100Hz e algoritmi di motion compensation

[lorenzo82]

Edito questo primo post per aggiornare, dopo lunghi sproloqui e dibattiti, la situazione riguardo alle attuali tecnologie di compensazione del moto.

I 100Hz/200Hz...ecc sono un'espressione, abbastanza infelice ma sicuramente efficace scelte di marketing, atta a far percepire con maggiore vigore quello che una specifica tv, provvista di tale filtro, riesce a dare in più rispetto ad una normale tv 50/60Hz.
Quel qualcosa in più è la riduzione del blur/aumento di dettaglio percepito su scene dinamiche (linee risolte che, ad esempio, su un fullhd passano da 1080 a circa 300 in assenza di sistemi di compensazione del moto).
I sistemi al momento conosciuti sugli lcd per l'aumento di motion resolution sono l'interpolazione, il black frame insertion, il backlight scanning e il backlight blinking.
Qualsiasi metodo, o somma di essi, venga usato si avrà comunque la dicitura 100/200Hz sulla tv che sta ad indicare non l'interpolazione dei frame nello specifico ma un aumento più o meno marcato della risoluzione percepita su scene dinamiche e quindi, in base al metodo utilizzato, una più o meno marcata alterazione di fluidità rispetto all'originale cadenza filmica dei canonici 24 frame per secondo...
I sistemi sopra elencati possono essere implementati sia in presenza di retroilluminazione led sia nei tradizionali lcd a lampada fluorescente ad eccezione del backlight blinking che permette l'implementazione solo su tv con retroilluminazione led mentre l'interpolazione viene adottata anche nei plasma.

Una rapida descrizione dei vari sistemi:

Scanning Backlight
Viene modulata la retroilluminazione, sui led, in modo da visualizzare parte dei fotogrammi a fasce orizzontali in maniera progressiva dall'alto verso il basso...mentre sui ccfl viene suddiviso il frame in più scansioni con parte del fotogramma nero sempre in progressione dall'alto verso il basso a simulare la scansione dei crt.
-Su ccfl lampade sempre accese e visualizzazione della sola porzione d'immagine interessata.
-Su led retroilluminazione spenta in corrispondenza della parte nera e visualizzazione della sola porzione d'immagine interessata.
Non altera la fluidità originale della sorgente.

Black Frame Insertion
Vengono inseriti fotogrammi neri alternati con cadenza regolare.
-Su ccfl viene aggiunta una scansione con cristalli orientati a ostruzione della luce (frame nero) e retroilluminazione sempre attiva.
-Su led viene aggiunta una scansione con retroilluminazione totalmente spenta.
Non altera la fluidità originale della sorgente.

Blinking Backlight
Come per il Black Frame Insertion vengono inseriti fotogrammi neri alternati con cadenza regolare.
-Su ccfl viene aggiunta una scansione con cristalli orientati a ostruzione della luce (frame nero) e retroilluminazione sempre attiva.
-Su led viene aggiunta una scansione con retroilluminazione totalmente spenta.
Non altera la fluidità originale della sorgente.

Frame Interpolation
Vengono creati uno o più fotogrammi intermedi tra due frame consecutivi sulla base di calcoli di movimento in 4/8 direzioni (a seconda della complessità degli algoritmi adottati) riducendo il blur e aumentando la fluidità originale.
Ogni casa adotta algoritmi di diversa natura dei quali è difficile conoscere dati più specifici...per questo possono portare a risultati spesso molto differenti in termini di efficienza.
Può alterare in modo più o meno pesante, a seconda dell'algoritmo utilizzato, la fluidità originale della sorgente.

Lo scopo di queste implementazioni è quello di diminuire il blur sul movimento e quindi aumentare le linee risolte nelle scene dinamiche e viene perseguito tramite la riduzione del tempo di permanenza a schermo dei singoli frame, fattore che, insieme al fenomeno di persistenza sulla retina dell'occhio, porta alla sovrapposizione temporanea della persistenza del frame precedente con l'avvento del frame successivo causando appunto perdita di nitidezza direttamente proporzionale all'aumentare di movimento nel filmato in visione...

Ringrazio Onslaught per il prezioso supporto tecnico

__________

Riallacciandomi alla discussione sul sub field drive (ormai, la notte prima di addormentarmi, invece di contare le pecore conto i sub field ) volevo aprirne una sui metodi utilizzati, invece, sulle tv LCD per compensare la perdita di definizione sul movimento veloce...

Se, come si diceva di là, la frequenza effettiva a schermo di una tv con algoritmo di motion compensation (chiamato genericamente 100Hz) attivo NON è di 100 fotogrammi per secondo...allora, per ipotesi, con una sorgente di 60Hz e filtro tipo motion flow sony attivo quanti fotogrammi visualizzerà la televisione in quel momento?
Lorenzo.

