4K Intelligent Frame Creation

我們將目標設得很高,讓所有工程師為了達到目標而卯足心力。
正因如此,令人讚嘆的流暢畫面才得以呈現在世人面前

4K Intelligent Frame Creation 功能大幅加強 4K 影片效能

是什麼讓 Panasonic 4K 電視有別於其他品牌的 4K 電視?簡單來說,就是它極為流暢優美的影片畫質。電視影片是透過連續切換靜態影像來呈現,因此每秒影格 (fps) 越多,畫面就越流暢。現今所使用的影格速度有許多種。例如,網際網路畫面大約是 15 fps,Blu-ray Disc 影片大約是 24 fps,電視台畫面則大約是 30 至 60 fps。*

Panasonic 4K 會以流暢的 120 fps 播放所有這些影片。* 當內容中的影格數不夠時,電視就會建立新的影格。這通常稱為「影格速率向上轉換」。
每一家公司在這個領域都有其特殊的技術與知識,反映在畫質上自然就會有所差異。

在本文中,我們將重點放在「影格速率向上轉換」。在 Panasonic 4K 電視中,這稱為「4K Intelligent Frame Creation」。我們訪問了參與開發這項技術的工程師。
他們將說明 Panasonic 4K 影格速率向上轉換技術有多獨特,並描述從開發到銷售的熱忱。

* 適用於 NTSC 系統。

4K Intelligent Frame Creation
絕不妥協。達成目標是影像處理 LSI 開發人員的基本使命,也是讓自己能對自己能力引以為豪的機會。

請談談 Panasonic 4K 電視的開發背景。

Mori: 4K 影像的優勢和潛力很明顯,所以身為 Panasonic 工程師的我們,很早以前就想要朝 4K 發展。不過,現行的標準和技術還沒達到能夠透過單一 HDMI 線傳輸 4K60p 訊號的地步。因此,如果拿我們在以單一 HDMI 線進行已達到 1080/60p 訊號傳輸 Full-HD 畫面的情形相比,會發現對客戶而言,易用性其實會更差。想到這一點,我們就絕對要實現透過單一 HDMI 線傳輸 4K60p 訊號的能力,讓客戶拿到的是他們願意長久使用的產品。這就是開發 4K 電視的基本條件。

就 4K 技術而言,請談談你們團隊一直在努力提升的 「畫面流暢度」究竟有何重要性。還有,你們大家進行這個專案有多熱切?

Nio: l就電視進化而言,由於我們希望未來是在大螢幕上觀賞 4K 畫質的時代,所以我們所有人都想要讓畫面變得更流暢。我經常和孩子一起看動畫。在觀賞的過程中,我時常覺得大螢幕上的畫面要是可以再流暢一點就好了。當主流電視尺寸變成 37 到 40 吋時,我就開始有這種想法了。

Mori: 最頂級的 CRT 機種是 36 吋。過去看起來很流暢的畫面,在螢幕尺寸變大後就開始變得不那麼流暢了。

Nio: 現代人在生活中已經習慣看 40 吋的大螢幕電視。當你近距離看 4K 畫質的大螢幕時,畫面的流暢度會突然變得很重要。特別是對兒童來說,我們想要展現容易觀賞的流暢畫面,讓他們的眼睛不會太吃力。這就是我如此努力要讓畫面流暢的原因。

Mori: 我們雖然是工程師,但同時也是消費者,所以我們知道讓 4K 畫面保持高度流暢的重要性。因此,我們把目標設得很高,並列出需要達成的項目。

當時有沒有遇到什麼問題?

