Дума о телевидении высокой яркости, ч.2

Перед продолжением посетившей меня в предыдущем посте думы напомню, что красной нитью через нее проходит попытка постичь смысл заявлений пропагандистов телевидения высокой яркости (ТВЯ), в которых увеличение яркости изображения преподносится в качестве средства расширения его цветовой палитры.

Мы остановились на рассмотрении парадоксальной способности дисплеев отображать фиолетовый, несмотря на то, что этот цвет холоднее наихолоднейших (синих) субпикселей, из которых они, дисплеи, составлены.

Начнем с того, что парадокс строится в подмене использованных в его формулировке понятий. В действительности телевизоры не могут отображать фиолетовый; вместо него они отображают пурпурный, который мы принимаем за фиолетовый в силу особенностей нашего зрения. Можно сказать, что в отношении холодных пурпуров и фиолетового люди с нормальным зрением являются дальтониками, -- что, впрочем, нисколько не портит нам жизни, как не портило оно ее нашим предкам (то ли времени, то ли коварства недостало матери-природе чтобы породить пурпурных саблезубых тигров, устраивающих засады в фиолетовой листве), и потому, выражаясь айтишным арго, данная офтальмологическая фича -- не баг.

Аналогичным образом мы не страдаем от неумения с первого взгляда отличать белых людей от негров-альбиносов: последние представляют собой такую редкостную экзотику, что порождаемые этим неумением конфузные ситуации никогда в наших судьбах не складываются. В рамках этой метафоры белым людям соответствует фиолетовый цвет, встречающийся в природе повсеместно (например, в радуге), а неграм-альбиносам -- пурпурный. Экзотичность пурпурного обусловлена прихотливостью АЧХ, роднящей его с аккордами из самых низких и самых высоких нот: эта двугорбая форма, характеризующаяся глубоким провалом в центральной части видимого диапазона, в природе встречается редко (не приходится удивляться, что лиловый пурпур считался изысканным королевским цветом).

Офтальмологический же аспект разбираемого феномена состоит в следующем: чистый спектральный фиолетовый (как видно из диаграмм чувствительности L-, M- и S- колбочек) сильно стимулирует родственные ему "синие", и слабо -- "зеленые" и "красные" колбочки. Столкнувшись с таким сочетанием стимулов, зрительный тракт отсекает сигнал от зеленых колбочек и регистрирует только синий и красный (сходным образом ведет себя и ПО ЦФК).

Понимание косвенности родства фиолетового и пурпурного, возможно, заставит вас пересмотреть отношение к многочисленным симметричным круговым цветовым системам вроде гётевской. Несмотря на изящность своей закругленности, эти системы заслуживают скепсиса. Фиолетовый используется в них как условная перемычка меж противоположностями, которые-де всегда сходятся, но физических оснований в эти рассуждениях содержится не больше, нежели в Уроборосе -- герпентологических. Здесь есть повод задуматься и о мудрости языка, намекающего идиомой "мне фиолетово" на нашу способность игнорировать различия меж объективно различными стимулами в случаях, когда эти различия не имеют практической значимости.

Вернемся к ТВЯ-палитре. Для ее соотнесения с палитрой конвенциональных телевизоров придется вспомнить об RGB-треугольнике, исчерпывающем множество цветов, подлежащих  отображению на телеэкране.

Как объяснить прямоту его ребер? Она отражает прямоту зависимости координат точек пространства LMS от интенсивностей, с которой соответствующие им цвета, по определению данного пространства, стимулируют "красные", "синие" и "зеленые" колбочки. Смешение цветов (l₁,m₁,s₁) и (l₂,m₂,s₂) в равных пропорциях дает (l₁/2+l₂/2,m₁/2+m₂/2,s₁/2+s₂/2), соответствующий точке, лежащей посередине отрезка [(l₁,m₁,s₁), (l₂,m₂,s₂)], так что те телевизионные цвета, которые принято называть желтым, малиновым и циановым, позиционируются в основаниях медиан RGB-треугольника, а белый -- в его центроиде.