[lorenzo82]

Nessuno che sappia darmi una risposta?
Lorenzo.

[Onslaught]

Comincerei parlando un po' in generale di interpolazione dei frame (premetto che il conteggio dei frame applicato ai circuiti 100 e 200Hz in generale è impossibile: ogni circuito funziona in modo diverso ed ha generalmente varie impostazioni).
Anzitutto partirei dicendo che il funzionamento dei vari circuiti 100Hz e simili dipende in gran parte dalla qualità dell'elettronica impiegata: i primi esemplari montavano chip non molto potenti, tanto è vero che molte tv non erano nemmeno in grado di applicare il motion compensation a segnali hd, potevano funzionare solo con segnali sd (per l'ovvio motivo che il peso computazionale è nettamente inferiore), inoltre, ai fini di interpolare i frame, veniva generalmente analizzato solo il moto su uno degli assi, invece che su entrambi, come fanno praticamente tutte le ultime elettroniche, e questo rendeva il meccanismo molto meno efficace, e molto più soggetto ad artefatti (gli algoritmi di interpolazione dei frame funzionano analizzando il moto della sorgente da mandare a video: effettuando previsioni su come si sposteranno i soggetti e gli oggetti a video, creano, di conseguenza, frame ex novo).
L'interpolazione dei frame, quindi, non è una mera ripetizione degli stessi frame contenuti nella sorgente, è creazione di frame che nella sorgente originale non esistono (e questo perché, sugli lcd, ripetere semplicemente lo stesso frame non servirebbe a nulla, l'immagine è già perfettamente stabile a causa delle lampade utilizzate per illuminare lo schermo, lampade che lavorano ad altissima frequenza).

[lorenzo82]

...
L'interpolazione dei frame, quindi, non è una mera ripetizione degli stessi frame contenuti nella sorgente, è creazione di frame che nella sorgente originale non esistono...

Ma se la frequenza a schermo rimane la stessa e vengono creati frame intermedi sulla base di algoritmi di calcolo del movimento vuol dire che dei frame prendono il posto di altri...altrimenti per forza di cose la frequenza a schermo dovrebbe aumentare salendo il numero dei fotogrammi visualizzati per secondo...
Lorenzo.

[Onslaught]

Non so se ho capito quello che vuoi dire, ma non è necessariamente vero: col mio pc, utilizzando giochi molto leggeri o con settaggi molto bassi, arrivo anche oltre 100 frame al secondo, in alcuni frangenti, e il mio monitor si ferma a 60Hz, come refresh rate.

[lorenzo82]

Gli Hz dovrebbero coincidere con i fotogrammi per secondo...in caso contrario vengono effettuati aggiustamenti che creano incertezze sui panning e più in generale sulla fluidità di riproduzione...ma non mi è mai capitata una frequenza di scansione minore rispetto al numero di fotogrammi per secondo...non so come si comporti in quel caso...
Lorenzo.

[Onslaught]

Come ti dicevo è praticamente impossibile parlare in generale: quasi tutte le versioni di 100Hz, 200Hz e simili non solo prevedono accensione e spegnimento, ma anche stadi intermedi di funzionamento, e la documentazione è spesso molto carente (è difficile persino capire effettivamente cosa facciano le singole voci, leggendo il manuale, mentre nelle brochure si limitano ad illustrare, tramite fotografie, l'interpolazione dei frame, per far capire che vengono aggiunti frame nuovi).
Si conoscono piuttosto bene, invece, i funzionamenti generali dei vari algoritmi, nonché l'efficacia degli stessi, anche in funzione degli artefatti generati.
PS: tra l'altro sono quasi tutte tecnologie proprietarie, vedi motionflow (sony), motion plus (samsung), perfect natural motion (philips) eccetera, ognuna funzionante con elettronica ed algoritmi differenti.

[lorenzo82]

Quindi anche qui (motion compensation su lcd) siamo nelle mani di Dio
La frequenza effettiva e il numero di fotogrammi per secondo, quindi, è uno dei dogmi cui non ci è dato sapere...possiamo solo farci un'idea di come lavora con le brochure e della qualità in base agli artefatti generati...
Il motion flow sulla serie w5500 mi sembra veramente ottimo...come anche quello philips abbinato al perfect pixel hd...che ne dici?
Lorenzo.

[Onslaught]

Ti basta vedere il funzionamento del motionflow 200Hz descritto da sony: ti dice che crea 3 frame da 2, portandoli a 5, e che ne aggiunge 7 se la sorgente è 24p, stop, altre informazioni non vengono fornite.
Considerando che il motionflow, come scrivevo sopra, è uno dei sistemi di interpolazione dei frame che ha più di una impostazione, capisci che l'informazione è abbastanza carente (se lo setto a standard, piuttosto che ad high, la tv, tecnicamente, cosa fa?).

