مقیاس‌دهی و افزایش رزولوشن ویدئو‌ها چگونه انجام می‌شود؟

امروزه، تلویزیون‌ها و کامپیوترها تدر تغییر و بهبود کیفیت محتوای ویدئویی بسیار توانمند هستند. در بسیاری از تلویزیون‌ها، رزولوشن ویدئو با هدف بهبود کیفیت افزایش پیدا می‌کند که از عبارت Upscaling برای آن استفاده می‌شود. همین رویکرد با استفاده از نرم‌افزارهای متعدد کامپیوتری و بهره‌گیری از هوش مصنوعی هم ممکن خواهد بود. ابزارهای کنونی امکان می‌دهند ویدئوهایی با کیفیت DVD را دریافت کنید و آن‌ها را تا رزولوشن 4K و 8K و حتی بیشتر بهبود دهید. درادامه‌ی این مطلب زومیت، چگونگی انجام این فرایند را بررسی می‌کنیم.

کلمه‌ی Upscale به‌معنای بهبود ارزش یا کیفیت هر چیزی است. در دنیای کامپیوتر و ویدئو، از این عبارت برای شرح فرایند افزایش رزولوشن محتوا استفاده می‌شود؛ درنتیجه می‌توان ادعا کرد رزولوشن اصلی محتوای ویدئویی با آنچه ازطریق فرایندهای نرم‌افزاری ممکن می‌شود، تفاوت ذاتی دارد. به‌بیان‌ساده، وقتی ویدئویی 1080p را به 4K مقیاس‌دهی می‌کنید؛ یعنی با استفاده از ابزارهای سخت‌افزاری و نرم‌افزاری، درواقع محتوای ویدئویی را بزرگ‌تر کرده‌اید. قطعا تصویر حاصل شبیه به ویدئو 4K طبیعی نیست و احتمالا کیفیتی بهتر از فایل اصلی 720p یا 1080p خواهد داشت.

تولیدکننده‌‌های تلویزیون به‌ندرت اطلاعاتی از سخت‌افزار بهینه‌سازی ویدئو منتشر می‌کنند. البته صرف‌نظر از سخت‌افزار داخلی، در تلویزیون‌های پرچم‌دار کنونی باید همیشه انتظار بهینه‌سازی مناسب داشته باشید. اگر هم از تلویزیون‌های قدیمی 1080p یا 4K استفاده می‌کنید، بهتر است با ترکیب آن با پخش‌کننده‌ی UHD Blu-ray، سیگنال‌های ویدئویی را در آن دستگاه پردازش کنید که کیفیت بیشتری خواهد داشت. درنهایت، باید به این نکته اشاره کنیم بهینه‌سازی ویدئو به‌کمک سخت‌افزار تلویزیون، خروجی یکسان و در برخی مواقع بهتری از پردازنده‌ی گرافیکی خواهد داشت.

مقیاس‌دهی ویدئو چگونه انجام می‌شود؟

به بیان ساده، بخش مقیاس‌دهی در تلویزیون‌ها محتوای ورودی را با هر کیفیتی (480i و 720p و 1080p) دریافت می‌کند و آن را به‌نوعی به‌اندازه‌ی کل ابعاد نمایشگر می‌کشد. اگر چنین فرایندی رخ ندهد، ویدئو 1080p تنها بخشی از صفحه‌ی نمایشگر تلویزیون 4K را اشغال می‌کند. این مقیاس‌دهی ساده عموما با دریافت هر پیکسل فیلم 1080p و ایجاد چهار پیکسل خروجی از آن انجام می‌شود. فراموش نکنید ویدئو 4K چهاربرابر 1080p ابعاد دارد.

بسیاری از تلویزیون‌ها و پخش‌کننده‌های بلوری ساختاری پیچیده‌تر از مقیاس‌دهی ساده‌ی گفته‌شده دارند و تنها محتوا را چهاربرابر نمی‌کنند و با استفاده از روش‌های پردازش ویدئویی، جزئیاتی را استخراج می‌کنند که باید در صحنه نمایان باشند. چگونگی انجام این فرایند نیز وابستگی زیادی به محتوای ورودی دارد.

