כמה אלפי שקלים על טלוויזיה חדשה, יש 7,680 עמודות ו-4,320 שורות.
גודלו של מסך נמדד באלכסון בין שתי פינות. הרוחב של מסך UHD שגודלו 50 אינץ' הוא בערך 110 סנטימטרים וגובהו כ-62 סנטימטרים. גודלו של כל פיקסל במסך הוא כ-0.03 מילימטרים (3 מאיות המילימטר). המשמעות היא שכיושבים או עומדים במרחק של חצי מטר, גודל הפיקסל הוא שליש מגבול כושר ההפרדה של העין, לכן לא נצליח להבחין כלל בפיקסלים במסך כזה והתמונה תיראה חלקה מאוד.
מעניין להשוות למסך מדור קודם, בתקן HD ולא UHD. במסכים האלה היו הרבה פחות פיקסלים. לדוגמה, במסך HD עם 1,080 שורות גודל הפיקסל הוא כחצי מגבול ההפרדה של העין ולא שליש. זה עדיין מתחת לגבול ההפרדה של העין ולכן מתקבלת תמונה חלקה, אבל אם המסך היה גדול יותר, למשל מסך של 70 אינץ', הפיקסל כבר גדול מדי. תקן UHD חשוב במיוחד במסכים גדולים מאוד או אם יושבים קרוב מאוד למסך.
שזור או מתקדם?
עד כאן התמקדנו בהבדל אחד, אולי העיקרי, בין טכנולוגיות התצוגה - צפיפות הפיקסלים. אבל ישנם הבדלים רבים אחרים, שהרי קיימות טלוויזיות UHD שעולות אלפי שקלים וטלוויזיות UHD באותו הגודל שעולות עשרות אלפי שקלים ויותר.
אחת הסיבות לשוני הזה היא קצב הרענון של המסך. זה הקצב שבו הטלוויזיה מציירת מחדש את התמונה, וגם כאן ככל שהקצב גבוה יותר כך התמונה חלקה יותר, במיוחד כשצופים בתכנים שבהם יש הרבה תנועה כמו אירועי ספורט.
טלוויזיות שונות מרעננות את התמונה בקצב שנע בין 60 ל-120 פעמים בשנייה. בשיטת HD, שהיא הישנה יותר, מסכים אופיינו לא רק במספר אלא התווספה לשמותיהם גם האותיות p או i. למשל, היו מסכי 1080i ו-1080p, והתמונה במסכי p הייתה טובה יותר. אותיות אלה סימנו את המילים interlaced (שזור) ו-progressive (מתקדם).
הרעיון הוא כזה: המסך צריך לצייר מחדש את התמונה 60 פעמים בשנייה. ככל שיש יותר שורות במסך, כך צריך לצייר אותן מהר יותר וזה יכול להיות קשה. כדי להתמודד עם הקושי, היצרנים התחילו להשתמש בשיטה מעניינת שבה במחזור רענון אחד מציירים את השורות הזוגיות של התמונה ובמחזור הבא מציירים את השורות האי זוגיות, והמוח מחבר את כל השורות לתמונה אחת. השיטה הזו נקראת שזירה כי שוזרים, או מחברים שורות יחד. כל עוד זה קורה מהר מספיק זה פתרון מתקבל על הדעת, אבל יש אנשים שהבחינו בהבהוב המסך. בשיטה האחרת, המתקדמת יותר, ושסומנה על ידי האות p, כל השורות מצוירות בו זמנית. בתקן UHD כל המסכים מציירים את התמונה בשיטה הפרוגרסיבית.
הבדלים נוספים בין מסכים נוגעים לדרכים השונות שבה פיקסלים מוארים וליכולתו של המסך לכבות לחלוטין את הפיקסלים, כלומר עד כמה טוב הצבע השחור שהמסך מציג. רוב הפרטים האלה, וגם אחרים שלא הוזכרו, אינם הבדלים בין תקני תצוגה אלא הבדלים בין טכנולוגיות תצוגה שונות ושיטות ייצור של המסכים.
גל וינר, דוקטורנט במכון ויצמן וכותב באתר מכון דוידסון
לפנייה לכתב/ת 