Ad ogni modo il motionflow, secondo me, è la migliore interpolazione dei frame disponibile sul mercato, specialmente se si considera anche quella utilizzata sui proiettori, con black frame insertion (impatto sulla naturalezza della sorgente piuttosto basso, bassissimo numero di artefatti, effetto molto buono), il perfect natural motion continua ad essere troppo innaturale, per i miei gusti (appiattisce troppo l'immagine), e genere un effetto halo più pronunciato.

[lorenzo82]

Mi sorge una curiosità:
Che catena video hai?
Lorenzo.

[lorenzo82]

Su un crt si ha comunque perdita di definizione (quindi perdita di linee risolte) sui movimenti veloci?
Mi stuzzicava provare uno script che è saltato fuori qualche tempo fa per HTPC (ffdshow+avisynth) che riproduce l'effetto di un motionflow 120Hz, almeno così dicono...ma ho il dubbio che sulla mia tv non noterei troppa differenza...
Lorenzo.

[Onslaught]

No, su crt hai solo il flickering, motivo per cui si utilizzavano i 100Hz per una maggiore stabilità dell'immagine.

[lorenzo82]

Quindi implementando un filtro del genere avrei solo dei panning più fluidi e senza incertezze ma nessun guadagno in dettaglio sui movimenti...mi sa che non vale la pena...dato che mi sembra anche abbastanza complessa la prova...
Lorenzo.

[Onslaught]

Ne guadagni in stabilità dell'immagine (sui crt il flickering è parecchio evidente), stop.

[ABAP]

Ciao,
scusate, sono abbastanza nuovo nel forum e fino ad ora avevo seguito solo le discussioni riguardanti gli LCD Full HD, ma proprio qualche tempo fa parlando con Mauro80 gli chiedevo notizie piu' dettagliate sugli algoritmi 100Hz (o addirittura 200)... ed ecco che finalmente ho avuto il tempo di cercare tra le discussioni tecniche.
Ho letto (e verificato personalmente) che le notizie e le spiegazioni dettagliate in merito si trovano molto raramente; voi avete un minimo di documentazione rintracciata in internet (o tramite altre fonti)?

Credo che anche senza scegliere troppo in dettaglio ci sarebbero molte cose da chiarire, ad esempio:
- posto che ormai gli algoritmi lavorano su tutti e due gli assi, come si comportano quando su uno stesso asse ci sono oggetti che vanno in una direzione e altri in un'altra? (esempio tipico: carrellata della telecamera durante una partita di calcio, con pallone che va in una direzione, pubblico e spalti in un'altra, giocatori in un'altra ancora?)
- hanno, gli algoritmi, un metodo per capire quando c'e' uno stacco (o un cambio) di telecamera e quindi due frame non vanno interpolati? In questo caso sembrerebbe di si, perche' altrimenti verrebbero fuori dei veri disastri
- hanno, gli algoritmi, al loro interno un sistema di "face recognition" o simile? Sembrerebbe di no, a giudicare da cosa avviene con i volti delle persone in movimento...
- l'esempio della partita di calcio porta anche a un'altra questione: in determinate situazioni, i movimenti di alcuni oggetti sono chiari, distinti e in un certo senso "prevedibili". Penso ad esempio ad una carrellata di un film su soggetti inanimati, o al contrario al passaggio di una automobile a telecamera fissa. In altre situazioni pero', un oggetto in una inquadratura si puo' muovere in modo del tutto innaturale. L'esempio della palla da calcio, o ancora meglio di una pallina da golf ripresa durante un colpo e' quello che calza meglio: anche nel caso ideale di uno swing di golf (ideale per il circuito che interpola, perche' la pallina cade spesso su sfondo uniforme e fermo), la palla tende ad andare in una direzione, ma rispetto all'inquadratura fluttua e si sposta un po' da tutte le parti. E' per questo che spesso durante le partite di calcio, con circuito 100Hz attivato, la palla si "triplica"?

Potete chiarirmi, voi che siete sicuramente piu' colti in materia, qualcuno di questi dubbi?

Io ho lavorato su algoritmi di interpolazione e ricostruzione ma in tutt'altro campo (aerodinamica-aeroelastica ) e sicuramente in tutt'altro linguaggio rispetto a quello che si usa per le TV, ma se ci fosse qualcosa anche di molto tecnico lo leggerei molto volentieri (posto di riuscire a "decifrarlo").

A proposito (giuro che e' l'ultima domanda, onslaught sii clemente ), come viene programmata l'elettronica? L'insieme della quantita' e il tipo di dati da elaborare (si va per riconoscimento di immagine, suppongo) mi farebbe pensare a linguaggi per la scrittura degli algoritmi piuttosto potenti, che pero' allo stesso tempo devono essere velocissimi una volta "compilati", e le due cose non sempre vanno di pari passo. Ne sapete qualcosa?

Grazie
Alessandro