همان‌طورکه در تصویر بالا می‌بینید، محتوای 4K مقیاس‌دهی و بهینه‌سازی‌شده ظرافت‌های بیشتری از محتوای مقیاس‌دهی‌شده‌ی ساده دارد که در ستون دوم از سمت چپ قرار گرفته است. برای درک تفاوت محتوای 1080p و 4K اصلی تصویر اول از سمت چپ را با تصویر اول از سمت راست مقایسه کنید. همان‌طورکه می‌بینید، محتوای 4K بومی رنگ‌های متفاوت و بیشتری از تصویر 1080p در R1C2 و R1C3 و R8C8 به‌نمایش می‌گذارد.

با افزایش قدرت پردازشی تلویزیون‌ها، کیفیت و پیچیدگی ابزارهای مقیاس‌دهی داخلی آن‌ها نیز بهبود یافته است. برخی از جدیدترین و حرفه‌ای‌ترین نمونه‌های موجود در بازار، الگوریتم‌های شارپ‌کردن حرفه‌ای دارند که جلوه‌ی مات ایجادشده براثر مقیاس‌دهی اولیه به محتوا را از بین می‌برند. درنهایت، محتوای خروجی آن‌‌ها حتی کیفیتی نزدیک به محتوای 4K بومی پیدا می‌کند.

تصویر ارتقا داده شده از 1080P به 4K (برای نمایش در ابعاد اصلی کلیک کنید)

برای درک تفاوت تصاویر مقیاس‌دهی‌شده با تصویر اصلی، به دقت زیادی نیاز دارید. تصویر بالا محتوای 1080p را نشان می‌دهد که با مقیاس‌دهی به 4K تبدیل شده است و تصویر پایین همان محتوا را در حالت 1080p بومی نشان می‌دهد. برای درک تفاوت، به مرکز تصویر خیره شوید. خانه‌ای با سقف قهوه‌ای را در نظر بگیرید که در مرکز تصویر قرار دارد. با بزرگ‌نمایی تصویر متوجه جزئیات بیشتر در تصویر 4K می‌شوید. درواقع، جزئیات در این محتوا آن‌چنان مشهود هستند که تفاوت عمده بین مقیاس‌دهی و محتوای اصلی 1080p را به‌وضوح نشان می‌دهند.

تصویر 1080P اولیه (برای نمایش در ابعاد اصلی کلیک کنید)

اگر به بهبود کیفیت تصاویر با مقیاس‌دهی سخت‌افزاری در تلویزیون تمایل دارید، اولین و ساده‌ترین راهکار خرید تلویزیون جدید 4K خواهد بود. پیش‌بینی بهبود کیفیتی که با تلویزیون جدید تجربه می‌کنید، آسان نیست و به دستگاه کنونی شما و خرید جدید وابستگی زیادی خواهد داشت. هرچه دستگاه کنونی قدیمی‌تر باشد، با خرید دستگاه جدید کیفیت بیشتری تجربه می‌کنید. البته سهم عمده‌‌‌ای از افزایش کیفیت، ارتباطی به چگونگی مدیریت و پردازش محتوای با رزولوشن کمتر از 4K در تلویزیون شما ندارد.

همان‌طورکه گفته شد، برای مقیاس‌دهی رزولوشن ویدئو می‌توان از دستگاه‌های پخش‌کننده‌ی بلوری هم استفاده کرد. اگر بخش پردازش و مقیاس‌دهی محتوا را به این دستگاه‌ها محول کنید، با تلویزیون قدیمی هم تجربه‌ی بهتری از تماشای محتوای ویدئویی خواهید داشت. در برخی مواقع، پخش‌کننده‌ی بلوری 4K جدید‌ کیفیتی به‌مراتب بهتر از تلویزیون 4K قدیمی دارد. درنهایت، برای بهبود کیفیت محتوای خانگی پیشنهاد می‌شود دستگاه‌ پخش‌کننده‌ی DVD خود را به بلوری تغییر دهید که هزینه‌ی کمتری هم در پی دارد. اگر بازهم کیفیت حاصل را دوست نداشتید، راهکارهای جایگزین دیگری برای مقیاس‌دهی محتوا دردسترس قرار دارند.