Morita: 我們的頭號開發目標是減少會影響畫質的光暈效果 (也就是移動物體周圍閃爍的雜訊)。這個問題之所以會出現,是因為 4K 螢幕的畫素密度無論是直向或橫向,皆為 2K 螢幕的兩倍。換句話說,它的畫質約為 2K 螢幕的四倍。另一方面,正常觀賞距離則和從前差不多,也就是 1.5 公尺左右。因此,當電視進行影格建立功能時,光暈效果之類的影像問題就會隨之出現,而且極為明顯。這個問題雖然也會發生在其他類型的電視上,但在 4K 電視中特別明顯。

Kiuchi: 電視在使用 4K 影格建立技術時,會偵測移動物體在畫面上的移動向量,然後建立新的影格。由於原始內容只有等同於 2K 的資料,所以即使偵測目標的大小一樣,建立的影格畫素還是會增加四倍。為了保持和 2K 影像一樣的效能,所建立的畫素與畫質處理資料全都會乘以 4。在這些情況下,我們必須徹底檢查過去發生問題時的畫面模式,以便研究如何減少光暈效果。尤其是在物體「出現」或「消失」的場景中,要偵測移動向量很困難,因此光暈效果就更容易發生。

無法偵測移動向量,一定讓你們覺得要建立影格來呈現流暢畫面是十分困難的事。

Nio: 沒錯。簡單來說,影格建立程序其實是在比較兩個輸入畫面影格來偵測移動向量,然後使用所得到的移動向量,在這兩個影格之間建立可讓物體移動效果更流暢的新影格。比方說,假設有個畫面是一個人走在一面牆前面。你可以比較這個人在這兩個影格中的位置來偵測移動向量。換句話說,你可以預測這個人在這兩格影格之間的移動方向。不過,這時候就有個特別困難的點。這個點就是要顯示這個人移動後,這面牆原本在第一個影格被遮住的區域。這個人將走到的牆面要逐漸被這個人的陰影遮住。反之,這個人將離開的牆面區域則要逐漸顯現。在比較這兩個影格中的這些部分時,由於每個影格都只顯示一個部分,所以要偵測移動向量很困難,這時光暈效果就很容易出現。雖然這面牆表面上看起來有一部分被這個人遮住,但人們知道牆是靜止不動的,所以很容易就能分辨(也就是說,我們可以輕易偵測出牆的移動向量是 0)。但這個動作對電視引擎來說其實很困難。提到這個只是要說明,人眼能做到的事真是很了不起。

我們團隊克服了困難,能夠進一步分析偵測到的移動向量,並準確找出被遮住和顯現的畫面位置。光暈效果的問題,於是就解決了。

Mori: 我們這幾年努力收集問題場景範例的辛勞,現在確實地獲得了回報。這是我們身為電視製造商的習慣。我們多年來致力於開發電視,每一年都努力改善產品,以提供最好的畫質給客戶。這已成為我們的優勢之一。

Kiuchi: 大家都體驗過 4K 影像的優美,所以開發時無不卯足心力。我們曾有機會觀賞「相當於 4K」的影像,那時是使用 4 個 32 吋螢幕、專業螢幕或其他配置。不過,當我們在 4K 面板原型上觀賞這些影像時,全都為出色的對比和細膩的畫質感到驚豔。連我們這種開發電視多年的工程師都感到驚豔,相信客戶一定更是如此。我們想讓越來越多觀看者驚豔的渴望就因此更強了。



在整體成像方面,你們有沒有什麼得特別努力克服的點?

Nio: 除了讓動畫中動作不自然的部分變得更流暢,我們也決心讓網路電影觀賞起來更順暢。除了動畫,我發現自己也看了不少熱門電視演員所演出的預告片。(笑聲)因為我能在 Panasonic VIERA 電視的大螢幕上觀賞,所以我覺得一定要讓畫面變得更流暢。我相信,只要你看過 Panasonic 4K 電視,一定會同意比起在 PC 螢幕上觀賞,畫面變得更優美、更流暢、更賞心悅目。

Kiuchi: 網路電影就好像影像寶庫。不過,一般使用者礙於所用的媒體與設備,拍出的影片畫質通常有限,而且影格速率通常不夠高。這並不是因為他們想要拍成這樣,而完全是因為設備本身限制的關係。電視絕對可以幫忙將畫面變得更流暢、更優美,來完整呈現影片原本想達到的效果。這就是我對 4K 影格建立技術的想法。

Morita: 我負責 4K 影格建立技術整體的操作計時與系統管理部分。我發現最後階段是最困難的部分。這項技術有太多參數,我們需要確定在每一個案例都適用。例如,這些參數包括輸入畫面影格(頻率、Hz)、解析度和顯示設定(處理強度:關閉/低/中/高)。參數的數量實在太多,多到超過試算表軟體所能應付的極限。我們遇到開發阻礙,必須將時間延長到原本規劃的 3 倍。但我們並沒有任何一絲後悔,而是每天早上都抱著決心去實驗室,堅決要打造讓自己永遠感到自豪的產品。

除了減少光暈效果,你們還達到哪些優勢?

