Upscale TV là gì? Và nó hoạt động như thế nào?

Khi TV 4K thay thế TV HD trong ngôi nhà của bạn, các nhà sản xuất tiết lộ một số thuật ngữ thú vị như "Ultra HD upscaling". Nhưng upscale không phải là tính năng độc đáo, nó chỉ cho phép TV 4K hoạt động với định dạng video độ phân giải thấp hơn như 1080p và 720p.

• Cách sử dụng TV 4K làm màn hình máy tính
• Những trình duyệt tốt nhất cho Android TV
• 5 cách giúp kéo dài tuổi thọ tivi

Tất cả các TV đều có thể upscale

Upscale khiến nội dung độ phân giải thấp có thể lấp đầy toàn bộ màn hình TV. Nếu không có nó, một video độ phân giải thấp sẽ chỉ chiếm ít hơn một nửa không gian màn hình. Đây là một tính năng điển hình trên tất cả các TV. Thậm chí ngay cả TV 1080p cũng có, chúng có thể upscale nội dung 720p và hiển thị nó trong chế độ toàn màn hình trên màn hình 1080p.

Upscale UHD sẽ khiến TV 4K hoạt động như bất cứ TV nào khác. Nó có thể hiển thị nội dung độ phân giải thấp hơn trên toàn bộ màn hình 4K.

Upscale nội dung 1080p trên màn hình 4K trông tốt hơn khi chiếu nội dung 1080p trên màn hình 1080p bình thường. Tuy nhiên upscale không phải là "phép thuật", bạn không thể có được hình ảnh sắc nét như nội dung 4K thực sự.

So sánh độ phân vật lý và độ phân giải quang học

Trước khi đi vào tìm hiểu kỹ hơn về upscale, chúng ta cần hiểu khái niệm độ phân giải ảnh. Hình ảnh hoặc video với độ phân giải cao sẽ trông đẹp hơn hình ảnh hoặc video có độ phân giải thấp hơn.

Tuy nhiên, chúng ta thường quên một số yếu tố quan trọng chủ yếu là sự khác biệt giữa độ phân giải vật lý và độ phân giải quang học. Những yếu tố này hoạt động với nhau để tạo một hình ảnh tốt và chúng là cơ sở để hiểu upscale.

• Độ phân giải vật lý: Trên một bảng thông số kỹ thuật của TV, độ phân giải vật lý được gọi đơn giản là độ phân giải. Đây là số lượng pixel trên màn hình. TV 4K có nhiều pixel hơn TV 1080p và hình ảnh 4K có kích thước gấp 4 lần hình ảnh 1080p. Tất cả màn hình 4K, không quan tâm đến kích thước của chúng, đều chứa số pixel giống nhau. Mặc dù TV có độ phân giải vật lý cao có thể sử dụng thêm pixel để cung cấp thêm chi tiết nhưng không phải lúc nào chúng cũng hoạt động như vậy.
• Độ phân giải quang học: Đây là lý do tại sao ảnh máy ảnh cũ dùng một lần trông đẹp hơn ảnh máy ảnh kỹ thuật số. Khi một bức ảnh trông sắc nét và có dải tần nhạy sáng rộng (dynamic range), nó sẽ có độ phân giải quang học cao. Đôi khi các TV "phung phí" độ phân giải vật lý cao của nó khi hiển thị video với độ phân giải quang học thấp. Điều này khiến hình ảnh mờ và độ tương phản không rõ.
• Mật độ pixel: Là số pixel trên mỗi inch trên màn hình. Tất cả các màn hình 4K chứa cùng một lượng pixel, nhưng trên màn hình 4K nhỏ hơn, các pixel gần nhau hơn, do đó chúng có mật độ cao hơn. Chẳng hạn, một chiếc iPhone 4K có mật độ pixel cao hơn TV 4K 70 inch. Kích thước màn hình không giống với độ phân giải vật lý và mật độ pixel. Mật độ pixel của màn hình không xác định độ phân giải vật lý của nó.

Bây giờ tất cả chúng ta đều đã thấy được sự khác biệt giữa độ phân giải vật lý và quang học, đã đến lúc tìm hiểu quá trình thực hiện upscale TV.

Upscale khiến hình ảnh lớn hơn

Mọi TV đều chứa một mớ thuật toán nội suy, được sử dụng để upscale hình ảnh độ phân giải thấp. Những thuật toán này thêm pixel vào một ảnh để tăng độ phân giải của chúng. Nhưng tại sao bạn cần tăng độ phân giải hình ảnh?