پردازش آنی مبتنی بر هوش مصنوعی

انویدیا در ست‌تاپ باکس شیلد ادعای مقیاس‌دهی عالی به محتوای ویدئو دارد. اگر به دستگاه‌های این شرکت دسترسی ندارید، می‌‌توانید از این لینک پیش‌نمایشی از تأثیر مقیاس‌دهی در تلویزیون مشاهده کنید. تصویر زیر هم از همان بخش دریافت شده است که در سمت چپ، مقیاس‌دهی مرسوم و در سمت راست، مقیاس‌دهی در انویدیا شیلد را نشان می‌دهد.

مقیاس‌دهی ویدئو با استفاده از نرم‌افزار

برای مقیا‌س‌دهی به محتوای ویدئویی، ابزارهای نرم‌افزاری نیز در ترکیب با ابزارهای سخت‌افزاری خروجی‌های مقبولی دارند. از میان ابزارهای نرم‌افزاری می‌توان به Topaz Video Enhance AI اشاره کرد که به‌نام TVEAI هم شناخته می‌شود. بررسی‌های اولیه نشان می‌دهد نرم‌افزار مذکور در مقیاس‌دهی و بهبود کیفیت ویدئوها بسیار قدرتمند هستند. البته TVEAI محدودیت‌هایی هم دارد که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به محدودبودن به پردازنده‌های اینتل و انویدیا اشاره کرد. فراموش نکنید نرم‌افزار برای بهبود کیفیت ورودی‌ها از شتاب‌دهی پردازشی مبتنی‌بر پردازنده‌ی گرافیکی استفاده می‌کند؛ البته پردازش مبتنی‌بر پردازنده‌ اصلی هم در آن ممکن خواهد بود؛ اما سرعت بسیار کُندی دارد.

یکی از راه‌های مرسوم برای آموزش اپلیکیشن‌های بهینه‌سازی ویدئو مانند TVEAI این است که عکس یا ویدئو مدنظر را در دو محتوای با کیفیت کم و زیاد به شبکه‌ی عصبی آن‌ها ارائه کنید. سپس شبکه‌ی عصبی تلاش می‌کند راهی برای نمایش محتوای با کیفیت کمتر با ظاهری نزدیک به محتوای با کیفیت زیادتر پیدا کند. اکنون به‌جای انجام فرایند دشوار و تلاش برای نشان‌دادن شکل‌و‌شمایل خطوط و منحنی‌ها با مثال‌های متعدد به کامپیوتر، روش‌های بهینه‌سازی پیشرفت کرده‌اند و کامپیوتر توانایی آموزش‌دادن به خود را پیدا کرده است. به‌همین‌دلیل، امروز می‌توان ادعا کرد بهینه‌سازی ویدئو از مفهومی مضحک و غیرممکن به مفهومی دست‌یافتنی تبدیل شده است.

اپلیکیشن‌هایی همچون TVEAI با قیمت چندصددلاری دراختیار کاربران قرار می‌گیرند و بهینه‌سازی را آنی انجام نمی‌دهند. همچنین، ابزارهای سخت‌افزاری مانند کارت گرافیک RTX 2080 که باید با نرم‌افزار ترکیب شوند، توانایی مقیاس‌دهی ویدئو ۶۴۰ در ۴۸۰ به ۲۵۶۰ در ۱۹۲۰ را با سرعت ۹۰ تا ۱۱۰ فریم در دقیقه دارند. نتیجه‌ی نهایی قطعا از هر تصویر دیده‌شده در هر منبع دیگر بهتر خواهد بود.

با معرفی نسل بعدی پردازنده‌های گرافیکی اینتل و انویدیا و AMD، قطعا شاهد بهبود کیفیت مقیاس‌دهی ویدئویی خواهیم بود. در همین روند، بهینه‌سازی رزولوشن ویدئوها با بهره‌گیری از هوش مصنوعی به روندی مرسوم تبدیل خواهد شد. به‌هرحال، اکنون محتوای ویدئویی قدیمی با رزولوشن کم در حجم زیادی دراختیار کاربران و سازمان‌ها قرار دارد. پیدایش ابزاری که بتواند کیفیت این محتوا را بهبود دهد، قطعا برای همه مفید خواهد بود. درنتیجه، می‌توان پیش‌بینی کرد شرکت‌ها در تمامی حوزه‌های سخت‌‌افزاری و نرم‌افزاری برای توسعه‌ی ابزارهای بهینه تلاش‌های خود را افزایش دهند.