Как объяснить расположение его вершин? Разве не удалось бы максимизировать площадь треугольника, охватив как можно больше тех цветов, что дозволено нам видеть природой, за счет размещения его вершин на дуге спектральной чистоты? Теоретический ответ положителен, ибо нет принципиальных препятствий для создания телевизора, устроенного на манер ЭЛТ, вместо трех электронных пушек оснащенного тремя лазерными, испускающими на проекционный экран спектрально чистые красный, синий и зеленые лучи. Возможно, для демонстрации такого телевизора пришлось бы готовить особый контент, т.к. прямолинейная попытка растягивания обычного RGB-треугольника насытила бы цвета изображения до химической едкости. Отрицательность же практического ответа обусловлена ограничениями, налагаемыми существующими технологиями получения основных цветов. Спектры свечения материалов, применяемых в ЭЛТ, не чисты, и потому вместо красного приходится использовать красноватый, вместо зеленого -- зеленоватый а вместо синего -- синеватый. Свет задней подсветки современных ЖК-телевизоров бел. Основные цвета (красный, к примеру) из него приходится получать с помощью светофильтра, подавляющего ненужные нам (не красные) частоты. При этом яркость отфильтрованного потока оказывается обратно пропорциональной ширине полосы пропускания фильтра. Иными словами, чем чище цвет на выходе, -- тем он тусклее. Сторонникам волновой и корпускулярной теорий света скажу: как из белого шума не извлечь в точности 700-герцовой синусоиды, так и из белого света не извлечь в точности 700-нанометрового излучения; как на белом свете не сыскать в точности 1.70-метрового человека, так и потоке фотонов разной длины не найти в точности 700-нанометрового. По этим-то обстоятельствам цветовые фильтры ЖК-матрицы и характеризуются изрядной полосой пропускания, о ширине которой можно судить по тому, насколько отстоят вершины RGB-треугольника от дуги спектральной чистоты (в действительности дело обстоит несколько сложнее, ибо характеристическая кривая фильтра имеет не П-, а колоколообразную форму, но характера затруднений, побудивших разработчиков ТВ отказаться от использования спектрально чистых цветов в качестве основных, это не меняет).

В свете этих рассуждений способ расширения палитры напрашивается сам собой: сузив полосы пропускания светофильтров ЖК-матрицы во сто крат и во столько же усилив заднюю подсветку (для компенсации потускнения), вершины RGB-треугольника можно приблизить к дуге спектральной чистоты. Разработчики DV, очевидно, расширили палитру другим путем. Каким? Мы увидим его, покинув пределы LMS-плоскости и вернувшись к LMS-пространству, описывающему многообразие доступных нам цветовых ощущений в бескомпромиссной полноте. LMS-куб содержит цвета всех мыслимых оттенков и яркостей. Впрочем, один компромисс мы, все же, сделаем: станем рассматривать не весь LMS-куб, а только ту его часть, что прилегает к началу координат. Противоположную LMS-часть куба, -- прилегающую к полюсу нестерпимой яркости (T, T, T), -- мы проигнорируем по причине заведомой незаинтересованности производителей телевизоров в выжигании пользовательской сетчатки.

Иными словами, вместо LMS-куба мы станем обсуждать LMS-пирамиду с треугольным основанием.

В нее, как в матрешку, вставлен конус, опирающийся на подковообразную дугу спектральной чистоты, внутренняя область коего исчерпывает доступные восприятию цвета.

В конус, в свою очередь, вставлен RGB-куб, который в LMS-пространстве растягивается вдоль диагонали, проходящей через начало координат.
Размеры этого деформированного куба определяются яркостью подсветки.

Таким образом, трехмерные множества точек, занимаемые в LMS-пространстве палитрами обычного ТВ и ТВЯ, суть маленький и большой деформированные RGB-кубы.

RGB-треугольник, который вы привыкли видеть вписанным в подковообразную диаграмму, есть сечение деформированного RGB-куба плоскостью цветов равной яркости.
По мере повышения яркости цветов (сопровождающегося отдалением этой плоскости от начала координат), треугольник, как показано ниже, превращается в определенный момент времени в шестиугольник, некоторое время спустя -- в обращенный треугольник, вырождающийся, в конце концов, в точку.

Превращение RGB-треугольника в шестиугольник -- момент, знаменующий начало сокращения цветовой палитры дисплея.
Момент схлопывания в точку отвечает самому яркому из отобразимых данным ТВ цветов. Это - белый, порождаемый включением всех субпикселей на полную мощность.

Черный на данной условной стереометрической схеме замещает цвета, которые невозможно на дисплее отобразить (область вне деформированного RGB-куба), и/или без избирательной стимуляции колбочек увидеть (область вне конуса с подковообразным сечением).

Масштаб, в котором изображаемся сечение, меняется для сохранения размеров подковообразной диаграммы в неизменности (это позволяет нагляднее представлять текущее соотношение площадей RGB-треугольника и подковообразной диаграммы, являющееся естественным мерилом охвата цветовой палитры).

Напомню, что схема эта во многих аспектах упрощена.
Например, изображенная здесь подкова симметрична, ибо вместо XYZ-пространства (использованного в классической схеме CIE-1931) мы рассматриваем пространство LMS и исходим, к тому же, из предположения о том, что колоколообразные диаграммы чувствительности колбочек одинаковы, имеют правильную форму и равноотстоят друг от друга по абсциссе. Несмотря на все эти упрощения схема хорошо позволяет уяснить достигаемый в ТВЯ характер расширения палитры.