Một điều cần nhớ là độ phân giải vật lý được xác định bằng số pixel trên màn hình. Nó không liên quan đến kích thước thực tế của TV. Một màn hình TV 1080p bao gồm 2,073,600 pixel trong khi màn hình 4K có 8,294,400 pixel. Nếu bạn hiển thị video 1080p trên TV 4K mà không thực hiện upscale, video đó sẽ chỉ chiếm một phần tư màn hình.

Đối với hình ảnh 1080p để vừa với màn hình 4K, nó cần đạt 6 triệu pixel thông qua quá trình upscale (tại thời điểm này, nó sẽ trở thành hình ảnh 4K). Tuy nhiên, việc upscale phụ thuộc vào quá trình được gọi là nội suy.

Upscale làm giảm độ phân giải quang học

Có một số cách để nội suy một hình ảnh. Cách cơ bản nhất được gọi là nội suy các pixel gần nhất (Nearest Neighbor Interpolation). Để thực hiện quá trình này, thuật toán sẽ thêm một lưới pixel trống vào hình ảnh và sau đó đoán giá trị màu của mỗi pixel trống đó bằng cách nhìn vào bốn pixel lân cận.

Ví dụ, một pixel trống được bao quanh bởi các pixel trắng sẽ biến thành trắng, trong khi một pixel trống được bao quanh bởi các pixel trắng và xanh lam nó sẽ thành xanh nhạt. Đây là một quá trình đơn giản nhưng để lại rất nhiều dấu vết kỹ thuật số mờ và gồ ghề trong hình ảnh. Nói một cách dễ hiểu hơn là hình ảnh được nội suy có độ phân giải quang học kém.

Trái: Hình ảnh chưa được chỉnh sửa. Phải: Hình ảnh sau khi sử dụng phương pháp nội suy các pixel gần nhất.

So sánh hai hình ảnh trên: một chưa chỉnh sửa ở bên trái và một ở bên phải là nạn nhân của quá trình nội suy các pixel gần nhất. Hình ảnh ở bên phải trông không rõ nét mặc dù nó có độ phân giải vật lý tương tự như bên trái. Điều này xảy ra khi TV 4K sử dụng phương pháp nội suy các pixel gần nhất để upscale hình ảnh.

Nhiều người sẽ thắc mắc tại sao TV 4K của họ không xảy ra hiện tượng này? Vâng, câu trả lời là vì TV 4K không chỉ sử dụng nguyên phương pháp này mà nó còn kết hợp với các phương pháp nội suy khác để upscale hình ảnh.

Upscale giải quyết vấn đề độ phân giải quang học

Phương pháp nội suy các pixel gần nhất là phương pháp mạnh mẽ để tăng độ phân giải hình ảnh mà không tính đến độ phân giải quang học. Đó là lý do tại sao TV sử dụng hai hình thức nội suy khác cùng với phép nội suy pixel gần nhất. Đó là nội suy song khối (bicubic interpolation) và nội suy song tuyến tính (bilinear interpolation).

Trái: Một ví dụ về phép nội suy song tuyến tính. Phải: Một ví dụ về phép nội suy song khối.

Với phương pháp nội suy song khối, mỗi pixel được thêm vào hình ảnh sẽ nhìn vào 16 pixel lân cận để lấy màu. Điều này khiến hình ảnh trông mềm mại hơn. Mặt khác, phép nội suy song tuyến tính chỉ nhìn vào hai pixel gần nó nhất và tạo ra một hình ảnh sắc nét. Bằng cách kết hợp các phương pháp này và áp dụng một số bộ lọc cho chế độ tương phản và màu sắc, TV của bạn có thể tạo ra hình ảnh không làm giảm chất lượng quang học hoặc có nhưng không đáng kể.

Tuy nhiên, ngay cả việc sử dụng phép nội suy thích hợp, một số video có thể thêm “bóng ma” sau khi được upscale đặc biệt nếu TV giá rẻ của bạn bị treo khi upscale. Những chi tiết thừa cũng trở nên rõ hơn khi hình ảnh chất lượng siêu thấp (dưới 720p) được upscale lên độ phân giải 4K hoặc hình ảnh được upscale trên TV cực lớn với mật độ điểm ảnh thấp.

Mặc dù các TV đều cung cấp tính năng upscale, nhưng việc sử dụng các thuật toán khác nhau dẫn đến chất lượng hình ảnh cũng khác nhau.