Mori: LSI 設計完全是由我們自己內部處理 。因此,我們更容易利用多年來累積的知識,加入新技術與新機制(架構)、進行調整並達到最佳化。能夠自由做所有這些動作,是我們的優勢之一。另一方面,自己內部開發 LSI 是件艱辛的工作。LSI 一經產生,就不能修改了。要再重新產生,將需要耗費大量的時間與金錢,所以我們會為未來做鉅細靡遺的準備,很小心地產生 LSI。

Mori 先生您身為專案負責人,我想您大部分時間一定壓力都很大。

Mori: 你說得一點也沒錯。(笑聲)在設定目標後,我們試著緊盯時間表,但這真的不是個輕鬆的專案,有些地方需要花上很多時間。不過正因如此,我覺得我們的產品一定能滿足全球各地的觀眾,而我們也為能夠有所成就感到自豪。

為了打造具競爭力且吸引人的產品,目標一定要設得很高。而在開發工作開始進行後,還要堅守目標,不能妥協。在開發高畫質電視的過程中,如果影像處理 LSI 團隊妥協了,則下游開發團隊無論再怎麼努力,也無法讓產品回到原本想要的水準。最後做出的產品將會變得很平庸,而這對客戶是一種羞辱。身為負責人,我有時必須對團隊成員十分嚴厲,以實現我們原本要依特定時間表達到特定表現的承諾。但我覺得,這是身為負責人最重要的工作之一。

當然,我並不是唯一堅持「絕不妥協」原則的人。我們團隊每個成員都抱持這樣的態度。這就是我們能夠打造如此出色的產品並實現新 LSI 的原因。這個原則和我們能否完成這項產品有很直接的關係。

 

所以原來 4K Intelligent Frame Creation 技術之所以能實現,你們身為電視製造商多年來的經驗、工程師基於豐富經驗而具有的直覺,以及自己內部處理 LSI 的優勢都功不可沒。非常感謝你們今天接受採訪!
Mitsuhiro Mori

Mitsuhiro Mori
Manager/Team Leader

開發高品質影像處理演算法和 LSI 電路

Tomoko Morita

Tomoko Morita
首席工程師

管理影格控制,以利同步訊號產生和移動向量偵測/中介影格產生

Yutaka Nio

Yutaka Nio
首席工程師

使用最少影格,使過程流暢來改善影片解析度和影像內容

Shinya Kiuchi

Shinya Kiuchi
首席工程師

開發高品質影像處理演算法以及畫質調整

您想用 WT600 觀賞什麼樣的內容?

我希望大家可以試試在這款 4K 電視上觀賞自己最喜歡的電影。就我而言,這部電影是「永不妥協」,因為我是茱莉亞羅勃茲的影迷。(笑聲)我有幸能聆聽負責製作這部 DVD 的人敘述他們用來提高畫質的技術點。這使我在看這部電影時更覺得新鮮有趣。

我希望人們可以看看關於地球上大自然及其中植物與生物的紀錄片,體驗逼真的高畫質影像。網際網路上已有大量的高畫質 4K 影像,而電視台也將以 4K 畫質放送許多如世界盃和奧林匹克運動會等重要活動。樂趣才剛開始。

我猜我最喜歡的電影是日本動畫和電腦模擬恐龍動畫影片。透過 4K,你可以感受原始動態影像的氣氛,並觀賞逼真呈現的恐龍,加上他們身上閃閃發亮如盔甲般的鱗片等等。

我喜歡登山和潛水,所以特別愛看大自然的美麗風光。有了 4K 畫質的大螢幕,世界風景遊記影片也很值得一看。有什麼能比直接在家中客廳欣賞逼真的優美風光還要悠閒愜意的了?