Итак, чем ярче изображение, тем большими оказываются выгоды ТВЯ в том, что касается цветопередачи.
При неярких же изображениях сечения деформированных RGB-кубов совпадают. Поэтому здесь у ТВЯ перед обычными телевизорами выгод нет вовсе.
Важно понимать однако, что выгоды ТВЯ в том, что касается цветопередачи, начинаются еще до исчерпания пределов яркости, достижимых для обычных телевизоров. К примеру, яркий блик на корпусе ярко-красного лондонского двухэтажного автобуса может потребовать от обычного ТВ использования максимально яркого цвета, а именно, -- белого с яркостью в 768 условных единиц (256, 256, 256) . ТВЯ может сделать это блик не более ярким, но более насыщенным и реалистичным (768, 0, 0). Оригинальная желтизна ярких искр металла, запечатленных при съемке электросварочного процесса, может воспроизведена на ТВЯ как (384, 384, 0). Обычный ТВ способен изобразить искры той же яркости, но они, опять-таки, будут белыми, а не желтыми.
Важно понимать, также, что в данном контексте понятие "неяркие изображения" неэквивалентно понятию "изображение, формируемое на экране с приглушенной яркостью".

Таким образом, даже если вы -- противник излишней яркости, привыкший выставлять ползунок соответствующего регулятора на минимальное значение, то использование ТВЯ, теоретически, может приблизить демонстрируемое изображение к реальности за счет расширения его цветовой палитры.

Более того, обновление бортового ПО обычного современного телевизора, имеющее целью сообщение ему совместимости с ТВЯ-контентом, может расширить его цветовую палитру.
Поясню это заявление следующим примером: представьте, что перед вами лоснящийся на солнце бок автобуса с ослепительно красным фрагментом в центре. Создатели ТСЯ-контента приносят красноту в жертву ослепительности и кодируют блик белым (255, 255, 255). Создатели же ТВЯ-контента вольны информировать DV-совместимвый ТСЯ о натуральном цвете блика (напр., 768, 0, 0). В том случае, если пользователь установил ползунок регулятора яркости на 100%, этот цвет будет трансформирован бортовым ПО в белый "на лету". Ползунок же яркости моего ТВ установлен на 30%. Принимая в рассмотрение это обстоятельство, ПО превратит его в (255, 0, 0). Не могу, впрочем, поручиться, что текущая версия DV на такие кульбиты рассчитана.

С другой стороны, я не уверен, что цвету рефлексов и искр стоит придавать большое значение, -- ведь понимание языка телеизображений -- сложный культурный навык, предполагающий наличие большой гибкости воображения, необходимой для примирения со множеством условностей, на фоне чьей контринтуитивности вопрос о цвете искр совершенно теряется: можно ли всерьез относиться к рассуждениям о цвете бликов на корпусе пресловутого даблдекера, исходящим из уст зрителя, ничего не имеющего против его, даблдекера, уплощения и 20-кратного уменьшения? Имхо, они подобны сетованиям едока на несмазанность коленвала, подсунутого ему вместо шашлыка. Не говоря уже о том, что, по свидетельству моего киноманского опыта, если фильм хорош, то уже через пять минут его просмотра вопрос о том, цветен он или чернобел, утрачивает актуальность, а если плох, то нечего его, я считаю, смотреть ни в цветном ни в черно-белом виде...
 
Вообщем, недоволен я ни ТВЯ, ни самим собою, -- за то, что причины своего недовольства не могу с достаточной убедительностью сформулировать. Ведь в конечном счете, ситуация выглядит так: приложили разработчики массу усилий для создания устройства, способного при случае отобразить для моего удовольствия сверх обычного яркую и цветастую картинку, а я, вместо того, чтобы их старания одобрить, ворочу нос и брюзгливые аналогии с аэромобилизацией приплетаю. Возможно, отчасти это противоречие объясняется моей неспособностью удержаться от непроизвольного перенесения чувства недовольства, питаемого в отношении авторов технологии на саму технологию. Авторами же я, конечно, недоволен за то, что они позволили себе руководствоваться мотивами, в которых угадывается обидная недооценка силы нашего зрительского воображения. Не то, чтобы я своим воображением особо гордился... впрочем, дальнейшее погружение в интроверсию за рамки тематики КО, каковы бы они ни были.

В завершение воспользуюсь случаем, чтобы обратиться к производителям ТВ. Отчего бы вам не наладить выпуск черно-белых ЖК-ТВ? Потребляя в несколько раз меньше энергии (за счет отсутствия светофильтров и межсубпиксельных перемычек), они снискали бы одобрение "зеленых" всего мира. Отображая теплый ламповый белый цвет более естественного спектра, они позволили бы киноманам проникнуться иллюзией пребывания в старом добром аналоговом кинотеатре. Черно-белость несовместна с современными высокими технологиями, скажете вы? А вот и нет, -- и черно-белая камера Leica Monochrom, вызывающая вожделение большинства знакомых мне фотолюбителей, тому порукой.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365